Xsens MTi AHRS 和 GNSS/INS 產(chǎn)品用于各種汽車(chē)應(yīng)用，例如自動(dòng)駕駛汽車(chē)、卡車(chē)、穿梭巴士和火車(chē)。 Xsens MTi GNSS/INS 旨在使用融合的 IMU 和 GNSS 數(shù)據(jù)來(lái)改進(jìn)運(yùn)動(dòng)中車(chē)輛的方向和位置估計(jì)。 這也有助于補(bǔ)償瞬態(tài)加速度。 然而，當(dāng) GNSS 接收受限、在低速或靜態(tài)條件下機(jī)動(dòng)時(shí)，位置、速度和航向的估計(jì)可能會(huì)在汽車(chē)應(yīng)用中受到挑戰(zhàn)。 本文總結(jié)了我們對(duì)在汽車(chē)應(yīng)用中使用 AHRS 和 GNSS/INS 產(chǎn)品的建議，包括機(jī)械安裝和軟件設(shè)置等方面，以便您的 MTi 產(chǎn)品能夠達(dá)到最高性能。

可以在產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表和手冊(cè) 中找到用于配置和充分利用 MTi 設(shè)備的主要文檔。

以下是一些額外的通用提示，可幫助您充分利用 AHRS 或 GNSS/INS 設(shè)備用于汽車(chē)應(yīng)用：

濾波算法庫(kù)(Filter Profiles)– 為應(yīng)用選擇正確的濾波器配置文件將通過(guò)專(zhuān)門(mén)針對(duì)預(yù)期動(dòng)態(tài)和外部干擾進(jìn)行調(diào)整來(lái)提高 MTi 在該汽車(chē)環(huán)境中的性能。 有關(guān)汽車(chē)應(yīng)用中推薦的過(guò)濾器配置文件，請(qǐng)參見(jiàn)下文：

• MTi-G-710:
  • Automotive濾波器配置文件假設(shè) MTi-G-710 的航向也是 GNSS 對(duì)地航向（完整約束holonomic constraints ）。 這個(gè)假設(shè)適用于大多數(shù)汽車(chē)/地面車(chē)輛，除了那些經(jīng)歷側(cè)滑的車(chē)輛，例如賽車(chē)、履帶式車(chē)輛、一些鉸接式車(chē)輛（取決于 MTi-G-710 的安裝位置）和在崎嶇地形上行駛的車(chē)輛。 因此，Automotive濾波器配置文件主要使用 GNSS 來(lái)確定航向角。 請(qǐng)注意，必須將 MTi 準(zhǔn)確安裝在移動(dòng)方向上，以防止偏移。 當(dāng) GNSS 丟失時(shí)，航向角將由速度估計(jì)算法確定 45 秒，然后航向角僅由陀螺儀積分確定。 如果 GNSS 中斷經(jīng)常發(fā)生，或者如果您的 GNSS 可用性較差（例如在城市峽谷中），請(qǐng)考慮使用 HighPerformanceEDR濾波算法庫(kù)。
  • GeneralMag 濾波器配置文件的航向角主要基于磁航向，以及 GNSS 加速度和加速度計(jì)的比較。 盡管這種組合使航向角比單獨(dú)使用磁場(chǎng)計(jì)算航向角更加穩(wěn)健，但均勻或經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的磁場(chǎng)對(duì)于良好的航向角性能至關(guān)重要。 其他參數(shù)的調(diào)整與通用濾波器配置文件中的相同。
  • HighPerformanceEDR 濾波器配置文件專(zhuān)為地面導(dǎo)航應(yīng)用而設(shè)計(jì)，在這些應(yīng)用中，GNSS 條件惡化和 GNSS 中斷 (0-600 秒) 是常見(jiàn)的特征。 請(qǐng)注意，在 GNSS 中斷期間，位置、速度和方向估計(jì)的準(zhǔn)確性仍然會(huì)下降。 此濾波器配置文件不使用完整約束(holonomic constraints)，因此無(wú)需考慮安裝問(wèn)題。 目標(biāo)應(yīng)用：緩慢移動(dòng)的地面車(chē)輛和機(jī)車(chē)導(dǎo)航。 當(dāng) MTi 不移動(dòng)時(shí)，濾波器配置文件 HighPerformanceEDR 會(huì)自動(dòng)估計(jì)陀螺儀零偏(gyro bias)。 傳感器融合算法會(huì)自動(dòng)檢測(cè) MTi 何時(shí)靜止。 振動(dòng)和非常緩慢的運(yùn)動(dòng)可能會(huì)影響陀螺零偏估計(jì)的準(zhǔn)確性。
• MTi-300:
  • General 濾波器配置文件是默認(rèn)設(shè)置。 它假設(shè)適度的動(dòng)態(tài)和均勻的磁場(chǎng)。 外部磁畸變被認(rèn)為相對(duì)較短（最長(zhǎng)約 20 秒）。 均勻的磁環(huán)境和適當(dāng)?shù)拇判?zhǔn)對(duì)于良好的性能至關(guān)重要。
  • low_mag_dep濾波器配置文件假定動(dòng)態(tài)相對(duì)較低，并且存在持久的外部磁失真。 此外，當(dāng)難以進(jìn)行非常好的磁校準(zhǔn)時(shí)，請(qǐng)使用此過(guò)濾器配置文件。 使用 low_mag_dep 濾波器配置文件可用于限制航向漂移，同時(shí)不在均勻磁場(chǎng)中。
• MTi-680(G), MTI-670(G), MTi-7及MTi-8:
  • General/General_RTK 濾波器配置文件是默認(rèn)設(shè)置。 MTi 的航向角輸出在上電時(shí)初始化為 0 度，當(dāng) MTi 開(kāi)始移動(dòng)且 GNSS 數(shù)據(jù)可用時(shí)，它將收斂到以北為參考的航向角(North Referenced Yaw)。
  • GeneralMag/GeneralMag_RTK 濾波器配置文件的航向估計(jì)主要基于磁航向和 GNSS 測(cè)量。 均勻的磁環(huán)境和適當(dāng)?shù)拇判?zhǔn)對(duì)于良好的性能至關(guān)重要。 此濾波器配置文件在 MTi 通電后直接產(chǎn)生以北為參考的航向角輸出。
• MTi-630(R):
  • Robust 基礎(chǔ)濾波器配置文件適用于大多數(shù)應(yīng)用，推薦配置文件用于汽車(chē)應(yīng)用。 與其他基本濾波器配置文件相比，它的算法調(diào)校更具有魯棒性（more robust tuning)。 當(dāng) MTi 是靜態(tài)的時(shí)，在后臺(tái)執(zhí)行自動(dòng)陀螺偏差估計(jì)(automatic gyro bias estimation)。
  • NorthReference航向行為假設(shè)一個(gè)均勻的磁場(chǎng)環(huán)境，可用于估計(jì)穩(wěn)定的北參考航向。 使用此航向行為時(shí)，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇判?zhǔn)。 如果這不可行，請(qǐng)考慮改用FixedMagRef 航向行為。
• MTi-630(R) 提供了一種分層方法，允許用戶(hù)分別選擇基本濾波器配置文件和航向行為:

