3DM-CV7-INS 是 MicroStrain by HBK 最新推出的可嵌入式戰(zhàn)術(shù)級(jí)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。3DMCV7-INS 可處理來(lái)自外部 GNSS 接收機(jī)的數(shù)據(jù)，生成完整的位置、速度和姿態(tài) (PVA) 解決方案，能夠承受 GNSS 中斷時(shí)間?？赏ㄟ^(guò)以下方式向 3DM-CV7-INS 提供外部 GNSS 信息：
? 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) NMEA 格式。
? 通過(guò)輔助命令集使用 MicroStrain 的二進(jìn)制數(shù)據(jù)包協(xié)議 (MIP)。
鑒于 3DM-CV7-INS 可以通過(guò)兩種方式接受 GNSS 數(shù)據(jù)，有人可能會(huì)問(wèn)：我應(yīng)該選擇哪種方式？一種比另一種更好嗎？本文將提供兩種方法的實(shí)施教程，并比較它們的靜態(tài)定位性能。
3DM-CV7-INS 被配置為接收來(lái)自 uBlox F9P 的 NMEA 輸入，uBlox F9P 具有來(lái)自 VT CORS（佛蒙特州 CORS 網(wǎng)絡(luò)）基站的連續(xù) RTK 定位。uBlox 模塊與屋頂上的 Novatel VEXXIS 800 系列天線相連，與 3DM-CV7-INS 相連，并放置在桌面上。數(shù)據(jù)靜態(tài)采集 60 分鐘，盡量減少干擾。數(shù)據(jù)在開(kāi)始和結(jié)束時(shí)被剪切 60 秒，以消除可能發(fā)生的任何運(yùn)動(dòng)。
利用相同的 VT CORS 基準(zhǔn)站和屋頂天線，用 SensorCloudRTK 提供的 MicroStrain 3DM-GQ7-GNSS/INS 代替 uBlox F9P，重復(fù)了這一測(cè)試。GNSS 數(shù)據(jù)來(lái)自 GQ7 的 GNSS1 接收機(jī)，采用 MIP 格式，因此可以方便地轉(zhuǎn)換為 MIP 輔助命令。
無(wú)需任何配置，通過(guò)在任何 MIP 數(shù)據(jù)包之間交錯(cuò) NMEA 句子，即可通過(guò)主端口輸入 NMEA 數(shù)據(jù)。這就要求能夠?qū)?NMEA 數(shù)據(jù)流傳輸?shù)皆O(shè)備，同時(shí)接收 MIP 格式的輸出。通常，這種設(shè)置需要用戶(hù)進(jìn)行一些編程。
但是，通過(guò)一些簡(jiǎn)單的設(shè)備配置，就可以通過(guò) GPIO 引腳傳輸 NMEA 數(shù)據(jù)流，從而騰出主通信端口用于僅 MIP 通信，而且無(wú)需編程。這就是本文中向 3DM-CV7-INS 提供 NMEA 數(shù)據(jù)的方式。
圖 1：為 3DM-CV7-INS 提供 NMEA 輸入的設(shè)置
? MicroStrain 3DM-CV7-INS 開(kāi)發(fā)板和 USB 接口電纜。
? uBlox F9P、開(kāi)發(fā)板、USB 電纜、GNSS 天線和相關(guān)射頻電纜。
? 3 根跳線。
? 配備以下設(shè)備的計(jì)算機(jī)
? SensorConnect.
? uBlox 的 uCenter。
? 用于 NTRIP RTK 校正的互聯(lián)網(wǎng)連接。
3DM-CV7-INS 可接受各種 NMEA 句子。在本次測(cè)試中，我們利用 uCenter 對(duì) uBlox 模塊進(jìn)行了配置，以輸出以下信息： GGA、GSV、VTG 和 ZDA。此外，我們還使用 uCenter 的 NTRIP 客戶(hù)端通過(guò) VT CORS 網(wǎng)絡(luò) VTRI 安裝點(diǎn)（離我們的位置最近的基站）提供 RTK 校正。本文中使用的所有配置文件均可在此處下載，或聯(lián)系我們的支持團(tuán)隊(duì)（support.microstrain.com）。
3DM-CV7-INS 被配置為通過(guò) GPIO1 接收來(lái)自 F9P 的 PPS 輸入，通過(guò) GPIO3 接收 NMEA 輸入，GPIO3 被配置為 UART 輸入。
SensorConnect 用于連接 3DM-CV7-INS 并記錄二進(jìn)制文件以供分析。
3DM-CV7-INS 還可以接受各種輔助數(shù)據(jù)，包括 ECEF 或 LLH/NED 格式的位置和速度數(shù)據(jù)（GNSS 接收機(jī)的常見(jiàn)輸出）。本文使用 Python 腳本將來(lái)自 GQ7-GNSS/INS 的 LLH 位置、NED 速度和 GPS 時(shí)間發(fā)送到 3DM-CV7-INS 中。
除了通過(guò)內(nèi)部開(kāi)發(fā)的 python 腳本通過(guò) MIP 協(xié)議將來(lái)自 MicroStrain GQ7-GNSS/INS 的 GNSS 數(shù)據(jù)洗牌到 3DM-CV7-INS 之外，本測(cè)試的執(zhí)行方式與之前定義的方式相同。之所以使用 GQ7 而不是 uBlox 模塊進(jìn)行這項(xiàng)測(cè)試，是因?yàn)?GNSS 數(shù)據(jù)是本地 MIP 格式，不需要開(kāi)發(fā) uBlox 解析器。與之前的測(cè)試一樣，源模塊的 PPS 輸出連接到 3DM-CV7-INS 上的 GPIO1。
