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驿唐科技高精度北斗/INS陆基精准测量案例

驿唐科技高精度北斗/INS陆基精准测量案例

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【摘要】:
惯性导航是高精度北斗应用拓展的重要手段。北斗/惯性组合导航中,北斗导航辅助惯导提高定位、测姿精度,惯性导航辅助北斗缩短定位时间、提高定位精度。两种导航方式优势互补,共同提高精度。惯性辅助下的北斗导航应用将释放巨大空间。

 

一、北斗/惯性导航

 

1.简介

 

惯性导航是高精度北斗应用拓展的重要手段。北斗/惯性组合导航中,北斗导航辅助惯导提高定位、测姿精度,惯性导航辅助北斗缩短定位时间、提高定位精度。两种导航方式优势互补,共同提高精度。惯性辅助下的北斗导航应用将释放巨大空间。

 

2.优势对比

3. 应用领域

 

1)空基

n飞行器自主导航系统

n飞行器自动控制系统

n机载惯性稳控平台

 

2)海基

n舰船导航定位系统

n船载武器发射平台

n船载惯性稳定平台

n船载海洋测绘系统

 

3)路基

n车辆导航定位系统

n精准农业自动化应用

n驾驶人考试训练

n数字城市地图测绘

n高速铁路轨道检测

 

二、驾驶人考试及训练应用

 

1. 驾考先进技术

 

在驾考应用中,将北斗高精度定位定向与惯性测姿定向技术完美融合。

2.驾考市场

 

驾驶人考试及训练应用引领2013年高精度北斗应用创新和产业化推广,已推广至30个省,1000余个驾校,2013年度全国销售30000余台设备。

应用持续深入发展中,市场由驾考科目二到科目三发展,由考试到训考一体化发展。产品形态发展方向为小型、低成本、高可靠性、高精度和高集成度。

 

3. 驾考问题新领域新挑战

 

1)评判公正性à精度再提升,遮挡、转弯à精度需考证

2)公众质疑、产品精度验证à标准参考系统

3)应用科目二向科目三转变à复杂路况(遮挡、干扰)

4)庞大的训练市场à更低成本、更高集成度

5)智能驾考系统一体化设计

6)驾考应用案例向其他领域扩展

 

4. 驾考发展新方向

 

n惯性导航将体现更大的辅助作用

n多传感器融合将成为主要手段

n北斗/多传感器融合集成化、一体化OEM板卡

 

三、城市街景测绘应用

 

1. 城市街景测绘基本原理

 

城市街景测绘的前提是测绘仪器的高精度位置、姿态、航向基准,关键部件是高精度北斗/惯性组合导航系统。

 

2. 城市街景测绘应用挑战

 

1)城市测绘由二维到三维转变

2)测绘需求由一级城市到二、三级城市扩散

3)由开阔场地向峡谷、遮挡区扩散

4)测绘物由一般街道向小形建筑深入细化

5)由静态测量向动态测量转变

6)精度由米及向亚米级、厘米级发展

 

3. 高精度北斗/光纤惯性组合导航系统应用于车载式测绘系统

 

1)系统产品参数

ü全球覆盖:突破了卫星导航在遮挡地区的使用限制

ü全天候:惯性技术自主性保障恶劣环境下可靠运行

ü高精度:实时差分和事后差分,位置精度达厘米级

ü高可靠性:MTBF>35,000小时

ü多模式:支持单、双天线及纯惯导三种工作模式

ü双模态:支持北斗、GNSS双模态

ü全参数:除卫星导航的位置信息外,还可提供航向、姿态信息

ü后处理:惯性/GNSS组合导航、惯性/里程计组合导航以及POS后处理功能

ü自组合、自标定:在无GPS辅助的情况下,凭借里程计惯性导航的组合可获得2~3‰(行驶里程)的定位精度

 

2)北斗/光纤惯性组合产品安装于测试车辆上

3)测量结果示例

 

中关村GPS测量结果

上海高架桥—组合导航测试结果

上海海底隧道--GPS测试结果

4. 高精度北斗/ MEMS惯性组合导航系统应用于便携式测绘系统

 

1)系统产品参数

ü全球覆盖:突破了卫星导航在遮挡地区的使用限制

ü全天候:惯性技术自主性保障恶劣环境下可靠运行

ü高精度:实时差分和事后差分,位置精度达厘米级

ü高可靠性:MTBF>35,000小时

ü多模式:支持单、双天线及纯惯导三种工作模式

ü双模态:支持北斗、GNSS双模态

ü全参数:除卫星导航的位置信息外,还可提供航向、姿态信息

 

2)测量结果示例

 

上海高架桥--MEMS组合导航系统测量结果曲线

 

5. 突破的主要关键技术

 

n北斗/INS高精度后处理算法

n里程计自动识别、刻度系数自估计、自动组合导航算法

n在多路径干扰环境中的智能识别并隔离精度较差的北斗定位信号

nINS高精度标定技术

 

四、高铁轨道参数检测

 

1. 背景和需求

 

全国高速铁路里程1万公里,居世界第一。铁路营运里程10万公里,居世界第二。里程增加速度提升,负荷增加,形成威胁巨大。对轨道检测的精度要求不断提高,轨道检测效率要求也不断提高。高效率、高精度、便携化铁路轨检系统需求十分迫切。

 

2. 轨检车两种实现技术

 

1)光学检测法

 

n优点:测量精度较高,可达0.1mm

n缺点:测量效率低、无法实现连续测量、受环境影响

n产品:GEDO、安博格GRP1000、南方高铁SJG

 

2)惯性检测法

 

n优点:可实现快速、连续测量,测量方法简单

n缺点:对惯性器件精度要求较高,成本较高

n产品:瑞士安博格GRP  VMS

 

3. 北斗/惯性轨检车组成

 

北斗/惯性轨检车主要由四部分组成:北斗卫星接收基站、主车体、位置姿态系统、后处理软件。

 

 

4. 北斗/惯性轨检车工作原理

 

n利用高精度位置姿态系统测得轨道车的运动数据

n通过事后处理软件得到高精度在轨运动参数

n利用先进轨道参数算法得到水平、高低、轨向、轨距等轨道参数

 

5. 北斗/惯性轨检车工作流程

6. 对比测试结果

 

以光学轨检车为基准,对惯性轨检车检测做了大量测试,以下以三组现场实际实验示例:

 

组别

水平误差(σ)

高低误差

-短波

轨向误差

-短波

高低误差-长波

轨向误差-长波

第一组(500m

0.149 (mm)

0.614 (mm)

0.428 (mm)

2.561 (mm)

0.882(mm)

第二组(500m

0.1298 (mm)

0.581 (mm)

0.461 (mm)

1.499 (mm)

0.939(mm)

第三组(500m

0.133 (mm)

0.932(mm)

0.435 (mm)

2.734 (mm)

1.946mm)

 

结论:惯性轨道检测车短波的水平、高低、轨向检测精度优于1mm,长波高低、轨向检测精度优于3mm