北斗/GPS综合实验平台

高校卫星导航实验室建设方案

Beidou /GPS Integrated Experimental Platform

User’s Manual

2017年08月

北斗/GPS综合实验平台

1 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。

适用于通信、电子、信息、 计算机、测量、自动控制、导航、遥控遥测、环境监测、交通运输、城市规划、物联网等专业本科生、研究生星基导航基础教学和毕业设计及BDS/GPS应用系统的工程技术和维护人员培训使用，是高等院校和科研院所星基导航和组合导航教学及培训的实验设备。

实验平台不仅适用于教学实验，同时，也是一个二次开发平台，C#编程，程序代码开放，便于二次开发。可以作为卫星导航解算方法及其它项目的数据采集验证平台。

实验覆盖全面，包括基础实验，也可以增加扩展实验及增强实验，有较高的性价比，可为学校量身定制相关实验内容，提供全面的相关教学和实验配套服务，为广大师生和开发技术人员服务。

2 实验平台配置

2.1 主要组件及作用

1）GNSS天线：接收北斗/GPS卫星信号；

2）GNSS接收板：接收北斗和GPS卫星信号，并进行实时基带信号处理，并提供相应的原始数据及标准语句等；

3）433M无线电台及天线：接收发送差分信号；

4）GPRS模块及天线：提供 GSM 信息收发功能（板载内置）；

5）蓝牙模块及天线：同安卓平板电脑或手机通讯（板载内置）；

6）惯导组件：提供惯性原始数据及载体姿态信息；

7）控制器：通讯与协调等；

8）触摸显示屏：实验功能切换、显示实验数据及结果等。

2.2 选配组件及作用

1）通用计算机系统：用于实验平台软件运行，完成解算、显示、仿真等操作等；

2）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

3）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，供各实验平台使用；

4）GNSS参考基准站：用于提供RTCM2.3或RTCM3.0差分信号；

5）GNSS卫星信号模拟器：用于模拟卫星信号。

3 实验平台特点及技术指标

3.1 特点

• 采用北斗、GPS及联合定位，输出标准语句和原始数据；
• 操作使用方便，便于搬动和携带，可到室外做实验；
• 采用高精度多模板卡，除常规实验外，还可以扩充高精度RTK实验和学习；
• GNSS天线采用高精度全向天线，室内无需角度调整就能良好接收转发器信号；
• 系统集成惯性测量单元，可以测量姿态和提供加速度、速率、磁强等原始数据；
• 配置高性能通讯芯片可以连接移动通讯网络，可做GSM实验；
• 内部配置电台，可接收外部参考站发出的差分信号；
• 系统配有蓝牙，可以和手持设备或安卓系统连接，实现嵌入式系统开发；
• 采用USB接口连接外部电脑，支持各种教学实验。

3.2 技术指标

3.2.1 卫星信号接收

• 信号跟踪：80通道  北斗 B1 I支路C码；GPS L1 C/A码、L1；GLONASS L1；SBAS: WAAS,EGNOS,MSAS；
• 精度指标（GNSS）：单点定位精度：1.5m （RMS）；DGPS差分精度：0.6m （RMS）；差分定位精度：0.025 m （RMS）
• 授时精度：20ns
• 信号获取：冷启动：<50s ； 温启动：<30s ； 热启动：<15s ；信号重捕获 ：<2s
• 数据格式：标准NMEA-0183，CMR/CMR+ 支持，RTCM2.3 支持，RTCM3.0 支持
• 通讯接口：RS232（默认115200bps）
• 数据更新率：定位数据更新率：1Hz、5Hz、10Hz
• 功耗：小于5.0W

3.2.2 惯性测量单元

• 输出数据格式：原始数据、姿态角、四元数；
• 内部更新率：100Hz；
• 启动时间：< 1 sec；
• 俯仰、滚动误差：±0.5 degree；
• 航向误差：±2.0 degree；
• 航向角分辨率：< 0.1 degree；
• 加速度计测量范围：±2g；
• 速率陀螺测量范围 ±2000°/sec；
• 磁力计测量范围：±1.3 Gauss；

3.2.3 通讯连接

• USB接口：115200bps
• USB接口1:9600bps
• RF无线电台：433M
• 串口1：RS232

（115200bps）

• 蓝牙：2.4G Blue2.0

3.2.4 主控器及触摸屏

• 高性能ARM主控芯片，采用嵌入式操作系统；
• 采用5寸全屏触摸、滑动控制屏幕；
• C#编程，程序代码开放。

3.2.5 总体指标

• 外部尺寸：420x280x180mm；
• 重量：<5kg；
• 电源：DC +12V（可用+12V蓄电池供电）。

4 实验平台操作及连接

实验平台为铝合金箱结构，打开后效果如上图中所示，图中标出了各主要组成部分。面板上有USB/电源接口（包括电源开关及指示灯）、触摸屏、惯性测量单元、GNSS/RF天线插座以及一个收纳袋和一个收纳盒（用于收纳实验用电缆、电源适配器、用户手册、GNSS天线、RF天线等）。

主界面如图所示，通常的实验无需进行“设置”操作，进行的操作是由实验内容来决定的，具体实验中根据实验指导要求操作。

5.北斗GPS卫星导航教学实验箱实验内容：

5.1. 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 组合导航 实验  ；

 6、卫星导航教学实验设备的安装配置

6.1设备安装示意图

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。