车载组合导航系统

1、车载组合导航系统( Car Integrated Navigation System)GI-100用户手册V1.6上海航姿测控科技有限公司2016 年12月15日1 系统介绍 .11.1 产品概述 .11.2 产品特点 .11.3 产品优点 .11.4 产品应用 .22设计原理 .23电器特性 .43.1极大值参数 .43.2电器特性 .44性能指标 .55机械尺寸与引脚定义 . .65.1机械尺寸 .65.2引脚定义 .76推荐电路 .86.1推荐 PCB 封装 .86.2推荐参考电路 .87坐标系和安装方位 .97.1坐标系 . .97.2安装方位 .98使用说明 .108.1传感标定 .

2、108.2通信接口 .108.3通信频率 .108.4通信协议 .108.5控制命令 .119 注意事项 .1210 固件升级 .1310.1 winxp系统 .错误！未定义书签。10.2 win7系统 .错误！未定义书签。附录： . .151 GPGGA152 GPRMC163 GPATT171 系统介绍1.1 产品概述GI-100 是一款高性能的面向车载导航领域的车载组合导航系统， 系统包含高性能的同时支持北斗和 GPS的卫星接收机芯片、 三轴陀螺仪、 三轴加速度等； 通过在线的自适应组合导航算法， GI-100 提供实时高精度的车辆定位、测速和测姿信息，在 GNSS系统的信号精度降低甚至

3、丢失卫星信号时，不借助里程计信息， GI-100 利用纯惯性导航技术，也可在较长时间内单独对汽车载体进行高精度定位、测速和测姿。图 1. GI-1001.2 产品特点元件选型：高性能三轴陀螺仪和三轴加速度计；误差补偿：完成正交误差 / 温度漂移等误差补偿；唯一防盗：每个产品标定参数均不一致防盗版；物理尺寸：紧凑模块化设计可节省用户产品空间；通信协议：即插即用的标准通信协议 NEMA0183；工程安装：无安装角度要求方便用户车载安装；亚米级：支持 RTCM2.3协议 / 复杂环境亚米级导航；1.3 产品优点陀螺漂移：消除陀螺漂移获高精度姿态航向信息；加速噪声：消除震动加速度获高精度速度信息；零速

4、修正：零速修正算法可防止导航数据漂移；软件算法：基于自适应的扩展卡尔曼滤波算法；智能识别：识别并隔离有较大误差的 GNSS数据；摆脱里程计：利用纯惯性导航实现高精度定位；导航技术：组合导航和纯惯导航技术自主切换；1.4 产品应用车辆高精度导航公交车智能交通车辆远程监控2 设计原理图 2.设计原理图卫星导航系统：卫星导航系统具有实现全球、全天候、高精度的导航等优点；但卫星导航系统容易收到周围环境的影响，例如树木楼房等，造成多路径效应，使得定位结果精度降低甚至丢失，尤其是在隧道等室内环境中，卫星导航系统基本无法使用。另外，即使在空旷的环境下， 当载体速度非常低时， 卫星导航系统获得载体方位信息（航

5、向角）也会产生较大误差。惯性导航系统 :惯性导航是以牛顿力学定律为基础， 通过测量载体在惯性参考系的加速度， 将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标中，就能够得到在导航坐标中的速度、偏航角和位置等信息，同时可以获得载体的载体信息。但惯性导航系统由于陀螺仪零点漂移严重，车辆震动等因素，致使无法通过直接积分加速度获得高精度的方位和速度等信息， 即现有的微惯性导航系统很难长时间独立工作。组合导航系统：卫星 / 惯性组合导航充分利用惯性导航系统和卫星导航系统优点，基于最优估计算法 卡尔曼滤波算法融合两种导航算法，获得最优的导航结果；尤其是当卫星导航系统无法工作时，利用惯性导航系统使得导航系统继续工作

6、，保证导航系统的正常工作， 提高了系统的稳定性和可靠性。摆脱里程计常规车载导航系统往往依靠里程计和陀螺仪的 DR 方案，实现汽车复杂环境下的高精度导航定位，里程计信号对于很多汽车后装市场而言，连接非常复杂，而且涉及汽车安全问题。经过多年的研发， 在 GNSS系统的信号精度降低甚至丢失卫星信号时， GI-100 系统完全摆脱了对里程计依赖，仅仅利用纯惯性导航技术，也可在较长时间内单独对汽车载体进行高精度定位、测速和测姿，与市场上现有的相关产品相比，性能得到了较大地提升。当然， GI-100 系统可以连接里程计信号，将会获得更好的性能指标。车辆姿态角GI-100 导航系统利用多年对MEMS 惯性器

