主页 案例分析 Ellipse-N,用于自动驾驶赛车的 INS/GNSS

自主赛车

AMZ 选择了轻巧且小型的 Ellipse-N INS,用于运动、设备同步和车辆动态分析。

“我们需要一个坚固耐用的高端惯性导航系统,它可以简化传感器融合的任务,例如与 LiDAR 的融合。” | Miguel de la Iglesia Valls,团队成员

INS车辆
AMZ 赛车

德国大学生方程式大赛首次引入了无人驾驶类别,赛车必须经过改装才能在没有任何人为干预的情况下行驶。

AMZ 决定接受这一挑战,并准备了“flüela”,这是他们 2015 年用于比赛的赛车,使其成为无人驾驶赛车。 对于 AMZ 团队来说,在设计无人驾驶车辆时,IMU 和 GPS 是传感器套件的核心组成部分。

SBG Ellipse-N 轻巧小巧,是同类产品中最精确的,并且根据 AMZ 团队的说法,它更容易连接。该团队还对输出位置数据的质量感到惊讶。 Ellipse-N 融合了惯性数据和位置信息,即使在 GNSS 中断的情况下也能实现连续的轨迹。

根据 AMZ 团队的说法,这是一个艰难的测试季,有非常炎热的天气、极度多雨的天气、大量的振动、安装、拆卸、插拔。传感器从未失效。每个 SBG 惯性传感器都在动态和温度(-40° 至 80°C)下进行了校准,以确保在各种条件下都能保持稳定的性能。

该团队成功地:

  • skidpad第一名(以尽可能快的速度在稳定状态下转弯的能力)
  • 在赛道驾驶中排名第一(在标有锥桶的未知赛道上比赛)
  • 加速度(衡量汽车快速加速的能力)中的第二位。
AMZ 团队
AMZ 团队。| 来源:AMZ

整个赛事包括静态科目,团队在这些科目中也取得了不错的成绩:工程设计和成本第一名,自主设计第二名,商业计划展示第三名。

SBG Ellipse-N 提供 0.1° 的横摇和纵倾,0.5° 基于 GPS 的航向以及米级的 GNSS 位置(在本例中为 GPS + GLONASS 星座)。

“我们对陀螺仪的质量感到惊讶。我们团队和我们大学的任何人都无法相信我们所经历的微小漂移” De la Iglesia Valls 先生说。AMZ 团队也对输出位置数据的质量感到惊讶。

Ellipse-N 集成了 GNSS 接收器,并实时融合惯性数据和位置信息,即使在 GNSS 信号中断的情况下也能实现连续轨迹。

还为陆地应用开发了其他算法,以进一步提高惯性传感器的性能和鲁棒性。鲁棒性是只有在它不存在时才会注意到的事情之一。

根据 AMZ 团队的说法,这是一个艰难的测试季,有非常炎热的日子、非常多雨的日子、大量的振动、安装、拆卸、插入、拔出。传感器从未发生故障。

这种可靠性也归功于广泛的工厂校准。每个 SBG 惯性传感器都在动态和温度方面进行了校准; Ellipse-N 陀螺仪、加速度计和磁力计的偏差经过校正和校准,范围从 -40° 到 80°C,以便在各种条件下保持恒定的性能。

无人驾驶赛车
AMZ 无人驾驶赛车
0.0 5 °
横滚和俯仰 (RTK)
0. 2 °
航向精度(RTK高动态)
1 cm
RTK GNSS 定位
47
INS 总重量

Ellipse-N

Ellipse-N 是一款紧凑型高性能 RTK 惯性导航系统,集成了双频、四星座 GNSS 接收器。此外,它还提供横摇、纵倾、航向、升沉和厘米级 GNSS 定位。

Ellipse-N 传感器适用于动态环境和恶劣的 GNSS 条件。此外,它还可以在使用磁航向的较低动态应用中有效运行。

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Ellipse N INS Unit Checkmedia

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AHRS 和 INS 之间有什么区别?

姿态和航向参考系统 (AHRS) 与惯性导航系统 (INS) 之间的主要区别在于它们的功能和提供的数据范围。

 

AHRS 提供方向信息,特别是车辆或设备的姿态(俯仰、横滚)和航向(偏航)。它通常使用陀螺仪、加速度计和磁力计等传感器的组合来计算和稳定方向。AHRS 输出三个轴(俯仰、横滚和偏航)中的角位置,使系统能够了解其在空间中的方向。它通常用于航空、无人机、机器人和船舶系统中,以提供准确的姿态和航向数据,这对于车辆控制和稳定至关重要。

 

INS 不仅提供方向数据(如 AHRS),还跟踪车辆随时间推移的位置、速度和加速度。它使用惯性传感器来估计 3D 空间中的运动,而无需依赖 GNSS 等外部参考。它结合了 AHRS 中的传感器(陀螺仪、加速度计),但也可能包括更高级的位置和速度跟踪算法,通常与 GNSS 等外部数据集成以提高精度。

 

总而言之,AHRS 侧重于方向(姿态和航向),而 INS 提供全套导航数据,包括位置、速度和方向。

IMU 和 INS 之间有什么区别?

惯性测量单元 (IMU) 与惯性导航系统 (INS) 之间的区别在于它们的功能和复杂性。
IMU(惯性测量单元)提供由加速度计和陀螺仪测量的车辆线加速度和角速度原始数据。它提供横摇、纵倾、偏航和运动信息,但不计算位置或导航数据。IMU 专门设计用于传输关于运动和姿态的关键数据,供外部处理以确定位置或速度。
另一方面,INS(惯性导航系统)将 IMU 数据与先进算法结合,以计算车辆随时间变化的位置、速度和姿态。它集成了卡尔曼滤波等导航算法,用于传感器融合和集成。INS 提供实时导航数据,包括位置、速度和姿态,无需依赖 GNSS 等外部定位系统。
这种导航系统通常用于需要全面导航解决方案的应用中,特别是在 GNSS 拒止环境中,例如 军用无人机、船舶和潜艇。

什么是 GNSS 与 GPS?

GNSS 代表全球导航卫星系统,GPS 代表 全球定位系统。这些术语经常互换使用,但它们在基于卫星的导航系统中指的是不同的概念。

GNSS 是所有卫星导航系统的统称,而 GPS 则特指美国的系统。GNSS 包含多个系统,提供更全面的全球覆盖,而 GPS 只是这些系统中的一个。

通过集成来自多个系统的数据,您可以通过 GNSS 获得更高的精度和可靠性,而仅使用 GPS 可能会受到卫星可用性和环境条件的限制。