双差分GPS北斗定位系统使用说明书140730概要.doc

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起草日期
2014-07-30
密 级
无
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入库定位
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郑州市加滋杰交通科技股份有限公司

GPS/北斗定位系统
使用说明书

版本：V1.1

起 草：
李 光
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版权所有：加滋杰交通科技股份有限公司
2014年07月30日

修 订 记 录
序号
版本
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责 任 人
职责
姓名
日期
1
V1.0
初始版本
起草
李光
2014.03.19
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2
V1.1

起草
李光
2014.07.30
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3

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4

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5

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6

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7

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目 录
目 录 3
双差分GPS/北斗定位系统使用说明书 4
一、概述 4
1.1系统特点 4
1.2系统配置 4
1.3技术指标 4
二、软硬件说明及安装 5
2.1硬件说明 5
2.2 软件说明 8
2.3 设备安装 8
三、数据协议及命令 11
3.1 GPS定位定向消息集 11
3.2 命令协议 13
四、注意事项 16
五、运输与储存 16
六、机械规格 16

双差分GPS/北斗定位系统
使用说明书
一、概述
GPS/北斗卫星定位系统具有全天候、高精度、自动化、高效益等特点，本系统内置双GNSS与里程计接口，GNSS系统支持北斗、GPS双系统；系统可采用双差分RTK算法，组合输出系统方位角，输出精度可达厘米级，更适用于交通测量、测绘、GIS采集、驾校考试系统等高精度高要求场合使用。
1.1系统特点
u 精度高、无累积误差、兼容多种组合模式、保持时间长；
u 双GPS利用载波测量技术精确计算航向值，航向精度视两GPS间基线长度而定，基线越长精度越高；
u 动态使用时，还有GPS轨迹角输出，尤其能为有人机、无人机、浮空器等准确提供偏流角；
u 具备自寻北功能，在无GPS信号情况下仍可通过高精度惯导实现定向测姿。
1.2系统配置
表1 系统配置
主机
1台
GNSS测量天线
2个
天线馈线
2根
数据电源线缆
1套（3根）
合格证
1张
1.3技术指标

表2 主要技术指标
系统精度
航向
0.2°（1σ，GNSS信号良好，基线长度≥2m）
姿态
1° (1σ，GNSS信号良好)
位置
差分：2cm+1ppm (CEP)（GNSS信号良好）
单点：2m（CEP）（GNSS信号良好）
数据更新速率
1Hz/5Hz（可调）
接口特性
接口方式
RS-232
波特率
115200 bps（默认）
物理特性
供电电压
12VDC额定（10.8～18VDC）
额定功率
＜15W
工作温度
-25℃～+60℃
物理尺寸
189*153*73.5（mm）
重量
≤1Kg（不含天线和馈线）
二、软硬件说明及安装
2.1硬件说明
2.1.1 GNSS天线
GNSS天线采用零相位测量型天线，可以接收多个导航定位卫星星座，并满足高精度载波相位测量要求。
2.1.2 天线馈线
标准配置的馈线在阻抗、增益等方面与标配的天线有很好的匹配。标配长度为5米，如果由于现场安装的位置不同，而导致馈线长度不满足要求时，需根据选定的安装环境仔细测算。
2.1.3 数据电源线缆
外接延长线缆统一使用推拉自锁接插件，具有很好的防水和连通性；直接连接到主机的数据和电源接口，另一端为DB9 头，使用RS-232接口协议，可以很方便的与计算机连接。
（1）电源线缆：将2芯线缆的圆形连接器端连接主机的“电源”接口；另一端的红线黑线，直接与供电电源连接。使用时，圆形连接器对准主机“电源”连接器，轻推插头后端，即可连接上设备；将插头金属部分回拉即可断开连接。
表3 电源线缆接口定义
连接器管脚
接口定义
备注
1（红线）
VCC
+12/24V
2（黑线）
GND
GND
（2）数据输出线缆：将10芯线缆的圆形连接器端连接主机的“数据输出”接口；另一端的DB9连接器为导航数据输出口，其他线预留。使用时，圆形连接器对准主机“数据输出”连接器，轻推插头后端，即可连接上设备；将插头金属部分回拉即可断开连接。
表4 数据输出线缆接口定义
连接器管脚
接口定义
备注
1
TXD1
DB9母头2脚
2
RXD1
DB9母头3脚
3
GND
DB9母头5脚
4
DC5V

