Сопряжение спутниковой навигационной аппаратуры с программой «Ashtech Evaluate»

1. Дисциплина «ГИДРОГРАФИЯ» Использование Глобальных Навигационных спутниковых систем в гидрографии Раздел 6 Сопряжение

Лабораторная работа № 1:
Сопряжение спутниковой навигационной
аппаратуры с программа «Ashtech Evaluate».
Государственный университет морского и речного флота
имени адмирала С.О. Макарова
Доцент Фирсов Ю.Г
2023 учебный год ( 48)
Протокол NMEA0183
1

2. Практическое освоение сопряжения оборудования по последовательному каналу с использованием предложений протокола NMEA 0183

Программа NMEA-Simulator, разработанная на кафедре
«Гидрография моря» Института морская академия и предназначена
для формирования предложений протокола NMEA и выдачу их в
последовательный порт (COM).
Любая гидрографическая программа электронная гидрографическая
информационная система (ЭГИС) может принять и использовать
эти предложения.
Протокол NMEA0183
2

3. Программа «Ashtech Evaluate»

Используется для оценки качества работы спутниковой
навигационной аппаратуры, а также для создания на
ее основе контрольной станции, выставляемой в
районе работ с целью контроля точности определения
плановых координат в период проведения
гидрографической съемки.
Протокол NMEA0183
3

4. Цель лабораторной работы

Изучить и освоить работу с программой
«Ashtech Evaluate» используемой для анализа
точности спутниковой навигационной
аппаратуры в статическом режиме, а также
для организации контрольной станции при
выполнении гидрографической съемки
Протокол NMEA0183
4

5. Решаемые задачи:

1. Определение номеров последовательных портов на
компьютере.
2. Установка программы эмуляции СОМ-портов
3.Запуск и настройка программы «NMEA Simulator 2008».
4. Запуск и настройка программы «Ashtech Evaluate».
5. Работа с программой «Ashtech Evaluate» в режимах:
5.1. Оперативный расчет оценки точности положения по
внутренней сходимости с регистрацией строк протокола
NMEA в файл *.log.
5.2. Оперативный расчет оценки точности положения относительно
известных координат с регистрацией строк протокола NMEA
в файл *.log.
5.3. Расчет оценки точности положения по внутренней
сходимости путем считывания данных из файла *.log.
6. Составление отчета о работе в электронном виде.
Протокол NMEA0183
5

6. Последовательность выполнения лабораторной работы № 1

Настройка программы «NMEA Simulator 2008».
Настройка программы «Ashtech Evaluate».
Расчет точности позиции в реальном времени
в двух вариантах: 1) по внутренней сходимости и
2) относительно точки (репера) с
известными координатами
Запись данных в файл с расширением *.log
Расчет точности позиции на основе данных из файла
Составление отчета и его защита.
Протокол NMEA0183
6

7.

Запуск
программы
«NMEA
Simulator»
Протокол NMEA0183
7

8. Программа «NMEA Simulator»

Протокол NMEA0183
8

9.

Установки параметров
последовательного порта
подключаемого оборудования
Выбор пункта меню: <File → ConfigurePortSetting >
Протокол NMEA0183
9

10.

Опции программы:
Установка динамики изменения параметров:
➢ Глубины от однолучевого эхолота;
➢ Курса судна;
➢ Скорости судна
➢ Режим работы спутниковой аппаратуры.
Выбор пункта меню «Опции» осуществляется с помощью
команды :
<File →Options>
При этом открывается окно с несколькими закладками
Протокол NMEA0183
10

11.

Установка режим работы
спутниковой аппаратуры
Протокол NMEA0183
11

12.

Динамика изменения глубины от
однолучевого эхолота
Протокол NMEA0183
12

13.

Динамика изменения курса судна
Протокол NMEA0183
13

14.

Динамика изменения скорости
судна
Протокол NMEA0183
14

15.

Выбор предложений NMEA
Протокол NMEA0183
15

16.

