1 系统用途 MIS-3DM-GD20惯性导航教学实验系统（惯导/航姿/运动传感），该系统标配双轴电动转台、转台控制器和一个MEMS器件的AHRS航姿参考系统，该传感器由九轴惯性测量组合，包含三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁强计传感器，能满足导航、制导与控制专业的学生了解惯性导航及飞行控制原理，有助于学生理解、熟悉、掌握惯性导航/航向姿态/运动状态采集的原理、技术及其应用，也可以满足其它专业如飞行技术、航海技术、无人机技术、测绘技术等不同专业的惯性导航技术的科研和教学的使用。还可设计开发各类飞行器、车辆、船舶、机器人、工程机械、穿戴式等各类运动载体测量及控制的创新实验。虽然我们完善了该系统的实验教学功能，同时，该系统也是一个二次开发平台，可以作为其他项目的数据采集验证平台。 2 功能特点 （1） 较低的价格，可以让众多学生同时动手实验，引领国内惯导/航姿/运动传感教学和实验进入普及化时代； （2） 国内首家配备低成本电动转台，可做定量实验，更好的掌握惯导/航姿/运动传感技术； （3） 提供全面的相关教学和实验配套服务，减轻教师的负担； （4） 集成度高，包含了各类运动相关传感器； （5） 实验覆盖全面，从单一运动传感器实验到所有运动传感器融合的综合实验； （6） 通过自身在国内惯导/航姿/运动传感领域的领先技术，实现惯导/航姿/运动传感实验室方案的不断升级，真正使高校教学/实验/科研水平跟上技术发展的潮流； （7） 可为学校量身定做相关实验系统； （8） 系统集成了多种模型，能够完成各个学科，包括航天，航空，航海，陆地等载体的惯性导航实验项目； 3 实验设备 图1-1 实验设备示意图 3.1 双轴电动转台（TT-3DM-2E-10）   机械台体采用UO形铝合金框架结构，由内环横滚轴框架和外环俯仰轴框架组成相互垂直的转动架构，采用直流电机驱动旋转，实现三维空间任意位置和角度的姿态测量。具有位置、速率和摇摆三种测试功能。技术指标如下：     负载尺寸重量 50mm×50mm×50mm / 0.5 kg 负载及夹具安装空间 120 mm×120mm×120mm 主轴与俯仰轴转角范围 连续无限 角位置综合测量精度 ±0.08º 控制到位分辨率 ±0.01º 速率范围 0.1º/s～300 º/s 速率精度与平稳度 1% 测角数据采集频率 20Hz 用户导电滑环 12 环/每环2A 台体重量 15Kg～20 Kg 台体尺寸 520mmL×400mmW×485mmH 串口波特率 115200 bps 工作电源 220VAC/200 3.2 双轴采集控制器(CC-3DM-2E-10) 采集控制器通过USB或串行接口连接计算机实现航姿模块信号的采集与电动转台的测量控制。     测角数据采集频率 20Hz 外形尺寸 300mmW×150mmW×170mmH 串口波特率 115200 bps 工作电源 220VAC/200W   3.3 惯导/航姿参考系统(3DM-E10A) 3DM-E10A是一款微型的全姿态测量传感装置，它由三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计、三轴磁阻型磁强计等三种类型的传感器构成。三轴陀螺用于测量载体三个方向的的绝对角速率，三轴加速度计用于测量载体三个方向的加速度，在系统工作中，主要作用是感知系统的水平方向的倾斜，并用于修正陀螺在俯仰和滚动方向的漂移，三轴磁阻型磁强计测量三维地磁强度，用于提供方向角的初始对准以及修正航向角漂移。可提供的输出数据有：原始数据、四元数、姿态数据等。技术指标如下：   尺寸：28mm×34mm×19mm； 重量：18g 内部更新率：80Hz； 启动时间：< 1 sec； 静态角度误差（俯仰、滚动）：± 0.1 degree 动态角度误差（俯仰、滚动）：± 1.0 degree； 静态角度误差（航向）： ± 0.5 degree； 动态角度误差（航向）： ± 2degree； 航向角分辨率： <0.1degree； 加速度计测量范围：±2g； 速率陀螺测量范围：±300°/sec；  

