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1、1 北斗多模导航研发创新实验室建设方案北斗多模导航研发创新实验室建设方案 1实验室建设的必要性实验室建设的必要性 伴随着北斗计划的实施，我国的卫星导航事业面临着新的机遇和挑战。由目前以美国发射的卫星所构成的 GPS 系统，俄罗斯的 GLONASS 系统，逐步过渡到 Galileo、北斗系统或者四者互补的定位系统，将成为趋势。因此，尽快开发出具有自主知识产权的卫星导航接收机设备，形成我国独立的卫星导航产业，是十分必要的。 目前，各高校随着技术、产业快速发展逐步展开了导航与物联网专业的相关专业建设。但实验室建设明显存在滞后和不足。为帮助国内高等院校、科研院所建设先进实用的卫星导航实验室， 为使学生
2、完成基于北斗与物联网的基础实验到创新性应用系统的开发工作，提高学生的应用技术开发能力。北京北斗教仪科技有限公司开发研制了卫星导航实验室必备设备， 编写了卫星导航实验室建设方案，为推动我国北斗教育的发展提供基础平台，培养北斗导航领域专业人才。 2实验室功能特性实验室功能特性 实践性 北斗多模卫星导航研发创新实验室提供的该实验室为老师和学生提供开放式的试验环境，使学生在真实设备、真实卫星信号环境下，亲自动手进行卫星导航实验和编程，研发出具有自主知识产权的导航产品。 先进性 北斗多模卫星导航研发创新实验室提供的技术及设备，与当前国际尖端技术同步， 并通过软件升级与硬件扩展保持技术的先进性。为学生毕业
3、后顺利进入卫星导航领域，从事卫星导航教学、科研、应用等工作奠定坚实的理论基础、积累实践经验。 共享性 2 卫星导航综合实验室实现了卫星导航接收机内部核心算法、软件源程序、原始数据、硬件接口等全方位开放，有效地把信号生成、信号转发、信号接收、数据处理等功能在不同设备上实现，这些设备既可以独立工作，又可以互联互通，实现数据、软件、硬件的共享。 升级换代能力 随着导航技术迅速发展，北斗导航系统要在 2020 年覆盖全球，北斗系统新体制信号需代替原有体制信号， 北斗多模卫星导航研发创新实验室提供的技术及设备具备平滑升级到支持北斗系统新体制信号的能力。 可持续扩展能力 北斗多模卫星导航研发创新实验室采取
4、开放式设计，可以方便的将导航新技术、新方法、新思路纳入到实验室，进而保证研发创新实验室的先进性及可持续扩展能力。 创新人才培养能力 北斗多模卫星导航研发创新实验与基础实验相比，设计性实验更加注重内容的探索性、方法的多样性。在毕业设计和课题研究的设计性实验过程中，学生的独立思维和个性得到充分发挥，能培养出卫星导航一流的创新人才。 3实验内容实验内容 3.1教学及科研目的 掌握和开发北斗多模接收机相关器算法 掌握和开发北斗多模接收机基带算法 掌握和开发北斗多模接收机导航解算算法 掌握北斗多模芯片和接收机设计方法 掌握组合导航算法原理及设计实现 了解高性能北斗多模导航接收机完好性研究 3 掌握北斗高
5、精度接收机使用及测试方法 了解北斗 RDSS 通信产品应用 了解组合导航设备的使用 3.2 实验设置及研究内容 3.2.1 接收机设计开发实验 软件接收机设计 利用中频信号采样器采集的中频信号， 在 PC 机上通过软件方法实现信号搜索、载波剥离、码剥离、导航电文提取，进而设计出软件接收机。 北斗多模接收机相关器算法 利用中频信号采样器提供的 MATLAB 软件源程序，实现相关器算法研究。 北斗多模接收机基带及导航解算算法 利用北斗多模接收机研发平台提供的接收机内部基带处理部分和导航解算源代码，可直接下载到内置接收机板卡上进行验证。可以通过修改现有程序或编写全新的程序来改进和验证 GNSS 接收
6、机各方面的指标和功能；例如，相关接收数据、C/A 码相位数据、载波 Doppler 频移数据、实时卫星信号搜索程序、信号确认程序、信号微调和跟踪程序、实时卫星导航数据解码程序、卫星轨道计算程序、误差计算和消除程序、接收机位置速度时间解算程序、NMEA0183 数据生成程序、数学运算程序等。 3.2.2 组合导航算法设计实验 利用 iN3620 北斗组合导航原理实验平台进行组合导航定位算法的研究和测试。该平台支持卫星导航、惯性导航原始观测量的采集及回放功能，从而让研究人员能够在实验室内完成紧耦合、松耦合组合导航算法的测试验证等工作。 3.2.3 北斗多模接收机测试实验内容： 利用多星座卫星导航模