5
GND

6
PWM1
里程计接口1
7
PWM2
里程计接口2
8
TXD4
备用
9
RXD4
备用
10

保留
（3）数据输入线缆：将7芯线缆的圆形连接器端连接主机的“数据输入”接口；另一端的DB9连接器为差分数据输入口，其他线预留。使用时，圆形连接器对准主机“数据输入”连接器，轻推插头后端，即可连接上设备；将插头金属部分回拉即可断开连接。
表5数据输入线缆接口定义
连接器管脚
接口定义
备注
1
PPS
秒脉冲输出TTL(5V)
2
GND
DB9母头5脚
3
G1RXD
DB9母头3脚
4
G1TXD
DB9母头2脚
5
G2RXD
备用
6
G2TXD
备用
7
GND

2.1.4 双差分主机
双差分主机内部安装有两个GNSS接收机，一个MEMS惯性、姿态测量单元，嵌入式计算机等。主机外壳包括“电源”、“数据输出”、“数据输入”、“前天线”、“后天线”五个接口和“数据指示”。
（1）电源：该接口为2芯圆形连接器，用于给主机供电，端口及接线定义见表3。
（2）数据输出：该接口为10芯圆形连接器，用于导航数据输出，外挂里程计和备用端口；端口及接线定义见表4。
（3）数据输入：该接口为7芯圆形连接器，用于GNSS差分数据输入，端口及接线定义见表5。
（4）前天线：用天线馈线一端连接接口，另一端连接GNSS前天线（前进方向）。
（5）后天线：用天线馈线一端连接接口，另一端连接GNSS后天线（后退方向）。
（6）数据指示：主机面板前共有5个指示灯，自左至右，具体定义见下表；
表6 数据指示定义
编号
1
2
3
4
5
颜色
红色
蓝色
蓝色
绿色
绿色
说明
DC5V
数据输出TXD1端
数据输入RXD1端
差分数据输出TX端
差分数据输入RX端
备注

