北斗卫星GPS定位导航系统导航教学仪器

北斗GPS卫星导航定位实验教学系统 |北斗GPS综合实验平台(BGE2200A)

北斗/GPS卫星导航综合实验平台

随着我国北斗卫星导航产业的发展，高校开设北斗卫星导航相关课程成为必然。但由于涉及到的相关知识比较多，北斗/GPS综合实验系统卫星导航定位、授时等基本功能，还设计了惯性测量给合及通讯等模块，包括无线通信、射频、电子电路、信息、计算机原理、测量测绘、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、基带算法、地理信息等课程的相关教学实验和实训使用。抽象难理解。BEG2200A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。
一、功能描述
北斗/GPS综合实验平台，由实验平台的硬件和上位机软件两部分构成，硬件部分可以完全独立工作。硬件部分主要由GPS/北斗有源全向天线，GPRS天线，显示解算信息的LCD触摸屏，惯导组件；上位机软件部分，能够进行数据采集，进行开源实验，循序渐进的实验步骤和简单易懂的可视化操作。 
    BGE2200A北斗/GPS综合实验系统除卫星导航定位、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、计算机、测量测绘、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。


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<10s ，初始化可靠性 > 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。
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  
   
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
   
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