GPS/INS惯性组合导航系统

 

 

惯导组合产品是将陀螺仪，加速度计，磁场计，GPS等有机组合以提供更加丰富精确的导航信息。

GPS/INS（惯性系统和GPS系统组合，可输出载体的位置，速度，时间，姿态角度，航向角度，加速度值，角速度等）。

主要应用在航空、陆地、海洋导航，跟踪控制，平台稳定，ROV/AGV控制，UAV/RPV控制，精准耕种等。

英国Oxts公司系列产品：RT2000, RT3000, RT4000, Inertial+, RT-Range；

美国GTI公司系列产品：LandMark30/40/50 INS/GPS；

特点

- 6-轴惯性导航系统

- 可选双天线系统

- 外接高精度GPS信号

- 无位置跳动

- 真航向输出

- GPS时间戳

- 精确测量

- 相机快门控制

- 轮速计输入

- 100Hz更新率

- 安装简单快捷

 

应用

- 航空测量

- 农业机械

- 资产管理

- GIS数据获取

- 陆地测量

- 道路信息检测、测量

 

简介

Inertial+导航系统能提供高性价比GPS/INS测量系统。它接受外部NMEA格式的GPS接收机信号，与内部的惯性产品深组合处理，同样以NMEA格式输出融合后的稳定的数据。可选其它数据输入格式。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

由于多路经，卫星参数等因素的影响，单纯的GPS输出数据会发生跳动，inertial+通过惯性传感器陀螺仪和加速度计来计算位置速度、方位姿态等测量数据，依靠传感器本身，没有跳动。外接的GPS用于消除惯性器件漂移而带来的稳定性误差。

 

即使GPS信号丢失，inertial+仍然能通过内部的惯性传感器来继续输出数据。可以通过轮速计等装置，校正位置漂移，在2分钟正常行驶的条件下，位置误差不会大于5米。

 

Inertial+不仅能提高位置和速度性能指标，同时也能增强方位和姿态性能指标，而三轴的角度数据精度对于校正机载/车载摄相机或者激光雷达误差来说非常重要。

Inertial+2采用双天线设计，提高了航向精度，使用双天线解决方案，在低动态条件下，能得到更高的航向精度和稳定性，比如飞机在平飞的条件下。在长航线飞行时，能输出恒稳定的航向精度，在该条件下，单纯使用惯性会降低航向精度。

 

在某些条件下，GPS信号非常弱，需要花费大量的时间去处理GPS数据，有时还会丢失地理参考数据。通过使用inertial+增强技术，能得到高精度、恒稳定的数据。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Inertia+内部包含3个军工级角度率陀螺仪，3个伺服军工级加速度计，一体化设计，内部的低成本GPS用于时间对准或者航向增强（双天线）。

配置软件可轻易的改变安装角，移动测量点至虚拟位置，选用GPS类型等。24阶卡尔曼滤波，自动校正天线、安装位置等引起的误差，安装起来非常简单，不像其它公司的惯导，需要精确的对准和对安装位置误差要求很高。

内部集成了2GB的存储卡，可单独运行。对于事后处理，数据可以导出为ASCII文本格式，方便其它软件加载。产品的数据输出延时时间非常小，可以不用等待GPS的测量数据，在0.5s的GPS输入信号延时的情况下，inertial+仍然能够校正它。

内部的ADC转换，20bit分辨率，加速度测量的分辨率是0.12mm/s²(12 μg)。ADC转换模拟量输入，采用圆锥/划船（coning/sculling）运动补偿算法来避免信号的混淆。

内部的处理包括捷联算法（采用WGS-84地球坐标），卡尔曼滤波和飞行中校准等算法。内部的英特尔奔腾级处理器运行QNX实时操作系统，保证了数据的稳定、可靠和实时性。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

单天线vs 双天线

Inertial+2拥有双天线，而Inertial+只有单天线。对于Inertial+2，外部输入的GPS信号用于提供高精度的位置数据，内部的2个GPS接收机用于时间对准和航向解算。

Inertial+内部的高级算法可以使路面车辆客户通过单天线来满足绝大部分的应用需求。航向锁定和高级侧滑角特性可以使inertial+在静止和低动态环境下维持精确的航向值。机载或者船载之类的应用可以使用双天线系统来维持高精度的航向值。

