衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)方案

4 5 5 6 7 7 8 9 94.2學(xué)生機(jī)與教師機(jī)通信技術(shù) 114.3各實(shí)驗(yàn)源數(shù)據(jù)的獲取技術(shù) 13 164.4.1基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn) 174.4.2開拓性實(shí)驗(yàn) 184.4.3研發(fā)性實(shí)驗(yàn) 19 21 22 23 24 24 25 25 26 26 27 29 29 30 34 34 35 36 37 37 378.1.1實(shí)驗(yàn)一ECEF坐標(biāo)與WGS84坐標(biāo) 37 40 42 43 45 468.2開拓類實(shí)驗(yàn).................................................................................................8.2.1實(shí)驗(yàn)七接收機(jī)位置解算實(shí)驗(yàn).............................................................................478.2.2實(shí)驗(yàn)八衛(wèi)星測(cè)速實(shí)驗(yàn).....................................................................................8.2.3實(shí)驗(yàn)九定向測(cè)姿實(shí)驗(yàn).....................................................................................8.2.4實(shí)驗(yàn)十卡爾曼濾波實(shí)驗(yàn)...................................................................................8.3研發(fā)類實(shí)驗(yàn).................................................................................................8.3.1實(shí)驗(yàn)十一GPS與GIS結(jié)合實(shí)驗(yàn)....8.3.2實(shí)驗(yàn)十二多系統(tǒng)融合定位實(shí)驗(yàn).........................................................................528.3.3實(shí)驗(yàn)十三RTK定位實(shí)驗(yàn).......................................................8.3.4實(shí)驗(yàn)十四抗窄帶干擾實(shí)驗(yàn).................................................................................8.3.5實(shí)驗(yàn)十五NEMA命令解析實(shí)驗(yàn)............................................ 衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)方案養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，我公司精心推出了本套完善的衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)解決方衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)方案中包括衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各種配套設(shè)備、配套實(shí)驗(yàn)軟件及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。本建設(shè)方案以《衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)原理》作為理論基礎(chǔ)、以培養(yǎng)新型人才目標(biāo)，結(jié)合各高校的實(shí)際需求，通過實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣和探索精神。衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配備的衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以美國(guó)U-Block最新生產(chǎn)的高精度定位授時(shí)接收機(jī)模塊LEA-M8T作為系統(tǒng)核心部件，并配有STM32高性能單片機(jī)。為了使學(xué)生在真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)環(huán)境下開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室配備GNSS衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的功能是接收室外GNSS衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)濾波、放大、轉(zhuǎn)發(fā)等環(huán)節(jié)，將室外天線收到的有效GNSS衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)入室內(nèi)，解決室內(nèi)無法接收到衛(wèi)星信號(hào)的問題。室內(nèi)全向發(fā)射天線將GNSS信號(hào)進(jìn)行發(fā)射，即可使信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)平臺(tái)接收到衛(wèi)星信號(hào)，順利開展各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配備的軟件部分是一套集實(shí)驗(yàn)開展和實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)化管理于一體的大型實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)。該軟件系統(tǒng)分為教師機(jī)版本和學(xué)生機(jī)版本。軟件部分加入個(gè)性化設(shè)置，并配有衛(wèi)星星座顯示和衛(wèi)星軌跡圖功能。教師機(jī)與學(xué)生機(jī)通過局域網(wǎng)設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信、實(shí)驗(yàn)任務(wù)編輯、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 生成、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)下發(fā)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果收集、實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果查詢、實(shí)驗(yàn)報(bào)告收集、實(shí)驗(yàn)報(bào)告打印、實(shí)驗(yàn)報(bào)告查詢等功能。衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)部分提供實(shí)驗(yàn)源代碼，學(xué)生可以在此平臺(tái)上開展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)共配有十五種實(shí)驗(yàn)，其中十五種實(shí)驗(yàn)又可分為：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)1）實(shí)驗(yàn)一ECEF坐標(biāo)與WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)開拓性實(shí)驗(yàn)1）實(shí)驗(yàn)七接收機(jī)位置解算實(shí)驗(yàn)2）實(shí)驗(yàn)八衛(wèi)星測(cè)速實(shí)驗(yàn)3）實(shí)驗(yàn)九定向測(cè)姿實(shí)驗(yàn)4）實(shí)驗(yàn)十卡爾曼濾波實(shí)驗(yàn)研發(fā)性實(shí)驗(yàn)1）實(shí)驗(yàn)十一GPS與GIS結(jié)合實(shí)驗(yàn)2）實(shí)驗(yàn)十二多系統(tǒng)融合定位實(shí)驗(yàn)3）實(shí)驗(yàn)十三RTK定位實(shí)驗(yàn)4）實(shí)驗(yàn)十四抗窄帶干擾實(shí)驗(yàn)5）實(shí)驗(yàn)十五NEMA命令解析實(shí)驗(yàn)2.1建設(shè)目標(biāo) 衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)旨在激發(fā)學(xué)生對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣和探索2.2建設(shè)特色解北斗/GPS定位的基本原理，還可以通過開放的實(shí)3）該衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所用到的算法、原始數(shù)據(jù)、硬件接口及軟件源程序等全 -160dBm-40℃~85℃220VAC≥3.5dB≤1.5dB≥25dB（f0±100MHz）p-1衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的核心模塊LEA-M8TGNSS授時(shí)模塊。是全球領(lǐng)先的定位及無線通信技術(shù)提供商u-blox公司(SIX:UBXLEA-M8TGNSS授時(shí)模塊通過國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中心認(rèn)證，該模塊可實(shí)現(xiàn)異常閏秒和時(shí)間跳變的檢測(cè)和報(bào)警功能，達(dá)到Q/GDW11539-2016電力系統(tǒng)時(shí)間同步及監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。LEA-M8TGNSS授時(shí)模塊，支持GPS/QZSS、GLONASS、北斗和Galileo全星座衛(wèi)星信號(hào)接收，可為全球電力行業(yè)應(yīng)用提供高完整性的精密授時(shí)服務(wù)。此外，依托信號(hào)高捕獲和追蹤靈敏度的特性，u-bloxNEO/LEA-M8T即使在具有挑戰(zhàn)性的信號(hào)環(huán)境下也能精準(zhǔn)定位和精密授時(shí)。LEA-M8TGNSS授時(shí)系列模塊可利用u-bloxAssistNow和符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的校正數(shù)據(jù)，縮短首次定位時(shí)間，從而在產(chǎn)品首次安裝時(shí)便可獲得精準(zhǔn)位置、時(shí)間和頻率信息。另外，憑借u-blox自主完整性監(jiān)測(cè)（RAIM）和連續(xù)相位不確定性估計(jì)技術(shù)，可以為實(shí)現(xiàn)LEA/NEO-M8T高標(biāo)準(zhǔn)的授時(shí)完整性提供有力支持。LEA-M8T模塊內(nèi)部集成u-bloxM8芯片，不僅為各級(jí)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)、發(fā)電站、變電站等電力系統(tǒng)內(nèi)的授時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)品提供了高精度、高靈敏度、低功耗的解決方案，也對(duì)其設(shè)備的時(shí)間同步狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所獲得的實(shí)驗(yàn)參數(shù)全部為L(zhǎng)EA-M8T模塊接收的原 收命令，并放入串口接收緩沖區(qū)；con_Len，用于接收數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，若數(shù)據(jù)長(zhǎng)度括試驗(yàn)幾以及年月日，并放入串口接收緩沖區(qū)；con_Check，用于校驗(yàn)，若校驗(yàn)從串口發(fā)送緩沖區(qū)中獲得，該緩沖區(qū)是已經(jīng)在Fun_System.c中填寫好的； 4.2學(xué)生機(jī)與教師機(jī)通信技術(shù)學(xué)生機(jī)與教師機(jī)之間的通信是通過套接字連接，使用的協(xié)議是UDP協(xié)議。所謂套接字(Socket)，就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中不同主機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)程之間進(jìn)行雙向通信的端點(diǎn)的抽象。一個(gè)套接字就是網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)程通信的一端，提供了應(yīng)用層進(jìn)程利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議交換數(shù)據(jù)的機(jī)制。從所處的地位來講，套接字上聯(lián)應(yīng)用進(jìn)程，下聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，是應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信的接口，是應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議根進(jìn)行交互的接口。Socket(套接字)可以看成是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序進(jìn)行通信時(shí)，各自通信連接中的端點(diǎn)，這是一個(gè)邏輯上的概念。它是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程間通信的API(應(yīng)用程序編程接口)，也是可以被命名和尋址的通信端點(diǎn)，使用中的每一個(gè)套接字都有其類型和一個(gè)與之相連進(jìn)程。通信時(shí)其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序?qū)⒁獋鬏數(shù)囊欢涡畔懭胨谥鳈C(jī)的Socket中，該Socket通過與網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)相連的傳輸介質(zhì)將這段信息送到另外一臺(tái)主機(jī)的Socket中，使對(duì)方能夠接收到這段信息。Socket是由IP地址和端口結(jié)合的，提供向應(yīng)用層進(jìn)程傳送數(shù)據(jù)包的機(jī)制。套接字Socket=（IP地址：端口號(hào)），套接字的表示方法是點(diǎn)分十進(jìn)制的lP地址后面寫上端口號(hào)，中間用冒號(hào)或逗號(hào)隔開。每一個(gè)傳輸層連接唯一地被通信兩端的兩個(gè)端點(diǎn)（即兩個(gè)套接字）所確定。例如：如果IP地址是，而端口號(hào)是23，那么得到套接字就是(：23)。主要類型①流套接字(SOCK_STREAM)流套接字用于提供面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。該服務(wù)將保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)無差錯(cuò)、無重復(fù)送，并按順序接收。流套接字之所以能夠?qū)崿F(xiàn)TransmissionControlProtocol)協(xié)議。②數(shù)據(jù)報(bào)套接字(SOCK_DGRAM)數(shù)據(jù)報(bào)套接字提供一種無連接的服務(wù)。該服務(wù)并不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?數(shù)據(jù)有可能在傳輸過程中丟失或出現(xiàn)數(shù)據(jù)重復(fù)，且無法保證順序地接收到數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)報(bào)套接字使用UDP(UserDatagramProtocol)協(xié)議進(jìn)行數(shù) 據(jù)的傳輸。由于數(shù)據(jù)報(bào)套接字不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑢?duì)于有可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失情況，需要在程序中做相應(yīng)的處理。