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。
测试中的北斗GPS实验箱
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
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:
Ÿ 电源电压:12VDC
Ÿ 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。
Ÿ 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;
Ÿ 驻波:≤1.5:1
Ÿ 噪声系数:≤1.5dB
Ÿ 接收电路增益:32±2dB
Ÿ 发射电路增益:26±2dB
Ÿ 极化方式:右旋圆极化
Ÿ 电压:12VDC
Ÿ 电流:≤100mA
Ÿ 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。
Ÿ 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
Ÿ 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
Ÿ RTK初始化:时间<10s ,初始化可靠性 > 99.9%
Ÿ 冷启动:<50s ; 温启动:<30s ; 热启动:<15s ;信号重捕获 :<2s
Ÿ 数据格式:CMR/CMR+,RTCM2.3,RTCM3.x 等;
Ÿ 射频接口:TNC
Ÿ 电源电压:12V
Ÿ 通讯接口:RS232(可转接标准以太网)
Ÿ 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。
上海思越电子科技公司简介
上海思越电子科技有限公司是一家集技术开发和生产销售的科技企业,科学思索,创新超越,是我们不懈的追求。公司自主研发的产品,都是具有自主知识产权的产品。在三维运动感知方向(航姿参考系统、导航制导控制双轴电动转台试验设备、人体运动捕捉系统、GPS北斗高精度定向定位惯性组合导航系统GNSS)和计算机信息安全方向(只读隔离保护器)开发方面,在计算机USB接口开发方面在国内具有领先水平,推出的系列产品受到用户好评。
1. 3DM-S10B 小型AHRS航姿参考系统;3DM-D10系列动态倾角传感器;GPS北斗高精度定向定位惯性组合导航系统GNSS;惯性导航本科类教学试验系统,飞行原理控制系统大学教学演示系统,包含双轴电动转台和航姿参考系统组合;飞行原理舵机控制系统;基于MEMS的人体运动捕捉系统,EV20/EV30是基于ADIS16405试验用的评估套件,都是我公司独立开发。国内领先。
1.3DM-S10B陀螺仪,国内最小型的航姿参考系统,EV20/EV30基于ADIS16405试验用的评估套件,都是我公司独立开发的3轴陀螺设备,在小型航姿参考系统设备应用方面表现良好。
2.导航制导与控制方向的教学试验系统(双轴电动转台TT-3DM-2E和航姿参考系统组合的小型设备)是我公司的创新,价格是原先转台的几分之一,这些产品在导航制导方向和飞行试验教学方面都得到推广和应用。
3.飞行原理控制系统实验设备由舵机系统、可控模拟飞机及配套软件组成。专门针对飞行控制原理专业课程设计的系统方案,为大学实验教学要求提供整体融合的实验系统方案,而不是单纯的各种实验设备的堆积。
4.人体运动动作捕捉系统的成功上市,属于国内在MEMS方向的研究方面是重大突破,18个运动感知传感器,能感知人体的每一个关节的运动角度,对动漫和游戏的制作方式提供了方便。产品在高校的软件学院和动漫学院都反映很好。
4.SY6405只读隔离保护器、SY6406多功能只读保护锁用于计算机信息安全保护装置,是计算机司法取证,硬件写保护接口,计算机信息安全写保护装置,USB数据单项传输装置。在保密局和公安局的计算机信息安全方面应用广阔。也是我公司自主研发的产品。填补国内空白。
5.USB2.0测试仪器QUPT2和QUPT4,测试USB接口的多项指标。USB分析仪针对USB传输展开详细的分析。
6.SY2911并口转USB打印机适配器。解决了部分老式仪器跟新式打印机不匹配的困惑。
7计算机接口开发类:SY2100 EZ-USB1.1开发板、SY2200 EZ-USBFX2 USB2.0开发板;SY2303M USB模块,SY2811MA优盘读写模块,DSP开发套件,DEC5402、DEC2812、DSP仿真器。计算机接口EZ-USB接口开发实验仪器等产品。
8拷贝机和U盘、SD卡、CF卡等存储卡的多种接口拷贝机,硬盘拷贝机系列,脱机拷贝。这个是我们代理台湾佑华的产品,我们负责华东地区的拷贝机销售业务。