# 惯导双天线安装与校准说明

FDISYSTEMS 的 系列支持双天线定向功能，其优势是在静止或者低速的环境下能够获得精准的航向角度，因此能以最快的速度初始化GNSS/INS 组合导航的航向角。由于双天线输出的航向角是由移动基站（MB）天线相位中心指向移动站（ROVER）天线相位中心的射线与地理北的夹角，即与双天线的相对安装位置息息相关，因此需要对惯导双天线的安装进行说明。

# 惯导双天线安装说明

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如上图所示，我们以车载为例，对几个坐标系以及符号进行简单说明：

  • 符号 v：载体（vehicle）坐标系，X 轴指向载体前进方向，Y 轴朝右，Z 轴朝下，为右手坐标系。

  • 符号 b：惯导（body）坐标系，X 轴，Y 轴与 Z 轴在标识在外壳上，组成方向同样为右手坐标系。

  • ROVER：代指移动站（辅天线）。

  • MB：代指移动基站（主天线）。

  • DUAL_ANTS_HEADING：双天线航向角，定义为由 MB 天线相位中心指向 ROVER 天线相位中心的射线与地理北的夹角，单位是度，范围 0°-360°。

  • L惯导模组到MB天线相位中心的杆臂矢量在b系下的表示，条件允许的情况下请测量该值并填入上位机参数表中，或者将惯导模组和 MB 尽量安装在一起。

如上图所示，惯导和天线安装在载体上时，最理想的状态是惯导坐标系 X 轴以及双天线 X 轴与载体坐标系 X 轴平行，这样惯导输出的航向角和双天线航向角就是载体前进方向。实际上，由于安装环境限制以及人为安装误差，惯导与双天线安装在载体上时与载体坐标系存在安装误差角，分别为惯导安装误差角和双天天航向误差角。惯 导 坐 标 系 与 载 体 坐 标 系 的 安 装 误 差 角 分 为：

横滚安装误差角 BODY_TO_VEHICLE_ALGN_ROLL；

俯仰安装误差角 BODY_TO_VEHICLE_ALGN_PITCH；

和航向安装误差角 BODY_TO_VEHICLE_ALGN_YAW；
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在上位机参数表（Parameter） 的 BODY 一栏中可以设置，单位是度：

一般而言，惯导安装在载体上时，横滚和俯仰安装误差角很小，航向误差角较大，因此，用户如果有全站仪等角度测量设备时，可以对航向误差角进行测量并填写到该参数表中，最后保存并写入到固件里。或者使用下一节提供的上位机校准工具进行自动计算。

惯导航向误差角定义如下:

Dy 是一个 0°到 180°之间的角度，如果载体坐标系 v 系的 X 轴沿顺时针旋转Dy 能与惯导坐标系 b 系的 X 轴平行，则 BODY_TO_VEHICLE_ALGN_YAW 的值为Dy；相对应的，如果载体坐标系 v 系的 X 轴沿逆时针旋转Dy能与惯导坐标系 b 系的 X 轴平行， 则 BODY_TO_VEHICLE_ALGN_YAW 的值为-Dy。图示如下：

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双天线航向误差角 GNSS_ANTS_HEADING_BIAS 定义为双天线原始输出航向角与载体前进航向角之差，在上位机参数表（Parameter）的 GNSS 一栏中可以设置,单位是度：

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双天线航向误差角定义与惯导航向误差角定义一致。

# 惯导双天线自动校准说明

当用户没有测量设备计算上述安装误差角时，可以使用 FDIGroundStation 自带的惯导双天线校准功能进行自动计算，该功能在 Config 界面的 GNSSAntenna 中：

该校准功能使用的前提是两个 GPS 接收机均进入固定解状态，即必须架设基站给MB发送RTCM修正数据（或网络RTK模式），此时上位机右上方的状态必须变为绿色的 RTK_DUAL 字样。

具体校准步骤如下：

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Step1：点击 STEP1:Calib Start 按钮开始校准，此时下图中的 x0 被赋值。如果两个 GPS 模块没有进入固定解状态则会报错并退出。

Step2：沿笔直路径行驶至少 10m 的距离后停车，此时下图中的 x1 被赋值。注意必须沿直线行驶，否则校准效果不理想，此时图中的 x1 被赋值。图中的 distance 会实时显示行驶距离，可以通过该值判断行驶距离是否达到 10m。此外如果行驶到至少 10m 后停车，x1 没有被赋值则可能是没有沿直线行驶，航向出现偏移。此时点击 STEP3:stop 停止校准并返回 Step1 重新开始。

Step3：x1 被赋值后原路倒车回起点并停车，此时 x2 被赋值，同时下位机将自动计算出惯导和双天线安装误差角并在 Imu Heading offset、Imu Pitch offset 和 Dual Ants Heading offset 框中显示。如果 x2 没有被赋值说明回到起点的位置与原起点位置存在偏移，该值大于 0.5m 则 x2 不被赋值。此外如果不是沿直线路径回到起点则 x2 也不会被赋值，此时点击 STEP3:stop 停止校准并返回 Step1 重新开始。

Step4：在 x0，,x1、x2 均被赋值且惯导和双天线安装误差角均计算出结果后，点击 STEP3:stop 停止校准并点击 Save 按钮将参数保存到固件里，最后将模块重新上电，此时惯导坐标系 X 轴和双天线坐标系 X 轴均与载体坐标系 X 轴平行。

具体流程图如下所示：

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## 惯导-天线杆臂补偿

FDISYSTEMS 模组使用主天线的速度与位置作为观测量对惯导进行修正，一般而言天线与惯导位置不重合，惯导到天线相位中心的矢量称之为 GNSS 杆臂，杆臂会给 GNSS/INS 组合导航带来不好的影响，尤其是在载体存在角速度时（转弯），因此需要对其进行补偿。FDIGroundStation 提供了杆臂值的参数界面，以便您在测量杆臂数据后输入，如下图所示。注意杆臂数据是在惯导模组坐标系中测量得出的（见第5.5节），若天线安装在惯导上方，则Z轴方向的杆臂值为负。

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# 惯导双天线校准总结

FDISYSTEMS 建议用户在安装惯导模块和双天线时，尽量将惯导 X 轴和双天线航向矢量与载体前进方向平行。惯导和双天线安装误差角可以通过光学测量仪器或者 FDIGroundStation 自带的惯导双天线校准功能进行自动计算。

惯导双天线校准功能计算出来的安装误差角也是存在一定误差的，其误差来源为：

1.校准过程中载体运动轨迹不是直线，越偏离直线计算误差越大；

2.惯导或双天线安装在载体上时没有完全固定，校准过程中若产生偏移则产生计算误差；

3.陀螺仪和加速度计固有的误差，由于惯导与载体安装误差角的计算是通过惯导本身数据推算出来的，因此这可能会导致计算出来安装误差角误差较大，建议该部分通过其它测量仪器测量，或将惯导x轴与载体前进方向对齐以减小误差；

1. 双天线输出航向角误差，基线越短误差越大，基线长度与航向精度的关系可见表 5，建议基线长度至少为 1m。

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