③原始套接字(SOCK_RAW)原始套接字與標(biāo)準(zhǔn)套接字(標(biāo)準(zhǔn)套接字指的是前面介紹的流套接字和數(shù)據(jù)報(bào)套接字)的區(qū)別在于：原始套接字可以讀寫內(nèi)核沒有處理的IP數(shù)據(jù)包，而流套接字只能讀取TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)報(bào)套接字只能讀取UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)。因此，如果要訪問其他協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)必須使用原始套接。在本套軟件中使用了數(shù)據(jù)報(bào)套接字的方法，這種方法是種無連接的服務(wù)，使用了UDP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，UDP協(xié)議與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包，在OSI模型中，兩者都位于傳輸層，處于IP協(xié)議的上一層。UDP有不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序的缺點(diǎn)，也就是說，當(dāng)報(bào)文發(fā)送之后，是無法得知其是否安全完整到達(dá)的。UDP用來支持那些需要在計(jì)算機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。包括網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議系統(tǒng)在內(nèi)的眾多的客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要使用UDP協(xié)議。UDP協(xié)議從問世至今已經(jīng)被使用了很多年，雖然其最初的光彩已經(jīng)被一些類似協(xié)議所掩蓋，但即使在今天UDP仍然不失為一項(xiàng)非常實(shí)用和可行的網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議。優(yōu)點(diǎn)：UDP速度比TCP快，由于UDP不需要先與對(duì)方建立連接，也不需要傳輸確認(rèn)，因此其數(shù)據(jù)傳輸速度比TCP快得多。UDP有消息邊界，使用UDP不需要考慮消息邊界問題，使用上比TCP簡(jiǎn)單。UDP可以一對(duì)多傳輸，利用UDP可以使用廣播或組播的方式同時(shí)向子網(wǎng)上的所有客戶發(fā)送信息，這一點(diǎn)也比TCP方便。缺點(diǎn)：UDP可靠性不如TCP，與TCP不同，UDP并不提供數(shù)據(jù)傳送的保證機(jī)制。如果在從發(fā)送方到接收方的傳遞過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)的丟失，協(xié)議本身并不能做出任何檢測(cè)或提示。UDP不像TCP那樣能保證有序傳輸，UDP不能確保數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收順序。對(duì)于突發(fā)性的數(shù)據(jù)報(bào)，有可能會(huì)亂序。事實(shí)上，UDP的這種亂序性基本上很少出現(xiàn)，通常只會(huì)在網(wǎng)絡(luò)非常擁擠的情況下才有可能發(fā)生。教師機(jī)可以下發(fā)實(shí)驗(yàn)任務(wù)、下發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及評(píng)定成績(jī)下發(fā)，還可以收集實(shí)驗(yàn)報(bào)告、評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。教師機(jī)下發(fā)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和成績(jī)都是使 用的特定端口發(fā)送的。教師機(jī)會(huì)將實(shí)驗(yàn)報(bào)告收集到一個(gè)文件夾，每當(dāng)教師機(jī)打開實(shí)驗(yàn)操作的窗口的時(shí)候，程序會(huì)在軟件安裝目錄下的“實(shí)驗(yàn)報(bào)告（學(xué)生上傳）”的文件夾中自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)以當(dāng)前時(shí)間為名稱的文件夾（以年月日時(shí)為名稱例2020081909），學(xué)生上傳的文件都會(huì)在這個(gè)文件夾中，這樣可以方便的找到想要找的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師機(jī)可以顯示學(xué)生的實(shí)時(shí)狀態(tài)，學(xué)生機(jī)不同的狀態(tài)會(huì)有不同標(biāo)志，教師機(jī)通過不斷的接收這個(gè)標(biāo)志并且更新顯示，就可以實(shí)時(shí)的查看學(xué)生機(jī)的狀態(tài)。教師機(jī)還可以評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)，當(dāng)老師查看完學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可以返回到教師機(jī)評(píng)定成績(jī)，成績(jī)?nèi)拷o完之后可以就可以下發(fā)成績(jī)了。4.3各實(shí)驗(yàn)源數(shù)據(jù)的獲取技術(shù)本軟件實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)大部分是由U-blox芯片接收到的數(shù)據(jù)，采用的是UBX協(xié)議，U-blox協(xié)議三個(gè)特點(diǎn)：1.字節(jié)對(duì)齊2.low-overhead校驗(yàn)算法3.兩級(jí)消息標(biāo)識(shí)符，分為classid和消息idU-blox數(shù)據(jù)，幀頭為0xB50x62幀頭之后緊接一個(gè)字節(jié)的classid和messageidLENGTH為兩個(gè)字節(jié)的消息長(zhǎng)度，此長(zhǎng)度僅僅包含PAYLOADA，字節(jié)序?yàn)榈妥止?jié)序PAYLOAD為輸出GPS數(shù)據(jù)CK_A和CK_B都是一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)位，校驗(yàn)算法如下：CK_A=0CK_B=0For(I=0;I<N;I++){CK_A=CK_A+Buffer[I]CK_B=CK_B+CK_A}通過查找U-blox的數(shù)據(jù)手冊(cè)整理實(shí)驗(yàn)所需數(shù)據(jù)的命令所下所示：1)NAV-PVT(0x010x07)：輸出經(jīng)緯度定位信息，用于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。1)AID-EPH(0x0B0x31)：輸出各衛(wèi)星的星歷參數(shù)。1)AID-HUI(0x0B0x02):輸出八個(gè)電離層間2)NAV-POSLLH(0x010x02)：輸出經(jīng)1)AID-EPH(0x0B0x31)：輸出各衛(wèi)星的星歷參數(shù)。）：2)NAV-PVT(0x010x07):獲得接收機(jī)的位置信息（經(jīng)度緯度高度）與2)AID-EPH(0x0B0x31)：輸出各衛(wèi)星的星歷參數(shù)。 7)NAV_TIMEBDS（0x020x5)AID-EPH(0x0B0x31)：輸出各衛(wèi)星的星歷參數(shù)。除了UBLOX芯片接收到的協(xié)議，還有一些我們自己生成的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是為了仿真用的，比如實(shí)驗(yàn)九的定向測(cè)姿實(shí)驗(yàn)，各種姿態(tài)都是我們自己設(shè)置的然后生成仿真數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用算法解算出答案。還有實(shí)驗(yàn)十三的RTK定位實(shí)驗(yàn)，參數(shù)是我們自己設(shè)定的根據(jù)這個(gè)參數(shù)程序給出我們一些仿真數(shù)據(jù)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)可以說是實(shí)際實(shí)驗(yàn)的的前提，而實(shí)際的操作又是對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。