GPS/北斗卫星导航综合试验箱

北斗/GPS卫星导航综合实验平台
通过实验揭示北斗/GPS接收机内部核心技术
大中专院校卫星导航类实验室可以选择工具
 	 
一、概述
   随着我国北斗卫星导航产业的发展，许多院校已经认识到掌握卫星导航相关知识的重要性，相继开设了卫星导航相关专业课程。但由于涉及到的相关知识比较多，包括无线通信、射频、电子电路、计算机原理、基带算法、地理信息等课程，课程中的知识相对都比较抽象，学习和理解起来会相对枯燥而吃力。BGE2200A北斗/GPS综合实验系统为学生提供开放式的实验平台，使学生在真实设备、真实卫星信号环境下，亲自动手进行实验和编程，真正的了解卫星导航原理和实现，为今后工作奠定理论基础、积累实践经验。
 	  	 
二、系统功能	 
 	
 	  BGE2200A北斗/GPS综合实验箱除卫星导航定位、授时等基本功能外，还设计了惯性测量组合及通讯等模块，适用于通信、电子、信息、测量测绘、自动控制、导航、环境监测、交通运输、城市规划、物联网等专业的相关教学实验和实训使用。
BGE220A综合实验平台，为学生提供开放式的实验环境，使学生在真实设备、真实卫星信号环境下，亲自动手进行实验和编程，理解单向测距原理，掌握GPS测量误差和信号传输误差特性，掌握实时GPS卫星轨道计算方法，理解DOP的物理意义、掌握其计算方法及应用特性，掌握GPS卫星位置及Doppler频移的预测方法等接收机核心技术，理解惯导器件组成，以及工作原理和特性，同时与卫星导航定位进行组合定位的意义，掌握GPRS的工作原理，理解无线通讯在未来物联网等领域应用的实际意义。
    通过实验，使学生加深对GNSS、惯导、GPRS系统结构、工作原理、工作过程的理解，掌握GNSS接收机核心算法和导航解算过程。提供开源代码程序，让学生更深入的理解和掌握卫星导航算法中的精髓，同时也是为一些二次开发提供了算法支持。
	 
 三、 系统配置	 
 	 
1. 实验箱内置主要组件	 
 ◆ GNSS天线： 用于接收北斗/GPS卫星信号；
 ◆ GNSS接收板： 用于对GPS和北斗卫星信号进行实时基带信号处理，并提供相应的原始数据，为各种教学实验做准备；
 ◆ GPRS模块及天线： 用于提供 GSM 信息收发功能；
 ◆ 蓝牙模块： 用于和安卓平板电脑或手机通讯；
 ◆ 惯导组件： 用于提供惯性原始数据及载体姿态信息；
 ◆ 控制器： 用于通讯与协调等；
 ◆ 触摸显示屏： 用于实验功能切换、显示实验数据及结果等功能。.	 
2.外部配置组件
 
 ◆ 安卓平板电脑： 用于显示平台提供的解算结果，比如 GPS 定位，北斗定位结果，载体姿态测量结果等；
 ◆ 通用计算机系统： 用于实验平台软件运行，完成解算、显示、仿真等操作（选购）；
 ◆ 433M无线电台： 用于接收发送差分信号和通讯；
 ◆ GNSS卫星信号转发器： 用于转发放大外部GNSS接收天线的卫星信号；
 ◆ GNSS卫星信号模拟器： 用于模拟卫星信号（选购）；
 ◆ GNSS参考基准站： 用于提供RTCM2.3和RTCM3.0差分信号。	 

