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海达数云推出国产全自主GNSS/INS紧组合算法

  • 分类:新闻资讯
  • 作者:海达数云
  • 发布时间:2020-12-28 17:37
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【概要描述】近年来,随着三维激光测量市场的兴起,尤其是移动测量系统使用场景的进一步扩大,由全球卫星导航系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)组成的组合导航系统正在被越来越广泛地使用。

海达数云推出国产全自主GNSS/INS紧组合算法

【概要描述】近年来,随着三维激光测量市场的兴起,尤其是移动测量系统使用场景的进一步扩大,由全球卫星导航系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)组成的组合导航系统正在被越来越广泛地使用。

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  • 作者:海达数云
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  近年来,随着三维激光测量市场的兴起,尤其是移动测量系统使用场景的进一步扩大,由全球卫星导航系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)组成的组合导航系统正在被越来越广泛地使用。

  利用GNSS/INS组合导航系统,能准确反演载体的位置、速度和姿态信息,提供长时间的高精度导航,并具有高数据采样率和良好的抗差性。因此,GNSS/INS组合导航系统可以用来精确反演移动激光测量系统在某一时刻的位置和姿态信息,进而解算得到高精度的点云坐标。

  当前,GNSS/INS组合导航系统主要有四种不同的组合结构——非组合、松组合、紧组合与深组合,其中应用最广泛的为松组合与紧组合。

  松组合是一种卫星辅助修正惯性误差的组合模式,观测值为GNSS测量得到位置及速度与INS预测信息之差,这种等级组合是基于位置和速度的组合,结构简单易于实现;紧组合是一种卫星/惯性相互辅助的组合模式。其基本模式为伪距、伪距率以及载波相位观测值的组合,较松组合模式精度有明显提高,但实现难度大

  下图给出了在GNSS信号部分失锁时采用紧组合与松组合时得到的定位误差。

  △GNSS信号部分失锁时定位误差

  从图中可看出,在可视卫星数量不足时,采用紧组合的定位精度明显优于松组合定位

  目前,国内大多数GNSS/INS紧组合模式基本采用国外Inertial Explorer(IE)软件进行解算处理。由于IE专业化程度高、参数配置复杂、需单机手工处理等,无法满足越来越多的处理自动化、服务云端化、国防国产化等需求。针对以上不足,海达数云近期推出了国产全自主GNSS/INS紧组合算法及软件。

  一、GNSS/INS紧组合技术原理

  紧组合算法,通过连续提供的高精度位置和姿态参数,可实现移动三维激光测量系统的直接地理定位。

  1)INS经过初始对准,完成位姿信息的初始化,通过力学编排得到预测位置信息,同时,GNSS观测值在INS预测位置处进行双差处理;

  2)GNSS观测值发生周跳后利用INS预测信息进行模糊度固定,验证通过后利用模糊度固定的相位观测值进行紧组合滤波量测更新;

  3)INS预测导航结果经过滤波后输出更新导航信息,同时估计的器件误差参数用来修正原始惯导输出。

 △GNSS/INS紧组合算法技术原理图

  二、海达数云自主算法与产品

  海达数云国产全自主GNSS/INS紧组合算法由数据预处理、初始对准、INS导航解算、动态差分后处理、周跳探测/整周模糊度固定、组合滤波器、惯性/惯性器件误差补偿等模块组成,支持GNSS数据、GNSS/INS数据、GNSS/INS/ODO数据后处理解算。

  基于自主紧组合算法,可提供Windows桌面端轨迹处理软件及跨平台SDK动态库等多种应用模式产品。

△海达数云桌面端轨迹处理软件主界面

  01主要功能

  (1)可单独对GNSS数据进行后处理

  ●GNSS数据处理模式支持标准单点定位、动态差分定位与精密单点定位;

  ●高精度滤波处理算法:支持正向滤波、反向滤波与双向滤波算法;

  ●解算配置支持大气改正模型选择(对流层模型、电离层模型)。

  (2)松/紧组合数据处理模式

  ●多初始对准方式:自动对准、静态对准、动态对准与指定姿态;

  ●辅助更新算法:外部PVA辅助更新、里程计辅助更新与航向辅助更新;

  ●支持零速更新、位置更新算法。

  (3)数据质量评价支持图形化显示

  支持多类型数据(GNSS、IMU、组合解算)质量精度图形化分析显示。

  02特点优势

  ●采用高精度滤波处理算法,位置姿态精度更优;

  ●惯导器件参数独立配置,避免重复繁琐操作,内置多种主流惯性器件参数;

  ●多种数据(GNSS、IMU、组合解算)图形化显示,清晰直观;

  ●支持位置更新,即控制点纠正(CUPT)功能;

  ●导出结果文件支持常用数据格式,便于后续应用;

  ●可提供桌面端、跨平台SDK等多种产品服务模式。

  三、精度评定&对比

  将海达数云GNSS/INS紧组合算法数据处理结果进行精度评定,并与IE紧组合数据处理结果进行对比如下。

  测试设备采用海达数云HiScan-SU1车载移动测量系统。

  01位置误差

  对同一份测试数据进行处理,海云紧组合算法的位置误差X为1~4cm,Y为1~2cm,Z为2~5cm;IE的位置误差X为1~3cm,Y为1~2cm,Z为1~5cm。

  02姿态误差

  海云紧组合算法姿态误差:航向角为0.015°左右,俯仰角为0.003°左右,横滚角为0.003°左右。IE姿态误差:航向角为0.02°左右,俯仰角为0.003°左右,横滚角为0.003°左右。

       与IE航向角偏差为-0.1~0.1°。

  与IE俯仰角偏差,为-0.02~0.02°。

  与IE横滚角偏差,为-0.01~0.01°。

  海云紧组合算法与IE姿态差值如上所示,收敛后两者姿态角的符合度是一致的。但在运动结束、静止阶段的航向输出过程中,两者的表现如下图所示:

 △海云GNSS/INS紧组合算法与IE航向角输出对比(结束静态阶段)

  在采集数据的最后阶段,车辆处于静止状态,航向应保持不变。从上图可看出,IE解算的航向输出存在缓慢漂移,300s内漂移约为0.4°,达不到标称精度,而海云紧组合算法航向保持较好。因此,海云GNSS/INS紧组合算法与IE相比,航向精度在此场景下更好。

  四、应用模式

  为了满足未来多种应用场景的需求,海达数云GNSS/INS紧组合算法可提供多种应用服务模式:——跨平台SDK,满足各种定制化集成、服务端集群、云端云迹服务应用场景模式;桌面端软件,满足各类型桌面端本地单机处理应用场景模式。

  将来,期待能够涌现出更多、精度更高、应用模式更丰富的GNSS/INS组合导航算法,为用户提供更优质的选择。海达数云也将一如既往,伴您左右!

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