车载组合导航系统(DOC 21页)

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1、车载组合导航系统 ( Car Integrated Navigation System)GI-100用户手册V1.6 上海航姿测控科技有限公司2016年12月15日1系统介绍11.1产品概述11.2产品特点11.3产品优点11.4产品应用22 设计原理23电器特性43.1极大值参数43.2电器特性44性能指标55机械尺寸与引脚定义65.1机械尺寸65.2引脚定义76 推荐电路86.1推荐PCB封装86.2推荐参考电路87坐标系和安装方位97.1坐标系97.2 安装方位98使用说明108.1传感标定108.2通信接口108.3通信频率108.4 通信协议108.5 控制命令119注意事项1210

2、固件升级1310.1 winxp系统1310.2 win7系统15附录：171 GPGGA172 GPRMC183 GPATT191系统介绍1.1产品概述GI-100是一款高性能的面向车载导航领域的车载组合导航系统，系统包含高性能的同时支持北斗和GPS的卫星接收机芯片、三轴陀螺仪、三轴加速度等；通过在线的自适应组合导航算法，GI-100提供实时高精度的车辆定位、测速和测姿信息，在GNSS系统的信号精度降低甚至丢失卫星信号时，不借助里程计信息，GI-100利用纯惯性导航技术，也可在较长时间内单独对汽车载体进行高精度定位、测速和测姿。 图1. GI-1001.2产品特点 元件选型：高性能三轴陀螺仪

3、和三轴加速度计； 误差补偿：完成正交误差/温度漂移等误差补偿； 唯一防盗：每个产品标定参数均不一致防盗版； 物理尺寸：紧凑模块化设计可节省用户产品空间； 通信协议：即插即用的标准通信协议NEMA0183； 工程安装：无安装角度要求方便用户车载安装； 亚米级：支持RTCM2.3协议/复杂环境亚米级导航；1.3产品优点 陀螺漂移：消除陀螺漂移获高精度姿态航向信息； 加速噪声：消除震动加速度获高精度速度信息； 零速修正：零速修正算法可防止导航数据漂移； 软件算法：基于自适应的扩展卡尔曼滤波算法； 智能识别：识别并隔离有较大误差的GNSS数据； 摆脱里程计：利用纯惯性导航实现高精度定位； 导航技术：组

4、合导航和纯惯导航技术自主切换；1.4产品应用 车辆高精度导航 公交车智能交通 车辆远程监控2 设计原理图2.设计原理图卫星导航系统： 卫星导航系统具有实现全球、全天候、高精度的导航等优点；但卫星导航系统容易收到周围环境的影响，例如树木楼房等，造成多路径效应，使得定位结果精度降低甚至丢失，尤其是在隧道等室内环境中，卫星导航系统基本无法使用。另外，即使在空旷的环境下，当载体速度非常低时，卫星导航系统获得载体方位信息（航向角）也会产生较大误差。惯性导航系统:惯性导航是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标中，就能够得到在导航坐标中的速度、偏航

5、角和位置等信息，同时可以获得载体的载体信息。但惯性导航系统由于陀螺仪零点漂移严重，车辆震动等因素，致使无法通过直接积分加速度获得高精度的方位和速度等信息，即现有的微惯性导航系统很难长时间独立工作。组合导航系统：卫星/惯性组合导航充分利用惯性导航系统和卫星导航系统优点，基于最优估计算法卡尔曼滤波算法融合两种导航算法，获得最优的导航结果；尤其是当卫星导航系统无法工作时，利用惯性导航系统使得导航系统继续工作，保证导航系统的正常工作，提高了系统的稳定性和可靠性。摆脱里程计常规车载导航系统往往依靠里程计和陀螺仪的DR方案，实现汽车复杂环境下的高精度导航定位，里程计信号对于很多汽车后装市场而言，连接非常复

6、杂，而且涉及汽车安全问题。经过多年的研发，在GNSS系统的信号精度降低甚至丢失卫星信号时，GI-100系统完全摆脱了对里程计依赖，仅仅利用纯惯性导航技术，也可在较长时间内单独对汽车载体进行高精度定位、测速和测姿，与市场上现有的相关产品相比，性能得到了较大地提升。当然，GI-100系统可以连接里程计信号，将会获得更好的性能指标。车辆姿态角 GI-100导航系统利用多年对MEMS惯性器件的研究经验，通过自适应滤波算法实现了对陀螺仪漂移和加速度震动信号的滤波，并进一步可以获得高精度的姿态信息，从而可以满足坡道检测等车辆监控和导航应用的各种需求。GI导航系统 GI-100导航系统提出了卫星导航精度的智

7、能识别算法，基于组合导航提供的高精度导航信息，对卫星导航的定位精度进行识别，如果卫星导航精度较好，则进行组合导航，一旦发现卫星导航信号非常差甚至丢失信号，则进行纯惯性导航，总之，GI-100导航系统实现了组合导航和纯惯性导航的自主切换。3电器特性GI-100导航产品的电器特性：3.1极大值参数参数指标单位电源电源电压3.3V环境操作温度度存储温度度3.2电器特性参数指标单位电气输入电压Vdd3.0-3.3V电流150【1】mA功耗450mW时间上电到第一个有效数据时间30S1特别强调：本产品内部有复杂的组合导航算法，所以功耗比一般的导航模块高，请再设计硬件电路过程中，一定给本产品预留足够的功耗

