專利名稱:模擬全球定位系統(tǒng)(gps)原理綜合實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種電子測(cè)控方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器,尤其是根據(jù)現(xiàn)實(shí)的全球定位系統(tǒng) (GPS)定位原理設(shè)計(jì)的模擬全球定位系統(tǒng)(GPS)原理綜合實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù):
全球定位系統(tǒng)(GPS)是由24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上,以約12小時(shí) 的周期環(huán)繞地球運(yùn)行,使得在任意時(shí)刻,在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆以上的 衛(wèi)星。由于衛(wèi)星的位置精確可知,在GPS觀測(cè)中,我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離,根據(jù)三 維坐標(biāo)中的距離公式,利用3顆衛(wèi)星,就可以組成3個(gè)方程式,解出觀測(cè)點(diǎn)的位置(X,Y,Z)。 考慮到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差,實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù),X、 Y、 Z和鐘差,因而 需要引入第4顆衛(wèi)星,形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解,從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度、高程,再根據(jù) 經(jīng)緯度計(jì)算精確時(shí)間等信息。
對(duì)于導(dǎo)航定位來說,GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷一描述衛(wèi) 星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷,是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi) 星上的各種設(shè)備是否正常工作,以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行,都要由地面設(shè)備進(jìn)行 監(jiān)測(cè)和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)"GPS時(shí)間系統(tǒng)。 這就需要地面站監(jiān)測(cè)各顆衛(wèi)星的時(shí)間,求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星,衛(wèi)星再由導(dǎo) 航電文發(fā)給用戶設(shè)備。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān) 測(cè)站。
GPS信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào), 并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行,對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理,以便測(cè)量出GPS信 號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間,解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文,實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站 的三維位置,位置,甚至三維速度和時(shí)間。
靜態(tài)定位中,GPS接收機(jī)在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中自身位置固定不變,接收機(jī)高 精度地測(cè)量GPS信號(hào)的傳播時(shí)間,利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置,解算出接收機(jī)天線所在位 置的三維坐標(biāo)。而動(dòng)態(tài)定位則是用GPS接收機(jī)測(cè)定一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)行軌跡。
由于全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理在課堂上很難演示,學(xué)生不容易理解。現(xiàn)有的GPS實(shí)驗(yàn) 儀都是用實(shí)際的GPS接收模塊和電腦連接,直接接收天空GPS衛(wèi)星的信號(hào),在電腦上顯示出 當(dāng)時(shí)的經(jīng)緯度和時(shí)間。因?yàn)樵谡n堂演示時(shí)儀器的移動(dòng)距離僅限于室內(nèi),接收到的信號(hào)變化量 很小,對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)量的效果不佳,且整臺(tái)儀器移動(dòng)起來也不方便,另外這種實(shí)驗(yàn)僅限于對(duì) GPS接收模塊的觀察和使用,學(xué)生對(duì)GPS的整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)射和接收及定位原理缺乏全面的了 解。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型根據(jù)上述存在問題,設(shè)計(jì)了一種模擬全球定位系統(tǒng)(GPS)的綜合實(shí)驗(yàn)儀器。 