7、件的研究经验，通过自适应滤波算法实现了对陀螺仪漂移和加速度震动信号的滤波，并进一步可以获得高精度的姿态信息，从而可以满足坡道检测等车辆监控和导航应用的各种需求。GI 导航系统GI-100 导航系统提出了卫星导航精度的智能识别算法，基于组合导航提供的高精度导航信息，对卫星导航的定位精度进行识别，如果卫星导航精度较好，则进行组合导航，一旦发现卫星导航信号非常差甚至丢失信号，则进行纯惯性导航，总之，GI-100 导航系统实现了组合导航和纯惯性导航的自主切换。3 电器特性GI-100 导航产品的电器特性：3.1 极大值参数参数指标单位电源电源电压3.3V环境操作温度30 to 85度存储温度40 to

8、 125度3.2 电器特性参数指标单位电气输入电压 Vdd3.0-3.3V150【1】电流mA450功耗mW时间上电到第一个有效数据时间<30S1 特别强调：本产品内部有复杂的组合导航算法，所以功耗比一般的导航模块高，请再设计硬件电路过程中，一定给本产品预留足够的功耗，即电流不小于150mA 。4 性能指标里程计时GNSS 信号丢失时间接收机定位方式水平位置5 秒标准定位1.0-2.0m10秒标准定位1.5-5.5m30秒标准定位3.0m60秒标准定位5.0m1. 一倍标准差（ 1 ）无里程计时GNSS 信号丢失时间接收机定位方式水平位置5 秒标准定位2.0-3.5m10秒标准定位10.

9、0m60秒标准定位25.0m120标准定位60.0m1. 一倍标准差（ 1 ）GPS 部分性能参数接收机类型TTFF灵敏度水平定位精度授时精度11水平速度 1俯仰横滚角 1航向角0.05m/s0.3deg1.0N/AN/AN/AN/AN/AN/A0.30m/s0.4deg1.0deg水平速度 1俯仰横滚角 1航向角0.05m/s0.5deg1.0N/AN/AN/AN/AN/AN/A0.5m/s1.0deg2.0deg指标72 通道 ublox M8 引擎 GPS L1C/AGLONASS L1OFBeiDou B1冷启： 27s温启： 3s热启： 1s辅助启动： 5s跟踪定位： -165dBm

10、重捕获： -160dBm冷启动： -148dBm温启动： -148dBm热启动： -156dBm自主定位： 2.5mSBAS ：2.0mRMS ： 30ns99% ： 60ns11速度精度0.05m/s航向精度0.3degrees操作限制动态 <=4g高度 <=50,000m速度 <=500m/s5 机械尺寸与引脚定义5.1 机械尺寸5.2 引脚定义PIN NO.管脚定义1TXD22RXD23TXD14RXD15NC6VCC7GND8NC9NC10RESET#11V_BCKP12NC13GND14GND图 4引脚定义使用说明PIN NO.管脚定义串口发送 / 复用速度15GN

11、D脉冲接收串口接收 / 复用ODO 方向标识（ 1=16RF_IN向前）串口发送17GND串口接收18NC悬空19NC工作电压： 3.0-3.3V20NC电源地21GND悬空22NC悬空23NC模块复位， 低电平有24VDDUSB效。不用时，悬空备份电池，2.8V-3.3V 。不用25USB_D-时，可以悬空悬空26USB_D+电源地27EXTINT1电源地281PPS使用说明电源地GPS_RF输入电源地悬空悬空悬空电源地悬空悬空USB 电源USB 数据 -USB 数据 +速度脉冲1 秒信号输出6 推荐电路6.1 推荐 PCB 封装6.2 推荐参考电路7 坐标系和安装方位7.1 坐标系GI 的

12、坐标系如图 5 所示， XYZ(前侧上 ) 轴满足右手定则。图 5 GI-100 的坐标系7.2 安装方位GI-100 安装方式大致如图6 所示，没有严格安装角度限制，大致如此即可，从而方便用户车辆安装。汽车前进方向图 6 GI-100安装方式8 使用说明8.1 传感标定由于芯片制造工艺等问题，每个GI-100 的各个传感器元件（三轴陀螺仪、三轴加速度计）的零点、灵敏度和温漂等参数都不一样，为了使每个GI-100 达到相同的性能指标，出厂前已经对 GI-100 的各个传感器元件进行了各种误差补偿。每个产品的传感器元件标定参数均不一样，如果采用相同的参数， 将会造成较大的导航误差，这种唯一性可用

13、于防止了系统盗版，从而提高了用户产品的可靠性。8.2 通信接口GI-100 系统提供了两个串口，其中，串口1 用于发送卫星信息和接收差分信息，串口2用于接收里程计信息。两个串口都不提供硬件握手方式， 且采用 8 位数据位、0 位奇偶校验位，1 位停止位（ 8-N-1 ）方式，波特率默认为 9600, 可根据用户要求，可以修改为 115200 。8.3 通信频率目前，系统支持输出1hz 和 5hz 的数据刷新频率，默认频率为1HZ。8.4 通信协议目前，GI-100 系统输出常见的 NMEA0183 协议，例如：GPGGA、GPRMC，GPGSV, GPGSA，另外，为了输出汽车姿态信息， GI