2.2 软件说明
随光盘附带有COMCenter.exe对其进行测试。
运行COMCenter.exe所需的计算机配置要求如下：
CPU Pentium级
内存：≥ 32MB
硬盘空间：≥ 10MB
操作系统：基于Windows 32位操作系统，如Windows 2000/ 2003/XP ，COMCenter.exe不需要安装，使用时直接将光盘中的软件文件夹拷贝到PC机的硬盘上即可。
2.3 设备安装
（1）备好直流稳压电源或蓄电池（12VDC）、笔记本电脑、测试载体和本产品装箱单上所标示的物品。 
（2）找到一处比较开阔，无遮挡、无多路径干扰的试验场地。 
（3）将主机安装在载体上，主机铭牌上标示的坐标系XOY面尽量与载体被测基准面平行，Y轴与载体前进方向中心轴线平行，两个GPS天线分别固定在载体上，前后天线分别安装在载体的前进方向和后退方向上，应尽可能的将其安置于测试载体的最高处以保证能够接收到良好的GPS信号，同时要保证两个GPS天线相位中心形成的连线与测试载体中心轴线方向一致或平行。 
（4）分别将两根天线馈线连接到前后GPS天线和主机单元“前天线”和“后天线”接口上，并注意前、后天线的一致对应（“前天线”接口对应连接摆放在被测载体前进方向的天线；“后天线”接口对应连接摆放在被测载体后退方向的天线）。严格区分前后天线，不能颠倒，使用时上方应无遮挡，避免带电拔插接插件。 
（5）用量尺准确测量从GPS后天线的中心点到前天线中心点的距离（测量精度要求精确至3mm），两个天线的间距可根据具体安装环境而定，但间距大小影响定向精度。 
（6）特别需要注意的是：主机单元必须与被测载体固连，主机安装底面应平行于被测载体的基准面，主机铭牌上标示的Y轴指向必须与被测载体的前进方向一致、并与两个GPS天线中心连线构成的基线平行。测试时，两个GPS天线也必须安装于同一载体。
图1 天线安装示意图
例如：
图2 飞行航迹示意图
根据上图，我们知道：
地速：以航迹上令任意点O为原点的水平直角坐标中，从O点经△t时间飞行岛A点，此段飞行速度（即地速）利于OA路径段的坐标XH、YH计算：
地速=
在本系统中，航向角由“Heading”参数表示，“Track”表示“地速相对真北方向的夹角”，即为上图所示的“地速方位角”。
（7）将“电源”线缆连接到主机的“电源”接口，红线、黑线连接到直流稳压电源上（电源电压：12V或24V，电源电流：3A），注意区分两根引线的极性，并分别用绝缘胶带进行防护，防止短路。
（8）将“数据”线缆连接到主机的“数据输出”接口，另一端的DB9接头连接到笔记本电脑的串口。
（9）如设备需要接收差分信息提高定位精度，需将“数据输入”线缆连接到主机的“数据输入”接口，另一端的DB9接头连接到提供差分信息的接口上。
（10）检查各个连接位置，确保各接点均连接正确，电源引脚极性无颠倒。
（11）打开电源并在笔记本电脑上运行软件，查看输出数据。
三、数据协议及命令
本系统输出以ASCII编码数据协议为主。需要注意的是由于RS232串口通信速率最高支持位115200bps，因此在数据输出时，如果输出更新率设定较高，每秒钟数据量超过了115200bit，则会导致数据丢失或乱码。请在使用时多加注意。保证数据输出的可靠性。
3.1 GPS定位定向消息集：GPHPD
ASCII协议数据结构如下图所示：
数据格式：
$GPHPD,GPSWeek,GPSTime,Heading,Pitch,Track,Latitude,Longitude,AltitudeDe,Dn,Du, Ve,Vn,Vu,Ae,An,Au,Baseline,NSV1,NSV2, GPSStatus *cs<CR><LF>
具体定义如下表（表6）所示。

表7： ASCII码GPHPD协议定义
序号
名称
数据编号
格式
目标
单位
说明
1
$GPHPD

string

HPD消息协议头
2
GPSWeek
<1>
numeric
log头中取

GPS周自1980-1-6至当前的星期数（接收机时间）
3
GPSTime
<2>
numeric
log头中取

GPS秒星期内的毫秒数（接收机时间）
4
Heading
<3>
numeric
G2H<4> or G2D<1>
度
偏航角0~360
5
Pitch
<4>
numeric
G2H<5>
度
俯仰角-90～90
6
Roll
<5>
numeric

度
横滚角-180～180
7
Latitude
<6>
numeric
G1G<2> or G1P<3>
度
纬度
8
Longitude
<7>
numeric
G1G<4> or G1P<4>
度
经度
9
Altitude
<8>
numeric
G1G<9> or G1P<5>
米
高度
10
De
<9>
numeric

米
移动站相对于基站的东向距离
11
Dn
<10>
numeric

米
移动站相对于基站的北向距离
12
Du
<11>
numeric

米
移动站相对于基站的天向距离
13
Ve
<12>
numeric

米/秒
东向速度
14
Vn
<13>
numeric

米/秒
北向速度
15
Vu
<14>
numeric

米/秒
天向速度
16
Ae
<15>
numeric

米/秒
两次测量值之间的东向速度差
17
An
<16>
numeric

米/秒
两次测量值之间的北向速度差
18
Au
<17>
numeric

米/秒
两次测量值之间的天向速度差
19
Baseline
<18>
numeric
G2H<3>
米
基线长度
20
NSV1
<19>
numeric
G2H<11>