在這個(gè)儀器中有一個(gè)模擬地球的圓形平面,并以此圓形平面的中心為極點(diǎn),畫有赤道及標(biāo)有 經(jīng)緯線的地球平面圖,在平面圖的赤道上選擇三個(gè)固定點(diǎn)放置三個(gè)注入站,在模擬的地球平 面上放置一個(gè)代表GPS接收終端的高度可調(diào)的移動(dòng)小車。在模擬地球的圓形平面上方,均勻 交錯(cuò)放置4個(gè)(或多于4個(gè))半橢圓形金屬軌道用來模擬同步地球衛(wèi)星的軌道,在每個(gè)金屬 軌道上再安裝一個(gè)可以沿軌道移動(dòng)的模擬衛(wèi)星。模擬衛(wèi)星、注入站和移動(dòng)小車上均安裝有超 聲波發(fā)射、接收傳感器和紅外發(fā)射、接收傳感器及相應(yīng)的控制電路,模擬衛(wèi)星上還對(duì)稱安裝 有兩個(gè)太陽能電池板和充電電池等。再將儀器主機(jī)與模擬衛(wèi)星、注入站和移動(dòng)小車之間用有 線(或無線)的方式進(jìn)行信號(hào)聯(lián)絡(luò),由此構(gòu)成一套完整的模擬全球定位系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的有益效果是,可以模擬真實(shí)的全球定位系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制,用于全球定位系
統(tǒng)原理的教學(xué)實(shí)驗(yàn),直觀生動(dòng),便于教學(xué),有利于學(xué)生對(duì)全球定位系統(tǒng)原理的了解。
在圖l中的裝置為模擬全球定位系統(tǒng)(GPS)的結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖l中1.模擬地球的圓形平面;2.模擬地球平面圖的赤道;3.模擬同步地球衛(wèi)星 的軌道;4.模擬衛(wèi)星;5.赤道上的三個(gè)注入站;6. GPS接收站的高度可調(diào)的移動(dòng)小車; 7.儀器主機(jī)
在圖2中的裝置為模擬衛(wèi)星的示意圖。
在圖2中8.模擬衛(wèi)星的太陽能電池板;9.模擬衛(wèi)星的實(shí)體部分其內(nèi)部裝有控制電路和充
電電池等。
具體實(shí)施方式
用一個(gè)大圓桌面作為模擬地球的圓形平面(l),在此平面上畫有赤道(2)及標(biāo)有經(jīng)緯線 的地球平面圖,在模擬地球的圓形平面(l)的上方,均勻交錯(cuò)放置4個(gè)(或多于4個(gè))半橢圓形 金屬軌道用來模擬同步地球衛(wèi)星的軌道(3),在每個(gè)金屬軌道上再安裝一個(gè)可以沿軌道移動(dòng) 的模擬衛(wèi)星(4),在平面圖的赤道(2)上均勻放置三個(gè)固定注入站(5),在模擬的地球平面 (1)上放置一個(gè)代表GPS接收終端的高度可調(diào)的移動(dòng)小車(6)。模擬衛(wèi)星(4)、注入站(5) 和移動(dòng)小車(6)上均安裝有超聲波發(fā)射、接收傳感器和紅外發(fā)射、接收傳感器及相應(yīng)的控制 電路,模擬衛(wèi)星上還對(duì)稱安裝有兩個(gè)太陽能電池板(8),模擬衛(wèi)星的實(shí)體部分(9)其內(nèi)部裝 有控制電路和充電電池等。再將儀器主機(jī)(7)與模擬衛(wèi)星(4)、注入站(5)和移動(dòng)小車(6) 之間用有線(或無線)的方式進(jìn)行信號(hào)聯(lián)絡(luò),由此構(gòu)成一套完整的模擬全球定位系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種模擬全球定位系統(tǒng)(GPS)原理綜合實(shí)驗(yàn)儀,其特征是有一個(gè)模擬地球的圓形平面,并以此圓形平面的中心為極點(diǎn),畫有赤道及標(biāo)有經(jīng)緯線的地球平面圖,在平面圖的赤道上均勻放置三個(gè)固定注入站,在模擬的地球平面上放置一個(gè)代表GPS接收終端的高度可調(diào)的移動(dòng)小車。
2. 根據(jù)權(quán)力要求1所述的模擬全球定位系統(tǒng)(GPS)原理綜合實(shí)驗(yàn)儀,其特征是在模 擬地球的圓形平面上方,均勻交錯(cuò)放置了不少于4個(gè)的半橢圓形的金屬軌道用來模擬同步地 球衛(wèi)星的軌道,在每個(gè)金屬軌道上再安裝一個(gè)可以沿軌道移動(dòng)的模擬衛(wèi)星。
3. 根據(jù)權(quán)力要求1所述的模擬全球定位系統(tǒng)(GPS)原理綜合實(shí)驗(yàn)儀,其特征是全球定位系統(tǒng)中的模擬衛(wèi)星、注入站和移動(dòng)小車上均安裝有超聲波發(fā)射、接收傳感器和紅外發(fā)射、 接收傳感器及相應(yīng)的測(cè)控電路,模擬衛(wèi)星上還對(duì)稱安裝有兩個(gè)太陽能電池板和充電電池。
專利摘要一種模擬全球定位系統(tǒng)(GPS)原理綜合實(shí)驗(yàn)儀。該儀器有一個(gè)模擬地球的圓形平面,并以此圓形平面的中心為極點(diǎn),畫有赤道及標(biāo)有經(jīng)緯線的地球平面圖,在平面圖的赤道上均勻分布三個(gè)固定注入站,在模擬的地球平面上放置一個(gè)代表GPS接收終端的高度可調(diào)的移動(dòng)小車。在模擬地球的圓形平面上方,均勻交錯(cuò)放置不少于4個(gè)的半橢圓形的金屬軌道用來模擬同步地球衛(wèi)星的軌道,在每個(gè)金屬軌道上再安裝一個(gè)可以沿軌道移動(dòng)的模擬衛(wèi)星。模擬衛(wèi)星、注入站和移動(dòng)小車上均安裝有超聲波發(fā)射、接收傳感器和紅外發(fā)射、接收傳感器及相應(yīng)的測(cè)控電路,模擬衛(wèi)星上還對(duì)稱安裝有兩個(gè)太陽能電池板和充電電池,由此構(gòu)成一套完整的模擬GPS全球定位系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G09B9/00GK201075127SQ200720040328
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者偉 盧, 鄭瑞銘, 錢仰德 申請(qǐng)人:南京恒立達(dá)光電儀器廠