隨著導航技術的不斷發展和大量應用，國內高校很多都已經開設了導航及相關專業，但是長期以來都沒有一個系統的行之有效的教學實驗系統，尤其是和組合導航相關的教學實驗系統更是空白。對此上海紫航電子科技有限公司同上海交通大學合作開發了適用于導航、制導、控制、無人車/船/無人機、自動駕駛、智能交通、智能控制、物聯網通訊等專業的組合導航教學實驗系統。

1. 組合導航開發實驗系統的組成

組合導航實驗系統，由一套教學用RTK基站和一套組合導航實驗開發板組成。

本系統由RTK基站MS800A-ED、GNSS/INS組合導航教學實驗開發板ZHDK3000A）、GNSS天線（AH3226  2只）、無線電臺及其天線、JLINK開發仿真器及相關電纜、以及相關配套實驗開發說明文檔等組成。實驗系統配備標準便攜實驗箱，攜帶方便，可隨時展開實驗和及時撤收實驗。

2.系統性能和技術指標

該系統能實現模擬組合導航過程，在室外開闊地帶實驗，（具有衛星信號良好的狀態下）可以開展高精度衛星定位原理實驗和GNSS/INS 組合導航實驗。

• 航向角0-360度
• 滾動角±180度
• 姿態角分辨率0.05度
• 位置精度0.25m
• 速度精度0.02m/s
• 更新率100HZ

連接RTK基站，能達到厘米級的高精度定位。

1）定位精度（GNSS）： RTK定位精度：2cm+1ppm（RMS）

2）航向精度指標：測量范圍：0~359.99°，全溫度的靜態精度：0.3°，動態精度：0.5°，角分辨率：0.05°（GNSS雙天線輔助，基線長>1米）

3）姿態精度指標：測量范圍：俯仰角±90°，橫滾角±180°，全溫的靜態精度：<0.3°，動態精度：0.5°，分辨率：0.05°（GNSS輔助）

4）速度精度：<0.1m/s

5）授時精度： 20ns（RMS）

6）準備時間：（數據穩定）120s（空曠無遮擋）

7）數據格式：標準NMEA-0183 ，CMR/CMR+，RTCM2.3，RTCM3.0，自定義數據格式

8）通訊接口：2個RS232

9）藍牙：4.0

10）數據更新率： >50Hz

11）電氣特性：輸入電壓：5V～36V DC（推薦12V DC），功耗：小于5.0W

3. 組合導航演示系統各分系統的構成

3.1GNSS/INS組合導航教學實驗開發板（ZHDK3000A）

ZHDK300A是一款GNSS/INS組合導航教學實驗開發板，它是實驗系統的核心部分，該硬件實驗開發板用于組合導航核心算法的教學實驗。

硬件資源主要包括有高性能板載慣性測量單元和高精度GNSS雙天線接收機，處理器采用目前流行的ST公司STM32F405RG主頻168MHz的ARM核處理器，板子上預留SWD仿真和燒寫接口，外接4路串口，支持SD卡存儲，同時支持藍牙通信。ZHDK3000A外觀圖如圖1-1所示。

（a）開發板外觀圖                           （b） 裝殼外觀圖

圖1-1  ZHDK3000A外觀圖

3.1.1GNSS天線（AH3226）

為了便于應用于無人機、智能小車，GNSS天線采用結構小、重量輕的設計，采用八臂四饋零相位技術，保證了高精度和高可靠性，支持進口和國產的大部分RTK高精度GNSS接收板卡，AH3226天線外形如圖1-3所示。

頂視圖                              側視圖

圖1-2  GNSS天線AH3226

性能指標：

3.1.2 無線電臺

無線電臺

ZH61-DTU-433T17D是高速型433M無線數傳電臺，內置高性能單片機和高速無線RF芯片，串口透明傳輸，工作在425～450.5MHz頻段（默認433.0MHz），發射功率 50mW 。

圖1.3  無線數傳電臺

• 支持高速連續傳輸，不限收發數據包長度；
• 數據連續不斷幀分包，完美支持 數據連續不斷幀分包，完美支持 ModMod Bus 協議；
• 支持傳輸密文有效提高用戶數據的保性；
• SMA -K接口，可方便連接同軸電纜或外置天線接口。

3.1.3DAP仿真器

DAP仿真器支持下載和在線仿真程序，支持XP/WIN7/WIN8/WIN10這四個操作系統，免驅，不需要安裝驅動即可使用，支持KEIL和IAR直接下載。（詳見配套文檔）

圖1-4  DAP仿真器

 GNSS/INS組合導航實驗開發板ZHDK3000A

GNSS/INS組合導航教學實驗開發板ZHDK300A是實驗系統的核心部分，該硬件實驗開發板用于組合導航核心算法的教學實驗，ZHDK3000A結構組成如圖1-6所示。

圖1-5  ZHDK3000A組成圖

ZHDK3000A配置有高性能的板載慣性測量單元IMU，采用ADI公司的ADIS16365，性能優異，穩定可靠。衛星接收模塊采用諾瓦泰高精度GNSS雙天線接收板卡OEM718D，支持高精度RTK，配合上海紫航電子科技有限公司的參考基準站，能使系統實驗精準可靠。

3.1.4高性能慣性測量單元ADIS16365

ADI公司的MEMS慣性測量單元 (IMU) ADIS16365模塊以多軸方式組合精密陀螺儀、加速度計，即便是在極為復雜的應用和動態環境下，也能可靠地檢測并處理多個自由度(DoF)。慣性測量單元ADIS16365模塊出廠已經進行了完整的校準、嵌入式補償和傳感器處理。

圖1-6  慣性測量單元 (IMU) ADIS16365

ADIS16365的主要特點：

• 三軸數字陀螺儀測量范圍：±300°/秒
• 正交對準精度：<0.05°
• 三軸數字加速度計測量范圍：±18 g
• 啟動時間：180 ms
• 休眠模式恢復時間：4 ms
• 校準溫度范圍：-40°C~+85°C
• 帶寬：330 Hz
• 數據輸出速率：>100Hz
• 內部嵌入式溫度傳感器

ADIS16365器件均為完整的慣性系統，內置一個三軸陀螺儀和一個三軸加速度計，各傳感器器件均集業界領先的MEMS技術與優化動態性能的信號調理功能于一體，出廠校準針對各傳感器的靈敏度、偏置、對準和線性加速度（陀螺偏置）進行校準。因此，各傳感器均有其自己的動態補償公式，可提供精確的傳感器測量。