组合导航教学实验平台

随着导航技术的不断发展和大量应用，国内高校很多都已经开设了导航及相关专业，但是长期以来都没有一个系统的行之有效的教学实验系统，尤其是和组合导航相关的教学实验系统更是空白。对此上海紫航电子科技有限公司同上海交通大学合作开发了适用于导航、制导、控制、无人车/船/无人机、自动驾驶、智能交通、智能控制、物联网通讯等专业的组合导航教学实验系统。

1. 组合导航开发实验系统的组成

组合导航实验系统，由一套教学用RTK基站和一套组合导航实验开发板组成。

本系统由RTK基站MS800A-ED、GNSS/INS组合导航教学实验开发板ZHDK3000A）、GNSS天线（AH3226  2只）、无线电台及其天线、JLINK开发仿真器及相关电缆、以及相关配套实验开发说明文档等组成。实验系统配备标准便携实验箱，携带方便，可随时展开实验和及时撤收实验。

2.系统性能和技术指标

该系统能实现模拟组合导航过程，在室外开阔地带实验，（具有卫星信号良好的状态下）可以开展高精度卫星定位原理实验和GNSS/INS 组合导航实验。

• 航向角0-360度
• 滚动角±180度
• 姿态角分辨率0.05度
• 位置精度0.25m
• 速度精度0.02m/s
• 更新率100HZ

连接RTK基站，能达到厘米级的高精度定位。

1）定位精度（GNSS）： RTK定位精度：2cm+1ppm（RMS）

2）航向精度指标：测量范围：0~359.99°，全温度的静态精度：0.3°，动态精度：0.5°，角分辨率：0.05°（GNSS双天线辅助，基线长>1米）

3）姿态精度指标：测量范围：俯仰角±90°，横滚角±180°，全温的静态精度：<0.3°，动态精度：0.5°，分辨率：0.05°（GNSS辅助）

4）速度精度：<0.1m/s

5）授时精度： 20ns（RMS）

6）准备时间：（数据稳定）120s（空旷无遮挡）

7）数据格式：标准NMEA-0183 ，CMR/CMR+，RTCM2.3，RTCM3.0，自定义数据格式

8）通讯接口：2个RS232

9）蓝牙：4.0

10）数据更新率： >50Hz

11）电气特性：输入电压：5V～36V DC（推荐12V DC），功耗：小于5.0W

3. 组合导航演示系统各分系统的构成

3.1GNSS/INS组合导航教学实验开发板（ZHDK3000A）

ZHDK300A是一款GNSS/INS组合导航教学实验开发板，它是实验系统的核心部分，该硬件实验开发板用于组合导航核心算法的教学实验。

硬件资源主要包括有高性能板载惯性测量单元和高精度GNSS双天线接收机，处理器采用目前流行的ST公司STM32F405RG主频168MHz的ARM核处理器，板子上预留SWD仿真和烧写接口，外接4路串口，支持SD卡存储，同时支持蓝牙通信。ZHDK3000A外观图如图1-1所示。

（a）开发板外观图                           （b） 装壳外观图

图1-1  ZHDK3000A外观图

3.1.1GNSS天线（AH3226）

为了便于应用于无人机、智能小车，GNSS天线采用结构小、重量轻的设计，采用八臂四馈零相位技术，保证了高精度和高可靠性，支持进口和国产的大部分RTK高精度GNSS接收板卡，AH3226天线外形如图1-3所示。

顶视图                              侧视图

图1-2  GNSS天线AH3226

性能指标：

3.1.2 无线电台

无线电台

ZH61-DTU-433T17D是高速型433M无线数传电台，内置高性能单片机和高速无线RF芯片，串口透明传输，工作在425～450.5MHz频段（默认433.0MHz），发射功率 50mW 。

图1.3  无线数传电台

• 支持高速连续传输，不限收发数据包长度；
• 数据连续不断帧分包，完美支持 数据连续不断帧分包，完美支持 ModMod Bus 协议；
• 支持传输密文有效提高用户数据的保性；
• SMA -K接口，可方便连接同轴电缆或外置天线接口。

3.1.3DAP仿真器

DAP仿真器支持下载和在线仿真程序，支持XP/WIN7/WIN8/WIN10这四个操作系统，免驱，不需要安装驱动即可使用，支持KEIL和IAR直接下载。（详见配套文档）

图1-4  DAP仿真器

 GNSS/INS组合导航实验开发板ZHDK3000A

GNSS/INS组合导航教学实验开发板ZHDK300A是实验系统的核心部分，该硬件实验开发板用于组合导航核心算法的教学实验，ZHDK3000A结构组成如图1-6所示。

图1-5  ZHDK3000A组成图

ZHDK3000A配置有高性能的板载惯性测量单元IMU，采用ADI公司的ADIS16365，性能优异，稳定可靠。卫星接收模块采用诺瓦泰高精度GNSS双天线接收板卡OEM718D，支持高精度RTK，配合上海紫航电子科技有限公司的参考基准站，能使系统实验精准可靠。

3.1.4高性能惯性测量单元ADIS16365

ADI公司的MEMS惯性测量单元 (IMU) ADIS16365模块以多轴方式组合精密陀螺仪、加速度计，即便是在极为复杂的应用和动态环境下，也能可靠地检测并处理多个自由度(DoF)。惯性测量单元ADIS16365模块出厂已经进行了完整的校准、嵌入式补偿和传感器处理。

图1-6  惯性测量单元 (IMU) ADIS16365

ADIS16365的主要特点：

• 三轴数字陀螺仪测量范围：±300°/秒
• 正交对准精度：<0.05°
• 三轴数字加速度计测量范围：±18 g
• 启动时间：180 ms
• 休眠模式恢复时间：4 ms
• 校准温度范围：-40°C~+85°C
• 带宽：330 Hz
• 数据输出速率：>100Hz
• 内部嵌入式温度传感器

ADIS16365器件均为完整的惯性系统，内置一个三轴陀螺仪和一个三轴加速度计，各传感器器件均集业界领先的MEMS技术与优化动态性能的信号调理功能于一体，出厂校准针对各传感器的灵敏度、偏置、对准和线性加速度（陀螺偏置）进行校准。因此，各传感器均有其自己的动态补偿公式，可提供精确的传感器测量。