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。

卫星时钟使用在工业生产需要准确时间标准驱动的功能场合、公共生活领域需要计时的功能和时标的数据。这些场合的某些设备、系统、网络的时间同步，可以使用本产品稳定、高效、便捷地获得时间标准的持久支持。

（一）项目背景 当前，用户对算力的需求不断扩展，即使身处海洋、沙漠、戈壁、外太空等传统算力难以覆盖的场景，用户也希望能够得到实时、无缝、高效的通信服务，而高低轨卫星集群是解决这一问题的技术手段，因而也得到了社会的广泛关注。本项目通过构建卫星仿真系统，通过利用卫星虚拟化技术模拟真实卫星集群的行为模式，从而达到验证真实卫星系统的能力。 （二）项目简介 本项目通过硬件虚拟化技术，在服务器中实现虚拟卫星集群，并利用动态链路重构技术，模拟虚拟卫星集群之间的链路通信行为。在此基础上，通过更改虚拟卫星的内部功能模块，可增加卫星在轨计算、卫星业务识别、天基软件定义网络、天基新型交换等能力，仿真验证天基卫星集群的系统级业务能力。同时，具备可视化操作前端界面，方便信息的展示与用户的使用。 图1 系统整体设计架构 图2 系统运行界面 （三）关键技术 1.硬件设备虚拟化技术 2.天基卫星集群轨道计算与链路预测 3.虚拟链路重构技术 4.前端展示能力与定制化开发能力

（一）项目背景 党的十九大明确提出了建设航天强国的战略目标，我国航天事业获得了巨大发展动力，商业卫星市场不断壮大，未来必将产生一个巨大的卫星数据服务市场。其中数传链路系统和设备是卫星航天产业的基础技术之一，它将航天遥感遥测数据从模拟信号中的信息提取出来以供使用。目前国内有能力进入卫星解调市场的厂家并不多，主要有：中国空间技术研究院、北京遥测技术研究所、中国电子科技集团第五十四所和清华大学等，并且都位于我市之外，无助于我市航天产业发展战略。 目前卫星通信设备生产单位均采用法国 IN-SENC 公司的高速数据接收设备的技术路线，国内市场上现有的卫星数传链路调制解调设备也都采用FPGA 设计专用电路实现，存在成本高、设计实现复杂和通用性差等问题；并且设备的性能依赖于 FPGA 器件的制造工艺和资源规模，无法满足卫星数据传输速率的快速增长需求；此外，卫星数传链路设备多采用的高端 FPGA芯片长期依赖进口，芯片禁运政策导致诸多问题。另一方面，本项目属于移动通信相关设备制造行业，是卫星产业中的关键部分。戚发轫院士介绍中国未来卫星事业发展将走向“一大一小”两个方向。“大”是指未来的卫星将越来越大，通信能力更强；“小”是指未来将会涌现更多重量较轻的卫星，它们功能专一，但可以形成一个卫星网络。而现阶段卫星数据解调设备研制目前采取的方式仍然是向传统的设备生产厂商定制产品，生产能力有限且成本昂贵，无法匹配卫星产业快速发展的需求。 图 1 卫星地面处理与检测系统工作展示 作为卫星技术非常重要的一部分，调制解调技术的发展经历了由模拟实现到数字实现、从专用硬件芯片实现到软件定义无线电软硬件结合实现。 本项目基于 GPU 平台研究的全软件卫星解调设备可充分发挥软件实现的灵活性及可扩展性的优势，符合卫星产业向着智能化、灵活化、通用化的发展趋势。本项目的研究的卫星解调设备支持多种调制方式，全软件的开发平台可可大幅度降低地面接收设备的建设成本，缩短开发周期，提高产能，同时可以有效的规避禁运带来的各种风险，具有重要的战略意义。 （二）项目简介 针对我市发展航天产业的政策和国内外市场环境面临的新问题，本项目基于大规模并行计算技术和软件无线电技术研究开发一种新型全软件卫星数传链路系统，突破现有调制解调设备性能提升的瓶颈，既匹配“大卫星”的技术需求，同时全软件的设计又可有效降低成本，提高产能，符合“小卫星”市场对“量”的需求。总之，本项目将进行“软件定义卫星数传设备”及航天产业链电子信息软硬件系统的研发、生产、销售，产品将覆盖多种制式的卫星数据传输、地面测试和地面接收应用系统。 图 2 设备样机 （三）关键技术 本项目由高速并行载波恢复和并行时钟恢复技术实现高速率解调以及高速并行 LDPC 译码实现技术实现任意码速率、规则及非规则的准循环 LDPC译码。软件并行解调，costas 环和 gardener 环的 CUDA 编程实现高速并行载波恢复和并行时钟恢复技术，且同时实现解调、解密、译码三个流程。

成果简介：项目在星地高精度时间同步和数据同步仿真等技术方面取得了突破性的进展，并设计研发了GPS欺骗干扰模拟设备。该设备可用于多卫星导航系统间信号的干扰和抗干扰的研究。 项目来源：横向项目 技术领域：信息技术/地球观测与导航技术 应用范围：潜在合作领域 现状特点：国内先进 技术创新：星地高精度时间和数据同步仿真技术 所在阶段：研发阶段 成果转让方式：合作开发

导航系统辅助增强设计合作方：哈尔滨工业大学合作方式：技术开发

功能:在机场帮助乘客携带行李导引到指定区域或者跟随人行走，速度每秒 1.5 米。

成果简介：环境卫星快速反应系统采用大规模嵌入式并行处理平台，突破了高光谱实时光谱复原、相位校正、SAR实时成像等关键技术，关键区域遥感图像的获取延迟小于2分钟，实现了我国卫星遥感的减灾、环境监测等高时效应用。 项目来源：自行开发 技术领域：电子信息 技术特点：多星多载荷兼容：实时完成HJ-1A星高光谱数据光谱复原、HJ-1C星SAR成像处理及实时快视显示。具有远程多用户同时快视浏览功能。具有快速反应能力，在本地或者远程实时快视浏览的同时，可以本地或者远程凝

基于导航芯片的解决方案中，除了授时外，芯片75%的成本和功耗都用于了定位；串口输出的授时数据必须再次处理才能显示。 卫星授时技术尚未在日常应用中大量普及，本项目将解决这个问题 。研发了低成本BDS/GPS卫星授时芯片，授时精度20ms，能够满足绝大多数日常应用；除了串口输出，芯片可直接驱动数码管，无需辅助电路就可显示。