1 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。 北斗/GPS综合实验平台为配合学校GNSS（全球导航卫星系统）方面的教学而设计，该产品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，真正地了解卫星导航原理和实现。通过一系列实验，让学生理解和掌握GPS/BDS原理、特性和应用，加深对GPS/BDS系统结构、工作原理、工作过程的理解，掌握GPS/BDS接收机核心算法和导航解算过程。同时，通过惯性导航定位原理的了解，让学生了解更多的定位方式方法，以及多种定位之间的互补，让学生更好地了解和理解卫星导航在未来各个应用领域的发展与应用。   适用于通信、电子、信息、 计算机、测量、自动控制、导航、遥控遥测、环境监测、交通运输、城市规划、物联网等专业本科生、研究生全球星基导航基础教学和毕业设计及BDS/GPS应用系统的工程技术和维护人员培训使用，是高等院校和科研院所全球星基导航和组合导航教学及培训的理想实验设备。 实验平台不仅适用于教学实验，同时，也是一个二次开发平台，可以作为卫星导航解算方法及其它项目的数据采集验证平台。 实验覆盖全面，包括基础实验，也可以增加扩展实验及增强实验，有较高的性价比，可为学校量身定制相关实验内容，提供全面的相关教学和实验配套服务，为广大师生和开发技术人员服务。   2 实验平台配置 2.1 主要组件及作用 1）GNSS天线：接收北斗/GPS卫星信号； 2）GNSS接收板：接收北斗和GPS卫星信号，并进行实时基带信号处理，并提供相应的原始数据及标准语句等； 3）433M无线电台及天线：接收发送差分信号；       4）GPRS模块及天线：提供 GSM 信息收发功能（板载内置）； 5）蓝牙模块及天线：同安卓平板电脑或手机通讯（板载内置）； 6）惯导组件：提供惯性原始数据及载体姿态信息； 7）控制器：通讯与协调等； 8）触摸显示屏：实验功能切换、显示实验数据及结果等。   2.2 选配组件及作用 1）通用计算机系统：用于实验平台软件运行，完成解算、显示、仿真等操作等； 2）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 3）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，供各实验平台使用； 4）GNSS参考基准站：用于提供RTCM2.3或RTCM3.0差分信号； 5）GNSS卫星信号模拟器：用于模拟卫星信号。   3 实验平台特点及技术指标 3.1 特点 采用北斗、GPS及联合定位，输出标准语句和原始数据； 操作使用方便，便于搬动和携带，可到室外做实验； 采用高精度多模板卡，除常规实验外，还可以扩充高精度RTK实验和学习； GNSS天线采用高精度全向天线，室内无需角度调整就能良好接收转发器信号； 系统集成惯性测量单元，可以测量姿态和提供加速度、速率、磁强等原始数据； 配置高性能通讯芯片可以连接移动通讯网络，可做GSM实验； 内部配置电台，可接收外部参考站发出的差分信号； 系统配有蓝牙，可以和手持设备或安卓系统连接，实现嵌入式系统开发； 采用USB接口连接外部电脑，支持各种教学实验。   3.2 技术指标 3.2.1 卫星信号接收 信号跟踪：965通道   定位：北斗:BDS-2(B1 I，B2 I，B,3 I) BDS-3(B1 I,B3 I,B1 C,B2a，B2b*） GPS: L1 ,L1C,L2C,L2P,L5 GLONASS  G1,G2,G3* GALILEO: E1,E5a，E5b，E6C,AltBOC* QZSS:L1,L2C,L5* SBAS:L1* IRNSS:L5* 授时精度：20ns 单点定位精度：H≦5m V≦3m；   静态差分精度：H:±(2.5+10-6*D)mm  D为基线长度（单位：km） V:±(5.0+10-6*D)mm  D为基线长度（单位：km） 测速精度：≦02m /s（PDOP≦4） 组合导航精度：GNSS天线信号失锁3s，精度保持厘米级                GNSS天线信号失锁10s，精度保持米级 信号获取：冷启动：<30s  ； 热启动：<15s ；信号重捕获 ：<1s 数据格式：标准NMEA-0183，CMR 支持，RTCM2.X支持，X 支持,MSM3-MSM7支持 通讯接口：RS232（默认115200bps） 数据更新率：定位数据更新率：1Hz、5Hz、10Hz、20Hz 功耗：小于1.0W RTK:    RTK 初始化时间 <10s 初始化置信度 >9% RTK精度  H：±(8+10-6*D)mm  D为基线长度（单位：km）           V：±(15+10-6*D)mm  D为基线长度（单位：km） 工作温度：-40-+85度，储存温度：-55-+95度      

