北斗/GPS綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
高校衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案
Beidou /GPS Integrated Experimental Platform
User’s Manual
2017年08月
北斗/GPS綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
1 概 述
隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,許多院校已經(jīng)認(rèn)識(shí)到掌握衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)知識(shí)的重要性,相繼開設(shè)了衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)專業(yè)課程。但由于涉及到的相關(guān)知識(shí)比較多,包括無線通信、射頻、電子電路、計(jì)算機(jī)等課程,課程中的知識(shí)相對(duì)都比較抽象,學(xué)習(xí)和理解起來會(huì)相對(duì)枯燥而吃力。
適用于通信、電子、信息、 計(jì)算機(jī)、測(cè)量、自動(dòng)控制、導(dǎo)航、遙控遙測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸、城市規(guī)劃、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)本科生、研究生星基導(dǎo)航基礎(chǔ)教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計(jì)及BDS/GPS應(yīng)用系統(tǒng)的工程技術(shù)和維護(hù)人員培訓(xùn)使用,是高等院校和科研院所星基導(dǎo)航和組合導(dǎo)航教學(xué)及培訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不僅適用于教學(xué)實(shí)驗(yàn),同時(shí),也是一個(gè)二次開發(fā)平臺(tái),C#編程,程序代碼開放,便于二次開發(fā)。可以作為衛(wèi)星導(dǎo)航解算方法及其它項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集驗(yàn)證平臺(tái)。
實(shí)驗(yàn)覆蓋全面,包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),也可以增加擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)及增強(qiáng)實(shí)驗(yàn),有較高的性價(jià)比,可為學(xué)校量身定制相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,提供全面的相關(guān)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)配套服務(wù),為廣大師生和開發(fā)技術(shù)人員服務(wù)。
2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配置
2.1 主要組件及作用
1)GNSS天線:接收北斗/GPS衛(wèi)星信號(hào);
2)GNSS接收板:接收北斗和GPS衛(wèi)星信號(hào),并進(jìn)行實(shí)時(shí)基帶信號(hào)處理,并提供相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)語句等;
3)433M無線電臺(tái)及天線:接收發(fā)送差分信號(hào);
4)GPRS模塊及天線:提供 GSM 信息收發(fā)功能(板載內(nèi)置);
5)藍(lán)牙模塊及天線:同安卓平板電腦或手機(jī)通訊(板載內(nèi)置);
6)慣導(dǎo)組件:提供慣性原始數(shù)據(jù)及載體姿態(tài)信息;
7)控制器:通訊與協(xié)調(diào)等;
8)觸摸顯示屏:實(shí)驗(yàn)功能切換、顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果等。
2.2 選配組件及作用
1)通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng):用于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件運(yùn)行,完成解算、顯示、仿真等操作等;
2)安卓平板電腦:用于顯示平臺(tái)提供的解算結(jié)果,比如 GPS 定位,北斗定位結(jié)果,載體姿態(tài)測(cè)量結(jié)果等
3)GNSS衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器:用于轉(zhuǎn)發(fā)放大外部GNSS接收天線的衛(wèi)星信號(hào),供各實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用;
4)GNSS參考基準(zhǔn)站:用于提供RTCM2.3或RTCM3.0差分信號(hào);
5)GNSS衛(wèi)星信號(hào)模擬器:用于模擬衛(wèi)星信號(hào)。
3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)特點(diǎn)及技術(shù)指標(biāo)
3.1 特點(diǎn)
- 采用北斗、GPS及聯(lián)合定位,輸出標(biāo)準(zhǔn)語句和原始數(shù)據(jù);
- 操作使用方便,便于搬動(dòng)和攜帶,可到室外做實(shí)驗(yàn);
