# Land applications

本操作手册解释了如何在汽车、卡车或火车等汽车应用中安装和设置 Ellipse。解释了机械安装以及软件配置。不建议使用磁力计。

# 机械安装

陆地应用程序假定 2D 运动（取决于运动剖面）限制为无横向速度（无漂移）。INS 传感器可以位于车辆的任何位置，需要满足以下原则：

  • 传感器刚性固定在车架上
  • 传感器与其他设备（天线、激光雷达等）不能相对移动
  • 传感器远离振动源。

注意

FDISYSTEMS IMU 针对振动环境使用做了处理。然而，在高度振动的环境中，可能需要机械隔振才能正常运行。硅胶垫减震胶和阻尼器可用于减震。

# 车辆参考框架

车辆坐标系定义如下：

  • X轴指向汽车前部
  • Y轴指向右边
  • Z轴指向下方。

注意

传感器可以放置在车辆的任何方向。当IMU轴与车辆坐标系不完全匹配时，应通过Odom配置界面校正粗细对准参数，重新对准IMU和车辆坐标系。

2022-09-01-Land_vehicle_reference_frame

# 主杠杆臂

将传感器安装在车辆中后，车辆的旋转中心通常被定义为位于沿后轮轴的地面上这一点。

主杠杆臂是车架中的标志距离，从IMU，到旋转中心应在5厘米的精度内测量。

automotive LeverArm

# GNSS setup considerationsLink to GNSS setup considerations (opens new window)

使用 GNSS 辅助安装 INS 时，您需要安装 GNSS 天线，并无遮挡地对着天空（通常在车顶上），并固定在 IMU 上。

GNSS杠杆臂也应被正确测量，在车辆坐标系中，FROM为传感器测量中心，TO为GNSS天线相位中心。

我们通常要求精确地进行这些测量，精度在1厘米以内。

注意

通常，以如此高的精度测量杠杆臂是不切实际的，因此FDISYSTEMS开发了杠杆臂校准工具，在FDIgroundstation中可以轻松使用它，使您能够测量先粗略的估计杠杆臂值（10厘米精度），然后使用该工具优化这些测量值。

# 单天线安装

所有汽车应用都可以安装单天线，唯一的限制是静止时不会测量到航向角信息。可以开启磁罗盘，但是车辆多铁磁材料要注意干扰，因此在汽车应用中首推荐双天线测向方案。

带 GNSS 杠杆臂的单天线安装如下所示：

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# 双GNSS天线放置

如果预计在长时间内动态较低，则可能需要双天线。在双天线设置中使用 INS 时，航向将在所有条件下保持稳定和精确。航向也可以在静态条件下初始化。

双天线系统的安装需要特别小心，以获得最佳性能：

  • 天线必须相对于惯性单元固定
  • 应使用相同的天线类型
  • 两根天线必须使用相同长度的相同电缆。如果使用分路器，请确保它们经过调整并具有相同的特性
  • 如果天线不是永久安装在车顶上，天线参考标记（通常是连接器位置）应以可重复的方式安装，以保证天线相位中心在安装座之间的稳定性，并最大限度地减少航向错位角的变化。
  • 两个天线必须具有相同的 view 天空：通常将天线放置在车顶上。
  • 建议两根天线之间至少保持 1 米的基线以获得最佳性能
  • 如果天线型号没有集成的接地平面，并且未放置在金属屋顶上，则必须为两个天线添加直径为 10 厘米的接地平面。

应相应地测量两个 GNSS 天线杠杆臂。

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# Software configurationLink to Software configuration (opens new window)

All Ellipse configuration is done through the sbgCenter. The General IMU configuration (opens new window) handbook details the general configuration of your INS, and especially lever arms configuration. Make sure to check it first for overall details.

We will detail below the specific use cases that are related to the use of and INS for land applications.

# 软件配置

所有 INS 配置都是通过 FDIgroundstation 完成的。通用 IMU 配置 手册详细介绍了 INS 的一般配置，尤其是杠杆臂配置。请务必先检查它以了解整体详细信息。

我们将在下面详细介绍与陆地车载应用和INS相关的具体用例。

# 运动学模型Dynamics model

常规车辆应使用"Automotive”动力学模型。

Ellipse_Automotive_motion_profile3.0

For off-road applications with side slip, we recommend using the Airplane motion profile.

# Fine misalignment calculation for cars and trucks

Once you have configured the axis misalignment with regard to the vehicle, it can be challenging to calculate precisely the residual misalignment to be entered in your configuration, especially the roll and pitch.

However, in the case of a car or a truck, an easy way to measure roll and pitch misalignment is to park the vehicle and read roll and pitch angles. Then park the vehicle again at the same location but reverse direction, and read again the roll and pitch angles. By averaging the two measurements, you will remove any effect of the road inclination and calculate accurately the residual misalignment between the IMU and the vehicle.

