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      北斗系統多星座衛星導航系統構建及應用

      北斗系統多星座衛星導航系統構建及應用

      實驗簡介團隊依托“微慣性儀表與先進導航技術”教育部重點實驗室、“導航制導與控制”國防科工局國防特色學科和國家級實驗教學示范中心“機電綜合虛擬仿真實驗教學中心”,打破資源和時空限制,開發了北斗系統多星座衛星導航系統構建及應用虛擬仿真實驗,服務于“導航制導與控制”學科方向。實驗內容主要包括認識北斗衛星、衛星軌道探究、導航定位原理和導航救援應用探索四個環節。通過該虛擬仿真實驗項目的訓練,可使學生對全球衛星導航系統的組建和星座運行以及定位解算等有深入理解,為其將來

      東南大學

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      實驗簡介


      團隊依托“微慣性儀表與先進導航技術”教育部重點實驗室、“導航制導與控制”國防科工局國防特色學科和國家級實驗教學示范中心“機電綜合虛擬仿真實驗教學中心”,打破資源和時空限制,開發了北斗系統多星座衛星導航系統構建及應用虛擬仿真實驗,服務于“導航制導與控制”學科方向。實驗內容主要包括認識北斗衛星、衛星軌道探究、導航定位原理和導航救援應用探索四個環節。通過該虛擬仿真實驗項目的訓練,可使學生對全球衛星導航系統的組建和星座運行以及定位解算等有深入理解,為其將來開展對衛星導航方向(如衛星信號分析與模擬、捕獲、跟蹤及定位等相關研究)及組合導航方向的研究奠定基礎。



      設計原則


      北斗全球導航系統是我國最新的先進科研成果,然而由于太空軌道的不可達,研究北斗衛星軌道和定位原理具有難度大、成本高的嚴重困難。因此,團隊以相關教學成果為基礎,為衛星導航相關課程研發了北斗系統多星座衛星導航系統構建及應用虛擬仿真實驗。

      首先,本實驗方案采用了問題導向的設計方法,學生在實驗中以解決實際的救援問題為目標,將任務分步完成。實驗情景有很強的吸引力,能夠很好地激發學生的學習興趣,調動學生的積極性。

      其次,本實驗設計了四個緊密相關的實驗環節,層層遞進,在達成實驗任務的過程中,將所學的理論知識與實踐相結合。

      接著,本實驗還設計了豐富的自主設計探究環節,學生可以通過不停地嘗試來找到最佳結果,有助于培養學生的探究學習能力。

      最后,本實驗立足當前重要國家項目。北斗全球導航系統是國之重器,本實驗通過場景體驗的實驗過程,讓學生體會我國北斗導航系統的重大建設意義,將正確的價值追求、理想信念和家國情懷有效地傳遞給學生。



      實驗目的


      本實驗根據《衛星導航定位技術與應用》、《導航定位于控制技術》、《信息導航系統》等課程教學大綱的關鍵知識點,結合最近建成的北斗全球衛星導航系統,以衛星導航發展需求為牽引,構建了北斗系統多星座衛星導航系統構建及應用虛擬仿真實驗,通過設計型探究型虛擬仿真實驗,以期達到以下實驗目的:

      (1)通過北斗導航系統衛星軌道漫游環節,幫助學生更加直觀地認識北斗衛星系統,了解北斗系統的組建過程和北斗衛星網絡結構。

      (2)通過對每種軌道的運行演示讓學習并認識北斗衛星運行軌道,讓學生對北斗衛星所在的GEO,MEO,IGSO軌道六參數等軌道特征有更加直觀具體的理解。

      (3)通過虛擬設計衛星導航系統,調整自定義衛星的軌道參數,學生學習并掌握衛星軌道六參數(近地點幅角、半長軸、偏心率、傾角、升交點赤經和近地點時間)。

      (4)通過在地面上使用全站儀演示三球交匯的原理,讓學生對導航定位解算原理有進一步的認識;利用真實導航電文和偽距進行分步定位解算,幫助學生更好地掌握衛星位置解算流程和用戶位置的定位解算流程。

      (5)通過探索性的選擇空間位置合適的衛星,了解四顆衛星的相對幾何位置對導航定位精度的影響。

      (6)通過模擬在真實洪水救援中的應用,幫助學生掌握基于衛星幾何結構進行衛星選擇的方法,使得學生具有在真實情況下能夠根據使用地點的實際環境,對目標位置進行精準定位的能力。



      實驗要求


      (1)專業和年級要求

      本實驗屬于東南大學,該課程面向全校工科專業XX的學生任選。

      (2)基本知識和能力要求

      本虛擬仿真實驗項目可服務于“導航制導與控制”學科方向,本實驗涉及了“導航定位控制與應用”、“信息導航系統”、“衛星導航定位技術與應用”等一系列專業課程的知識點。

      學生參加本課程之前需要掌握的主要能力和知識結構包括:

      要求學生初步了解衛星導航定位解算原理。

      要求學生掌握開普勒衛星軌道無攝運動規律。

      要求學生了解精度衰減因子對導航精度的影響。


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