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。

平台介绍： 立方幻境虚拟仿真教学管理平台旨在构建资源共建、共享、教研一体的教学新模式，理论与实践教学结合，师生可通过PC、移动终端接入，可获得对应授权范围内的教育资源和教学应用。 平台特点： 教师端：可通过教师端开展教学活动，如发布课程、课程直播、收发作业、组织考试、发布教学资源，教师个人资源管理等。通过平台大数据可了解和指导学生的学习情况与进度。 学生端：实现在平台的学习功能，包括选择直播或录播课程，接收查看通知、查询教学资源、完成作业、考试、教学互动等。 一、示教：多种信息化技术手段融合，多种展现方式，理论示教教学。 二、练习：虚拟仿真软件，不受场地、时间、空间限制，学生自主练习，释放教师反复授课的时间。 三、实操：通过5G+VR\AR\MR技术，虚拟与真实重叠，虚拟与真实交付，亦真亦假，既有虚拟模拟，又有真实操作。   

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实现“教学考评管”全流程课堂管理，教师教学过程中可以按年级、班级、学生等不同单元组建教学课堂，根据课程教学目标自由进行课程实践、项目实训的实验内容、进度、结果的管理。教师可以自定义教学计划，并结合学生情况设置拓展和必修课程及相关考核要求。平台将学生实验进度、学习行为和结果的全流程数据完整记录，支持教师管理课程学习与考核数据，开展多维度学情分析，满足多种类型教学管理场景需求。 定制课堂 平台基于元子课及实训项目，教师可以根据课程教学目标、学生情况、选用教材等，选择不同方向、分类、难易度的实践元子课和实训项目组合教学课堂，针对不同专业、年级、班级的学生灵活搭配出符合自身教学需求的课堂，实现个性化定制，让实践教学与整体教学目标更好地融合。 教学计划 教师可以根据自身课程教学内容和教学进度，设置课程评分规则、完成时间等，并实时查看学生的学习进度、学习成绩，直观了解到当前课堂的学习进度。同时平台还提供必修课与拓展课配置，在满足教学目标的基础上，还能添加“拓展内容”，为学习意愿与能力较好的学生提供更多的学习机会，更好地激发学生的学习兴趣。 作业评价 平台中对于实训项目作业提供了统一的审阅、评分入口，教师可实时查看实训项目作业的提交情况，便于对学生作业进行评分。同时平台还提供了优秀作业展示模块，教师可以在评分时将学生的作业评选为优秀作业展示出来，树立榜样，为优秀学生提供了展示风采的平台，营造出了评优争先的学习氛围，调动了学生的积极性。 学情分析 学情分析模块中统计了每个学生的课程学习进度、课程平均分及总学习时长等关键数据，以图表的形式直观展示出来，将学生的学习情况量化，使教师对学生的学习情况一目了然。教师可以通过对课程学习进度、学习时长等数据，了解到每个学生的学习积极性，便于教师对学生的平时成绩进行一个更准确更有依据的评判。平台还内置了生动形象的“成绩单”，可以让教师看到课堂中单个学生的全部课程学习情况及成绩，使教师对每个学生的学习动态有了更加全面、及时的了解，协助教师更有效地优化教学过程，达成教学目标，提高教学质量。 在后台中，平台记录了每个课程的访问情况、使用情况以及每个用户在平台中的操作记录，并按课程与用户两个维度分别进行统计，以统计表的形式进行汇总展示，方便平台管理者对平台内资源使用情况及用户操作情况有一个全面的了解。 课程资源 平台针对每个课堂，都提供了公共的课程资源库，可供教师上传课堂教学过程中全部课件、文档、视频、代码包等教学资源，实时共享到课程资源库中，方便学生进行查看、下载，教师教学资源共享更便捷，学生课后自学归纳更高效。 课程考核 平台为教师提供了试卷、试题库，支持教师自定义新建试题或批量导入试题，以及通过模板自动组卷和手动选题组卷两种方式创建试卷，积累自己的教学成果。教师可通过试卷创建考试并发送至课堂，以课堂为单位进行在线考试，可在线评阅试卷并查阅考试成绩、成绩分布以及详细答题情况分析，帮助教师快速了解学生对课程知识的掌握情况。 优秀作业 优秀作业模块展示了教师在实训课程中评选出来的优秀作业，可以在学生间树立优秀榜样，其他学生用户也可以浏览查看优秀作业，促进学生互相学习，共同进步。同时优秀作业还将展示相同专业课程的往届优秀作业，可供学生在学习过程中参考，助推总结反思。为学生们搭建了展示风采、相互促进、观摩学习的平台。