对于带有侧滑的越野应用，我们建议使用飞机运动配置文件。

# 轿车和卡车的精细错位计算

一旦您配置了与车辆相关的轴错位，就很难精确计算要在配置中输入的残余错位，尤其是横滚和俯仰。

然而，对于汽车或卡车，测量侧倾和俯仰错位的一种简单方法是停放车辆并读取侧倾角和俯仰角。然后再次将车辆停在同一位置但方向相反，并再次读取侧倾角和俯仰角。通过对这两个测量值进行平均，您将消除道路倾斜度的任何影响，并准确计算 IMU 和车辆之间的残余错位。

2022-09-06_Car_parking_alignment

The alignment precision in the vehicle should be less than 1°. The Extended Kalman Filter is able to take into account the residual angle errors if the user configuration is not perfect.

车辆中的对准精度应小于 1°。如果用户配置不完善，SPKF滤波器能够补偿残余角度误差。

# Aiding configuration

After configuring the alignment and the lever arms of the INS, you should configure the aiding you will use:

  • If you want to enable GNSS aiding, the GNSS integration (opens new window) page details how to enable and configure a GNSS receiver, both internal or external.
  • If you want to enable Odometer aiding (which will significantly improve precision in challenging environments or during loss of the GNSS signal), the Odometer integration (opens new window) page details how to install and configure an odometer to be used with your INS.
  • The use of the magnetometer in an automotive application is not recommended due to the amount of interference sources on the roads.

# Aiding辅助配置

配置 INS 的对齐和杠杆臂后，您应该配置您将使用的辅助（外部观测）装置：

# OperationLink to Operation (opens new window)

At power up, the unit is able to provide roll and pitch angles. Full navigation data becomes available once GNSS has a correct fix, and the system could initialize the heading angle.

Depending on your GNSS setup, the heading alignment methods changes:

  • Dual antenna: For a dual GNSS antenna setup, the heading can be initialized while the vehicle is static. However, the INS needs be started with a **clear view of sky **to prevent bad initialization of the GNSS true heading
  • Single antenna: For a single GNSS antenna setup, the INS will be able to reach full navigation data once the vehicle is traveling at more than 10 km/h. Please, make sure to **move only in the forward direction **during the initialization unless you are using an odometer with direction information..

# 操作 [操作链接]（）

通电时，INS能够提供横滚和俯仰角。一旦 GNSS 具有正确的定位，完整的导航数据就可用，并且系统可以初始化航向角。

根据您的 GNSS 设置，航向对齐方法会发生变化：

  • 双天线：对于双GNSS天线设置，可以在车辆静止时初始化航向。但是，INS 需要以良好的卫星信号条件启动，以防止 GNSS 真实航向初始化错误
  • 单天线：对于单个 GNSS 天线设置，一旦车辆以超过 10 公里/小时的速度行驶，**INS 将能够获得完整的导航数据**。请确保在初始化期间仅向前移动 **，除非您使用带有方向信息的里程表。

注意

FDISYSTEMS开发了FAST GNSS 航向对准算法可以通过启动时的轨迹来快速估计航向角，可以在启动行驶后5s内完成对准，这种情况需要高精度的定位作为前提，最好是RTK fixed状态。

# 热身（组合导航对齐）

警告

在开始预热阶段之前，请确保航行角已初始化（如上所述）。

对于所有应用，达到最佳性能的时间取决于对准和杠杆臂的动态和精度，但通常约为 5 分钟。系统在此之前已运行，但性能不会达到最佳状态。可以检查标准偏差以估计预期的精度。

理想情况下，任务的开始应该包括一些具有 GNSS 可用性的运动模式，这些模式将用于让卡尔曼滤波器收敛。这是对齐阶段。

没有强制执行的模式，传感器只需要尽可能多的动态（方向和加速度）。应避免使用长直线。大多数时候，几个“八”数字就足够了。典型的对齐模式如下图所示：

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您可以在状态检查面板中检查导航解决方案的当前状态，只需几个简单的指示器。

2022-09-23-Gliffy-STATUS-Nav_Ellipse

如果对齐状态显示“已对齐”，则表示对齐阶段已完成，您将能够从解决方案的最大精度中受益。

无需预热阶段即可使用

如果对于您的用例，您无法执行预热阶段，则 INS 仍然可用，但在 GNSS 中断期间精度较低。

在开始调查之前，不要忘记确保不同的质量状态（姿态/航向/速度/位置）已切换为绿色。

**你现在已经准备好开始你的任务了！

# 其他

# CAN汽车输出

可以输出带有特定汽车信息的 CAN 报文：航向角/行驶方向、车辆滑移角和曲率半径。
您可以在 [固件手册]（https://support.sbg-systems.com/sc/dev/latest/firmware-documentation） (opens new window) 中找到有关此输出的更多信息。

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