隨著自主機器人被部署在越來越具有挑戰性的環境中，它們(men) 的導航係統需要更加強大和可靠，尤其是在全球導航衛星係統被拒絕或性能下降的條件下。傳(chuan) 統的 GNSS/INS 係統往往達不到這些性能要求，需要額外的輔助傳(chuan) 感器。
MicroStrain by HBK 的最新慣性導航係統 3DM-CV7-INS 通過提供通用外部測量輔助接口來提高 GNSS 中斷性能，從(cong) 而解決(jue) 了這一問題。該輔助接口不僅(jin) 支持 GNSS 位置和速度等標準導航測量，還支持車身框架速度和車輪速度等更側(ce) 重於(yu) 機器人的測量。
傳(chuan) 統上，機器人依靠攝像頭和激光雷達等光學傳(chuan) 感器進行感知和導航。然而，毫米波雷達技術的進步使雷達成為(wei) 越來越受歡迎的機器人導航選擇。雷達是一種簡單的固態技術，並且能夠應對可能影響光學傳(chuan) 感器的環境挑戰（如煙霧）。
通過將 CV7-INS 與(yu) 雷達速度測量技術相結合，可以顯著提高全球導航衛星係統中斷期間的導航性能。這種集成方法有助於(yu) 滿足在傳(chuan) 統 GNSS/INS 係統可能無法充分發揮作用的挑戰性環境中對可靠導航日益增長的需求。
本文展示了一個(ge) 將雷達速度輔助與(yu) CV7-INS 集成在一起的示例係統。該項目的代碼是開源的，可在此處找到。
MicroStrain CV7-INS 是一款戰術級可嵌入式慣性導航係統。它可以通過板載擴展卡爾曼濾波器整合外部輔助測量數據，如全球導航衛星係統的位置和速度。該濾波器將來自係統內(nei) 部傳(chuan) 感器（包括 IMU、壓力傳(chuan) 感器和磁力計）的數據與(yu) 來自外部傳(chuan) 感器（如全球導航衛星係統接收器）的時間同步數據融合在一起。除了全局位置和速度等標準全球導航衛星係統輔助測量外，CV7 還支持三維體(ti) 框速度輔助測量。本示例演示了與(yu) 雷達速度傳(chuan) 感器的集成，但這種輔助測量可由各種其他導航傳(chuan) 感器生成，包括激光雷達或視覺裏程測量、光流或車輪速度。
CV7-INS 結構
CV7-INS 通過 ROS2 接口與(yu) UBlox ZED-F9P GNSS 接收器和 Smartmicro DRVEGRD 152 汽車雷達傳(chuan) 感器集成。GNSS 接收器提供全局位置和速度測量值，而雷達則提供原始的 4D 點雲(yun) （x、y、z、速度）。雷達點雲(yun) 首先轉換為(wei) 三維車身速度測量值，然後再傳(chuan) 輸到 CV7-INS。該集成係統安裝在汽車測試平台上，在郊區環境中運行。
測試係統架構
在 CV7-INS 導航濾波器處理雷達點雲(yun) 之前，需要將其轉換為(wei) 更緊湊的導航輔助測量值。利用每個(ge) 被跟蹤雷達目標的笛卡爾位置和徑向速度，可以從(cong) 每個(ge) 雷達點雲(yun) 估算出體(ti) 幀速度。然後利用非線性最小二乘求解器估算出體(ti) 幀速度測量值及其相關(guan) 測量協方差。采用魯棒誤差模型可減少周圍環境中異常值和動態障礙物的影響。
為(wei) 了評估雷達速度性能，使用了雙天線和支持 RTK 的 MicroStrain GQ7-GNSS/INS 作為(wei) 地麵實況參考係統。由於(yu) 點雲(yun) 的幾何形狀（大部分點沿車輛 X 軸分布），Y 軸和 Z 軸速度的可觀測性受到一定限製，導致沿這些軸的精度降低。
| 車身框架軸 | 精度（米/秒） |
| x | 0.09 |
| y | 0.16 |
| z | 0.35 |
為(wei) 評估雷達測速輔助在全球導航衛星係統失效情況下的優(you) 勢，在後處理中模擬了全球導航衛星係統的中斷情況。為(wei) 了對中斷性能進行統計估算，在後處理中模擬了一係列 60 秒的 GNSS 中斷。使用與(yu) CV7-INS 實時運行完全相同的 EKF 算法，對數據進行了 10 次重新處理，每次都使用不同的 GNSS 中斷時間窗口。圖 1、圖 2 和圖 3 顯示了其中一種模擬中斷情況下的導航性能。
圖 1：GNSS 故障示例。黃色：地麵實況，藍色：中斷期間雷達輔助解決(jue) 方案，紅色=中斷期間自由慣性綜合解決(jue) 方案
圖 2：60 秒中斷期間的絕對誤差
圖 3：全球導航衛星係統中斷的細節區域
中斷性能被定義(yi) 為(wei) 每個(ge) 時間步的位置誤差標準偏差。圖 4 顯示了兩(liang) 種傳(chuan) 感器配置的橫向導航性能。與(yu) 僅(jin) 使用慣性的解決(jue) 方案相比，雷達輔助的 GNSS 故障導航性能提高了 93%。
圖 4：標準偏差圖
| 中斷性能（米） | 10s | 30s | 60s |
| 僅 IMU | 1.77 | 6.74 | 25.84 |
| IMU + 雷達 | 0.72 | 1.15 | 1.72 |
本示例表明，將雷達速度測量集成到 CV7-INS 導航濾波器中，可將 GNSS 中斷期間的導航性能提高 93%，而不需要慣性集成。隨著對可靠的機器人導航係統的需求不斷增長，CV7-INS 靈活的輔助界麵可為(wei) 機器人應用提供額外的導航性能，而傳(chuan) 統的 GNSS/INS 係統則無法滿足這些需求。
• 3DM-GV7-INS 戰術級加固慣性導航係統
• 3DM-GQ7-GNSS/INS 雙天線多頻段RTK導航係統
• 3DM-GX5-GNSS/INS 高性能 GNSS 導航傳(chuan) 感器
• 3DM-CX5-GNSS/INS 高性能 GNSS 導航傳(chuan) 感器
• Advanced Navigation Spatial MEMS GNSS/INS 傳(chuan) 感器
• Advanced Navigation Certus MEMS GNSS/INS 傳(chuan) 感器
電話
微信
