GNSS/INS组合导航的发展现状及未来趋势
3d走视图——结合司南导航GNSS/INS组合导航产品及应用分析
智能交通 王振国
1 应用背景
不得不说，以前关于“GNSS应用只受想象力的限制”的传言，虽然深信不疑，但现在个人已亲眼所见并亲身体会到了，单就司南导航本身的业务来说，已经涉及到了人员定位、车辆定位、铁路监测、船舶定位、机械控制、飞机导航、高精度测绘等领域，更不用说细分的各个行业了。与此同时，用户的观念也发生了很大的变化——以前是不清楚自己能不能用，现在是想尝试着用，希望GNSS厂商能根据他们的应用方式和环境给出一个基于GNSS的解决方案，因为毕竟GNSS定位的高精度与便捷性等优势是任何其它导航定位方法无法比拟的，当然，目前GNSS设备价格的降低也促进了这种观念的转变。然而，GNSS应用也有其局限性，随着应用的不断深入和使用场景的扩展，靠单一的GNSS定位，并不能满足所有用户所有场景的需求。
导航定位的方式有很多种，GNSS卫星定位由于其突出的优点，得到了全世界各行业用户的青
睐，但与此同时，作为一种非自主定位方式，GNSS系统要求必须对卫星可见（即所谓的“靠天吃饭”），并且为了保证高精度的结果，对卫星信号的质量也会有一定的要求，因此，在某些特殊的应用场合，例如隧道、树下、楼宇之间、山沟和其它对卫星信号有影响或者会引起卫星信号丢失的环境，GNSS的应用就受到了限制。经过验证，目前对于这类环境，行之有效的解决方案有两种：
第一、发展GNSS多系统应用，增加星座卫星数量。目前正式投入运行的GNSS系统主要包括BDS（中国）、GPS（美国）和GLONASS（俄罗斯），例如自2012年底中国北斗卫星导航系统（BDS）正式运行以来，在楼宇之间、山沟中的GNSS定位效果已经得到了明显的改善；
第二，发展GNSS与惯性导航（INS）组合导航应用技术。与GNSS定位不同，惯性导航是一种自主定位导航技术，其优势是不受外界环境（主要是遮挡或电磁干扰等环境）的影响，并可以在一定的时间内保证较高精度，缺点是定位误差会随时间积累，高精度（厘米级）的惯性导航系统成本可达几十万甚至上百万人民币，这对于普通民用市场来说，几乎没有应用空间，而低成本的惯性导航系统，价格虽然只有千元级别，但精度比较低，且误差扩散比较快，
只适合与GNSS高精度定位方式结合使用，这样的组合导航方式，正好能够满足一般的民用需求。
2 司南惯性导航产品介绍
司南导航采用的INS组件，是面向车载应用的一款中低精度惯性导航产品。其中包含三轴MEMS 陀螺仪和三轴MEMS 加速度计，通过接收司南北斗/GNSS接收机信号，实现载体的实时高精度定位、测速和测姿。它可以在GNSS失去信号或者遮挡严重时提供短时间连续可靠的精确定位、测速、测姿服务，主要应用于车辆监控、车载导航等领域。其特点是：
●三维定位，测速和测姿
可进行三维定位、测速和测姿。
●里程计可选
无需里程计即可实现纯惯性导航。
●安装角度要求低
对车载安装角度有一定的要求，但要求比较低。
●智能识别并隔离较差质量的GNSS定位结果
可以用组合导航系统自身的状态判断当前GNSS定位结果的优劣，并自动隔离较差的结果，保障组合导航的可靠性和精度。
基于不同用户的需求，司南公司设计了两款GNSS/INS组合导航产品，即M300 GNSS/INS接收机和M600 GNSS/INS接收机，其区别在于，前者是单天线接收机，其初始化过程相对比较复杂，要求设备上电后，在正式使用前，需要以不低于5m/s的速度前进约2分钟左右，以便惯导模块得到精确的方向角初值，如果是第一次使用还需要行车后再停车静止30秒，然后初始化完成，但是停车等待步骤在安装正式产品后无须每次都做；后者是双天线接收机，其初始化过程非常简单，设备上电后，静止状态下即可自动测出高精度的方向角并赋给惯导模块，完成初始化。
3 安装说明
司南GNSS/INS惯导接收机的安装无严格要求，但须保证在上电前将模块与车辆固连，，在
上电后切忌再移动模块。大致安装方向如下图所示：
图1惯导模块在车内的大致安装方向
图2与图1对应的GNSS/INS接收机在车内的安装方向
图3与图2对应的INS模块在接收机内部的安装方向
4 组合定位效果测试
以下图示，是司南M300 GNSS/INS接收机测试数据统计的结果。
●第一组楼宇之间的应用
测试地点：司南导航园区内。
环境描述：院内包含3幢5层楼房和1幢10层楼房，楼间距小于20米，安装M300 GNSS/INS的车在楼中穿梭三遍，然后统计结果。