8、，即电流不小于150mA。4性能指标里程计时GNSS信号丢失时间接收机定位方式水平位置1水平速度1俯仰横滚角1航向角15秒标准定位1.0-2.0m0.05m/s0.3deg1.010秒标准定位1.5-5.5mN/A N/AN/A30秒标准定位3.0mN/AN/AN/A60秒标准定位5.0m0.30m/s0.4deg1.0deg1. 一倍标准差（1）无里程计时GNSS信号丢失时间接收机定位方式水平位置1水平速度1俯仰横滚角1航向角15秒标准定位2.0-3.5m0.05m/s0.5deg1.010秒标准定位10.0mN/A N/AN/A60秒标准定位25.0mN/AN/AN/A120标准定位60.

9、0m0.5m/s1.0deg2.0deg1.一倍标准差（1）GPS部分性能参数指标接收机类型72通道ublox M8引擎GPS L1C/AGLONASS L1OFBeiDou B1TTFF冷启：27s温启：3s热启：1s辅助启动：5s灵敏度跟踪定位：-165dBm重捕获：-160dBm冷启动：-148dBm温启动：-148dBm热启动：-156dBm水平定位精度自主定位：2.5mSBAS：2.0m授时精度RMS：30ns99%：60ns速度精度0.05m/s航向精度0.3degrees操作限制动态=4g高度=50,000m速度=500m/s5机械尺寸与引脚定义5.1机械尺寸 5.2引脚定义图4

10、 引脚定义PIN NO.管脚定义使用说明PIN NO.管脚定义使用说明1TXD2 串口发送/复用速度脉冲接收15GND电源地2RXD2 串口接收/复用ODO方向标识（1=向前）16RF_INGPS_RF输入3TXD1串口发送17GND电源地4RXD1 串口接收18NC悬空5NC悬空19NC悬空6VCC工作电压：3.0-3.3V20NC悬空7GND电源地21GND电源地8NC悬空22NC悬空9NC悬空23NC悬空10RESET#模块复位，低电平有效。不用时，悬空24VDDUSBUSB电源11V_BCKP备份电池，2.8V-3.3V。不用时，可以悬空25USB_D-USB数据-12NC悬空26US

11、B_D+USB数据+13GND电源地27EXTINT1速度脉冲14GND电源地281PPS1秒信号输出6 推荐电路6.1推荐PCB封装6.2推荐参考电路7坐标系和安装方位7.1坐标系GI的坐标系如图5所示，XYZ(前侧上)轴满足右手定则。图5 GI-100的坐标系7.2 安装方位GI-100安装方式大致如图6所示，没有严格安装角度限制，大致如此即可，从而方便用户车辆安装。图6 GI-100安装方式8使用说明8.1传感标定由于芯片制造工艺等问题，每个GI-100的各个传感器元件（三轴陀螺仪、三轴加速度计）的零点、灵敏度和温漂等参数都不一样，为了使每个GI-100达到相同的性能指标，出厂前已经对G

12、I-100的各个传感器元件进行了各种误差补偿。每个产品的传感器元件标定参数均不一样，如果采用相同的参数，将会造成较大的导航误差，这种唯一性可用于防止了系统盗版，从而提高了用户产品的可靠性。8.2通信接口GI-100系统提供了两个串口，其中，串口1用于发送卫星信息和接收差分信息，串口2用于接收里程计信息。两个串口都不提供硬件握手方式，且采用8位数据位、0位奇偶校验位，1位停止位（8-N-1）方式，波特率默认为9600,可根据用户要求，可以修改为115200。8.3通信频率目前，系统支持输出1hz和5hz的数据刷新频率，默认频率为1HZ。8.4 通信协议目前，GI-100系统输出常见的NMEA01

13、83协议，例如：GPGGA、GPRMC，GPGSV, GPGSA，另外，为了输出汽车姿态信息，GI-100系统定义了一组通信协议GPATT。8.5 控制命令 目前，GI-100系统支持通过控制命令实现如下功能：类型类型属性通信协议默认值备注1log ghigh实现5HZ输出结果请见输出协议2log gpins使能惯性导航默认使能结果请见协议GPATT3log gpgsv打开GPGSV,GPGSA结果请见输出协议4log g4800选择4800结果请见输出协议5log g9600选择9600默认9600结果请见输出协议6log g1920选择19200结果请见输出协议7log g3840选择38

14、400结果请见输出协议8log g1152选择115200结果请见输出协议9log gpgga选择帧头GPGGA结果请见输出协议10log gngga选择帧头GNGGA默认结果请见输出协议11log gpzda打开GNZDA结果请见输出协议12log gpatt打开GPATT默认结果请见输出协议20unlog ghigh实现1HZ输出默认1HZ结果请见输出协议21unlog gpins关闭惯性导航详情请见GPATT22unlog gpgsv关闭GPGSV,GPGSA默认关闭结果请见输出协议23unlog gpzda关闭GNZDA默认关闭结果请见输出协议24unlog gpatt关闭GPATT默

