北斗/GPS衛(wèi)星導(dǎo)航綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)揭示北斗/GPS接收機(jī)內(nèi)部核心技術(shù)

大中專(zhuān)院校衛(wèi)星導(dǎo)航類(lèi)實(shí)驗(yàn)室首選工具

一、概述

     隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，許多院校已經(jīng)認(rèn)識(shí)到掌握衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)知識(shí)的重要性，相繼開(kāi)設(shè)了衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程。但由于涉及到的相關(guān)知識(shí)比較多，包括無(wú)線通信、射頻、電子電路、計(jì)算機(jī)原理、基帶算法、地理信息等課程，課程中的知識(shí)相對(duì)都比較抽象，學(xué)習(xí)和理解起來(lái)會(huì)相對(duì)枯燥而吃力。BGE2200A北斗/GPS綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為學(xué)生提供開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使學(xué)生在真實(shí)設(shè)備、真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)環(huán)境下，親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和編程，真正的了解衛(wèi)星導(dǎo)航原理和實(shí)現(xiàn)，為今后工作奠定理論基礎(chǔ)、積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

二、系統(tǒng)功能  

    BGE2200A北斗/GPS綜合實(shí)驗(yàn)箱除衛(wèi)星導(dǎo)航定位、授時(shí)等基本功能外，還設(shè)計(jì)了慣性測(cè)量組合及通訊等模塊，適用于通信、電子、信息、測(cè)量測(cè)繪、自動(dòng)控制、導(dǎo)航、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸、城市規(guī)劃、物聯(lián)網(wǎng)等專(zhuān)業(yè)的相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)使用。

BGE220A綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為學(xué)生提供開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生在真實(shí)設(shè)備、真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)環(huán)境下，親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和編程，理解單向測(cè)距原理，掌握GPS測(cè)量誤差和信號(hào)傳輸誤差特性，掌握實(shí)時(shí)GPS衛(wèi)星軌道計(jì)算方法，理解DOP的物理意義、掌握其計(jì)算方法及應(yīng)用特性，掌握GPS衛(wèi)星位置及Doppler頻移的預(yù)測(cè)方法等接收機(jī)核心技術(shù)，理解慣導(dǎo)器件組成，以及工作原理和特性，同時(shí)與衛(wèi)星導(dǎo)航定位進(jìn)行組合定位的意義，掌握GPRS的工作原理，理解無(wú)線通訊在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域應(yīng)用的實(shí)際意義。

    通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生加深對(duì)GNSS、慣導(dǎo)、GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過(guò)程的理解，掌握GNSS接收機(jī)核心算法和導(dǎo)航解算過(guò)程。提供開(kāi)源代碼程序，讓學(xué)生更深入的理解和掌握衛(wèi)星導(dǎo)航算法中的精髓，同時(shí)也是為一些二次開(kāi)發(fā)提供了算法支持。

 三、 系統(tǒng)配置  

1. 實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)置主要組件

 ◆ GNSS天線： 用于接收北斗/GPS衛(wèi)星信號(hào)；

 ◆ GNSS接收板： 用于對(duì)GPS和北斗衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)基帶信號(hào)處理，并提供相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)，為各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備；

 ◆ GPRS模塊及天線： 用于提供 GSM 信息收發(fā)功能；

 ◆ 藍(lán)牙模塊： 用于和安卓平板電腦或手機(jī)通訊；

 ◆ 慣導(dǎo)組件： 用于提供慣性原始數(shù)據(jù)及載體姿態(tài)信息；

 ◆ 控制器： 用于通訊與協(xié)調(diào)等；

 ◆ 觸摸顯示屏： 用于實(shí)驗(yàn)功能切換、顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果等功能。

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2.外部配置組件

 ◆ 安卓平板電腦： 用于顯示平臺(tái)提供的解算結(jié)果，比如 GPS 定位，北斗定位結(jié)果，載體姿態(tài)測(cè)量結(jié)果等；

 ◆ 通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)： 用于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件運(yùn)行，完成解算、顯示、仿真等操作（選購(gòu)）；

 ◆ 433M無(wú)線電臺(tái)： 用于接收發(fā)送差分信號(hào)和通訊；

 ◆ GNSS衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器： 用于轉(zhuǎn)發(fā)放大外部GNSS接收天線的衛(wèi)星信號(hào)；

 ◆ GNSS衛(wèi)星信號(hào)模擬器： 用于模擬衛(wèi)星信號(hào)（選購(gòu)）；

 ◆ GNSS參考基準(zhǔn)站： 用于提供RTCM2.3和RTCM3.0差分信號(hào)。  

實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.軟件界面：C語(yǔ)言編寫(xiě)的北斗GPS軟件應(yīng)用界面，

                                                                                                                                   軟件界面內(nèi)容之一

四、北斗GPS衛(wèi)星導(dǎo)航教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1. 基本實(shí)驗(yàn)  

  實(shí)驗(yàn)一 空間衛(wèi)星觀測(cè)

  實(shí)驗(yàn)二 北斗/GPS數(shù)據(jù)采集與解析

  實(shí)驗(yàn)三 實(shí)時(shí)衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

  實(shí)驗(yàn)四 接收機(jī)高精度定位和測(cè)速

  實(shí)驗(yàn)五 定位精度因子 DOP 值

  實(shí)驗(yàn)六 電離層、對(duì)流層、時(shí)鐘誤差計(jì)算

  實(shí)驗(yàn)七 載體慣性姿態(tài)測(cè)量

  實(shí)驗(yàn)八 GSM 實(shí)驗(yàn)  

 2. 擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)  

  實(shí)驗(yàn)一 計(jì)算北斗/GPS衛(wèi)星三維位置

  實(shí)驗(yàn)二 計(jì)算衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻率

  實(shí)驗(yàn)三 計(jì)算衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過(guò)電離層/大氣層產(chǎn)生的延時(shí)誤差

  實(shí)驗(yàn)四 計(jì)算導(dǎo)航定位幾何精度因子

  實(shí)驗(yàn)五 預(yù)測(cè)可視衛(wèi)星在軌道上的位置和多普勒頻移

  實(shí)驗(yàn)六 計(jì)算接收機(jī)ECEF坐標(biāo)系內(nèi)的位置、時(shí)間

  實(shí)驗(yàn)七 ECEF坐標(biāo)系與WGS84坐標(biāo)系坐標(biāo)變換編程實(shí)驗(yàn)

  實(shí)驗(yàn)八 UTC時(shí)間與本地時(shí)間變換編程實(shí)驗(yàn)

 3. 增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)  

  實(shí)驗(yàn)一 計(jì)算機(jī)平臺(tái)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)

  實(shí)驗(yàn)二 安卓平臺(tái)APP開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)

  實(shí)驗(yàn)三 通信模塊應(yīng)用實(shí)驗(yàn)（無(wú)線電臺(tái)/GPRS）

  實(shí)驗(yàn)四 差分站通信及差分信息獲取實(shí)驗(yàn)

  實(shí)驗(yàn)五 高精度RTK定位實(shí)驗(yàn)

  實(shí)驗(yàn)六 GNSS-INS組合導(dǎo)航基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

  實(shí)驗(yàn)七 定位結(jié)果分析與比較實(shí)驗(yàn)  

五、衛(wèi)星導(dǎo)航教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安裝配置

設(shè)備安裝示意圖

配置建議：  

    可根據(jù)經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)室的大小來(lái)配置實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)套數(shù)，實(shí)驗(yàn)室也可以分期建設(shè)，逐步配置齊全。

配置清單：