北斗/GPS***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)

大中專院校***導(dǎo)航類實(shí)驗(yàn)室***工具

   

一、概述

   隨著我國(guó)北斗***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***導(dǎo)航相關(guān)知識(shí)的重要性，相繼開(kāi)設(shè)了***導(dǎo)航相關(guān)***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)***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***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***導(dǎo)航***、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***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)***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***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***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***導(dǎo)航***進(jìn)行組合***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***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***信號(hào)；

 ◆ GNSS接收板： 用于對(duì)GPS和北斗***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 G*** 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。.  

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 ***，北斗***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***信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器： 用于轉(zhuǎn)發(fā)放大外部GNSS接收天線的***信號(hào)；

 ◆ GNSS***信號(hào)模擬器： 用于模擬***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)。  

 

4.實(shí)驗(yàn)箱技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)：

  1 GNSS天線：用于接收多模多頻***信號(hào)；

GPS L1/L2、GLONASS L1/L2、BDS B1/B2/B3

2 GNSS接收板卡：提供***基帶信號(hào)處理、原始數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)句等； 

?單點(diǎn)***精度：1.5m （RMS）；

?SBAS精度：0.6m （RMS）；

?差分***精度：0.02 m （RMS） 

?授時(shí)精度： 20ns

?信號(hào)跟蹤： 冷啟動(dòng)：<50s ；

?溫啟動(dòng)：<30s ； 熱啟動(dòng)：<15s ；

?信號(hào)重捕獲 ：<2s

?GNSS差分***≤0.02米

3 GPRS模塊：提供 G*** 信息收發(fā)功能；

?工作頻率：G***850M、EG***900M、DCS1800M、PCS1900M，自動(dòng)搜索

?SIM卡接口：支持1.8/3V SIM卡

?發(fā)射功率：2W（G***850M、EG***900M）1W（DCS1800M、PCS1900M）

?內(nèi)置天線

 4 無(wú)線電臺(tái)模塊：接收差分?jǐn)?shù)據(jù)；

工作頻率433M，發(fā)射功率1W，波特率9600bps，

5 藍(lán)牙模塊：連接平板電腦或移動(dòng)設(shè)備，如手機(jī)等；

符合標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15，工作頻率2.4GHz，帶寬為1Mb/s。

6慣導(dǎo)測(cè)量單元：提供慣性測(cè)量原始數(shù)據(jù)及載體姿態(tài)信息；

?速率陀螺測(cè)量范圍： &plu***n;2000°/sec

?速率陀螺零偏穩(wěn)定性：&plu***n;0.2°/sec

?加速度計(jì)測(cè)量范圍：&plu***n;2g

?加速度計(jì)零偏穩(wěn)定性：&plu***n;0.003 (&plu***n;2g)g

?加速度計(jì)非線性：0.2 %

7 控制器：實(shí)驗(yàn)箱主控制測(cè)量設(shè)備；

32位Cortex-M3內(nèi)核+高速FPGA

8觸摸顯示屏：實(shí)驗(yàn)功能切換、顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果等；

?5寸電容式觸摸屏；

?FPGA純硬件讀寫刷屏；

?16位真彩色RGB顯示（64K）；

9 電源及接口：

?電源電壓：12VDC

?負(fù)載電流：<2A

其它配置設(shè)備（實(shí)驗(yàn)箱之外的配置）

 1 高精度GNSS天線：用于接收多模多頻***信號(hào)；

?增益32dB

?GPS L1/L2；GLONASS G1/G2；BEIDOU2 B1/B2/B3；GALILEO E1

2 GNSS***信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器：轉(zhuǎn)發(fā)放大外部GNSS接收天線的***信號(hào)。

?接收和發(fā)射頻率：GPS :L1:1575.42&plu***n;10MHz；L2: 1227.60&plu***n;10MHz；GLONASS:L1:1602&plu***n;10MHz；BD2:B1:1561.098&plu***n;10MHz；B2:1207.14 MHz&plu***n;10MHz；B3: 1268.52 MHz&plu***n;10MHz；