二者的關(guān)系是相輔相成的。有些我們不能直接去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的只能用方正來做，雖然實(shí)際實(shí)驗(yàn)的話可能會(huì)因?yàn)橥饨绲挠绊懏a(chǎn)生誤差，但是沒有仿真的理論支持那么實(shí)際實(shí)驗(yàn)也是完成不了的。 4.4.1基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)1）實(shí)驗(yàn)一ECEF坐標(biāo)與WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)區(qū)的國(guó)家和地區(qū)而言，他們的當(dāng)?shù)貢r(shí)間與協(xié)調(diào)時(shí)之間只存在一個(gè)整數(shù)小時(shí)的差衛(wèi)星位置和多普勒頻移的分析與計(jì)算實(shí)驗(yàn)是方便學(xué)生理解實(shí)時(shí)衛(wèi)星位置解 4.4.2應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)開拓性實(shí)驗(yàn)主要將目前衛(wèi)星導(dǎo)航中的一些典型的處理算法或環(huán)節(jié)，以各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的形式加以分解、細(xì)化。使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)熟悉常見的處理算法及程序，甚至能夠自己獨(dú)立編程完成部分環(huán)節(jié)。開拓性實(shí)驗(yàn)可開設(shè)接收機(jī)位置解算實(shí)驗(yàn)、衛(wèi)星測(cè)速實(shí)驗(yàn)、定向測(cè)姿實(shí)驗(yàn)與卡爾曼濾波此四個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：通過接收機(jī)位置解算實(shí)驗(yàn)使學(xué)生理解接收機(jī)位置解算的基本原理及公式，本地鐘差對(duì)位置解算的影響以及各傳輸延遲對(duì)位置解算精度的影響。 衛(wèi)星測(cè)速實(shí)驗(yàn)的目的是為了使學(xué)生了解衛(wèi)星導(dǎo)航測(cè)速的基本原理以及基本4.4.3研發(fā)性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)USB實(shí)驗(yàn)平臺(tái)學(xué)生機(jī)學(xué)生機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)USBUSB實(shí)驗(yàn)平臺(tái)USB實(shí)驗(yàn)平臺(tái)學(xué)生機(jī)學(xué)生機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)USBUSB實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)學(xué)生機(jī)使用最廣泛的協(xié)議，大多數(shù)常見的GPS接收機(jī)、GPS數(shù)據(jù)處理軟件、導(dǎo)航軟件衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由教師機(jī)、學(xué)生機(jī)和實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)三部分組成。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和計(jì)算機(jī)通過USB實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，教師機(jī)和學(xué)生機(jī)通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)命令傳輸。其基本系統(tǒng)組成及連接框圖如圖5-1所示。教師機(jī)（服務(wù)器）以太網(wǎng)以太網(wǎng)以太網(wǎng)學(xué)生機(jī)學(xué)生機(jī)以太網(wǎng)USBUSBUSB該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由教師機(jī)、學(xué)生機(jī)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)三部分組成。教師機(jī)與學(xué)生機(jī)之間擬采用以太網(wǎng)連接，組建實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的下發(fā)及上傳。主要實(shí)現(xiàn)以下幾方面的功能設(shè)計(jì)：包括教師分發(fā)實(shí)驗(yàn)任務(wù)、下發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)中間環(huán)節(jié)的檢查與指導(dǎo)、學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。另外，教師機(jī)自帶硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，教師可以先行完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的驗(yàn)證工作，以便有的放矢地指導(dǎo)學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生機(jī)與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之間擬采用USB接口，實(shí)現(xiàn)學(xué)生機(jī)與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交互，由于大部分?jǐn)?shù)據(jù)由仿真產(chǎn)生，學(xué)生機(jī)與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之間有大量的數(shù)據(jù)需要傳輸，而USB接口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳輸速率快能夠完成數(shù)據(jù)的快速傳輸。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)需獨(dú)立研發(fā)導(dǎo)航原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)管理軟件，該軟件分為教師用 版本和學(xué)生用版本，分別安裝在教師機(jī)和學(xué)生機(jī)上。教師只需通過該軟件界面即可完成諸如實(shí)驗(yàn)任務(wù)生成與下發(fā)、收集實(shí)驗(yàn)報(bào)告、評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)等工作，另外如需要可將實(shí)驗(yàn)報(bào)告存入數(shù)據(jù)庫(kù)留檔。學(xué)生只需通過該軟件界面即可完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作流程。包括接收實(shí)驗(yàn)任務(wù)、踐行各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的命令和數(shù)據(jù)交互等?；谠搶?shí)驗(yàn)系統(tǒng)體系可以開展以下四類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：1.基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)1）ECEF坐標(biāo)與WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)2）UTC時(shí)間與本地時(shí)間轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)3）衛(wèi)星位置和多普勒頻移的分析與計(jì)算實(shí)驗(yàn)4）實(shí)時(shí)傳輸誤差分析5）衛(wèi)星信噪比與仰角關(guān)系分析實(shí)驗(yàn)6）幾何精度因子的分析與計(jì)算2.開拓性實(shí)驗(yàn)1）接收機(jī)位置解算實(shí)驗(yàn)2）衛(wèi)星測(cè)速實(shí)驗(yàn)3）定向測(cè)姿實(shí)驗(yàn)4）卡爾曼濾波實(shí)驗(yàn)3.