前天线可用星数
21
NSV2
<20>
numeric
G1G<7> or G1P<15>

后天线可用星数
22
GPSStatus
<21>
numeric
G1G<6>and G2H<2>

0:GPS无效 1:GPS单点位置有效 2:伪距差分 4:RTK固定解 5:RTK浮点解
23
cs
<22>
hexadecimal
*60

校验

<CR><LF>

<CR><LF>

固定包尾
ASCII码数据校验计算公式
Unsigned char CS=0;
for(i=0;i<BUFFER_LENGTH;i++)//BUFFER_LENGTH为$号与*号之间的长度
{
CS ^= Buffer[i];
}
3.2 命令协议
用户可通过串口调试工具或在自己编写的软件中发送命令，配置、查询产品的输出参数、状态。除非特殊说明，否则所有设置命令完成后均需保存设置。所有命令协议不区分大小写。（大写）
3.2.1设置输出：OUTPUT 命令
表8设置输出格式
名称
格式
举例
单位
说明
$CMD
string
$CMD

CMD消息协议头
Command
string
OUTPUT

输出
Port
string
COM1

输出的端口名COMx
Cmdname
string
GPHPD

输出的消息名称
GPHPD-ASCII码数据
Rate
Numeric
0.1
秒
消息数据输出时间间隔
0.01s(100Hz)输出
0.1s(10Hz)输出
0.2s(5Hz)输出
1s(1Hz)输出
Cs
string
*FF

校验(为使用户输入方便，使用FF作为校验)
举例： $CMD,OUTPUT,COM1,GPHPD,0.1*FF
3.2.2保存设置：SAVE,CONFIG命令
表9 保存设置
名称
格式
举例
说明
$CMD
string
$CMD
CMD消息协议头
Command
string
SAVE,CONFIG
保存设置，在使用该命令前所做的设置将保存
Cs
hexadecimal
*FF
校验(为使用户输入方便，使用FF作为校验)
举例：$CMD,SAVE,CONFIG*FF
3.2.3设置输出端口的波特率：SET,PORT命令
表10设置设备输出端口波特率
名称
格式
举例
说明
$CMD
string
$CMD
CMD消息协议头
Command
string
SET,PORT
设置输出端口的波特率
Port
string
COM1
需要设置的端口 COM1
BaudRate
Numeric
115200
设 定 的 波 特 率(4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200)
Cs
hexadecimal
*FF
校验(为使用户输入方便，使用FF作为校验)
举例：$CMD,SET,PORT,COM1,115200*FF
3.2.4 设置基准站坐标：SETBASESTATION命令

表11 设置设备基站坐标
名称
格式
举例
单位
说明
$CMD
string
$CMD

CMD消息协议头
Command
string
SETBASESTATION

设置基准站
Latitude
Numeric
34.1966004
度
基准站纬度
Longitude
Numeric
108.8551924
度
基准站经度
Altitude
Numeric
394.98
米
基准站高度
Cs
hexadecimal
*FF

校验(为使用户输入方便，使用FF作为校验)
举例：$CMD, SETBASESTATION, 34.1966004,108.8551924, 394.98*FF
3.2.5获取基准站坐标：GETBASESTATION命令
表12 获取设备基站坐标
名称
格式
举例
单位
说明
$CMD
string
$CMD

CMD消息协议头
Command
string
GETBASESTATION

获取基准站
Cs
hexadecimal
*FF

校验(为使用户输入方便，使用FF作为校验)
举例：$CMD, GETBASESTATION*FF
3.2.6 发送命令返回消息
表13 发送命令返回消息
消息名
说明
Bad,Command
错误命令
Config,OK
设置成功
Config,failed
设置失败

四、注意事项
（1）本系统为精密电子产品，使用时注意防尘、防潮、防霉，轻拿轻放，避免强烈冲击和震动；
（2）不要随意打开底盖，以免仪器受损；
（3）机壳不属于防水设计，应避免在雨中浸泡使用；
（4）在使用之前请检查连接头，避免松动；数据电源线缆应定期检查，防止扭结。
五、运输与储存
（1）产品在运输过程中应避免雨雪直接淋袭、太阳久晒、接触腐蚀性气体及机械损伤，产品在搬运过程中应注意轻搬轻放；
（2）运输和贮存过程中避免受潮、撞击和磕碰，防止运输时的人为和机械损伤。在运输和贮存时，外包装盒应保持干燥、清洁、无污染；
（3）长期存放产品的仓库环境温度为20±10℃，相对湿度不大于80％，库房内应无酸碱及腐蚀性气体，且无强烈的机械振动、冲击、强磁场作用。
六、机械规格
注：单位为mm。