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卫星导航综合实验系统为学生提供开放式的实验平台，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，真正的了解卫星导航原理和实现，为今后工作奠定理论基础、积累实践经验。

一、北斗/GPS卫星导航综合实验箱功能：

1、北斗/GPS综合实验系统除卫星导航定位、授时等基本功能外，还设计了惯性测量组合及通讯等模块，适用于通信、电子、信息、计算机、测量测绘、自动控制、导航、遥控遥测、环境监测、交通运输、城市规划、物联网等专业的相关教学实验和实训使用。

2、北斗/GPS卫星导航综合实验箱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，理解单向测距原理，掌握GPS测量误差和信号传输误差特性，掌握实时GPS卫星轨道计算方法，理解DOP的物理意义、掌握其计算方法及应用特性，掌握GPS卫星位置及Doppler频移的预测方法等接收机核心技术，理解惯导器件组成，以及工作原理和特性，同时与卫星导航定位进行组合定位的意义，掌握GPRS的工作原理，理解无线通讯在未来物联网等领域应用的实际意义。

3、北斗/GPS卫星导航综合实验箱通过实验，使学生加深对GNSS、惯导、GPRS系统结构、工作原理、工作过程的理解，掌握GNSS接收机核心算法和导航解算过程。提供开源代码程序，让学生更深入的理解和掌握卫星导航算法中的精髓，同时也是为一些二次开发提供了算法支持。

二、系统配置：

一）实验箱内置主要组件：

1、GNSS天线：用于接收北斗/GPS卫星信号；

2、GNSS接收板：用于对GPS和北斗卫星信号进行实时基带信号处理，并提供相应的原始数据，为各种教学实验做准备；

3、GPRS模块及天线：用于提供GSM信息收发功能；

4、蓝牙模块：用于和安卓平板电脑或手机通讯；

5、惯导组件：用于提供惯性原始数据及载体姿态信息；

6、控制器：用于通讯与协调等；

7、触摸显示屏：用于实验功能切换、显示实验数据及结果等功能。.

二）外部配置组件：

1、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；

2、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（选购）；

3、433M无线电台：用于接收发送差分信号和通讯；

4、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；

5、GNSS卫星信号模拟器：用于模拟卫星信号（选购）；

6、GNSS参考基准站：用于提供RTCM2.3和RTCM3.0差分信号。

三）软件界面：C语言编写的北斗GPS软件应用界面

三、北斗/GPS卫星导航综合实验箱技术指标和参数：

1、GNSS天线：用于接收多模多频卫星信号；GPSL1/L2、GLONASSL1/L2、BDSB1/B2/B3

2、GNSS接收板卡：提供卫星基带信号处理、原始数据及标准语句等；

（1）单点定位精度：1.5m（RMS）；

（2）SBAS精度：0.6m（RMS）；

（3）差分定位精度：0.02m（RMS）

（4）授时精度：20ns

（5）信号跟踪：冷启动：<50s；

（6）温启动：<30s；热启动：<15s；

（7）信号重捕获：<2s

（8）GNSS差分定位≤0.02米

3、GPRS模块：提供GSM信息收发功能；

（1）工作频率：GSM850M、EGSM900M、DCS1800M、PCS1900M，自动搜索

（2）SIM卡接口：支持1.8/3VSIM卡

（3）发射功率：2W（GSM850M、EGSM900M）1W（DCS1800M、PCS1900M）内置天线

4、无线电台模块：接收差分数据；工作频率433M，发射功率1W，波特率9600bps，

5、蓝牙模块：连接平板电脑或移动设备，如手机等；符合标准IEEE802.15，工作频率2.4GHz，带宽为1Mb/s。

6、惯导测量单元：提供惯性测量原始数据及载体姿态信息；

（1）速率陀螺测量范围：±2000°/sec

（2）速率陀螺零偏稳定性：±0.2°/sec

（3）加速度计测量范围：±2g

（4）加速度计零偏稳定性：±0.003(±2g)g

（5）加速度计非线性：0.2%

7、控制器：实验箱主控制测量设备；32位Cortex-M3内核+高速FPGA

8、触摸显示屏：实验功能切换、显示实验数据及结果等；

（1）5寸电容式触摸屏；

（2）FPGA纯硬件读写刷屏；

（3）16位真彩色RGB显示（64K）；

9、电源及接口：电源电压：12VDC，负载电流：<2A

四、其它配置设备（实验箱之外的配置）：

1、高精度GNSS天线：用于接收多模多频卫星信号；增益32dB，GPSL1/L2；GLONASSG1/G2；BEIDOU2B1/B2/B3；GALILEOE1

2、GNSS卫星信号转发器：转发放大外部GNSS接收天线的卫星信号。

（1）接收和发射频率：GPS:L1:1575.42±10MHz；L2:1227.60±10MHz；

（2）GLONASS:L1:1602±10MHz；BD2:B1:1561.098±10MHz；B2:1207.14MHz±10MHz；B3:1268.52MHz±10MHz；

（3）驻波：≤1.5：1

（4）噪声系数：≤1.5dB

（5）接收电路增益：32±2dB

（6）发射电路增益：26±2dB

（7）极化方式：右旋圆极化

（8）电压：12VDC

（9）电流：≤100mA

（10）电缆线长度：30M（可变）

3、GNSS参考基准站：向实验箱提供差分信号，配合高精度定位实验。

（1）信号跟踪：120通道，GPSL1C/A码L1/L2P码，BDSB1/B2I支路C码GLONASSL1；SBAS:

WAAS,EGNOS,MSAS；Galileo可选

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

6×D)mm

（3）RTK初始化：时间<10s，初始化可靠性>99.9%

（4）冷启动：<50s；温启动：<30s；热启动：<15s；信号重捕获：<2s

（5）数据格式：CMR/CMR+，RTCM2.3，RTCM3.x等；

（6）射频接口：TNC

（7）电源电压：12V

（8）通讯接口：RS232(可转接标准以太网)

（9）数据更新率：差分数据输出：1Hz

4、安卓平板电脑：显示测量数据、实验界面及解算结果等。

5、通用计算机系统：用于实验平台软件运行，完成。

五、实验内容：

一）基本实验：

1、空间卫星观测

2、北斗/GPS数据采集与解析

3、实时卫星坐标计算

4、接收机高精度定位和测速

5、定位精度因子DOP值

6、电离层、对流层、时钟误差计算

7、载体惯性姿态测量

8、GSM实验

二）扩展实验：

1、计算北斗/GPS卫星三维位置

2、计算卫星信号多普勒频率

3、计算卫星信号经过电离层/大气层产生的延时误差

4、计算导航定位几何精度因子

5、预测可视卫星在轨道上的位置和多普勒频移

6、计算接收机ECEF坐标系内的位置、时间

7、ECEF坐标系与WGS84坐标系坐标变换编程实验

8、UTC时间与本地时间变换编程实验

三）增强实验：

1、计算机平台应用程序开发实验

2、安卓平台APP开发实验

3、通信模块应用实验（无线电台/GPRS）

4、差分站通信及差分信息获取实验

5、高精度RTK定位实验

6、GNSS-INS组合导航基础实验

7、定位结果分析与比较实验