Xsens MTi AHRS 和 GNSS/INS 產(chǎn)品用于各種汽車應(yīng)用，例如自動駕駛汽車、卡車、穿梭巴士和火車。 Xsens MTi GNSS/INS 旨在使用融合的 IMU 和 GNSS 數(shù)據(jù)來改進運動中車輛的方向和位置估計。 這也有助于補償瞬態(tài)加速度。 然而，當(dāng) GNSS 接收受限、在低速或靜態(tài)條件下機動時，位置、速度和航向的估計可能會在汽車應(yīng)用中受到挑戰(zhàn)。 本文總結(jié)了我們對在汽車應(yīng)用中使用 AHRS 和 GNSS/INS 產(chǎn)品的建議，包括機械安裝和軟件設(shè)置等方面，以便您的 MTi 產(chǎn)品能夠達到最高性能。

可以在產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表和手冊 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)備用于汽車應(yīng)用：

濾波算法庫(Filter Profiles)– 為應(yīng)用選擇正確的濾波器配置文件將通過專門針對預(yù)期動態(tài)和外部干擾進行調(diào)整來提高 MTi 在該汽車環(huán)境中的性能。 有關(guān)汽車應(yīng)用中推薦的過濾器配置文件，請參見下文：

• MTi-G-710:
  • Automotive濾波器配置文件假設(shè) MTi-G-710 的航向也是 GNSS 對地航向（完整約束holonomic constraints ）。 這個假設(shè)適用于大多數(shù)汽車/地面車輛，除了那些經(jīng)歷側(cè)滑的車輛，例如賽車、履帶式車輛、一些鉸接式車輛（取決于 MTi-G-710 的安裝位置）和在崎嶇地形上行駛的車輛。 因此，Automotive濾波器配置文件主要使用 GNSS 來確定航向角。 請注意，必須將 MTi 準(zhǔn)確安裝在移動方向上，以防止偏移。 當(dāng) GNSS 丟失時，航向角將由速度估計算法確定 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），請考慮使用 HighPerformanceEDR濾波算法庫。
  • GeneralMag 濾波器配置文件的航向角主要基于磁航向，以及 GNSS 加速度和加速度計的比較。 盡管這種組合使航向角比單獨使用磁場計算航向角更加穩(wěn)健，但均勻或經(jīng)過校準(zhǔn)的磁場對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 濾波器配置文件專為地面導(dǎo)航應(yīng)用而設(shè)計，在這些應(yīng)用中，GNSS 條件惡化和 GNSS 中斷 (0-600 秒) 是常見的特征。 請注意，在 GNSS 中斷期間，位置、速度和方向估計的準(zhǔn)確性仍然會下降。 此濾波器配置文件不使用完整約束(holonomic constraints)，因此無需考慮安裝問題。 目標(biāo)應(yīng)用：緩慢移動的地面車輛和機車導(dǎo)航。 當(dāng) MTi 不移動時，濾波器配置文件 HighPerformanceEDR 會自動估計陀螺儀零偏(gyro bias)。 傳感器融合算法會自動檢測 MTi 何時靜止。 振動和非常緩慢的運動可能會影響陀螺零偏估計的準(zhǔn)確性。
• MTi-300:
  • General 濾波器配置文件是默認設(shè)置。 它假設(shè)適度的動態(tài)和均勻的磁場。 外部磁畸變被認為相對較短（最長約 20 秒）。 均勻的磁環(huán)境和適當(dāng)?shù)拇判?zhǔn)對于良好的性能至關(guān)重要。
  • low_mag_dep濾波器配置文件假定動態(tài)相對較低，并且存在持久的外部磁失真。 此外，當(dāng)難以進行非常好的磁校準(zhǔn)時，請使用此過濾器配置文件。 使用 low_mag_dep 濾波器配置文件可用于限制航向漂移，同時不在均勻磁場中。
• MTi-680(G), MTI-670(G), MTi-7及MTi-8:
  • General/General_RTK 濾波器配置文件是默認設(shè)置。 MTi 的航向角輸出在上電時初始化為 0 度，當(dāng) MTi 開始移動且 GNSS 數(shù)據(jù)可用時，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主要基于磁航向和 GNSS 測量。 均勻的磁環(huán)境和適當(dāng)?shù)拇判?zhǔn)對于良好的性能至關(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，在后臺執(zhí)行自動陀螺偏差估計(automatic gyro bias estimation)。
  • NorthReference航向行為假設(shè)一個均勻的磁場環(huán)境，可用于估計穩(wěn)定的北參考航向。 使用此航向行為時，必須進行適當(dāng)?shù)拇判?zhǔn)。 如果這不可行，請考慮改用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)對于防止應(yīng)用和環(huán)境中的鐵磁材料扭曲磁場數(shù)據(jù)非常重要。 如果您選擇了使用磁力計估計航向的濾波器配置文件，則正確的磁校準(zhǔn)對于良好的性能至關(guān)重要。 有關(guān)減輕這些磁畸變的更多信息，請參見下文。 對于汽車應(yīng)用，執(zhí)行磁校準(zhǔn)的最簡單方法是在開車轉(zhuǎn)幾個（至少 3 個）圈運行Magnetic Field Mapper工具。

參考系對齊(Alignment)-- 在汽車應(yīng)用中安裝 MTi 時，了解車輛參考系與傳感器參考系的對齊情況非常重要。 默認情況下，MTi 使用 East-North-Up (ENU) 參考系進行其方向和速度估計。 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）。 要更改 MTi 的參考系，請參閱這篇關(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。 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 XDA 命令進行配置。

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

NVIDIA驅(qū)動--Xsens MTi-G-710得到 NVIDIA Drive AGX 平臺的官方支持，是NVIDIA Drive Hyperion 7 Developer Kit.開發(fā)者套件參考設(shè)計的慣性測量單元。 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)確地對環(huán)境做出反應(yīng)，從而實現(xiàn)更安全、更安全可靠的自動駕駛汽車。

振動處理– MTi 以每通道 10kHz 的頻率對 IMU 信號進行采樣，使用帶有錐/劃槳補償?shù)慕萋?lián)積分算法對其進行處理，從而在設(shè)備處于振動狀態(tài)時減少誤差。 一般來說，最好的做法是盡可能機械地隔離 MTi，特別是在以下條件下：

• 振動幅度大于加速度計的測量范圍。 這將導(dǎo)致加速度計飽和，這可能會被觀察為加速度計零電平中的“漂移”。 這將顯示為錯誤的滾動/俯仰。
• 振動的頻率高于加速度計的帶寬。 理論上，這樣的振動會被拒絕，但實際上它們?nèi)匀粫鸹殳B，尤其是在接近帶寬限制的情況下。 這可以觀察為低頻振蕩。 此外，高頻振動往往具有較大的加速度幅度（見第 1 項）。

如果 MTi 遇到明顯的振動，建議使用減振器對 MTi 進行機械阻尼，以移除將振動傳遞到 MTi 的金屬對金屬連接。 MTi-G-710 的推薦減振器經(jīng)過高達 1200 Hz 的振動測試，由 Norelem 制造，零件號為 26102-00800855 。

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

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

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

估算 GNSS/INS 產(chǎn)品航向的最低速度–當(dāng)使用 GNSS 和 MTi 的加速度計來估計航向時，建議保持 7 m/s 的最小速度，加速度和運動越大，航向估計性能越好。