Ввод исходных данных и
старт режима имитации
NMEA
➢ Ввести координаты начальной
точки, курс, скорость;
➢ Установить интервал выдачи
данных в пакет ЭГИС
➢ Нажать зеленую кнопку (пуск)
Наблюдать появления строк
выбранных предложений NMEA
в нижней части окна.
Протокол NMEA0183
16

17.

Сопряжение двух компьютеров
Протокол NMEA0183
17

18.

Сопряжение путем соединения 2-х
СОМ-портов на одном компьютере
В программе NMEASimulator
задаем
выдачу
данных
(NMEA-строк) на СОМ-порт с
номером 1
Сом 1
NMEASimulator
ЭГИС
Сом 2
В программе ЭГИС при
настройке параметров
сопряжения с устройством
по последовательному каналу
задаем прием данных на
СОМ-порт 2
Протокол NMEA0183
18

19.

Программа «VSP XP»
(для эмуляции СОМ-портов)
➢ Создание пар соединенных СОМ-портов для
имитации и особых случаев соединения
Протокол NMEA0183
19

20. Программа «VSPE W7(32/64)» (для эмуляции СОМ-портов)

Команда:
Устройства → Создать
Протокол NMEA0183
20

21. Программа «VSP W7(32/64)»

В открывшемся окне «Тип устройства» в выпадающем списке выбрать
«Pair» (пара СОМ портов, соединенных нуль модемным кабелем)
и нажать клавишу «Далее».
В появившемся окне установить номера СОМ-портов и нажать
клавишу «Готово»
Протокол NMEA0183
21

22. Программа «VSPE W7(32/64)» готова к работе

Сверните окно программы, но не закрывайте саму программу
Протокол NMEA0183
22

23.

Проверка номеров последовательных
портов средствами ОС «WINDOWS»
Протокол NMEA0183
23

24.

Виртуальные
СОМ - порты
Окно
«Диспетчер
устройств»
Физические
СОМ - порты
➢ Проверить наличие «физических» и
«виртуальных»
СОМ-портов на компьютере и их номеров – команды:
➢ ПУСК → ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ → СИСТЕМА →
Свойства системы →
Оборудование → Диспетчер устройств
Протокол NMEA0183
24

25.

Применение программы- имитатора
➢ Программа имитатор протокола NMEA-0183
может использоваться для решения следующих
задач в лабораторных условиях:
➢ - имитация сопряжения пакета ЭГИС с GPSоборудованием, выдающим следующие
предложения: GGA, RMC, VTG, ZDA, GLL ,
а также с цифровым эхолотом, выдающим
предложение DBT.
➢ - имитация работы в реальном времени
программ навигации с регистрацией данных
промера либо для расчета точности положения
в статическом режиме, например с помощью
программы «Ashtech Evaluate»
Протокол NMEA0183
25

26. Работа с программой «Achteck Evaluate»

Протокол NMEA0183
26

27. Сопряжение с GPS-аппаратурой

В окне «Ashtech Evaluate startup menu» выбрать опцию
«Connect to GPS Receiver», тогда при нажатии клавиши
«OK» сразу же появится окно «Connection Parameters», в
котором необходимо задать номер второго СОМ-порта и его
установки аналогичные установкам в программе «NMEA
Simulator»
Протокол NMEA0183
27

28. Проверка сопряжения

После задания установок СОМ-порта необходимо
проверить, что они работает правильно путем индикации окна
«Port Activity» (View→ Port Activity), а также убедиться в
том, что строки протокола NMEA поступают в программу
«Evaluate» путем индикации окна «GPS Receiver Terminal»
(GPS → Terminal).
Протокол NMEA0183
28

29. Выбор режима работы программы (1)

Программа «Evaluate» выполнят оценку точности спутникового
позиционирования фиксированной антенны в двух режимах:
- Average over time (расчет по внутренней сходимости)
- Vs Truth (расчет относительно точно известной позиции )
Выбор режима в окна «Static Position Data» (GPS → Analysis).
Протокол NMEA0183
29

30. Выбор режима работы программы (2)

