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隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，許多院校已經(jīng)認(rèn)識到掌握衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)知識的重要性，相繼開設(shè)了衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)專業(yè)課程。但由于涉及到的相關(guān)知識比較多，包括無線通信、射頻、電子電路、計算機原理、基帶算法、地理信息等課程，課程中的知識相對都比較抽象，學(xué)習(xí)和理解起來會相對枯燥而吃力。北斗/GPS衛(wèi)星導(dǎo)航綜合實驗系統(tǒng)為學(xué)生提供開放式的實驗平臺，使學(xué)生在真實設(shè)備、真實衛(wèi)星信號環(huán)境下，親自動手進行實驗和編程，真正的了解衛(wèi)星導(dǎo)航原理和實現(xiàn)，為今后工作奠定理論基礎(chǔ)、積累實踐經(jīng)驗。
一、北斗/GPS衛(wèi)星導(dǎo)航綜合實驗箱功能：
1、北斗/GPS綜合實驗系統(tǒng)除衛(wèi)星導(dǎo)航定位、授時等基本功能外，還設(shè)計了慣性測量組合及通訊等模塊，適用于通信、電子、信息、計算機、測量測繪、自動控制、導(dǎo)航、遙控遙測、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、城市規(guī)劃、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)的相關(guān)教學(xué)實驗和實訓(xùn)使用。
2、北斗/GPS衛(wèi)星導(dǎo)航綜合實驗箱為學(xué)生提供開放式的實驗環(huán)境，使學(xué)生在真實設(shè)備、真實衛(wèi)星信號環(huán)境下，親自動手進行實驗和編程，理解單向測距原理，掌握GPS測量誤差和信號傳輸誤差特性，掌握實時GPS衛(wèi)星軌道計算方法，理解DOP的物理意義、掌握其計算方法及應(yīng)用特性，掌握GPS衛(wèi)星位置及Doppler頻移的預(yù)測方法等接收機核心技術(shù)，理解慣導(dǎo)器件組成，以及工作原理和特性，同時與衛(wèi)星導(dǎo)航定位進行組合定位的意義，掌握GPRS的工作原理，理解無線通訊在未來物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域應(yīng)用的實際意義。
3、北斗/GPS衛(wèi)星導(dǎo)航綜合實驗箱通過實驗，使學(xué)生加深對GNSS、慣導(dǎo)、GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過程的理解，掌握GNSS接收機核心算法和導(dǎo)航解算過程。提供開源代碼程序，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，同時也是為一些二次開發(fā)提供了算法支持。
二、系統(tǒng)配置：
一）實驗箱內(nèi)置主要組件：
1、GNSS天線：用于接收北斗/GPS衛(wèi)星信號；
2、GNSS接收板：用于對GPS和北斗衛(wèi)星信號進行實時基帶信號處理，并提供相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)，為各種教學(xué)實驗做準(zhǔn)備；
3、GPRS模塊及天線：用于提供GSM信息收發(fā)功能；
4、藍(lán)牙模塊：用于和安卓平板電腦或手機通訊；
5、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；
6、控制器：用于通訊與協(xié)調(diào)等；
7、觸摸顯示屏：用于實驗功能切換、顯示實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果等功能。.
二）外部配置組件：
1、安卓平板電腦：用于顯示平臺提供的解算結(jié)果，比如GPS定位，北斗定位結(jié)果，載體姿態(tài)測量結(jié)果等；
2、通用計算機系統(tǒng)：用于實驗平臺軟件運行，完成解算、顯示、仿真等操作（選購）；
3、433M無線電臺：用于接收發(fā)送差分信號和通訊；
4、GNSS衛(wèi)星信號轉(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；
5、GNSS衛(wèi)星信號模擬器：用于模擬衛(wèi)星信號（選購）；
6、GNSS參考基準(zhǔn)站：用于提供RTCM2.3和RTCM3.0差分信號。
三）軟件界面：C語言編寫的北斗GPS軟件應(yīng)用界面
三、北斗/GPS衛(wèi)星導(dǎo)航綜合實驗箱技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)：
1、GNSS天線：用于接收多模多頻衛(wèi)星信號；GPSL1/L2、GLONASSL1/L2、BDSB1/B2/B3
2、GNSS接收板卡：提供衛(wèi)星基帶信號處理、原始數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)語句等；
（1）單點定位精度：1.5m（RMS）；
