隨著我國北斗衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，許多院校已經(jīng)認識到掌握衛(wèi)星導航相關(guān)知識的重要性，相繼開設了衛(wèi)星導航相關(guān)專業(yè)課程。但由于涉及到的相關(guān)知識比較多，包括無線通信、射頻、電子電路、計算機原理、基帶算法、地理信息等課程，課程中的知識相對都比較抽象，學習和理解起來會相對枯燥而吃力。BGE2200A北斗/GPS綜合實驗系統(tǒng)為學生提供開放式的實驗平臺，使學生在真實設備、真實衛(wèi)星信號環(huán)境下，親自動手進行實驗和編程，真正的了解衛(wèi)星導航原理和實現(xiàn)，為今后工作奠定理論基礎、積累實踐經(jīng)驗。

二、系統(tǒng)功能 

   BGE2200A北斗/GPS綜合實驗箱除衛(wèi)星導航定位、授時等基本功能外，還設計了慣性測量組合及通訊等模塊，適用于通信、電子、信息、測量測繪、自動控制、導航、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、城市規(guī)劃、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)的相關(guān)教學實驗和實訓使用。

BGE220A綜合實驗平臺，為學生提供開放式的實驗環(huán)境，使學生在真實設備、真實衛(wèi)星信號環(huán)境下，親自動手進行實驗和編程，理解單向測距原理，掌握GPS測量誤差和信號傳輸誤差特性，掌握實時GPS衛(wèi)星軌道計算方法，理解DOP的物理意義、掌握其計算方法及應用特性，掌握GPS衛(wèi)星位置及Doppler頻移的預測方法等接收機核心技術(shù)，理解慣導器件組成，以及工作原理和特性，同時與衛(wèi)星導航定位進行組合定位的意義，掌握GPRS的工作原理，理解無線通訊在未來物聯(lián)網(wǎng)等領域應用的實際意義。

    通過實驗，使學生加深對GNSS、慣導、GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過程的理解，掌握GNSS接收機核心算法和導航解算過程。提供開源代碼程序，讓學生更深入的理解和掌握衛(wèi)星導航算法中的精髓，同時也是為一些二次開發(fā)提供了算法支持。

 三、 系統(tǒng)配置 

1. 實驗箱內(nèi)置主要組件 

 ◆ GNSS天線： 用于接收北斗/GPS衛(wèi)星信號；

 ◆ GNSS接收板： 用于對GPS和北斗衛(wèi)星信號進行實時基帶信號處理，并提供相應的原始數(shù)據(jù)，為各種教學實驗做準備；

 ◆ GPRS模塊及天線： 用于提供 GSM 信息收發(fā)功能；

 ◆ 藍牙模塊： 用于和安卓平板電腦或手機通訊；

 ◆ 慣導組件： 用于提供慣性原始數(shù)據(jù)及載體姿態(tài)信息；

 ◆ 控制器： 用于通訊與協(xié)調(diào)等；

 ◆ 觸摸顯示屏： 用于實驗功能切換、顯示實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果等功能。. 