研發(fā)性實(shí)驗(yàn) 學(xué)生任務(wù)機(jī)USBRS232授時(shí)信號(hào)輸出學(xué)生任務(wù)機(jī)USBRS232授時(shí)信號(hào)輸出界面交互及與學(xué)生機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)主要包括按鍵及其它按鍵及其它配置電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)狀態(tài)顯示STMSTM32高性存儲(chǔ)器擴(kuò)展存儲(chǔ)器擴(kuò)展衛(wèi)星信號(hào)輸入LEA-M8T高精度接收機(jī)模塊衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 6.2.1STM32優(yōu)勢(shì)51，AVR等競(jìng)爭(zhēng)低端單片機(jī)市場(chǎng)，優(yōu)勢(shì)在于處理速度相對(duì)較高（F4現(xiàn)在最高6.2.2STM32F103優(yōu)勢(shì) 衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)選用了美國(guó)U-Block公司最新推出的高精度定位授6.3.1U-BLOX優(yōu)勢(shì)u-blox定時(shí)產(chǎn)品包括帶有接收機(jī)自主完整性監(jiān)視(RAIM)和連續(xù)相位不確定認(rèn)證站點(diǎn)生產(chǎn)，并在系統(tǒng)級(jí)別上進(jìn)行全面測(cè)試。合格測(cè)試按照ISO16750標(biāo)準(zhǔn): 6.3.2LEA-M8T優(yōu)勢(shì)衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研發(fā)了一套集實(shí)驗(yàn)開展和實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)化管理于一體的大型網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)管理子程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全面網(wǎng)絡(luò)化管理。包括實(shí)驗(yàn)任務(wù)下 7.1教師機(jī)與學(xué)生機(jī)互聯(lián)設(shè)計(jì)界面會(huì)顯示當(dāng)前介入局域網(wǎng)的學(xué)生機(jī)。教師機(jī)通過選擇下發(fā)實(shí)驗(yàn)任務(wù)及學(xué)生機(jī)姓名進(jìn)2.登陸就教師機(jī)和學(xué)生機(jī)，教師機(jī)和學(xué)生機(jī)分別選擇實(shí)驗(yàn)操作按鈕。 7.2教師子系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7.2.1教師機(jī)功能設(shè)計(jì)教師子系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)通信、實(shí)驗(yàn)任務(wù)編輯、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)生成、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)下發(fā)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果收集、實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果查詢、實(shí)驗(yàn)報(bào)告收集、實(shí)驗(yàn)報(bào)告打印、實(shí)驗(yàn)報(bào)告查詢等模塊。網(wǎng)絡(luò)通信模塊負(fù)責(zé)教師機(jī)與學(xué)生平臺(tái)的任務(wù)進(jìn)行通信，基于局域網(wǎng)，具有多線程異步通信功能。實(shí)驗(yàn)任務(wù)編輯模塊處理實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)人員（學(xué)生姓名和學(xué)號(hào)）、實(shí)驗(yàn)狀態(tài)等信息，調(diào)用實(shí)驗(yàn)任務(wù)生成和實(shí)驗(yàn)任務(wù)下發(fā)等模塊。每個(gè)任務(wù)可以對(duì)應(yīng)一個(gè)學(xué)生平臺(tái)或若干個(gè)學(xué)生平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)任務(wù)下發(fā)模塊根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的實(shí)驗(yàn)人員信息（學(xué)生姓名和學(xué)號(hào) 調(diào)用網(wǎng)絡(luò)通信模塊把實(shí)驗(yàn)任務(wù)和下發(fā)到對(duì)應(yīng)的學(xué)生平臺(tái)，如圖7-8實(shí)驗(yàn)結(jié)果收集模塊在后臺(tái)工作，網(wǎng)絡(luò)通信模塊把學(xué)生平臺(tái)上傳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)交付本模塊，由本模塊保存到指定目錄下或保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)模塊記錄教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)，調(diào)用下發(fā)模塊下發(fā)到學(xué)生平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告收集在后臺(tái)工作，負(fù)責(zé)接收學(xué)生們上傳的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告采用Word文件方式上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以存儲(chǔ)在本地指定的目錄中。實(shí)驗(yàn)報(bào)告查詢模塊提供給教師隨時(shí)查看學(xué)生上傳的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并給出實(shí)驗(yàn)成績(jī)，記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。實(shí)驗(yàn)報(bào)告查詢模調(diào)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告打印模塊。7.2.2教師機(jī)操作流程設(shè)計(jì) 建設(shè)方案各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目程序設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書研發(fā)性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書開拓性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書軟件說明書建設(shè)方案各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目程序設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書研發(fā)性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書開拓性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書軟件說明書圖7-9所示。首先是軟件主體的使用，教師機(jī)軟件登錄后進(jìn)入功能選擇界面，其中包括實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、演示視頻、實(shí)驗(yàn)操作、題庫(kù)和換膚功能。其中實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中包括建設(shè)方案、各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、程序設(shè)計(jì)方法和軟硬件說明書；實(shí)驗(yàn)操作界面為實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示界面；演示視頻和題庫(kù)中包含各個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作講解和實(shí)驗(yàn)的思考題及答案。