教学应用实验室方案

北斗导航教学应用实验室方案




1、实验室建设的必要性

在现今社会中北斗卫星导航技术的应用已经渗透到各个产业,从传统的交通、电力、金融、安防、测绘等行业,到新兴的移动互联、位置服务(LBS)等产业,都将位置和时间作为其产业化应用的重要元素。北斗行业及相关行业对卫星导航专业人才的需求量极大。

高等院校还没有把卫星导航技术作为一个必修学科进行普及,涉及的教学工作或者是简单一笔带过,或者是枯燥的停留在纸面,学生很难在短暂的学习中真正掌握基本原理和应用知识。

北斗导航原理应用实验室可以使课程教学变得真实生动,利用真实的卫星信号和实验环境完整展现书本上的课程内容,让学生动手完成精心设计的一系列实验,深入学习卫星导航、组合导航、高精度定位的基本原理,同时结合物联网系统进行应用实践,满足课程教学需求。

2、实验室组成

该实验室可分为原理教学及实践应用两部分。

原理教学部分以北斗多模导航原理实验平台、北斗组合导航原理实验平台、北斗高精度定位原理实验平台、北斗接收机检测维修实训平台,搭配控制计算机及卫星信号转发器、卫星信号采集回放仪等设备,可满足北斗导航原理、组合导航原理、高精度定位原理、物联网实训和自动驾驶实训等一系列课程的教学要求。

实践应用部分配备了国内主流产品及最新的前沿产品,包括北斗高性能接收机、北斗通用接收机、北斗高精度接收机、北斗组合导航接收机、北斗定位通信模块、北斗智能手持终端、北斗车载监控系统及监控后台系统等。通过对这些产品的实际操作使用,学生可以在最短时间内了解并学会使用北斗领域的最新产品,迅速提高实践操作水平。

实验室拓扑结构图如下图所示:

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3、教学课程设计

3.1 北斗多模导航原理与开发实验

3.1.1针对北斗/GPS原理教学,设计如下实验内容:

实验一:卫星位置和多普勒频移的分析与计算;

实验二:实时传输误差分析;

实验三:卫星信噪比与仰角关系分析;

实验四:几何精度因子的分析与计算;

实验五:接收机位置解算;

实验六:直角坐标与大地坐标转换计算

实验七:UTC时间与本地时间转换计算;

实验八:NMEA-0183导航电文解析实验;

3.1.2针对北斗/GPS开发教学,设计如下实验内容:

实验一:计算北斗/GPS卫星三维位置;

实验二:计算卫星信号多普勒频率;

实验三:计算卫星信号经过电离层/大气层产生的延时误差;

实验四:计算导航定位几何精度因子;

实验五:预测可视卫星在轨道上的位置和多普勒频移;

实验六:计算接收机ECEF坐标系内的位置、时间;

实验七:直角坐标与大地坐标转换计算编程实验;

实验八:UTC时间与本地时间变换编程实验。

3.2 北斗组合导航原理实验

围绕北斗组合导航原理实验平台,学生可进行以下实验,深入理解和掌握北斗惯性导航的工作原理和紧耦合、松耦合软件算法。

实验一:卫星、惯性导航原始观测量读取实验

实验二:惯导器件零偏纠正与初始校准实验

实验三:接收机姿态计算实验

实验四:组合导航算法实验

实验五:定位精度统计与分析实验

实验六:蓝牙模块通讯实验

实验七:2G/3G/4G模块通讯实验

3.3 北斗高精度定位原理实验

围绕北斗高精度定位原理实验平台,学生可进行以下实验,深入理解和掌握北斗高精度定位模块的工作原理和使用方法。

实验一:载波相位双差实验

实验二:整周模糊度解算实验

实验三:整周跳变监测修复实验

实验四:Base64编解码实验

实验五:NTrip通讯与差分数据获取实验

实验六:定位精度统计与分析实验

实验七:差分基准站搭建实验

3.4 北斗定位算法编程实训

该部分实验是由学生在计算机平台上编写北斗定位解算软件,利用原始数据实现北斗定位解算,将定位结果在GIS地图上显示。

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3.5 北斗GIS地图应用实验

学生通过该部分实验了解北斗GIS地图,学习相关GIS知识

实验一:GIS地图显示实验

实验二:GIS地图与位置监控实验

实验三:GIS电子围栏实验

实验四:GIS道路匹配实验

实验五:计算机平台GIS实验

3.6 物联网综合设计实训

围绕北斗物联网综合实训平台,学生进行一系列物联网综合设计实训,深入理解物联网系统的基本原理和组成,掌握物联网常用组件的使用方法,亲手设计出具有实际应用价值的物联网系统。该系列实训设计了如下实验:

实验一:安卓基本编程入门实验

实验二:传感器组件应用实验

实验三:灾害预警系统综合实验

实验四:智能门铃综合实验

实验五:远程医疗系统实验

3.7 北斗导航全系列产品应用实训

实训一:北斗高精度卫星导航接收系统在高精度(测量、测绘等)领域的应用实训

实训二:北斗定位通信模块的应用在通信(电力、铁路等)领域的应用实训

实训三:北斗多模智能手持终端在特殊(应急、边防等)领域的应用实训

实训四:北斗多模智能车载终端监控系统在交通(车载、船载等)领域的应用实训

实训五:北斗/INS紧密组合导航系统在航空、航天和航海等领域的应用实训