高精度車輛運動測姿系統
一、系統概述
高精度車輛運動測姿系統,是為汽車生產過程中車輛測試提出的系統解決方案,通過雙頻GPS和慣性測量單元測量車輛運動過程中的位置、加速度和角速率值,并將數據記錄在記錄儀中,利用后處理差分和GPS/INS組合解算軟件將差分基站和記錄儀中的數據進行事后數據處理,計算出車輛運動過程的準確位置、俯仰角、橫滾角和航向角。做為車輛測試數據處理和分析依據。
二、系統組成
本系統由數據處理中心、差分基站和車載移動站三部分組成。差分基站采集GPS基準數據并存儲,主要由基站GPS、高增益天線、基站數據記錄儀組成。車載移動站用于采集GPS原始數據、加速度、角速率值,并將數據存儲。主要由GPS位置單元、航向測量單元、IMU慣性測量單元、車載數據記錄儀等組成。數據處理中心由數據處理計算機、差分后處理模塊、定向處理模塊、GPS/INS組合解算模塊組成。利用基站數據記錄儀和移動站數據記錄儀的數據進行差分處理,并將GPS數據和慣性測量數據進行融合,精確解算出位置、姿態和航向。
三、工作原理
本系統綜合采用GPS 差分定位技術、載波相位測量技術、GPS定向技術和慣性測量技術。為提高測量精度和減少硬件復雜性,數據處理采用后處理方式。系統在GPS高精度定位的基礎上,采用兩個高精度高動態的GPS接收機作為衛星信號傳感器,利用主天線與次天線之間的距離(即基線距離)這一已知量再加上天線所接到的衛星的星歷等信息,通過載波測量技術和快速求解整周模糊度等獨特的算法,精確計算出載體當前的航向角度,而且同時還可輸出俯仰角度、位置、速度及UTC時間等信息。
通過車載的GPS位置單元和航向單元采集位置和航向處理的原始數據,再通過IMU慣性測量單元采集加速度和角速率原始數據,并將采集的數據存儲在記錄儀中。差分基站也在同時采集GPS數據,并記錄在記錄儀中。數據處理中心首先使用GPS后處理差分軟件對車載GPS位置和地面基站GPS數據進行差分處理,得到厘米級內的定位結果和CM/S級的速度結果,通過定向處理軟件解算高精度航向,如果車載定向單元使用的兩個GPS天線在4米則定向精度可達到0.05度,然后使用GPS/INS組合解算軟件對GPS定位測速結果和IMU原始數據進行高精度組合,獲得更好精度的位置和姿態。
四、數據處理
a) 實時采集數據:
b) 后處理數據:
五、方案配置
差分基準站部分 | ||
項目 | 設備名稱 | 數量 |
1 | GPS 接收機 | 1 |
2 | 高精度 GPS 天線 | 1 |
3 | 天線電纜( 5 米 ) | 1 |
4 | 數據記錄儀 | 1 |
5 | 腳架、基座、連接器 | 1 |
6 | 儀器箱 | 1 |
車載移動站部分 | ||
項目 | 設備名稱 | 數量 |
1 | GPS 位置單元 | 1 |
2 | 定向單元 | 1 |
3 | GPS/INS組合解算模塊 | 1 |
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