15、认关闭结果请见输出协议备注：（1） 命令全部为小写字母；（2） log和unlog后面有一个空格键。9注意事项 GI-100系统作为一款高性能的车载组合导航系统，在使用过程中，也需要用户注意一些使用事项，如表：序号准备工作重要性1上电前，大致按着图5安装，无具体安装角度要求；必须2上电前，固连车体和GI-100；必须3上电后，不能再移动GI-100；必须4车体移动前，确保用户GPS/BD系统输出规定的协议必须序号组合导航初始化过程重要性1上电后，静止5-10秒以上，完成导航系统的姿态初始化；必须2汽车移动后，尽量保持GI-100导航系统在空旷的地方行驶一定时间，进行组合导航系统的算法收敛，然后

16、在进入隧道等复杂环境下进行测试。进一步说明：总结：组合导航系统初始化过程，建议车辆首先在无遮挡的环境下行驶大约几分钟，然后再进入有遮挡环境下，组合导航系统的定位效果才会好。10固件升级为了方便用户使用，本产品支持串口升级固件功能，我方将提供了sourceCRT软件进行升级，具体步骤如下：1、设置sourceCRT通信参数如图所示：2、sourceCRT设置后，通过键盘输入字符UPSOFT，进入固件升级菜单，如图所示：3、通过键盘输入字符1，进入固件升级流程，在菜单中选择“传输”，并在文件名里面选择待升级固件bin文件，在协议栏里面选择“发生YMODEM”，然后点击“确定”（在升级完毕前保持电源

17、），过程如图所示：4、当显示“Programming Completed Successfully!”字样时，固件升级成功。附录：1 GPGGA例如：$GPGGA,062938.00,3110.4700719,N,12123.2657056,E,1,25,0.6,58.9666,M,0.000,M,99,AAAA*50编号名称描述符号举例1 $GPGGALog header $GPGGA2 utcUTC时间 (时/分/秒) hhmmss.ss202134.00 3 lat纬度：-9090度llll.lllllll3110.46939034 latdir纬度方向：N：北；S：南a N 5 lon

18、经度：-180180度yyyyy.yyyyyyy12123.26216956 londir经度方向：E：东；W：西bW 7 QF解状态0：无效解；1：单点定位解；2：伪距差分；q48 sat No.卫星数n149 hdop水平DOP值x.x1.0 10 alt 高程h.h50.22 11 a-units 高程单位M M 14 age 差分延迟dd115 stn ID 基站号：0000-1023，单机时：AAAAxxxx116 *xx Checksum *hh17 CRLF Sentence terminator CRLF 2 GPRMC例如：$GNRMC,064401.65,A,3110.47

19、06987,N,12123.2653375,E,0.604,243.2,300713,0.0,W,A*3E编号名称描述符号举例1$GPRMCLog header$GPRMC2utcUTC时间 (时/分/秒)hhmmss.ss143550.003Pos status解状态：A=有效定位V=无效定位AA4lat纬度：-9090度llll.lllllll3110.48549115latdir纬度方向：N：北；S：南aN6lon经度：-180180度yyyyy.yyyyyyy12123.91292787londir经度方向：E：东；W：西bE8SPEED IN地面速率q0.299Track Ture地

20、面航向角n108.510DateUTC日期 ddmmyy01090911Mag var磁偏角（000.0180.0度，前导位数不足则补0）0.00.012Vardir磁偏角方向，E（东）或W（西）MM13Mode ind模式指示（仅NMEA0183 3.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）aA14*xxChecksum*hh*5715CRLFSentence terminatorCRLF3 GPATT例如：$GPATT,-0.01,p,-0.00,r,0.000,y,20161216,s,002A00415106333539343233,ID,1,INS,411,02

21、,1*4D编号名称描述符号举例1$GPATTLog header$GPATT2Pitch俯仰角ddd.mm1.343Angle ChannelP:俯仰,r:横滚,y:偏航Pp4Roll横滚角ddd.mm2.565Angle ChannelP:俯仰,r:横滚,y:偏航Ar6Yaw偏航角ddd.mm132.457Angle ChannelP:俯仰,r:横滚,y:偏航y8Soft Version软件版本号xxxxxxxx201611059Version ChannelS:软件版本号s10Produtct ID96位唯一IDD226FF34383950315714763711ID ChannelID:产品IDIDID12INS默认打开惯性导航X1：打开，0：关闭13INS ChannelINS:惯性导航是否打开INSINS14硬件版本以主控芯片命名41115State_Flag算法状态标志d 详情请见下表A16精度标志精度标志X1：空旷环境，2：遮挡环境17*xxChecksum*hh*5718CRLFSentence terminatorCRLF表A State_Flag各位物理含义说明位描述所需条件0准备初始化系统上电1姿态初始化完毕车静止5-10S,2位置速度初始完毕车速超过2m/s3方向角初始完毕车速超过5m/s4组合导航算法收敛完毕车辆运动大约60s内完成,系统算法收敛。