2.外部配置組件

 ◆ 安卓平板電腦： 用于顯示平臺提供的解算結(jié)果，比如 GPS 定位，北斗定位結(jié)果，載體姿態(tài)測量結(jié)果等；

 ◆ 通用計算機系統(tǒng)： 用于實驗平臺軟件運行，完成解算、顯示、仿真等操作（選購）；

 ◆ 433M無線電臺： 用于接收發(fā)送差分信號和通訊；

 ◆ GNSS衛(wèi)星信號轉(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；

 ◆ GNSS衛(wèi)星信號模擬器： 用于模擬衛(wèi)星信號（選購）；

 ◆ GNSS參考基準站： 用于提供RTCM2.3和RTCM3.0差分信號。 

測試中的北斗GPS實驗箱

3.軟件界面：C語言編寫的北斗GPS軟件應用界面，

                        軟件界面內(nèi)容之一

  1 GNSS天線：用于接收多模多頻衛(wèi)星信號；

GPS L1/L2、GLONASS L1/L2、BDS B1/B2/B3

2 GNSS接收板卡：提供衛(wèi)星基帶信號處理、原始數(shù)據(jù)及標準語句等；

• 單點定位精度：1.5m （RMS）；

• SBAS精度：0.6m （RMS）；

• 差分定位精度：0.02 m （RMS）

• 授時精度： 20ns

• 信號跟蹤： 冷啟動：<50s ；

• 溫啟動：<30s ； 熱啟動：<15s ；

• 信號重捕獲 ：<2s

• GNSS差分定位≤0.02米

3 GPRS模塊：提供 GSM 信息收發(fā)功能；

• 工作頻率：GSM850M、EGSM900M、DCS1800M、PCS1900M，自動搜索

• SIM卡接口：支持1.8/3V SIM卡

• 發(fā)射功率：2W（GSM850M、EGSM900M）1W（DCS1800M、PCS1900M）

• 內(nèi)置天線

 4 無線電臺模塊：接收差分數(shù)據(jù)；

工作頻率433M，發(fā)射功率1W，波特率9600bps，

5 藍牙模塊：連接平板電腦或移動設備，如手機等；

符合標準IEEE802.15，工作頻率2.4GHz，帶寬為1Mb/s。

6慣導測量單元：提供慣性測量原始數(shù)據(jù)及載體姿態(tài)信息；

• 速率陀螺測量范圍： ±2000°/sec

• 速率陀螺零偏穩(wěn)定性：±0.2°/sec

• 加速度計測量范圍：±2g

• 加速度計零偏穩(wěn)定性：±0.003 (±2g)g

• 加速度計非線性：0.2 %

7 控制器：實驗箱主控制測量設備；

32位Cortex-M3內(nèi)核+高速FPGA

8觸摸顯示屏：實驗功能切換、顯示實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果等；

• 5寸電容式觸摸屏；

• FPGA純硬件讀寫刷屏；

• 16位真彩色RGB顯示（64K）；

9 電源及接口：

Ÿ 電源電壓：12VDC

Ÿ 負載電流：<2A

其它配置設備（實驗箱之外的配置）

 1 高精度GNSS天線：用于接收多模多頻衛(wèi)星信號；

• 增益32dB

• GPS L1/L2；GLONASS G1/G2；BEIDOU2 B1/B2/B3；GALILEO E1

2 GNSS衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器：轉(zhuǎn)發(fā)放大外部GNSS接收天線的衛(wèi)星信號。

Ÿ 接收和發(fā)射頻率：GPS :L1:1575.42±10MHz；L2: 1227.60±10MHz；GLONASS:L1:1602±10MHz；BD2:B1:1561.098±10MHz；B2:1207.14 MHz±10MHz；B3: 1268.52 MHz±10MHz；

Ÿ 駐波：≤1.5：1

Ÿ 噪聲系數(shù)：≤1.5dB

Ÿ 接收電路增益：32±2dB

Ÿ 發(fā)射電路增益：26±2dB

Ÿ 極化方式：右旋圓極化

Ÿ 電壓：12VDC

Ÿ 電流：≤100mA

Ÿ 電纜線長度：30M（可變）

 3 GNSS參考基準站：向?qū)嶒炏涮峁┎罘中盘?，配合高精度定位實驗?/span>

Ÿ 信號跟蹤：120通道，GPS L1C/A碼L1/L2 P碼， BDS B1/B2  I支路C碼 GLONASS L1；SBAS: WAAS,EGNOS,MSAS；Galileo可選

Ÿ 精度指標（GNSS）：定位精度：水平：±(2.5 +1×10-6×D)mm，垂直：±(5 + 1×10-6×D)mm

Ÿ RTK初始化：時間<10s ，初始化可靠性 > 99.9%

Ÿ 冷啟動：<50s ； 溫啟動：<30s ； 熱啟動：<15s ；信號重捕獲 ：<2s

Ÿ 數(shù)據(jù)格式：CMR/CMR+，RTCM2.3，RTCM3.x 等；

Ÿ 射頻接口：TNC

Ÿ 電源電壓：12V

Ÿ 通訊接口：RS232(可轉(zhuǎn)接標準以太網(wǎng))

Ÿ 數(shù)據(jù)更新率：差分數(shù)據(jù)輸出：1Hz

4 安卓平板電腦：顯示測量數(shù)據(jù)、實驗界面及解算結(jié)果等。

5 通用計算機系統(tǒng)：用于實驗平臺軟件運行，完成

五、北斗GPS衛(wèi)星導航教學實驗箱實驗內(nèi)容：

1. 基本實驗 

 實驗一 空間衛(wèi)星觀測

  實驗二 北斗/GPS數(shù)據(jù)采集與解析

  實驗三 實時衛(wèi)星坐標計算

  實驗四 接收機高精度定位和測速

  實驗五 定位精度因子 DOP 值

  實驗六 電離層、對流層、時鐘誤差計算

  實驗七 載體慣性姿態(tài)測量

  實驗八 GSM 實驗 

 2. 擴展實驗 

  實驗一 計算北斗/GPS衛(wèi)星三維位置

  實驗二 計算衛(wèi)星信號多普勒頻率

  實驗三 計算衛(wèi)星信號經(jīng)過電離層/大氣層產(chǎn)生的延時誤差

  實驗四 計算導航定位幾何精度因子

  實驗五 預測可視衛(wèi)星在軌道上的位置和多普勒頻移

  實驗六 計算接收機ECEF坐標系內(nèi)的位置、時間

  實驗七 ECEF坐標系與WGS84坐標系坐標變換編程實驗

  實驗八 UTC時間與本地時間變換編程實驗

 3. 增強實驗 

  實驗一 計算機平臺應用程序開發(fā)實驗

  實驗二 安卓平臺APP開發(fā)實驗

  實驗三 通信模塊應用實驗（無線電臺/GPRS）

  實驗四 差分站通信及差分信息獲取實驗

  實驗五 高精度RTK定位實驗

  實驗六 GNSS-INS組合導航基礎實驗

  實驗七 定位結(jié)果分析與比較實驗 

設備安裝示意圖

配置建議： 

   可根據(jù)經(jīng)費和實驗室的大小來配置實驗系統(tǒng)套數(shù)，實驗室也可以分期建設，逐步配置齊全。

• 最適用于普通熒光和明暗場,DIC,相差的應用
• 采用逐行掃描CCD，圖像質(zhì)量卓越
• 有16fps的，滿分辨率高速預覽，高靈敏，高動態(tài)的，高色彩還原。
• 14bit數(shù)據(jù)采樣輸出,支持 2 x 2, 4 x 4硬件binning。
• 多種圖片保存格式：BMP，JPEG，PNG，TIFF。
• 支持DirectShow和Twain，可提供SDK二次開發(fā)。