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)軟硬件使用說明書硬件說明書圖7-10所示。接下來就是軟件的具體功能了，教師機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)界面包含四個(gè)選擇項(xiàng)：1）建設(shè)方案：描述實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的思路以及實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的組成。2）各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：包括各個(gè)實(shí)驗(yàn)的詳解，以及實(shí)驗(yàn)的操作步驟。3）程序設(shè)計(jì)方法：描述各個(gè)實(shí)驗(yàn)定制程序的設(shè)計(jì)方法。4）軟硬件使用說明書：包含硬件平臺(tái)的使用和軟件平臺(tái)的使用說明書。 更改前景色通信平臺(tái)設(shè)定文件操作星座圖背景色UBX協(xié)議前景色定位軌跡圖前景色定位結(jié)果前景色下發(fā)實(shí)驗(yàn)任務(wù)更改前景色通信平臺(tái)設(shè)定文件操作星座圖背景色UBX協(xié)議前景色定位軌跡圖前景色定位結(jié)果前景色下發(fā)實(shí)驗(yàn)任務(wù)可用衛(wèi)星列表前景色串口設(shè)定打開歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)開拓性實(shí)驗(yàn)研發(fā)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)選擇實(shí)驗(yàn)箱日期設(shè)定如圖7-11所示。教師機(jī)實(shí)驗(yàn)操作界面菜單欄有四個(gè)選項(xiàng)：1）文件操作：“下發(fā)實(shí)驗(yàn)任務(wù)”按鈕中顯示學(xué)生狀態(tài)管理窗口，“選擇實(shí)驗(yàn)”按鈕中顯示實(shí)驗(yàn)任務(wù)窗口，它可以選擇部分或全部學(xué)生，點(diǎn)擊“下發(fā)實(shí)驗(yàn)任務(wù)”下發(fā)學(xué)生機(jī)。在學(xué)生狀態(tài)管理窗口實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前局域網(wǎng)中所有學(xué)生的姓名、學(xué)號(hào)、主機(jī)名和實(shí)驗(yàn)狀態(tài)等信息，并以進(jìn)度條的形式直觀的顯示學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。2）實(shí)驗(yàn)選擇：選擇操作的實(shí)驗(yàn)。包括三類實(shí)驗(yàn)即基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、開拓性實(shí)驗(yàn)和研發(fā)性實(shí)驗(yàn)。3）通訊平臺(tái)設(shè)定：選擇可用串口號(hào)，默認(rèn)波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位。4）更改前景色：更改衛(wèi)星星座前景色、定位軌跡圖前景色、定位結(jié)果前景色、UBX協(xié)議前景色和可用衛(wèi)星列表前景色。軟件菜單欄下方的工具欄有每個(gè)實(shí)驗(yàn)的快速入口。教師機(jī)登陸成功后，即可隨時(shí)下發(fā)實(shí)驗(yàn)命令和接收學(xué)生機(jī)上傳的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師機(jī)下發(fā)實(shí)驗(yàn)和接收?qǐng)?bào)告如圖7-12所示此操作的前提是教師機(jī)和學(xué)生機(jī)已經(jīng)組建局域網(wǎng)） 是是否否是否教師機(jī)可以下發(fā)實(shí)驗(yàn)任務(wù)、下發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及評(píng)定成績(jī)下發(fā)，還可以收集實(shí)驗(yàn)報(bào)告、評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。教師機(jī)下發(fā)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和成績(jī)都是使用的特定端口發(fā)送的。教師機(jī)會(huì)將實(shí)驗(yàn)報(bào)告收集到一個(gè)文件夾，每當(dāng)教師機(jī)打開實(shí)驗(yàn)操作的窗口的時(shí)候，程序會(huì)在軟件安裝目錄下的“實(shí)驗(yàn)報(bào)告（學(xué)生上傳）”的文件夾中自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)以當(dāng)前時(shí)間為名稱的文件夾（以年月日時(shí)為名稱例2020081909），學(xué)生上傳的文件都會(huì)在這個(gè)文件夾中，這樣可以方便的找到想要找的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師機(jī)可以顯示學(xué)生的實(shí)時(shí)狀態(tài)，學(xué)生機(jī)不同的狀態(tài)會(huì)有不同標(biāo)志，教師機(jī)通過不斷的接收這個(gè)標(biāo)志并且更新顯示，就可以實(shí)時(shí)的查看學(xué)生機(jī)的狀態(tài)。教師機(jī)還可以評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)，當(dāng)老師查看完學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可以返回到教師機(jī)評(píng)定成績(jī)，成績(jī)?nèi)拷o完之后可以就可以下發(fā)成績(jī)了。 更改前景色通信平臺(tái)設(shè)定文件操作UBX協(xié)議前景色可用衛(wèi)星列表前景色定位軌跡圖前景色定位結(jié)果前景色星座圖背景色更改前景色通信平臺(tái)設(shè)定文件操作UBX協(xié)議前景色可用衛(wèi)星列表前景色定位軌跡圖前景色定位結(jié)果前景色星座圖背景色串口設(shè)定實(shí)驗(yàn)箱日期設(shè)定上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)開拓性實(shí)驗(yàn)研發(fā)性實(shí)驗(yàn)7.3學(xué)生子系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7.3.1學(xué)生機(jī)操作流程設(shè)計(jì)學(xué)生機(jī)軟件端與教師軟件主機(jī)面功能相同，但是學(xué)生端的題庫(kù)中無答案，實(shí)驗(yàn)界面（實(shí)驗(yàn)操作）中文件操作中分為打開歷史數(shù)據(jù)和上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)選擇打開歷史數(shù)據(jù)如圖7-13所示。學(xué)生機(jī)實(shí)驗(yàn)操作界面菜單欄有四個(gè)選項(xiàng)：1）文件操作：點(diǎn)擊“上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告”按鈕，在對(duì)話框中選擇完成的實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊“新建報(bào)告文檔”按鈕，新建實(shí)驗(yàn)報(bào)告；點(diǎn)擊“上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告”按鈕，選擇實(shí)驗(yàn)報(bào)告及可。2）實(shí)驗(yàn)選擇：選擇操作的實(shí)驗(yàn)。包括三類實(shí)驗(yàn)即基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、開拓性實(shí)驗(yàn)和研發(fā)性實(shí)驗(yàn)。3）通訊平臺(tái)設(shè)定：選擇可用串口號(hào)，默認(rèn)波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位不變。