磁校準(zhǔn)-- 磁校準(zhǔn)對(duì)于防止應(yīng)用和環(huán)境中的鐵磁材料扭曲磁場(chǎng)數(shù)據(jù)非常重要。 如果您選擇了使用磁力計(jì)估計(jì)航向的濾波器配置文件，則正確的磁校準(zhǔn)對(duì)于良好的性能至關(guān)重要。 有關(guān)減輕這些磁畸變的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)下文。 對(duì)于汽車(chē)應(yīng)用，執(zhí)行磁校準(zhǔn)的最簡(jiǎn)單方法是在開(kāi)車(chē)轉(zhuǎn)幾個(gè)（至少 3 個(gè)）圈運(yùn)行Magnetic Field Mapper工具。

參考系對(duì)齊(Alignment)-- 在汽車(chē)應(yīng)用中安裝 MTi 時(shí)，了解車(chē)輛參考系與傳感器參考系的對(duì)齊情況非常重要。 默認(rèn)情況下，MTi 使用 East-North-Up (ENU) 參考系進(jìn)行其方向和速度估計(jì)。 方向作為參考坐標(biāo)系和 MTi 的傳感器坐標(biāo)系（X-Y-Z 軸）之間的差異給出。 MTi 的傳感器坐標(biāo)系中提供了傳感器數(shù)據(jù)（加速度、轉(zhuǎn)速和磁場(chǎng)）。 要更改 MTi 的參考系，請(qǐng)參閱這篇關(guān)于更改或重置 MTi 參考坐標(biāo)系的文章。

GNSS配置-- 具有外部 GNSS 接收器支持的 MTi GNSS/INS 設(shè)備（MTi-7、MTi-8、MTi-670、MTi-680）可以配置為支持的 GNSS 接收器選項(xiàng)。 MTi-7、MTi-8、MTi-670、MTi-680都正式支持 u-blox MAX 系列 GNSS 接收器和任何使用 NMEA 字符串?dāng)?shù)據(jù)類(lèi)型的接收器。 此外，還發(fā)布了 beta 固件版本以支持 u-blox ZED 和 u-blox NEO GNSS 接收器系列。 這些可以使用 MT Manager 中的 SetGnssReceiver 命令或通過(guò) XDA 命令進(jìn)行配置。