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： 支持定位信号 BDS：B1、B2、B3 GPS：L1、L2 GLONASS：G1、G2、G3 GALILEO：E1、E5B 极化方式 右旋圆极化(RHCP) 天线轴比 <2dB（天顶位置） 水平面覆盖角度 360° 天线单元最大增益 ≥5dBi 输入阻抗 50Ohm LNA增益 26dB±2dB 噪声系数 ≤2dB 输出端口驻波比 ≤2.0 带内增益平坦度 ±2dB 总增益 36dB±2dB 工作电压 3.0~16VDC 工作电流 23~35mA 接口类型 SMA线缆（线长0.50米） 工作温度 -40°C~+85°C 存储温度 -55°C~+85°C 相对湿度 5%~95%（无凝结）       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。

.1 系统构成 光纤陀螺教学实验系统主要用于光纤陀螺原理的实验和演示，光纤陀螺放置于一个专用的两轴转台上，结合测控计算机可以完成相关的实验内容。光纤陀螺的外壳盖板采用高透明度亚克力材料，超辐射光源、光纤耦合器、光电探测器、光相位调节器、光路（光纤环）等部件及其连接结构清晰可见，通过声光电显示指示对应名称和功能，也可以显示工作过程；可显示光纤陀螺Sagnac干涉仪输出变化，结合转台可以完成光纤陀螺仪寻北实验。   图2-1  光纤陀螺教学实验演示装置   图2-2 系统连接图 2 光纤陀螺仪 光纤陀螺仪部分由五个光纤核心元件构成，分别为超辐射发光光源、保偏耦合器、集成光学相位调制器、光纤环圈与探测器。调制解调部分为数字闭环调制解调方式，采用方波做为偏置调制，数字阶梯波作为闭环反馈控制机制。该结构为国际光纤陀螺主流方案配置，具有很高的实用价值。 为便于观察陀螺工作方式，陀螺外壳设计为有机玻璃外壳，内部光学元件按照光信号流程布局，并在相应位置加以标明，有助于了解光纤陀螺仪的光路总体结构。   图2-3 光纤陀螺 3 性能指标 3.1 光纤陀螺演示仪 测量范围：±500°/s 零偏稳定性：≦2°/h 标度因数重复性：≦20ppm 数据刷新率：>100Hz 频带宽度：>200Hz 光纤陀螺演示仪光纤环尺寸：>180mm外壳采用高透明度亚克力材料，超辐射光源、光纤耦合器、光电探测器、光相位调节器、光路（光纤环）等部件及其连接结构清晰可见； 带有触摸互动功能，学员可以通过触摸相应部位对应的部件可通过声光显示指示对应名称和功能，也可以显示工作过程； 外接输出阶梯波反馈信号，观察闭环反馈工作过程；探测器输出交流闭环信号接口，观察实际闭环条件下的输出工作状态； 外接监视器，用于观察Sagnac干涉仪输出干涉条纹在陀螺实际工作状态下干涉场的变化。 3.2 电动转台 纵轴和横轴转动角度范围：360°连续无限（无外接测试电缆时）； 角位置测量分辨率：±5’； 控制到位精度：±5’ 速率范围：0～50 º/s； 数据更新率：>20Hz； 通讯波特率：115200 bps 4 电动转台测控软件使用 4.1 软件介绍 光纤陀螺实验系统的软件包含： 1） 转台控制软件， 2） 光纤陀螺数据采集软件， 3） 光纤陀螺演示软件， 4） 实验互动应用软件APP（适用于安卓手机或平板电脑）   4.2实验目的和要求 1）光纤陀螺构成及基本原理实验，重点理解Sagnac效应。 2）光纤陀螺输出角速率测量及比对实验； 3）光纤陀螺角电压振幅的变化比对实验； 4）光纤陀螺仪寻北实验。   5、适用课程 导航原理、惯性传感器原理、惯性导航原理、导航制导与控制、飞行控制原理、无人机实训实验、新型光电传感器、传感器原理及应用等。

无尘班班通之笔触型解决方案 笔触型教学板是集传统教学和电子教学相结合的高科技产品，具有良好的兼容性和实用性。板面采用防静电纳米涂层、呈乳白色，反光度低、可有效预防近视。与计算机和投影机连接，配合电子白板软件使用，可实现人机互动，从而创造一个生动的教学环境，有利于培养学生的综合素质和能力。其耐热、耐磨、可擦洗的特性，完全满足传统教学的需求。 产品配置：纳米教学板+环保干擦书写套装+投影机+互动模组

