2024年5月15日发(作者：深夜十大禁用免费app软件)

KVH和NovAtel公司紧耦合商业级GPS/INS系统性能

Sandy Kennedy1 and Jim Rossi2

1NovAtel Inc., 1120 68

th

Ave. N.E. Calgary, Alberta, T2E 8S5, Canada

2KVH Industries, 50 Enterprise Center, Middletown, Rhode Island 02842, U.S.A.

摘要：

NovAtel公司和KVH公司联合推出了一个商业级GPS/INS一体式系统。其IMU中集

成了KVH公司的CG-5100 光纤陀螺和微机械系统的加速度计，能提供高达100HZ的原始

数据。GPS引擎所采用的是NovAtel公司基于OEMV3板卡的接收机。将重达5.2磅（合

2.34公斤）的系统整合到一个坚固的封装，这也是NovAtel SPAN（同步定位姿态导航）技

术的一个核心优势。GPS为INS提供补偿数据，相应地，INS反馈至GPS的数据有助于提

高GPS的信号跟踪性能，在SPAN中，INS与GPS数据的相互反馈是紧密地、深度地耦合

在一起的。GPS的观测数据能用于INS的滤波更新，在GPS至少跟踪到2颗卫星信号以后

就能为INS随时提供高质量的滤波更新信息，同时SPAN能外接可选用的车轮传感器(wheel

sensor)，在GPS可观测卫星减少时能为INS提供更多的滤波更新信息。

SPAN内置NovAtel OEMV3系列板卡，能进行实时的GPS定位解算，并能同步记录

原始观测数据用于后处理。当面对需要更高精度的应用时，可在Intertial Explorer软件进

行后处理，Intertial Explorer提供了定间隔的滤波。

本报告提供了关于NovAtel-KVH GNSS/INS组合系统性能的初步评估，提供了真实数

据的测试结果。这份评估重点侧重信号跟踪性能和GPS/INS系统的精度，分别在比较理想

的GPS信号条件下和糟糕的GPS信号条件下进行。

介绍

KVH和NovAtel公司联合推出了一体式GPS/INS系统，将最好的集成解决方案投向市

场。KVH特有的FOG技术能为商业应用提供稳定的性能。随车移动的OEMV3和Novatel

的SPAN（同步位置姿态导航）技术能提供更好的GPS追踪性能，这是由于它的独一无二的

GPS接收机和IMU的紧耦合与深耦合整合。通过合作，KVH和NovAtel 提供了一个稳定

的商业级的现有系统，此系统所采用的完全的耦合技术仅在军用系统中出现。应用领域包括

航空绘图，路上交通绘图、机械控制、无人驾驶、赛车监控、精准农业等领域。

SPAN系统不但能提供实时的GPS/INS系统解决方案，同时能记录原始数据用于后处

理。Waypoint公司的Intertial Explorer软件提供了此后处理功能。这一集成系统提供了车轮

传感器输入，允许用户添加修正信息，系统已经完成的集成了车轮传感器相关的功能。

在此次报告中，提供了此集成系统的初步测试结果。两份测试中既显示出SPAN技术采

用OEMV3板卡在重新锁定信号方面的优势，也显示出KVH公司IMU在导航方面的性能

优势。两次测试是通过正常行驶的陆地车辆分别在市郊和市里环境下进行的。

IMU：高精度惯性测量系统（inertial measure unit）

FOG：Fiber Optic Gyros光纤陀螺

系统描述：

此系统是在一个单一的封装中，体积小而且轻便，便于安装和集成。下面图1显示的是

一个SPAN系统的样机原型。系统重5.2磅（合2.34kg），尺寸为6.67英寸×6.0英寸×3.5

英寸（169 mm×152 mm×89mm）。系统提供了一个37针的MIL-SPEC连接端口。固件可

通过此接口加载到OEMV3和CG5100陀螺，同样通过此端口，可进行命令发送（例如设置

命令）和记录系统输出。在37针接口上面的较小接口是天线输入口。整个系统输入电压要

求为9-16VDC，功耗小于15W。安装孔和定位孔在封装的底板上。导航中心被明确表标记

在封装侧面，可用来进行IMU和GPS天线之间精确的矢量测量（同样也适用于低级别的应

用）。

图1 KVH-NovAtel GPS/INS系统样机

这个封装也允许里程计正交输入，包括脉冲和方向编码。允许的编码输入范围从RS-422

发送信号到电池电压等级的脉冲。此系统允许输入45KHZ以上频率的脉冲输入。

所有的系统配置完全通过接收机（OEMV3）标准串口通过37针连接口进行的。导航计

算是在接收机板卡上进行的。IMU数据集成到GPS数据中，而且可提供高达100HZ的实时

定位、速度和测向信息。同时，原始数据可被记录用于后处理。KVH-NovAtel集成系统支

持之前SPAN所有的功能。后处理功能通过Waypoint公司的Intertial Explorer软件进行。

OEMV3和SPAN技术：

OEMV3板卡支持如下定位模式：单点定位、SBAS（包括WAAS和EGNOS）、L波段

校正（OmniSTAR和CDGPS），提供厘米级的定位精度，支持RTK（通过无线电通路从基

准站接收差分改正信息）。实时的SPAN滤波在卫星数不足的情况下通过接收GPS定位更新、

速度更新信息、载波相位更新信息提供GPS定位，另外如果车轮传感器接通的话还可以接

收车轮更新信息。

通过GPS/INS的完整集成，INS将接收到的GPS数据做为参考信息来消除和控制错误。

SPAN中，INS通过GPS数据进行修正，同时惯导也用来修正GPS接收机，如图2所示。

这是SPAN系统的紧耦合或深耦合。“紧”或者“深”是什么意思有许多解释。通过惯导来

修正GPS信号跟踪表明SPAN属于深耦合。原始载波相位测量可用来更新INS滤波表明

SPAN系统属于紧耦合。通过运行SPAN，GPS信号重新锁定方面得到了显著改善。这是一

个核心的性能特色尤其是在容易受到限制的使用环境中，例如城市峡谷，客户在这些环境中

仅能在下一个阻塞之前接收几秒钟的数据。通过SPAN技术，用户也能在那样狭小的观察窗

口内得到GPS测量结果。这表示INS将会更短的自由导航时期和更小的错误，因为在通常

情况下可接收到GPS数据进行修正。