7、拟器，精确测试北斗多模接收机的各项性能指标，例如定位精度（静态、动态）、启动时间（冷启动、温启动、热启动）、测速精度、授时精度、信号搜索和跟踪灵敏度、多经抑制能力、接收机通道能力等。 4 3.2.4 北斗短报文通讯实验 利用北斗 RNSS/RDSS 模块， 可实现 RDSS 有源定位、 短报文通信和 RNSS导航定位等功能，开放通讯协议，可开展基于北斗通信的应用集成实验。 3.2.5 GNSS/INS 组合导航系统研究与应用： 利用北斗多模接收机输出数据与惯性导航系统的惯性测量信息进行组合处理，改善捕获、跟踪和再捕获的能力，应用于各类载体的精密导航测向、定位、测姿、授时等实验。 3.3 实验设
8、备及建议配置 3.3.1 北斗多模信号转发系统 建议配备一套SG2000-BDS/GPS/GLONASS卫星信号转发系统的功能是接收室外 BDS B1、GPS L1、GLONASS L1 信号，经滤波、放大、转发等环节，将室外天线收到的有效 GNSS 信号转入室内。 3.3.2 北斗多模卫星导航接收机研发平台 建议配备一套 iN5220 北斗多模卫星导航接收机研发平台，基于普通 PC 机实现实时的、开放式的接收机软件/硬件系统，并向用户开放源代码、功能描述和解释文档，以及接收机内部核心算法、数据和软件。用户可以通过使用研发平台，掌握接收机的相关器、导航解算、基带、芯片开发等算法，开发具有自主知
9、识产权的北斗多模接收机和芯片。 3.3.3 北斗组合导航原理实验平台 建议配备数套 iN3620 北斗组合导航原理实验平台。该平台是北斗教仪公司针对组合导航原理及应用、组合导航算法等课程配套的教学实验平台。学生利用该平台可以在真实的信号环境下，了解组合导航定位的基本原理，还可以通过开放的实验源程序，亲自动手进行实验和编程，对紧耦合、松耦合的算法进行验证，从而深刻理解组合定位的核心技术。通过围绕该设备的学习，学生可以奠定理论基础、积累实践经验。 3.3.4 北斗多模卫星导航接收机 5 建议配备若干套 OT1000 北斗多模卫星导航接收机，利用多星座兼容模拟器进船、 飞机等载体运动模型， 支持军码
10、直捕测试场景， 支持实时闭环仿真测试，具有数据记录和分析处理能力，满足不同研发及测试要求。 3.3.5 北斗定位通信模块 建议配备若干套 OT2000 系列北斗定位通信模块，利用北斗 RNSS/RDSS模块，可实现 RDSS 有源定位、短报文通信和 RNSS 导航定位等功能，是高等院校从事北斗定位通信相关教学、培训及科研的理想实验设备。 3.3.6 卫星导航与惯性导航紧耦合导航系统 建议配备一套 GNSS/INS 紧密行北斗多模接收机测试实验。 3.3.7 多天线同步 BDS/GPS 中频信号采集器 建议配备 RX3000 中频信号采样器，将采样后的中频信号输入计算机，为设计软件接收机及研发北
11、斗多模接收机提供稳定可靠的数据流。 3.3.8 多星座卫星导航模拟器 建议配备一套 SG8000 多星座卫星导航信号模拟器，该模拟器具有静态、动态轨迹生成和测试能力，各通道伪距、功率、载波初相独立设置能力，针对星座模型生成导航电文能力， 多径信号模拟能力， 可编程信号场景生成能力， 大气层、电离层模型参数设置能力，相对论误差模拟能力，提供静止、汽车、轮组合导航系统，可提供水平姿态、航向等定姿信息，经度、纬度、高度等定位信息，以及三维加速度、角速度等惯性测量信息，为学生在组合导航领域研发创新提供必备的平台。 4北斗多模接收机与研发设备的关系北斗多模接收机与研发设备的关系 学生研发设计北斗多模接收机过程中，在中频采样、基带算法及导航解算等环节能得到对应的研发设备，是接收机内部信号处理、算法、软件等关键技术深入研究的有力研发工具。 6 北斗多模接收机与研发设备的关系图 5实验室结构及效果图实验室结构及效果图 北斗多模卫星导航研发创新实验室由卫星信号转发系统、 卫星导航信号模拟系统、北斗多模中频采样器、北斗多模卫星导航接收机研发平台、北斗多模卫星导航接收机、GNSS/INS 紧密组合导航、北斗定位通讯模块等设备组成。用户可根据实际需求配置不同功能的实验室。 北斗卫星导航研发创新实验室效果图如下：
