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。

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启东计算机总厂是从事教育实验仪器研制的江苏省高新技术企业, 位于长江口北岸,与上海隔江相望.厂房面积3700多平方米,拥有总资产6487万,企业注册资金为690万元,年生产各种教学实验仪器及单片机一万余台。企业拥有国内著名的单片机微机系列实验仪器产品;有性能优异的PLC可编程控制器实验系列;还有许多深受学校欢迎的EDA、模电数电、电工电子、自动控制等等门类齐全的各种实验设备,通过十几年来的努力和用户的支持,本厂在行业中已具备了良好的企业形象和经济技术实力,为教学事业献出了应有的贡献。 　　 启东市大森电子有限公司是启东计算机总厂设立的专门负责推广宣传销售DICE系列教学实验仪器的公司,拥有强有力的技术队伍,为学校提供全面的技术支持,让学校买得放心,用得称心。 　　 几年来厂领导重视科技人员的知识更新和职工技术素质的提高,扩建了教学实验仪器开发机构,在开发、应用高新技术方面,制订了中远期新产品开发计划,这几年在教学实验仪器领域开发出的产品越来越齐全，产品档次质量不断升级，深受学校师生的广泛欢迎。产品不仅满足了教学实验的需要,而且为企业赢得了明显的经济效益。 　　 DICE系列通用仿真开发系统,在国内同行业中处于领先的水平，被电子工业部授予优等品证书,被国家科委、经委、劳动部等部门评为国家级新品,被江苏省人民政府评为科技进步四等奖,本厂被省科委评定为高新技术企业,企业被国际咨询评估公司评为”AA”级信用企业。 　　 启东计算机总厂始终坚持“用户第一，服务至上”这一经营宗旨，推行的一整套行之有效的服务措施，能为用户提供完善的售前、售中和售后服务。 愿银环牌DICE系列教学实验仪器与社会各界携手共创教学事业新辉煌。

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