? MicroStrain 3DM-CV7-INS 和開(kāi)發(fā)板。
? Microstrain 3DM-GQ7-GNSS/INS、GNSS 天線和相關(guān)射頻電纜。
? MicroStrain 3DM-RTK 加密狗，帶微型 DB9 至微型 DB9 電纜。
? 一條微型 DB9 電纜和飛線。
? RS-232 USB 轉(zhuǎn)換器。
? 一個(gè)帶母插座連接器的 9 位 D-sub 插座。
? 一根微型 DB9 轉(zhuǎn) USB 電纜。
? 一臺(tái)帶有 python 腳本的計(jì)算機(jī)，用于將 GQ7 GNSS 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到 3DM-CV7-INS。
圖 2：3DM-CV7-INS 的 MIP 輔助設(shè)置。
GQ7-GNSS/INS 已配置為通過(guò) 3DM-RTK 加密狗接收 RTK 校正。使用 SensorCloudRTK 對(duì) 3DM-RTK 加密狗進(jìn)行了配置，以接收來(lái)自 VT CORS VTRI 安裝點(diǎn)的校正，從而與之前測(cè)試中的配置相匹配。微型 DB9 引線電纜用于為本次測(cè)試制作適當(dāng)?shù)木€束。圖 3 是制作電纜的接線圖。本文中使用的所有配置文件均可在此處下載，或聯(lián)系我們的支持團(tuán)隊(duì)（support.microstrain.com）。
使用 Micro DB9 電纜將 3DM-CV7-INS 連接到計(jì)算機(jī)，并將制作好的電纜從 GQ7-GNSS/INS 連接到 USB 到 RS-232 轉(zhuǎn)換器，然后再連接到計(jì)算機(jī)。隨后，運(yùn)行 python 腳本，將數(shù)據(jù)收集到二進(jìn)制文件中進(jìn)行分析。
圖 3：用于從 GQ7-GNSS/INS 提取 PPS 信號(hào)的定制電纜接線圖。
兩種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)輔助方法的靜態(tài)位置測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖 4。
圖 4：使用 NMEA 輔助和 MIP 輔助的 3DM-CV7-INS 的經(jīng)度和緯度與時(shí)間的關(guān)系。
從這些數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)使用 MIP 輔助指令集時(shí)，3DM-CV7-INS 在一小時(shí)測(cè)試時(shí)間內(nèi)的變化明顯較小。為幫助直觀顯示差異，我們將緯度/經(jīng)度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為方位/經(jīng)度框架，并在圖 5 中提供了二維圖，標(biāo)準(zhǔn)偏差見(jiàn)表 1。
圖 5：使用 NMEA 輔助和 MIP 輔助的 3DM-CV7-INS 的方位/經(jīng)度
| North | East | |
| 3DM-CV7-INS,NMEA | 0.0153 m | 0.0112 m |
| 3DM-CV7-INS, MIP | 0.0075 m | 0.0066 m |
表 1：NED 框架中的標(biāo)準(zhǔn)偏差（1σ）。
這些輔助方法不同的主要原因是，NMEA 雖然足以形成完整的導(dǎo)航解決方案，但并不包含 GNSS/INS 所需的完整數(shù)據(jù)描述。例如，NMEA 速度報(bào)文（VTG）只包含地面速度和行駛方向，沒(méi)有描述車(chē)輛垂直運(yùn)動(dòng)的速度數(shù)據(jù)。此外，傳統(tǒng)接收機(jī)輸出的標(biāo)準(zhǔn) NMEA 信息通常不提供位置和速度不確定性，因此 3DM-CV7-INS 使用基于接收機(jī)報(bào)告的定位模式的保守估計(jì)。這些保守估計(jì)允許位置隨時(shí)間的漂移稍大一些。
使用 NMEA 輸入的主要好處是可以縮短上市時(shí)間，簡(jiǎn)化與傳統(tǒng)系統(tǒng)的集成。雖然定位解決方案可能不如使用 MIP 輔助那樣精確，但設(shè)置卻非?？焖俸?jiǎn)單。由于 3DM-CV7-INS 可以通過(guò)一個(gè) GPIO 端口接受標(biāo)準(zhǔn) NMEA 輸入，因此無(wú)需軟件開(kāi)發(fā)即可實(shí)現(xiàn)完整的導(dǎo)航解決方案。
對(duì)于希望提高性能和優(yōu)化產(chǎn)品的最終用戶(hù)來(lái)說(shuō)，使用 MIP 輔助命令集是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。要將 GNSS 數(shù)據(jù)格式化為 MIP 并與 3DM-CV7-INS 接口，需要進(jìn)行一些軟件開(kāi)發(fā)，但這種接口要靈活得多，也具體得多；因此，與標(biāo)準(zhǔn) NMEA 輸入相比，位置解決方案可以更加精確。為了幫助集成，MicroStrain 提供了功能齊全、公開(kāi)可用的 SDK (https://github.com/LORD-MicroStrain/mip_sdk)。