Режим: «Average over time» предназначен для расчета позиции антенны
приемника ГНСС по внутренней сходимости результатов измерений с
оценкой точности получаемых усредненных координат
Режим: Vs Truth предназначен для расчета позиции антенны приемника
ГНСС относительно точно известной позиции (Lat, Lon) и позволяет кроме
оценкой точности получаемых координат определить наличие
систематических ошибок спутникового позиционирования
Выбор режима в окна «Static Position Data» (GPS → Analysis ).
Протокол NMEA0183
30

31. Графическое отображение позиции

После успешного сопряжения в программе «Evaluate»
необходимо задать один из режимов работы в реальном
масштабе времени. Для этого используется команда индикации
окна «Static Position Data»: (GPS → Analysis). При работе в
реальном времени в программе возможен выбор одного из двух
режимов:
а) оперативный расчет оценки точности положения по
внутренней сходимости (Режим «Average over time» ).
б) оперативный расчет оценки точности положения относи-тельно
известных координат (Режим «Known Position»
В обоих режимах возможна регистрация строк NMEA в файл
*.log.
Для графического отображения «мишени» (окно «Position
Information») необходимо задать Радиусы внутреннего
( Ring 1) и внешнего (Ring 2) кругов на панели «Range (m)»
Протокол NMEA0183
31

32. Алгоритм оценки точности по внутренней сходимости - формула Бесселя

В геодезической и гидрографической практике истинное значение измеряемой
величины в большинстве случаев заранее неизвестно. Тогда среднюю
квадратическую погрешность (СКП) отдельного результата измерений «m»
вычисляют по вероятнейшим погрешностям (δ) отдельных результатов
измерений (li); по формуле Бесселя:
m=
где δi = li - lср
Величину δi называют также «поправкой» к результату измерений
Если выполнено «n» равноточных измерений, то средняя величина может
быть рассчитана по формуле: lср = (l1 + l2 + l3 + l4 + .... + ln) / n
Применительно к спутниковому позиционированию ϕ′-широта; λ′-долгота
ϕср =(ϕ1 + ϕ2 + ϕ3 +....+ ϕn)/n; λср =(λ1 + λ2 + λ3 + .... + λn)/n
δϕi = ϕi - ϕср; δλi = λ i - λср; mϕ – СКП широты (угл. мин);
mώ = m λ * cos ϕ - СКП долготы (угл. мин.)
Протокол NMEA0183
32

33. Регистрация строк NMEA в файл

Для начала регистрации строк протокола NMEA в файл
*.log необходимо выдать команду старта регистрации
(GPS → Log).
При этом появится окно «Epoch Counter» в котором
будет отображаться количество «эпох» интервал
регистрации и имя файла (см.рис.)
Повторная выдача этой команды прекращает
регистрацию. Имя файла с расширением .log
формируется по принципу:
unkn_xxx.log
где xx – порядковый номер файла (от 1 до 99).
По умолчанию полное имя файлы:
C:\evaluate\log\
Протокол NMEA0183
33

34. Окно регистрации в файл unkn_xxx.log

По умолчанию полное имя файла:
C:\evaluate\log\ unkn_01.log
Протокол NMEA0183
34

35. Считывание записанного файла *.log

Для считывания записанного
файла (файл с расширением
*.log ) необходимо заново
запустить программу и в
появившемся окне -см. рис.
Включить радио-кнопку:
«View log file»
Далее в появившемся окне
выбрать файл, из которого
программа будет считывать
данные для выполнения
необходимых расчетов.
Протокол NMEA0183
35

36. Экран лабораторной работы

Протокол NMEA0183
36

37. Результаты лабораторной работы-1

Обеспечить работу с программой «Evaluate» в
следующих режимах:
1. Оперативный расчет оценки точности положения по
внутренней сходимости с регистрацией строк
протокола NMEA в файл *.log.
2. Оперативный расчет оценки точности положения
относительно известных координат
с регистрацией строк протокола NMEA в файл *.log.
3. Расчет оценки точности положения по внутренней
сходимости путем считывания
данных из файла *.log.
Протокол NMEA0183
37

38. Результаты лабораторной работы-2 Параметры оценки точности спутникового определения для включения в отчет

Протокол NMEA0183
38

39. Оценка точности спутникового определения

CEP =0.83 * 1DRMS
Horizontal rms = 1DRMS
East rms
= Sx
North rms
= Sy
Horizontal 95%= 95 Error
Vertical rms
Vertical 95%
95 Error = 1.73 * DRMS
DRMS = (S²y +S²x)½
Протокол NMEA0183
39

40.

