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首选工具
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。
实验箱内部结构
3.软件界面:C语言编写的北斗GPS软件应用界面,
软件界面内容之一
四、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
五、卫星导航教学实验设备的安装配置
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。
配置清单:
序号 |
实验室配置设备 |
型号 |
数量 |
备注 |
1 |
北斗/GPS综合实验平台实验箱 |
BGE2200A |
6台 |
基础实验室 |
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 |