初始航向Initial Heading-- 當(dāng)開(kāi)機(jī)且不使用 GeneralMag 過(guò)濾器配置文件時(shí)，Xsens MTi GNSS/INS 將輸出 0 度的任意航向，直到它開(kāi)始以 GNSS 定位移動(dòng)并獲得正確的北參考航向。 為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，可以使用估計(jì)的初始航向配置 MTi 的初始航向，直到使用 SetInitialHeading 函數(shù)獲得良好的 GNSS固定解。 通過(guò)應(yīng)用設(shè)備航向的初始估計(jì)，MTi 將保持更高的精度水平，直到 GNSS 數(shù)據(jù)允許設(shè)備估計(jì)正確的航向估計(jì)。

NVIDIA驅(qū)動(dòng)--Xsens MTi-G-710得到 NVIDIA Drive AGX 平臺(tái)的官方支持，是NVIDIA Drive Hyperion 7 Developer Kit.開(kāi)發(fā)者套件參考設(shè)計(jì)的慣性測(cè)量單元。 MTi-G-710 為 NVIDIA Drive AGX 提供高速 9 軸 IMU 數(shù)據(jù)、方向估計(jì)以及 GNSS 位置和速度，使 NVIDIA 的深度學(xué)習(xí)算法能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)環(huán)境做出反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)更安全、更安全可靠的自動(dòng)駕駛汽車(chē)。

振動(dòng)處理– MTi 以每通道 10kHz 的頻率對(duì) IMU 信號(hào)進(jìn)行采樣，使用帶有錐/劃槳補(bǔ)償?shù)慕萋?lián)積分算法對(duì)其進(jìn)行處理，從而在設(shè)備處于振動(dòng)狀態(tài)時(shí)減少誤差。 一般來(lái)說(shuō)，最好的做法是盡可能機(jī)械地隔離 MTi，特別是在以下條件下：

• 振動(dòng)幅度大于加速度計(jì)的測(cè)量范圍。 這將導(dǎo)致加速度計(jì)飽和，這可能會(huì)被觀(guān)察為加速度計(jì)零電平中的“漂移”。 這將顯示為錯(cuò)誤的滾動(dòng)/俯仰。
• 振動(dòng)的頻率高于加速度計(jì)的帶寬。 理論上，這樣的振動(dòng)會(huì)被拒絕，但實(shí)際上它們?nèi)匀粫?huì)引起混疊，尤其是在接近帶寬限制的情況下。 這可以觀(guān)察為低頻振蕩。 此外，高頻振動(dòng)往往具有較大的加速度幅度（見(jiàn)第 1 項(xiàng)）。

如果 MTi 遇到明顯的振動(dòng)，建議使用減振器對(duì) MTi 進(jìn)行機(jī)械阻尼，以移除將振動(dòng)傳遞到 MTi 的金屬對(duì)金屬連接。 MTi-G-710 的推薦減振器經(jīng)過(guò)高達(dá) 1200 Hz 的振動(dòng)測(cè)試，由 Norelem 制造，零件號(hào)為 26102-00800855 。

建議將 MTi 在汽車(chē)應(yīng)用中放置在駕駛員座椅下方，以最大程度地減少振動(dòng)。 其他已使用的位置包括安裝在行李箱中，與前軸或后軸對(duì)齊，或固定在乘客座椅的地板上。 無(wú)論位置如何，仍建議以機(jī)械方式抑制振動(dòng)。

天線(xiàn)放置和天線(xiàn)偏移（杠桿臂）– GNSS 天線(xiàn)的推薦位置安裝在車(chē)頂上，可以清楚地看到天空。 其他位置包括車(chē)輛的引擎蓋或行李箱頂部。

隨著 MTi-680(G) RTK GNSS/INS 的發(fā)布，Xsens 還引入了一個(gè)新的配置參數(shù)，稱(chēng)為 GNSS 杠桿臂(GNSS lever arm)。 GNSS 杠桿臂是獲得可靠的厘米級(jí)位置、速度和方向數(shù)據(jù)的重要參數(shù)。 文章GNSS 杠桿臂（天線(xiàn)偏移）及其在 GNSS/INS 傳感器融合算法中的作用對(duì) GNSS 杠桿臂進(jìn)行了更深入的分析。

估算 GNSS/INS 產(chǎn)品航向的最低速度–當(dāng)使用 GNSS 和 MTi 的加速度計(jì)來(lái)估計(jì)航向時(shí)，建議保持 7 m/s 的最小速度，加速度和運(yùn)動(dòng)越大，航向估計(jì)性能越好。