Наименование
Вероятность
к
1
2
3
4
5
6
7
(%)
1
Среднеквадратический
эллипс (СКЭ)
(1-sigma ellipse)
39. 35
1
1
1.18
1.41
2
2.45
2.83
3
2
Вероятная
погрешность
Circular Error
Probable (CEP)
50.
1.117
0.85
1
1.20
1.70
2.08
2.40
2.55
3
СРО (1 DRMS)
63.21
1.414
0.71
0.83
1
1.41
1.73
2
2.12
4
Двойной СКЭ
(2-sigma ellipse)
86.47
2
0.5
0.59
0.71
1
1.22
1.41
1.5
5
(95% confidence) 95
2.448
0.41
0.48
0.58
0.82
1
1.16
1.23
6
Удвоенное СРО
(2 DRMS)
98.17
2.828
0.35
0.42
0.5
0.71
0.87
1
1.06
7
Тройной СКЭ
(3-sigma ellipse)
98.89
3
0.33
0.39
0.47
0.67
0.82
0.94
1
Протокол NMEA0183
40

41. Оценка точности спутникового определения Термины

Вероятная погрешность = Circular Error Probable
(CEP)
Среднеквадратическое радиальное отклонение(СРО) =
Distance root mean-square (1 DRMS)
Circular standard Error (CSE) = круговая
стандартная ошибка
Протокол NMEA0183
41

42. Оценка точности спутникового определения ИТОГИ

Протокол NMEA0183
42

43. Оценка точности спутникового определения Термины

Среднеквадратическое радиальное отклонение (СРО) = 1
DRMS
Аналог:
Радиальная погрешность места (РПМ)
по ГОСТ 23634-83
(МОРСКАЯ НАВИГАЦИЯ И МОРСКАЯ ГИДРОГРАФИЯ
Термины и определения )
Протокол NMEA0183
43

44. Зарубежная терминология по оценке точности спутниковой обсервации: точность (precision) и правильность (accuracy)

Протокол NMEA0183
44

45. Параметры оценки точности спутникового определения

1)
Величины оценок координат планового
положения
(Mean Latitude, Mean Longitude ),
полученные в результате выполнения
сеанса спутниковых наблюдений на
репере с известными координатами.
2) Выписать значения систематических
погрешностей по широте и долготе
(Mean North error, Mean East error),
полученных в результате выполнения
сеанса спутниковых наблюдений на
репере с известными координатами.
Протокол NMEA0183
45

46. Дополнительное задание по лабораторной работе

Используя программу Ashtech Evaluate имитировать
систематические ошибки спутниковой аппаратуры при работе
в режиме «Vs Truth» - расчет относительно точно известной
позиции.
Исходные данные:
координаты репера: широта = 60°N; долгота=0
Задание:
имитировать систематическую ошибку по широте: -18 м
и систематическую ошибку до долготе: -36 м
Включить результаты в отчет и представить на копии экрана
программы Ashtech Evaluate
Протокол NMEA0183
46

47. Отчет по лабораторной работе

1. В отчете указать фамилию автора, а также
использованные режим работы «спутниковой
аппаратуры» - программы «NMEA Simulator» и
полученные оценки точности.
Имя файла отчета должно включать фамилию
студента и «NMEA»,
например: NMEA_Иванов.doc
2. Результат работы на компьютере и отчет представить
преподавателю.
3. Описать полученные параметры оценки точности
определения координат.
4. Устно описать выполненную работу и ответить на
вопросы преподавателя.
Протокол NMEA0183
47

48. Конец учебной презентации

Протокол NMEA0183
48