14、-100 系统定义了一组通信协议 GPATT。8.5 控制命令目前， GI-100 系统支持通过控制命令实现如下功能：类型类型属性通信协议默认值备注1log ghigh实现 5HZ输出结果请见输出协议2log gpins使能惯性导航默认使能结果请见协议 GPATT3log gpgsv打开 GPGSV,GPGSA结果请见输出协议4log g4800选择 4800结果请见输出协议5log g9600选择 9600默认 9600结果请见输出协议6log g1920选择 19200结果请见输出协议7log g3840选择 38400结果请见输出协议8log g1152选择 115200结果请见输出协议

15、9log gpgga选择帧头 GPGGA结果请见输出协议10log gngga选择帧头 GNGGA默认结果请见输出协议11log gpzda打开 GNZDA结果请见输出协议12log gpatt打开 GPATT默认结果请见输出协议20unlog ghigh实现 1HZ输出默认 1HZ结果请见输出协议21unlog gpins关闭惯性导航详情请见 GPATT22unlog gpgsv关闭 GPGSV,GPGSA默认关闭结果请见输出协议23unlog gpzda关闭 GNZDA默认关闭结果请见输出协议24unlog gpatt关闭 GPATT默认关闭结果请见输出协议备注：（ 1） 命令全部为小写字

16、母；（ 2） log 和 unlog 后面有一个空格键。9 注意事项GI-100 系统作为一款高性能的车载组合导航系统，在使用过程中，也需要用户注意一些使用事项，如表：序号准备工作重要性1上电前，大致按着图 5 安装，无具体安装角度要求；必须2上电前，固连车体和 GI-100；必须3上电后，不能再移动 GI-100；必须4车体移动前，确保用户 GPS/BD 系统输出规定的协议必须序号组合导航初始化过程重要性1上电后，静止 5-10 秒以上，完成导航系统的姿态初始化；必须2汽车移动后， 尽量保持 GI-100 导航系统在空旷的地方行驶一定时间，进行组合导航系统的算法收敛，然后在进入隧道等复杂环境

17、下进行测试。进一步说明：总结：组合导航系统初始化过程， 建议车辆首先在无遮挡的环境下行驶大约几分钟，然后再进入有遮挡环境下，组合导航系统的定位效果才会好。10 固件升级为了方便用户使用， 本产品支持串口升级固件功能，我方将提供了 sourceCRT 软件进行升级，具体步骤如下：1、设置 sourceCRT 通信参数如图所示：2、 sourceCRT 设置后，通过键盘输入字符UPSOFT，进入固件升级菜单，如图所示：3、通过键盘输入字符 1 ，进入固件升级流程，在菜单中选择“传输” ，并在文件名里面选择待升级固件 bin 文件，在协议栏里面选择“发生 YMODEM ”，然后点击“确定” （在升级

18、完毕前保持电源） ，过程如图所示：4 、当显示“ Programming Completed Successfully!”字样时，固件升级成功。附录：1 GPGGA例如： $GPGGA,062938.00,3110.4700719,N,12123.2657056,E,1,25,0.6,58.9666,M,0.000,M,99,AAAA*50编号名称描述符号举例1$GPGGALog header$GPGGA2utcUTC时间 (时/分/秒)hhmmss.ss202134.003lat纬度： -9090 度llll.lllllll3110.46939034latdir纬度方向： N ：北； S ：

19、南aN5lon经度： -180180 度yyyyy.yyyyyyy12123.26216956londir经度方向： E ：东； W ：西bW7QF解状态0 ：无效解；q41 ：单点定位解；2 ：伪距差分；8sat No.卫星数n149hdop水平 DOP 值x.x1.010alt高程h.h50.2211a-units高程单位MM14age差分延迟dd115stn ID基站号： 0000-1023，xxxx1单机时： AAAA16*xxChecksum*hh17CRLFSentence terminatorCRLF2 GPRMC例如： $GNRMC,064401.65,A,3110.47069

20、87,N,12123.2653375,E,0.604,243.2,300713,0.0,W,A*3E编号名称描述符号举例1$GPRMCLog header$GPRMC2utcUTC时间 (时/ 分/ 秒)hhmmss.ss143550.00解状态：3Pos statusA= 有效定位AAV= 无效定位4lat纬度： -9090 度llll.lllllll3110.48549115latdir纬度方向： N ：北； S ：南aN6lon经度： -180180 度yyyyy.yyyyyyy12123.91292787londir经度方向： E：东； W：西bE8SPEED IN地面速率q0.299Track Ture地面航向角n108.510DateUTC 日期ddmmyy01090911Mag var磁偏角（000.0180.0 度，前导位数不0.00.0足则补 0）12Vardir磁偏角方向， E（东）或 W（西）MM模式指示（仅 NMEA0183 3.00 版本输13Mode ind出， A= 自主定位， D= 差分， E=估算，aAN=