4.实验箱技术指标和参数：
  1 GNSS天线：用于接收多模多频卫星信号；
GPS L1/L2、GLONASS L1/L2、BDS B1/B2/B3
2 GNSS接收板卡：提供卫星基带信号处理、原始数据及标准语句等； 
?单点定位精度：1.5m （RMS）；
?SBAS精度：0.6m （RMS）；
?差分定位精度：0.02 m （RMS） 
?授时精度： 20ns
?信号跟踪： 冷启动：<50s ；
?温启动：<30s ； 热启动：<15s ；
?信号重捕获 ：<2s
?GNSS差分定位≤0.02米
3 GPRS模块：提供 GSM 信息收发功能；
?工作频率：GSM850M、EGSM900M、DCS1800M、PCS1900M，自动搜索
?SIM卡接口：支持1.8/3V SIM卡
?发射功率：2W（GSM850M、EGSM900M）1W（DCS1800M、PCS1900M）
?内置天线
 4 无线电台模块：接收差分数据；
工作频率433M，发射功率1W，波特率9600bps，
5 蓝牙模块：连接平板电脑或移动设备，如手机等；
符合标准IEEE802.15，工作频率2.4GHz，带宽为1Mb/s。
6惯导测量单元：提供惯性测量原始数据及载体姿态信息；
?速率陀螺测量范围： ±2000°/sec
?速率陀螺零偏稳定性：±0.2°/sec
?加速度计测量范围：±2g
?加速度计零偏稳定性：±0.003 (±2g)g
?加速度计非线性：0.2 %
7 控制器：实验箱主控制测量设备；
32位Cortex-M3内核+高速FPGA
8触摸显示屏：实验功能切换、显示实验数据及结果等；
?5寸电容式触摸屏；
?FPGA纯硬件读写刷屏；
?16位真彩色RGB显示（64K）；
9 电源及接口：
?电源电压：12VDC
?负载电流：<2A
其它配置设备（实验箱之外的配置）
 1 高精度GNSS天线：用于接收多模多频卫星信号；
?增益32dB
?GPS L1/L2；GLONASS G1/G2；BEIDOU2 B1/B2/B3；GALILEO E1
2 GNSS卫星信号转发器：转发放大外部GNSS接收天线的卫星信号。
?接收和发射频率：GPS :L1:1575.42±10MHz；L2: 1227.60±10MHz；GLONASS:L1:1602±10MHz；BD2:B1:1561.098±10MHz；B2:1207.14 MHz±10MHz；B3: 1268.52 MHz±10MHz；
?驻波：≤1.5：1
?噪声系数：≤1.5dB
?接收电路增益：32±2dB
?发射电路增益：26±2dB
?较化方式：右旋圆较化
?电压：12VDC
?电流：≤100mA
?电缆线长度：30M（可变）
 3 GNSS参考基准站：向实验箱提供差分信号，配合高精度定位实验。
?信号跟踪：120通道，GPS L1C/A码L1/L2 P码， BDS B1/B2  I支路C码 GLONASS L1；SBAS: WAAS,EGNOS,MSAS；Galileo可选
?精度指标（GNSS）：定位精度：水平：±(2.5 +1×10-6×D)mm，垂直：±(5 + 1×10-6×D)mm
?RTK初始化：时间 99.9%
?冷启动：<50s ； 温启动：<30s ； 热启动：<15s ；信号重捕获 ：<2s
?数据格式：CMR/CMR+，RTCM2.3，RTCM3.x 等；
?射频接口：TNC
?电源电压：12V
?通讯接口：RS232(可转接标准以太网)
?数据更新率：差分数据输出：1Hz
4 安卓平板电脑：显示测量数据、实验界面及解算结果等。
5 通用计算机系统：用于实验平台软件运行，完成

五、北斗GPS卫星导航教学实验箱实验内容：
1. 基本实验	 
 实验一 空间卫星观测 
  实验二 北斗/GPS数据采集与解析
  实验三 实时卫星坐标计算
  实验四 接收机高精度定位和测速
  实验五 定位精度因子 DOP 值
  实验六 电离层、对流层、时钟误差计算
  实验七 载体惯性姿态测量
  实验八 GSM 实验	 
 2. 扩展实验	 
  实验一 计算北斗/GPS卫星三维位置
  实验二 计算卫星信号多普勒频率
  实验三 计算卫星信号经过电离层/大气层产生的延时误差
  实验四 计算导航定位几何精度因子
  实验五 预测可视卫星在轨道上的位置和多普勒频移
  实验六 计算接收机ECEF坐标系内的位置、时间
  实验七 ECEF坐标系与WGS84坐标系坐标变换编程实验
  实验八 UTC时间与本地时间变换编程实验
 
 3. 增强实验	 
  实验一 计算机平台应用程序开发实验
  实验二 安卓平台APP开发实验
  实验三 通信模块应用实验（无线电台/GPRS）
  实验四 差分站通信及差分信息获取实验
  实验五 高精度RTK定位实验
  实验六 GNSS-INS组合导航基础实验
  实验七 定位结果分析与比较实验	 
 	
 六、卫星导航教学实验设备的安装配置
配置建议：	 
 	  可根据经费和实验室的大小来配置实验系统套数，实验室也可以分期建设，逐步配置齐全。


配置清单
序号	实验室配置设备	型号	数量	备注
1.1	GPS/北斗综合实验平台实验箱	BGE220A-I	6台	基础实验室
1.2	GPS/北斗综合实验平台实验箱	BGE220A-II	6台	扩展型实验室
1.3	GPS/北斗综合实验平台实验箱	BGE220A-III	6台	增强型实验室
2.1	卫星信号转接器基本型(单模单频)	WD101	1台	适合普及型实验室
2.2	卫星信号转接器应用型/专业型（三模八频）	WD102	1台	适合研发型实验室
3.1	组合导航接收机	ZH3000	1个	研发型
3.2	RTK卫星接收机	MS600	1个	研发型
3.3	双天线卫星定位测向仪	SS317	1个	研发型
4.1	实验终端	DL3088	1台	电脑
5.1	5W外置式收发1对电台	YL500	1套	研发
5.2	25W外置式收发1对电台	300	1套	研发

注明：学校根据教学和科研的需求，选配设备，除1.1和2.1是较基础配置外，其它根据老师的需要选配。