模拟全球定位系统(GPS)原理综合实验仪技术方案

一种模拟全球定位系统（ＧＰＳ）原理综合实验仪。该仪器有一个模拟地球的圆形平面，并以此圆形平面的中心为极点，画有赤道及标有经纬线的地球平面图，在平面图的赤道上均匀分布三个固定注入站，在模拟的地球平面上放置一个代表ＧＰＳ接收终端的高度可调的移动小车。在模拟地球的圆形平面上方，均匀交错放置不少于４个的半椭圆形的金属轨道用来模拟同步地球卫星的轨道，在每个金属轨道上再安装一个可以沿轨道移动的模拟卫星。模拟卫星、注入站和移动小车上均安装有超声波发射、接收传感器和红外发射、接收传感器及相应的测控电路，模拟卫星上还对称安装有两个太阳能电池板和充电电池，由此构成一套完整的模拟ＧＰＳ全球定位系统。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电子测控方面的实验教学仪器，尤其是根据现实的全球定位系统 (GPS)定位原理设计的模拟全球定位系统(GPS)原理综合实验仪。
技术介绍
全球定位系统(GPS)是由24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以约12小时 的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的 卫星。由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，根据三 维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X，Y,Z)。 考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、 Y、 Z和钟差，因而 需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度、高程，再根据 经纬度计算精确时间等信息。对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历一描述卫 星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫 星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行 监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准"GPS时间系统。 这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导 航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监 测站。GPS信号接收机的任务是能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号， 并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信 号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站 的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。静态定位中，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中自身位置固定不变，接收机高 精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位 置的三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。由于全球定位系统(GPS)的原理在课堂上很难演示，学生不容易理解。现有的GPS实验 仪都是用实际的GPS接收模块和电脑连接，直接接收天空GPS卫星的信号，在电脑上显示出 当时的经纬度和时间。因为在课堂演示时仪器的移动距离仅限于室内，接收到的信号变化量 很小，对运动状态测量的效果不佳，且整台仪器移动起来也不方便，另外这种实验仅限于对 GPS接收模块的观察和使用，学生对GPS的整个系统的发射和接收及定位原理缺乏全面的了 解。
技术实现思路
本技术根据上述存在问题，设计了一种模拟全球定位系统(GPS)的综合实验仪器。 在这个仪器中有一个模拟地球的圆形平面，并以此圆形平面的中心为极点，画有赤道及标有 经纬线的地球平面图，在平面图的赤道上选择三个固定点放置三个注入站，在模拟的地球平 面上放置一个代表GPS接收终端的高度可调的移动小车。在模拟地球的圆形平面上方，均匀 交错放置4个(或多于4个)半椭圆形金属轨道用来模拟同步地球卫星的轨道，在每个金属 轨道上再安装一个可以沿轨道移动的模拟卫星。模拟卫星、注入站和移动小车上均安装有超 声波发射、接收传感器和红外发射、接收传感器及相应的控制电路，模拟卫星上还对称安装 有两个太阳能电池板和充电电池等。再将仪器主机与模拟卫星、注入站和移动小车之间用有 线(或无线)的方式进行信号联络，由此构成一套完整的模拟全球定位系统。本技术的有益效果是，可以模拟真实的全球定位系统的运行机制，用于全球定位系统原理的教学实验，直观生动，便于教学，有利于学生对全球定位系统原理的了解。附图说明在图l中的装置为模拟全球定位系统(GPS)的结构示意图。在图l中1.模拟地球的圆形平面；2.模拟地球平面图的赤道；3.模拟同步地球卫星 的轨道；4.模拟卫星；5.赤道上的三个注入站；6. GPS接收站的高度可调的移动小车； 7.仪器主机在图2中的装置为模拟卫星的示意图。在图2中8.模拟卫星的太阳能电池板；9.模拟卫星的实体部分其内部装有控制电路和充电电池等。具体实施方式用一个大圆桌面作为模拟地球的圆形平面(l)，在此平面上画有赤道(2)及标有经纬线 的地球平面图，在模拟地球的圆形平面(l)的上方，均匀交错放置4个(或多于4个)半椭圆形 金属轨道用来模拟同步地球卫星的轨道(3)，在每个金属轨道上再安装一个可以沿轨道移动 的模拟卫星(4)，在平面图的赤道(2)上均匀放置三个固定注入站(5)，在模拟的地球平面 (1)上放置一个代表GPS接收终端的高度可调的移动小车(6)。模拟卫星(4)、注入站(5) 和移动小车(6)上均安装有超声波发射、接收传感器和红外发射、接收传感器及相应的控制 电路，模拟卫星上还对称安装有两个太阳能电池板(8)，模拟卫星的实体部分(9)其内部装 有控制电路和充电电池等。再将仪器主机(7)与模拟卫星(4)、注入站(5)和移动小车(6) 之间用有线(或无线)的方式进行信号联络，由此构成一套完整的模拟全球定位系统。权利要求1.一种模拟全球定位系统(GPS)原理综合实验仪，其特征是有一个模拟地球的圆形平面，并以此圆形平面的中心为极点，画有赤道及标有经纬线的地球平面图，在平面图的赤道上均匀放置三个固定注入站，在模拟的地球平面上放置一个代表GPS接收终端的高度可调的移动小车。2. 根据权力要求1所述的模拟全球定位系统(GPS)原理综合实验仪，其特征是在模 拟地球的圆形平面上方，均匀交错放置了不少于4个的半椭圆形的金属轨道用来模拟同步地 球卫星的轨道，在每个金属轨道上再安装一个可以沿轨道移动的模拟卫星。3. 根据权力要求1所述的模拟全球定位系统(GPS)原理综合实验仪，其特征是全球定位系统中的模拟卫星、注入站和移动小车上均安装有超声波发射、接收传感器和红外发射、 接收传感器及相应的测控电路，模拟卫星上还对称安装有两个太阳能电池板和充电电池。专利摘要一种模拟全球定位系统(GPS)原理综合实验仪。该仪器有一个模拟地球的圆形平面，并以此圆形平面的中心为极点，画有赤道及标有经纬线的地球平面图，在平面图的赤道上均匀分布三个固定注入站，在模拟的地球平面上放置一个代表GPS接收终端的高度可调的移动小车。在模拟地球的圆形平面上方，均匀交错放置不少于4个的半椭圆形的金属轨道用来模拟同步地球卫星的轨道，在每个金属轨道上再安装一个可以沿轨道移动的模拟卫星。模拟卫星、注入站和移动小车上均安装有超声波发射、接收传感器和红外发射、接收传感器及相应的测控电路，模拟卫星上还对称安装有两个太阳能电池板和充电电池，由此构成一套完整的模拟GPS全球定位系统。文档编号G09B9/00GK201075127SQ200720040328公开日2008年6月18日 申请日期2007年7月24日 优先权日2007年7月24日专利技术者伟 卢, 郑瑞铭, 钱仰德 申请人:南京恒立达光电仪器厂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟全球定位系统（ＧＰＳ）原理综合实验仪，其特征是：有一个模拟地球的圆形平面，并以此圆形平面的中心为极点，画有赤道及标有经纬线的地球平面图，在平面图的赤道上均匀放置三个固定注入站，在模拟的地球平面上放置一个代表ＧＰＳ接收终端的高度可调的移动小车。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢伟，郑瑞铭，钱仰德，
申请(专利权)人：南京恒立达光电仪器厂，
类型：实用新型
国别省市：84[]