- 采用高精度多模板卡,除常規(guī)實(shí)驗(yàn)外,還可以擴(kuò)充高精度RTK實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí);
- GNSS天線采用高精度全向天線,室內(nèi)無需角度調(diào)整就能良好接收轉(zhuǎn)發(fā)器信號(hào);
- 系統(tǒng)集成慣性測(cè)量單元,可以測(cè)量姿態(tài)和提供加速度、速率、磁強(qiáng)等原始數(shù)據(jù);
- 配置高性能通訊芯片可以連接移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò),可做GSM實(shí)驗(yàn);
- 內(nèi)部配置電臺(tái),可接收外部參考站發(fā)出的差分信號(hào);
- 系統(tǒng)配有藍(lán)牙,可以和手持設(shè)備或安卓系統(tǒng)連接,實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)開發(fā);
- 采用USB接口連接外部電腦,支持各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
3.2 技術(shù)指標(biāo)
3.2.1 衛(wèi)星信號(hào)接收
- 信號(hào)跟蹤:80通道 北斗 B1 I支路C碼;GPS L1 C/A碼、L1;GLONASS L1;SBAS: WAAS,EGNOS,MSAS;
- 精度指標(biāo)(GNSS):?jiǎn)吸c(diǎn)定位精度:1.5m (RMS);DGPS差分精度:0.6m (RMS);差分定位精度:0.025 m (RMS)
- 授時(shí)精度:20ns
- 信號(hào)獲取:冷啟動(dòng):<50s ; 溫啟動(dòng):<30s ; 熱啟動(dòng):<15s ;信號(hào)重捕獲 :<2s
- 數(shù)據(jù)格式:標(biāo)準(zhǔn)NMEA-0183,CMR/CMR+ 支持,RTCM2.3 支持,RTCM3.0 支持
- 通訊接口:RS232(默認(rèn)115200bps)
- 數(shù)據(jù)更新率:定位數(shù)據(jù)更新率:1Hz、5Hz、10Hz
- 功耗:小于5.0W
3.2.2 慣性測(cè)量單元
- 輸出數(shù)據(jù)格式:原始數(shù)據(jù)、姿態(tài)角、四元數(shù);
- 內(nèi)部更新率:100Hz;
- 啟動(dòng)時(shí)間:< 1 sec;
- 俯仰、滾動(dòng)誤差:±0.5 degree;
- 航向誤差:±2.0 degree;
- 航向角分辨率:< 0.1 degree;
- 加速度計(jì)測(cè)量范圍:±2g;
- 速率陀螺測(cè)量范圍 ±2000°/sec;
- 磁力計(jì)測(cè)量范圍:±1.3 Gauss;
3.2.3 通訊連接
- USB接口:115200bps
- USB接口1:9600bps
- RF無線電臺(tái):433M
- 串口1:RS232
(115200bps)
- 藍(lán)牙:2.4G Blue2.0
3.2.4 主控器及觸摸屏
- 高性能ARM主控芯片,采用嵌入式操作系統(tǒng);
- 采用5寸全屏觸摸、滑動(dòng)控制屏幕;
- C#編程,程序代碼開放。
3.2.5 總體指標(biāo)
- 外部尺寸:420x280x180mm;
- 重量:<5kg;
- 電源:DC +12V(可用+12V蓄電池供電)。
4 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)操作及連接
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為鋁合金箱結(jié)構(gòu),打開后效果如上圖中所示,圖中標(biāo)出了各主要組成部分。面板上有USB/電源接口(包括電源開關(guān)及指示燈)、觸摸屏、慣性測(cè)量單元、GNSS/RF天線插座以及一個(gè)收納袋和一個(gè)收納盒(用于收納實(shí)驗(yàn)用電纜、電源適配器、用戶手冊(cè)、GNSS天線、RF天線等)。
主界面如圖所示,通常的實(shí)驗(yàn)無需進(jìn)行“設(shè)置”操作,進(jìn)行的操作是由實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來決定的,具體實(shí)驗(yàn)中根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)要求操作。
5.北斗GPS衛(wèi)星導(dǎo)航教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:
5.1. 基本實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)一 空間衛(wèi)星觀測(cè) ;
實(shí)驗(yàn)二 北斗/GPS數(shù)據(jù)采集與解析;
實(shí)驗(yàn)三 實(shí)時(shí)衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算;
實(shí)驗(yàn)四 接收機(jī)高精度定位和測(cè)速;
實(shí)驗(yàn)五 定位精度因子 DOP 值;
實(shí)驗(yàn)六 電離層、對(duì)流層、時(shí)鐘誤差計(jì)算;
實(shí)驗(yàn)七 載體慣性姿態(tài)測(cè)量;
實(shí)驗(yàn)八 組合導(dǎo)航 實(shí)驗(yàn) ;
6、衛(wèi)星導(dǎo)航教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安裝配置
6.1設(shè)備安裝示意圖
配置建議:
可根據(jù)經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)室的大小來配置實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)套數(shù),實(shí)驗(yàn)室也可以分期建設(shè),逐步配置齊全。