资源库系统基于三层体系体系结构，将多种形式的教学资源有层次，有组织，科学地组织起来。根据教学需要，灵活构建与本校教学相适应的特色资源库系统，有效运用教学资源，为提高教学质量提供了有效的手段。 教学资源建设是教育信息化的基础，需要长期的建设和维护。由于教学资源的内容丰富多彩，形式多种多样，所以一个高效的教学资源管理应用系统，是现代远程教育系统中一个重要的、必不可少的基础系统。 科大奥锐针对目前高校物理教学的特点，基于改进的三层体系体系结构开发出《物理实验资源库系统》，将多种形式的教学资源有层次，有组织，科学地组织起来。用户可根据教学需要，灵活构建与本校物理教学相适应的特色资源库系统，有效运用教学资源，为教学质量提供了有效的手段。系统具有良好的扩展性和可维护性，可以方便地移植到其他学科教学领域。 系统拥有3G容量教学资源，可根据实际课程体系分类组织、管理。具体包括76个物理实验资源、物理学CAI、大学双语网络课程、Flash演示课件等。资料包括千余张实际仪器图片、900余张珍贵的物理学发展史的图片、近600个生动形象的物理现象Flash演示动画、1.2G以上教学录像、7门双语网络课程、25个可操作的CAI课件等资源。丰富的资源可供教师制作课件，供学生预习、复习实验内容，为学生自主学习创造环境。 系统介绍 工作流程： 系统特色：   1.  按照实验中心实际课程体系分类组织管理，便于教学应用。   2.  76个物理实验资源，包括授课教案、实验仪器、实验习题、教学录像、教学讲座等。。   3.  资源内容形式多样，Flash动画、录像、图片、文字。   4.  方便下载，可方便用于制作教师自己的课件。   5.  学生可方便地利用该系统进行课前预习、课后复习，课中结合仿真实验学习和得到指导信息。实验中心的授课更具开放性，学生在教学中更具自主学习性。   6.  针对本系统资源量大，系统设计了巧妙方便的搜索功能。 特色资源： 功能模块 系统包括资源服务平台、资源库管理平台两个部分。系统功能结构如下图所示。 详细功能介绍： 1.  资源管理平台 实验课程管理：管理实验课程，包括新增、修改和删除。 实验项目管理：管理实验项目，包括新增、修改和删除。 资源类型管理：系统预设了授课教案、实验指导、实验仪器、实验习题、实验讲座、实验录像、学生论文、教材资料等八类。可根据实际需要增删。 用户管理：管理系统用户及权限。 资源查询：检索现有资源。 资源审核：对用户上传的资源进行审核。 资源编辑：修改资源的基本信息或在线编辑资源。 2.  资源服务平台 资源上传：资源由两部分构成：一是图文并茂的描述；二是相关文件构成的附件。通过本功能可将资源分门别类的上传到资源库，供用户浏览下载。 资源浏览：在线浏览资源。 资源检索：提供功能强大的资源检索功能。 资源浏览下载：学生下载资源文件。 典型应用 在教学中的应用模式 1.  作为信息化教学手段应用于实验教学中 教师可将教案、教学的重点难点等以多媒体形式加入资源库系统，课堂教学时通过网络访问资源，利信息化手段教学，激发学生学习兴趣，提高教学质量。 2.  利用资源库管理系统，建设学生课外自主学习的教学环境 丰富的资源可供教师制作课件，供学生预习、复习实验内容，为学生自主学习创造环境。

混合式教学包含教学准备、知识构建及内化、知识应用、教学评价4个部分。本平台可为教师创新教学模式、记录教学过程性数据、打造混合式金课提供技术支撑。

北斗教学试验箱功能介绍 北斗教研教学实验箱（简称北斗实验箱）是莱特北斗科技公司为配合GNSS原理与应用教学专门开发的实验平台。 本平台采用开放式、模块化的设计理念，通过平台+核心模块的设计方式，用户可以根据教学及应用需求，进行不同的部件组合，从而方便教学及应用研发需求。 在实验过程中，搭配公司其他配套产品，使学生可以在真实设备、真实卫星信号环境下，动手进行实验和编程，从而把晦涩难懂的专业知识，直观的进行展示与理解。 工作状态 工作电压：DC 5V±5%；工作电流：约1.6A；环境温度：-20℃～40℃；空气相对湿度：不大于85％。 外 观 外形尺寸：长500×宽365×高145mm；重量：5Kg。 处理平台 CPU：四核Corter-A9，1.5GHz； 存储：1GB DDR3，4GB 闪存； 接口：标准HDMI、JTAG、RS232、USB； 支持3G/wifi/蓝牙/RS232数据传输。