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高精度定位定向测姿方案

高精度定位定向测姿方案

2010/1/14 9:37:00

1.产品功能
  通过双频GPS和惯性测量单元测量车辆运动过程中的位置、加速度和角速率值,并将数据记录在记录仪中,利用后处理差分和GPS/INS组合解算软件将差分基站和记录仪中的数据进行处理,计算出车辆运动过程的准确位置、俯仰角、横滚角和航向角。

2.主要技术指标
2.1主要功能:
 1、 测姿:输出载体的运动姿态,包括:倾斜角和俯仰角。
 2、 定位:输出GPS定位数据,确定载体的精确位置。
 3、 定向:输出载体在运动时的航向角。
2.2主要技术指标
 1、实时处理精度:
 相对定位误差:<2米
 姿态精度:<0.2度
 航向精度:<0.4度
2、后处理精度:
 位置精度:短基线(0~5公里) 5mm+1PPM
   中基线(5~35公里) 5CM+1PPM
   长基线(35~100公里) 10CM+2PPM
 姿态精度:0.1度
 航向精度:0.05度
3、接口
 输出接口:数据输出为RS422
4、电源及功耗
 直流 DC24V,功耗≤20W
5、结构尺寸
 外形尺寸(mm):按客户要求定制
 重量:(待定)
6、环境条件
 参照国军标“GJB 150军用设备环境试验方法”进行如下试验:
 温度:
 工作温度:-40Cº— +60Cº
 存储温度:-55Cº— +80Cº
7、 震动:6G@ 20--2000 Hz
8、 冲击:80g(11ms,半正弦)

3. 系统方案
3.1系统组成
  本系统由数据处理中心、差分基站和车载移动站三部分组成。差分基站采集GPS基准数据并存储,主要由基站GPS、高增益天线、基站数据记录仪组成。车载移动站用于采集GPS原始数据、加速度、角速率值,并将数据存储。主要由GPS位置单元、航向测量单元、IMU惯性测量单元、车载数据记录仪等组成。数据处理中心由数据处理计算机、差分后处理模块、定向处理模块、GPS/INS组合解算模块组成。利用基站数据记录仪和移动站数据记录仪的数据进行差分处理,并将GPS数据和惯性测量数据 进行融合 ,精确解算出位置、姿态和航向。
3.2工作原理

 

 


  本系统采用GPS 差分定位技术、载波相位测量技术、GPS定向技术和惯性测量技术。为提高测量精度和减少硬件复杂性,数据处理采用后处理方式。首先通过车载的GPS位置单元和航向单元采集位置和航向处理的原始数据,通过IMU惯性测量单元采集加速度和角速率原始数据,并将采集的数据存储在记录仪中。差分基站也在同时采集GPS数据,并记录在记录仪中。数据处理中心首先使用GPS后处理差分软件对车载GPS位置和地面基站GPS数据进行差分处理,得到厘米级内的定位结果和厘米/秒级的速度结果,通过定向处理软件解算高精度航向,如果车载定向单元使用的两个GPS天线在4米则定向精度可达到0.05度,然后使用GPS/INS组合解算软件对GPS定位测速结果和IMU原始数据进行高精度组合,获得更好精度的位置和姿态。
实时采集数据:
 


 
后处理数据:
 

 

4 主要器件指标
4.1 GPS接收机
  1. 通道数≥12
  2. L1观测值:窄相关的C/A码伪距、P码伪距、全波长载波相位、多普勒频移
  3. L2观测值:P码伪距、全波长载波相位、多普勒频移
  4. C/A码观测噪声优于0.75米,P码观测噪声优于0.3米
  5. 与GPS现代化后第二频率C/A码信号兼容,预留第二频率C/A码接收能力
  6. 天线跟踪性能:具有高动态航空强跟踪能力以及多径抑制技术
  7. 自带内部存储容量≥32M
  8. 点位更新率可用户设置,最大可达10Hz
  9. 存储温度范围:优于–40∽75℃
  10. 操作温度范围:优于–20∽55℃
  11. PPS功能和精度:1pps, 50ns,高低沿可选
  12. 加速度限制:≥10g
  13. 输入信号:外部事件脉冲,高低沿可选
  14. 输入信号:电平接收范围:2V∽5V
  15. 输入信号:宽度接收范围:1us∽1ms
  16. 输入信号:频率范围:≥300hz
  17. 串行口数量:≥3
  18. 串口波特率:≥115200
  19. 电源输入范围:12V∽38V DC
2.IMU
  1. 陀螺测量范围:≥150 °/s
  2. 陀螺零位漂移:≤0.1 deg/hr
  3. 陀螺噪声:≤0.01deg/ h1/2
  4. 陀螺分辨率:0.003 deg
  5. 陀螺刻度因子误差:≤50ppm
  6. 加速度计测量范围:≥± 10 g
  7. 加速度计零偏:≤20 ug
  8. 加速度计噪声密度:≤20 ug/ hz1/2
  9. 加速度计分辨率:10ug
  10. 加速度计刻度因子误差:≤50ppm
  11. 输出数据率:≥250hz
  12. 输出数据接口:RS232/422
  13. 输入数据接口:RS232/422
  14. 输出数据:角速率、加速度、时间(UTC或GPST)
  15. 输入数据:GPS实时定位结果
  16. 输入PPS脉冲,高低沿可选
  17. 输入PPS:电平接收范围:2V∽5V
  18. 输入PPS:宽度接收范围:1us∽1ms
  19. 时间同步误差:≤10-5s
  20. 电源输入范围:12V∽38V DC
  21. 操作温度范围:优于–40∽60℃
4.3 方案配置

项目

设备名称

数量

差分基准站

 

1

GPS 接收机

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