4）更改前景色：更改衛(wèi)星星座前景色、定位軌跡圖前景色、定位結(jié)果前景色、UBX協(xié)議前景色和可用衛(wèi)星列表前景色。學(xué)生機(jī)選擇實(shí)驗(yàn)和上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告流程如圖7-14所示 實(shí)驗(yàn)操作上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告選擇完成的實(shí)驗(yàn)上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告文件操作新建報(bào)告文檔完成實(shí)驗(yàn)操作上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告選擇完成的實(shí)驗(yàn)上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告文件操作新建報(bào)告文檔完成教師機(jī)與學(xué)生機(jī)組網(wǎng)教師機(jī)與學(xué)生機(jī)組網(wǎng)學(xué)生機(jī)登錄學(xué)生機(jī)登錄學(xué)生機(jī)接收教師下發(fā)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和成績(jī)也是用的特定端口。學(xué)生機(jī)實(shí)時(shí)的狀態(tài)也可以在教師機(jī)上顯示，學(xué)生機(jī)程序中會(huì)有一個(gè)全局的變量每當(dāng)學(xué)生機(jī)進(jìn)入一個(gè)實(shí)驗(yàn)或者退出實(shí)驗(yàn)都會(huì)改變這個(gè)變量的值，把這個(gè)值發(fā)送到教師機(jī)，教師機(jī)通過這個(gè)值就可以知道學(xué)生機(jī)的狀態(tài)了。針對(duì)每個(gè)具體實(shí)驗(yàn)，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程分成若干實(shí)驗(yàn)步驟，并為其定制相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作圖形化界面，學(xué)生僅在該界面下即可完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作。完成各實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)，學(xué)生需要進(jìn)行正確的參數(shù)配置，才能得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。各步驟完成后，可將中間結(jié)果上傳給教師機(jī)，教師可根據(jù)該結(jié)果給出對(duì)應(yīng)的成績(jī)或指導(dǎo)。需根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)的詳細(xì)規(guī)劃。整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程設(shè)置力求清晰合理，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)各部分知識(shí)點(diǎn)的理解，最大限度的起到輔助教學(xué)的作用。7.3.1學(xué)生機(jī)功能設(shè)計(jì)學(xué)生子系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)通信、USB通信、實(shí)驗(yàn)任務(wù)及數(shù)據(jù)接收、實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)生成、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)下發(fā)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果上傳、評(píng)價(jià)接收、實(shí)驗(yàn)報(bào)告編輯、實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳等模塊。網(wǎng)絡(luò)通信模塊負(fù)責(zé)學(xué)生任務(wù)機(jī)與教師機(jī)進(jìn)行通信，采用UDP協(xié)議。USB通信模塊負(fù)責(zé)任務(wù)機(jī)與硬件平臺(tái)進(jìn)行命令及數(shù)據(jù)的交互，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存在文件中。實(shí)驗(yàn)任務(wù)及數(shù)據(jù)接收模塊接收通信模塊交來的教師機(jī)下發(fā)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)在界面顯示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)生成模塊根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求進(jìn)行生成數(shù)據(jù)的參數(shù)配置，調(diào)用事先編制好的程序模塊,生成實(shí)驗(yàn)時(shí)用到的仿真數(shù)據(jù)源，并保存在指定的目錄下。如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是從衛(wèi)星上收到的話，該模塊負(fù)責(zé)對(duì)硬件平臺(tái)收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)配置，數(shù)據(jù)解析，為我們的實(shí)驗(yàn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)下發(fā)模塊調(diào)用USB通信模塊把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)下發(fā)到硬件平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果上傳模塊接收由USB通信模塊傳遞來的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)文件后上傳到教師機(jī)。評(píng)價(jià)接收模塊接收并顯示網(wǎng)絡(luò)通信模塊提交來的教師的評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告編輯模塊提供給學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告文字內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)報(bào)告編輯模塊調(diào)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳模塊。7.5指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)演示、題庫(kù)擴(kuò)展功能設(shè)計(jì)為了能更快的熟悉本套設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)流程，我們一套完整的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，硬件使用說明書以及軟件使用說明書。我們會(huì)有一套紙質(zhì)版的，如果不想翻看紙質(zhì)版的，軟件已經(jīng)內(nèi)置了指導(dǎo)書，可以直接在軟件中查看。關(guān)于實(shí)驗(yàn)流程，我們還特意錄制了詳細(xì)步驟的視頻放到了軟件中，可以幫助用戶快速的熟悉此軟件的實(shí)驗(yàn)流程。為了更好的配合教學(xué)，檢查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)及課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配套了題庫(kù)擴(kuò)展功能。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容，題庫(kù)自帶習(xí) 題及參考答案模板。7.4定制程序拓展功能設(shè)計(jì)本軟件自帶實(shí)驗(yàn)程序，如有必要，可要求學(xué)生編制C語(yǔ)言程序，編譯生成可執(zhí)行文件，并存入制定目錄，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)會(huì)調(diào)用該模塊，以供學(xué)有余力的同學(xué)進(jìn)一步學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提高。