[发明专利]模拟GPS卫星定位实验装置及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种物理实验装置及实验方法，特别是涉及能模拟全球定位系统中卫星的测时和测距实现物体的精确定位的实验装置和实验方法。 

背景技术

利用卫星的测时和测距进行导航的GPS全球定位系统是目前世界上最先进、最完善的卫星导航系统与定位系统，它不仅具有全球性、全天候、实时高精度，三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰和保密性。因此引起世界各国军事部门和广大民用部门的普遍关注。目前，GPS精密定位技术已广泛的渗透到经济建设和科学技术的许多领域，尤其是在大地测量学及相关学科领域，如地球动力学，海洋大地测量学，地球物理勘探、资源勘察、航空与卫星遥感、工程测量学等方面的广泛应用，充分的显示了这一卫星定位技术的高精度和高效益。 

卫星的测量技术与方法是大学物理实验教学内容之一，目前与此相关的教学仪器设备很少，模拟GPS卫星定位实验装置及实验方法将现代科学技术与大学物理实验教学紧密结合，提高了教学水平和教学质量。 

发明内容

本发明目的是提供一种应用于教学上，面向学生使用的可靠、操作性强、物理量显示简洁，并可根据实验原理改变不同实验方法，进行测量的模拟GPS卫星定位实验装置和实验方法。 

本发明提供一种模拟GPS卫星定位实验装置，该装置分成二个部分：实验平台、测量控制仪。 

所述实验平台主要包括有：由二维物体定位机构，极坐标，X、Y坐标，模拟卫星信号发射器，和接收器组成；模拟卫星信号发射器安装在高度可调的支架上，支架固定在实验平台底座相应位置上，构成模拟卫星；信号接收器固定在定位物体上，定位物体固定在由两根相互垂直的导轨组成的二维物体定位机构上，可在X、Y方向任意移动，所处位置通过X，Y坐标读出。 

所述测量控制仪主要包括有：4组微秒级时间间隔测量单片机，单片机通过模拟卫星信 号发射器发射超声波信号，通过信号接收器接收信号并测量信号，测量选择单元与测量控制仪面板上的测量卫星选择键相应连接，测量控制仪面板上有液晶显示屏显示，电缆线插孔，测量卫星选择键。 

本发明的由4只模拟卫星信号发射器模拟4颗卫星根据实验内容进安装、固定、调节高度和位置。 

本发明的模拟GPS卫星定位实验装置测量方法为： 

将模拟卫星放置在相应实验内容所需的位置上，装有接收器的物体用二维定位机构置于某一位置，通过平台四周刻度，读出物体实际的坐标位置(x，y)。 

在测量控制仪面板上选择测量卫星，将物体上的接收器喇叭口对准所选卫星发射器，记录液晶显示屏上的时间值。改变物体位置，再次进行测量。 

本发明采用声发射技术中的平面定位原理，可进行二维平面上的模拟GPS卫星定位和三维空间GPS卫星定位模拟实验。通过本实验模拟卫星测时和测距的数据对实验中的物体进行定位的方法，不仅可以学习到相关实验的基本原理，进一步理解物理学在现代高科技领域的基础地位和作用，而且可以了解由传感器，信号处理，计算机组成的现代测量系统的许多基本知识以及用计算机处理实验数据的一些基本方法。 

本发明采用上述实验原理和技术方法构成了一种模拟GPS卫星定位实验装置，该装置在实验教学中可做的实验内容丰富，不仅能在二维平面上进行物体定位，而且可实现三维空间的物体定位测量，通过数据处理得出物体的空间位置。数据处理结果可与实验平台上直接测得的位置值比较，加深学生对卫星定位原理和方法的理解，拓展学生的知识面，提高物理实验教学质量。 

附图说明

附图1为本发明模拟GPS卫星定位实验装置图 

1、实验平台  2、极坐标底图  3、四周刻度尺  4、定位物体  5、X方向导轨  6、Y方向导轨  7、导轨槽  8、信号接收器  9、信号发射器(模拟卫星1)  10、信号发射器(模拟卫星2)  11、信号发射器(模拟卫星3)  12、信号发射器(模拟卫星4)  13、支架  14、固定孔  15、测量控制仪  16、控制面板  17、测量卫星选择键  18、液晶数据显示窗  19、外接插孔  20、电缆线  21、定位指针 

附图2二维平面上三发射器探头模拟卫星阵列图 

附图3二维平面上四发射器探头模拟卫星阵列图 

附图4三维空间四发射器探头模拟卫星阵列图 

附图5二维平面上三个发射器位置图 

附图6二维平面上四个发射器位置图 

具体实施方式

实施例1模拟GPS卫星定位实验装置