（2）SBAS精度：0.6m（RMS）；
（3）差分定位精度：0.02m（RMS）
（4）授時精度：20ns
（5）信號跟蹤：冷啟動：<50s；
（6）溫啟動：<30s；熱啟動：<15s；
（7）信號重捕獲：<2s
（8）GNSS差分定位≤0.02米
3、GPRS模塊：提供GSM信息收發(fā)功能；
（1）工作頻率：GSM850M、EGSM900M、DCS1800M、PCS1900M，自動搜索
（2）SIM卡接口：支持1.8/3VSIM卡
（3）發(fā)射功率：2W（GSM850M、EGSM900M）1W（DCS1800M、PCS1900M）內(nèi)置天線
4、無線電臺模塊：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設(shè)備，如手機等；符合標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15，工作頻率2.4GHz，帶寬為1Mb/s。
6、慣導(dǎo)測量單元：提供慣性測量原始數(shù)據(jù)及載體姿態(tài)信息；
（1）速率陀螺測量范圍：±2000°/sec
（2）速率陀螺零偏穩(wěn)定性：±0.2°/sec
（3）加速度計測量范圍：±2g
（4）加速度計零偏穩(wěn)定性：±0.003(±2g)g
（5）加速度計非線性：0.2%
7、控制器：實驗箱主控制測量設(shè)備；32位Cortex-M3內(nèi)核+高速FPGA
8、觸摸顯示屏：實驗功能切換、顯示實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果等；
（1）5寸電容式觸摸屏；
（2）FPGA純硬件讀寫刷屏；
（3）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
四、其它配置設(shè)備（實驗箱之外的配置）：
1、高精度GNSS天線：用于接收多模多頻衛(wèi)星信號；增益32dB，GPSL1/L2；GLONASSG1/G2；BEIDOU2B1/B2/B3；GALILEOE1
2、GNSS衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器：轉(zhuǎn)發(fā)放大外部GNSS接收天線的衛(wèi)星信號。
（1）接收和發(fā)射頻率：GPS:L1:1575.42±10MHz；L2:1227.60±10MHz；
（2）GLONASS:L1:1602±10MHz；BD2:B1:1561.098±10MHz；B2:1207.14MHz±10MHz；B3:1268.52MHz±10MHz；
（3）駐波：≤1.5：1
（4）噪聲系數(shù)：≤1.5dB
（5）接收電路增益：32±2dB
（6）發(fā)射電路增益：26±2dB
（7）極化方式：右旋圓極化
（8）電壓：12VDC
（9）電流：≤100mA
（10）電纜線長度：30M（可變）
3、GNSS參考基準(zhǔn)站：向?qū)嶒炏涮峁┎罘中盘�，配合高精度定位實驗�?/span>
（1）信號跟蹤：120通道，GPSL1C/A碼L1/L2P碼，BDSB1/B2I支路C碼GLONASSL1；SBAS:
WAAS,EGNOS,MSAS；Galileo可選
（2）精度指標(biāo)（GNSS）：定位精度：水平：±(2.5+1×10-6×D)mm，垂直：±(5+1×10-
6×D)mm
（3）RTK初始化：時間<10s，初始化可靠性>99.9%
（4）冷啟動：<50s；溫啟動：<30s；熱啟動：<15s；信號重捕獲：<2s
（5）數(shù)據(jù)格式：CMR/CMR+，RTCM2.3，RTCM3.x等；
（6）射頻接口：TNC
（7）電源電壓：12V
（8）通訊接口：RS232(可轉(zhuǎn)接標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng))
（9）數(shù)據(jù)更新率：差分?jǐn)?shù)據(jù)輸出：1Hz
4、安卓平板電腦：顯示測量數(shù)據(jù)、實驗界面及解算結(jié)果等。
5、通用計算機系統(tǒng)：用于實驗平臺軟件運行，完成。
五、實驗內(nèi)容：
一）基本實驗：
1、空間衛(wèi)星觀測
2、北斗/GPS數(shù)據(jù)采集與解析
3、實時衛(wèi)星坐標(biāo)計算
4、接收機高精度定位和測速
5、定位精度因子DOP值
6、電離層、對流層、時鐘誤差計算
7、載體慣性姿態(tài)測量
8、GSM實驗
二）擴展實驗：
1、計算北斗/GPS衛(wèi)星三維位置
2、計算衛(wèi)星信號多普勒頻率
3、計算衛(wèi)星信號經(jīng)過電離層/大氣層產(chǎn)生的延時誤差
4、計算導(dǎo)航定位幾何精度因子
5、預(yù)測可視衛(wèi)星在軌道上的位置和多普勒頻移
6、計算接收機ECEF坐標(biāo)系內(nèi)的位置、時間
7、ECEF坐標(biāo)系與WGS84坐標(biāo)系坐標(biāo)變換編程實驗
8、UTC時間與本地時間變換編程實驗
三）增強實驗：
1、計算機平臺應(yīng)用程序開發(fā)實驗
2、安卓平臺APP開發(fā)實驗
3、通信模塊應(yīng)用實驗（無線電臺/GPRS）
4、差分站通信及差分信息獲取實驗
5、高精度RTK定位實驗
6、GNSS-INS組合導(dǎo)航基礎(chǔ)實驗
7、定位結(jié)果分析與比較實驗
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