8.1.1實(shí)驗(yàn)一ECEF坐標(biāo)與WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)ECEF(Earth-Centered，Earth-Fixed)坐標(biāo)系：以地球?yàn)橹行?，是一個(gè)笛卡點(diǎn)表示地球的質(zhì)心。地心直角坐標(biāo)系(XT,YT,ZT)地心O為坐標(biāo)原點(diǎn)的地球坐標(biāo)系，所以兩者又均是地心地固（ECEF）坐標(biāo)系。是通過國(guó)際協(xié)議確定的協(xié)議地球坐標(biāo)系(CoventionalTerrestialSystem-CTS)。WGS-84中的協(xié)議地心地固直角坐標(biāo)系經(jīng)常被簡(jiǎn)稱為WGS-84地心地固坐標(biāo)系或 心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，其Z軸指向協(xié)議地球的北極，X軸指向參考子午面與地球赤道的一個(gè)交點(diǎn)，而X,Y和Z三軸一起構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。大地坐標(biāo)系可以說如圖8-1大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換空間坐標(biāo)系流程圖，len為實(shí)際Xml文件中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。a2N=a /1?e2sin2φx=(N+h)cosφcosλ（7-3）y=(N+h)cosφsinλ（7-4）z=[N(1?e2)+h]sinφ（7-5）否否開始定義變量讀取Xml中的數(shù)據(jù)初始化橢球體的基本參數(shù)大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換空間坐標(biāo)系算法i<i<len?是寫入Xml文件如圖8-1空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換大地坐標(biāo)系流程圖，從地心地固直角坐標(biāo)(x,y,z)到大地(φ,λ,h)的變換公式為：yλ=arctan()yxh=p?Ncosφφ=arctan[z(1?e2N)?1]pN+h因?yàn)閔的計(jì)算式含有待求的φ,而φ的計(jì)算式反過來又有待求的h，所以我們一般只得借助迭代法來逐次逼近、求解φ和h的值。迭代法的計(jì)算過程一般可表 否否開始定義變量讀取Xml中的數(shù)據(jù)初始化橢球體的基本參數(shù)空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換大地坐標(biāo)系算法i<i<len?是寫入Xml文件 GPSUTC時(shí)間=GPS時(shí)間-17UTC周數(shù)=當(dāng)前GPS周數(shù)-1 GPSUTC時(shí)間=GPS時(shí)間-17UTC周數(shù)=當(dāng)前GPS周數(shù)-1開始定義變量讀取Xml文件數(shù)據(jù)初始化周數(shù)、周內(nèi)秒和時(shí)區(qū)等參數(shù)16>0?16>0?UTC時(shí)間=GPS時(shí)間-17UTC周數(shù)=當(dāng)前GPS周數(shù)UTC的秒數(shù)=UTC時(shí)間+1將周，周內(nèi)秒轉(zhuǎn)換為從1980.1.1到現(xiàn)在的秒數(shù)定義數(shù)組為四年每個(gè)月的天數(shù)天數(shù)=GPS秒/一天的秒數(shù)天內(nèi)秒=總秒數(shù)-天數(shù)*一天的秒數(shù)計(jì)算當(dāng)天所處的月、日將時(shí)間轉(zhuǎn)換為年月時(shí)區(qū)調(diào)整寫入Xml文件否8.1.3實(shí)驗(yàn)三衛(wèi)星位置和多普勒頻移的分析與計(jì)算實(shí)驗(yàn)否距離d。計(jì)算衛(wèi)星與接收機(jī)在t時(shí)間內(nèi)的平均相對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)速度，再將此速度轉(zhuǎn)開始定義變量讀取Xml中的數(shù)據(jù)初始化以及定義衛(wèi)星參數(shù)計(jì)算衛(wèi)星位置i>i>len?是LenLen>=2? 計(jì)算多普勒頻移寫入Xml文件 結(jié)束1)計(jì)算規(guī)劃時(shí)間tk4)計(jì)算信號(hào)發(fā)送時(shí)刻的偏近點(diǎn)角Ek5)計(jì)算信號(hào)發(fā)送時(shí)刻的真近點(diǎn)角vk6)計(jì)算信號(hào)發(fā)送時(shí)刻的升交點(diǎn)角距Φk7)計(jì)算信號(hào)發(fā)送時(shí)刻的攝動(dòng)校正項(xiàng)δμk，δrk和δik8)計(jì)算攝動(dòng)校正后的升交點(diǎn)角距uk衛(wèi)星矢徑長(zhǎng)度rk和軌道傾角ik9)計(jì)算信號(hào)發(fā)送時(shí)刻衛(wèi)星在在軌道平面的位置(xk,,yk,)10)計(jì)算信號(hào)發(fā)送時(shí)刻的升交點(diǎn)赤經(jīng)Ωk11)計(jì)算衛(wèi)星在WGS-84地心地固直角坐標(biāo)系(XT,YT,ZT)中的坐標(biāo)(xk,yk,zk)。GPS衛(wèi)星屬于中軌道衛(wèi)星，GPS信號(hào)在傳播時(shí)要經(jīng)過大氣層。離地面約 開始定義變量讀取Xml中的數(shù)據(jù)變量賦值計(jì)算電離層延遲寫入Xml文件結(jié)束結(jié)束 開始定義變量讀取Xml中的數(shù)據(jù)變量賦值計(jì)算對(duì)流層延遲寫入Xml文件結(jié)束結(jié)束8.1.5實(shí)驗(yàn)五衛(wèi)星信噪比與仰角關(guān)系分析實(shí)驗(yàn)GPS衛(wèi)星信號(hào)的信噪比（即相對(duì)強(qiáng)度噪聲）定義為它定義為信號(hào)功率PR與噪聲功率N之間的比率，即SNR=PR/N，就是衛(wèi)星的信 8.1.6實(shí)驗(yàn)六幾何精度因子的分析與計(jì)算 開始定義變量讀取Xml中的數(shù)據(jù)所選衛(wèi)星方向余弦矩陣賦值計(jì)算矩陣轉(zhuǎn)置，矩陣乘法，矩陣求逆計(jì)算精度因子計(jì)算定位誤差寫入Xml文件結(jié)束8.2.1實(shí)驗(yàn)七接收機(jī)位置解算實(shí)驗(yàn)在GPS數(shù)據(jù)處理中，衛(wèi)星坐標(biāo)一版采用地心地固坐標(biāo)系，由于地心地固坐標(biāo)系會(huì)隨地球自轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)變化，從而對(duì)衛(wèi)星位置產(chǎn)生影響。所以在高精度的GPS測(cè)量時(shí)必須考慮地球自轉(zhuǎn)校正。本實(shí)驗(yàn)旨在理解接收機(jī)位置解算的基本原理及公式、本地鐘差對(duì)位置解算的影響以及各傳輸延遲對(duì)位置解算精度的影響，如錯(cuò)誤!未找到引用源。。 否否開始定義變量產(chǎn)生1~9隨機(jī)數(shù)迭代次數(shù)等參數(shù)讀取Xml文件數(shù)據(jù)衛(wèi)星參數(shù)賦值選用四顆衛(wèi)星計(jì)算修正后偽距、修正后的位置計(jì)算衛(wèi)星至接收機(jī)的近似距離，方向余弦計(jì)算誤差最小二乘法求解是更新迭代次數(shù)根據(jù)迭代次數(shù)輸出迭代結(jié)果將結(jié)果寫入Xml文件 22 開始定義變量讀取Xml中的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)賦值求解點(diǎn)間距離和速度求解總速度和誤差、方差寫入Xml文件結(jié)束 開始定義變量讀取Xml中的數(shù)據(jù)飛機(jī)在坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)賦值求解S矩陣和站心矩陣求解仰角求解方位角求解傾斜角寫入Xml文件結(jié)束卡爾曼濾波是基于狀態(tài)空間方法的一套遞推濾波算法，在狀態(tài)空間方法中，引入了狀態(tài)變量的概念。實(shí)際應(yīng)用中，可以通過選取合適的狀態(tài)變量來體現(xiàn)系統(tǒng)的特征、特點(diǎn)和狀況的變化?？柭鼮V波的模型包括狀態(tài)空間模型和觀測(cè)模型。狀態(tài)模型是