在单天线和双天线的数据手册中，某些条件下，二者的航向精度是相同的。然而，双天线产品可以在各种条件下提供稳定的航向值，而单天线产品在机载/船载/低动态车载条件下，航向精度会有所下降。

双天线的航向精度

在理想的情况下，空阔环境，双天线inertial+2系统，天线的基线长度，每增加1m，可以得到0.3degree(1σ)的精度。建议基线长度是2m，在静止的条件下，可以得到0.15degree的航向精度。在动态条件下，航向精度可以得到提高，因为此时的多路经误差处于变化之中，算法可以把该误差给滤掉。

基线的长度可以大于2m，但是需要特殊的校准过程。在5m的基线长度下，可以达到0.05degree的航向精度。天线安装误差可能会影响更高的航向精度。

数据手册中给出的航向精度比0.15degree要高，在动态环境下，或者用于陆地车辆，实际的航向精度要比通过双天线所能获得的值要好。在静止时，空阔的环境下，2m的基线长度只能得到0.15degree(RMS)的航向精度。

 

GPS vs GPS/INS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

空阔地面：在空阔的环境下，单纯GPS

的测量结果也很好，噪声比较小。

两个系统比较起来性能差不多。

 

 

单棵树：当GPS路过单棵树（大约8s的路程），能看到环境改变而增加的噪声。而GPS/INS不受该影响。

 

 

部分遮挡：存在部分遮挡时，GPS测量结果受卫星被遮挡的情况而不同。在夏天，树叶等会反射未被遮挡的卫星信号，测量误差会有所增加。

 

密集遮挡：很多路面两边都会存在遮挡，甚至会发生卫星信号失锁，此时的测量结果会变得更不稳定。

 

 

 

桥梁：路过涵洞或者桥梁下时，会发生卫星信号丢失，此时GPS/INS仍然能精确测量减速和加速行驶。

 

 

 

 

 

性能参数

 

Inertial+/Inertial+2 GPS/INS组合导航系统
参数	2cm	20cm	DGPS	SPS
	L1/L2 GPS	L1 Float GPS
位置	L1/L2 Kinematic	L1 Kinematic OmniStar HP	Differential GPS OmniStar VBS	SPS
位置精度	2cm 1σ	20cm (10cm for HP)	0.4m CEP	1.8m CEP
速度精度	0.05 km/h RMS	0.08 km/h RMS	0.1 km/h RMS	0.1 km/h RMS
加速度
-偏差	10 mm/s² 1σ	10 mm/s² 1σ	10 mm/s² 1σ	10 mm/s² 1σ
-非线性	0.01%	0.01%	0.01%	0.01%
-比例因子	0.1% 1σ	0.1% 1σ	0.1% 1σ	0.1% 1σ
-量程	100/300 m/s²	100/300 m/s²	100/300 m/s²	100/300 m/s²
俯仰/横滚	0.03° 1σ	0.04° 1σ	0.05° 1σ	0.05° 1σ
航向	0.1° 1σ	0.1° 1σ	0.1° 1σ	0.1° 1σ
角速度
-偏差	0.01°/s 1σ	0.01°/s 1σ	0.01°/s 1σ	0.01°/s 1σ
-比例因子	0.1% 1σ	0.1% 1σ	0.1% 1σ	0.1% 1σ
-量程	100/300 °/s	100/300 °/s	100/300 °/s	100/300 °/s
跟踪(at 50km/h)	0.07° RMS	0.1° RMS	0.15° RMS	0.15° RMS
更新率	100 Hz
计算延时	3.9 ms
电源	9-18 V d.c. 15W
尺寸（mm）	234 x 120 x 76 (excluding connectors)
重量	2.3 kg
工作温度	–10 to 50°C
振动	0.1 g²/Hz 5-500 Hz
冲击	100G, 11ms
内部存储	2GB

 

注：

- GPS天线的温度范围为–55 to 85°C。

- Inertial+的位置精度取决于外部GPS的精度，有些厂家标注在L1/L2条件下可以达到1cm的精度，此时Inertial+亦可以达到该精度，不过在动态环境下，GPS往往达不到这么高的精度。

- Inertial+2在只接一个天线的情况下，等同于Inertial+。

- 双天线的标准基线长度是2m，更长的基线可以获得更高航向精度，在5m基线长度下可以获得0.05度的航向，请联系我们获得更多支持。

- 参数有可能随时改变，敬请更新！