?駐波：≤1.5：1

?噪聲系數(shù)：≤1.5dB

?接收電路增益：32&plu***n;2dB

?發(fā)射電路增益：26&plu***n;2dB

?極化方式：右旋圓極化

?電壓：12VDC

?電流：≤100mA

?電纜線長(zhǎng)度：30M（可變）

 3 GNSS參考基準(zhǔn)站：向?qū)嶒?yàn)箱提供差分信號(hào)，配合高精度***實(shí)驗(yàn)。

?信號(hào)跟蹤：120通道，GPS L1C/A碼L1/L2 P碼， BDS B1/B2  I支路C碼 GLONASS L1；SBAS: WAAS,EGNOS,MSAS；Galileo可選

?精度指標(biāo)（GNSS）：***精度：水平：&plu***n;(2.5 +1×10-6×D)mm，垂直：&plu***n;(5 + 1×10-6×D)mm

?RTK初始化：時(shí)間 99.9%

?冷啟動(dòng)：<50s ； 溫啟動(dòng)：<30s ； 熱啟動(dòng)：<15s ；信號(hào)重捕獲 ：<2s

?數(shù)據(jù)格式：CMR/CMR+，RTCM2.3，RTCM3.x 等；

?射頻接口：TNC

?電源電壓：12V

?通訊接口：RS232(可轉(zhuǎn)接標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng))

?數(shù)據(jù)更新率：差分?jǐn)?shù)據(jù)輸出：1Hz

4 安卓平板電腦：顯示測(cè)量數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)界面及解算結(jié)果等。

5 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

 

五、北斗GPS***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***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)***坐標(biāo)計(jì)算

  實(shí)驗(yàn)四 接收機(jī)高精度***和測(cè)速

  實(shí)驗(yàn)五 ***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 G*** 實(shí)驗(yàn)  

 2. 擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)  

  實(shí)驗(yàn)一 計(jì)算北斗/GPS***三維位置

  實(shí)驗(yàn)二 計(jì)算***信號(hào)***頻率

  實(shí)驗(yàn)三 計(jì)算***信號(hào)經(jīng)過(guò)電離層/大氣層產(chǎn)生的***誤差

  實(shí)驗(yàn)四 計(jì)算導(dǎo)航***幾何精度因子

  實(shí)驗(yàn)五 預(yù)測(cè)可視***在軌道上的位置和***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***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 ***結(jié)果分析與比較實(shí)驗(yàn)  

 

 六、***導(dǎo)航教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安裝配置

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

序號(hào) 實(shí)驗(yàn)室配置設(shè)備 型號(hào) 數(shù)量 備注

1.1 GPS/北斗綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱 BGE220A-I 6臺(tái) 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室

1.2 GPS/北斗綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱 BGE220A-II 6臺(tái) 擴(kuò)展型實(shí)驗(yàn)室

1.3 GPS/北斗綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱 BGE220A-III 6臺(tái) 增強(qiáng)型實(shí)驗(yàn)室

2.1 ***信號(hào)轉(zhuǎn)接器基本型(單模單頻) WD101 1臺(tái) 適合普及型實(shí)驗(yàn)室

2.2 ***信號(hào)轉(zhuǎn)接器應(yīng)用型/***型（三模八頻） WD102 1臺(tái) 適合研發(fā)型實(shí)驗(yàn)室

3.1 組合導(dǎo)航接收機(jī) ZH3000 1個(gè) 研發(fā)型

3.2 RTK***接收機(jī) MS600 1個(gè) 研發(fā)型

3.3 雙天線******測(cè)向儀 SS317 1個(gè) 研發(fā)型

4.1 實(shí)驗(yàn)終端 DL3088 1臺(tái) 電腦

5.1 5W外置式收發(fā)1對(duì)電臺(tái) YL500 1套 研發(fā)

5.2 25W外置式收發(fā)1對(duì)電臺(tái) 300 1套 研發(fā)

 

注明：學(xué)校根據(jù)教學(xué)和科研的需求，選配設(shè)備，除1.1和2.1是***基礎(chǔ)配置外，其它根據(jù)老師的需要選配。