缩短积分时间可以提高航位推算导航系统的精度

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1、缩短积分时间可以提高航位推算导航系统的精度作者：BenWang汽车航位推算(DR)导航系统采用一个陀螺仪(gyro)来推算车辆的即时航向。借助该信息再加上行驶的距离，导航系统可以正确确定车辆的位置，即使卫星信号因拥挤的城区环境或隧道而受阻时亦是如此。在DR导航中使用陀螺仪的一个重大挑战是，卫星信号可能会丢失较长时间，结果使累积角度误差过大而无法精确定位车辆。本文为这个问题提出了一种简单的解决办图2.使用ADXRS810评估板测得的速率。法。（注：角度误差未按比例绘制。）DR导航的工作原理用低通滤波

2、器(LPF)缩短积分时间图1所示为DR导航的基本工作原理。一个陀螺仪测量车辆的降低角度误差的传统方法将重点放在减小en上，但当今的数字旋转速率，单位为度/秒。代表车辆即时航向的角度通过计算旋陀螺仪的速率误差规格已处于非常低的水平。例如，转速率的时间积分而求得。结合航向和行驶距离，可以确定车ADXRS810的灵敏度为80LSB/°/秒，失调为±2°/秒，抗冲击性辆的位置，如图中的红线所示。为0.03°/秒/g，改善空间有限。另外，en的补偿算法非常复杂。与诸如电子稳定控制(ESC)等其他应用相比，D

3、R导航系统中的陀螺仪可以长期运行，例如车辆行驶通过长隧道时GPS信号就不会丢失。在DR导航应用中，较长的运行时间会导致角度误差变大。如果可以缩短积分时间，则可以显著降低累积角度误差。当陀螺仪不旋转时，速率输出较小，但因陀螺仪噪声的影响，输出不是零。ADXRS810具有超低的陀螺仪噪声和超高的灵敏度，只需设置相应的阈值，即可轻松过滤掉数字域中的噪声。这一过程等效于低通滤波，因为与旋转导致的速率输出相比，陀螺仪速率噪声处于高频区。图1.DR导航的工作原理图3所示为图2的LPF版本，其中，小于1°/s的

4、所有速率样使用数字陀螺仪时，积分速率可以表示为速率样本和与采样间本均归零处理，因此在速率积分时忽略不计。剩下的积分时间，隔之积：被认为是有效积分时间，只相当于总积分时间的16%左右。如此可以大幅缩短积分时间。结果，累积角度误差也显著降低，如图中的红线所示。其中，ri为陀螺仪检测到的速率，n为样本数，τ为采样间隔。随时间累积的角度误差可以表示为：其中，ei为各样本的速率误差，n为样本数，τ为采样间隔。根据该公式，随着所需积分时间变长，累积误差变大，如图2所示。这些速率样本（用带ADXRS810高性能

5、角速率传感器的评估板测得）模拟的是共含有3300个速率样本的DR导航系统。蓝线表示陀螺仪速率样本；红线表示累积角度误差。显然，累积角度误差随时间而变大。图3.使用ADXRS810评估板和数字LPF测得的速率。（注：角度误差未按比例绘制。）AnalogDialogue47-07www.analog.com/zh/analogdialogue1图4.未经过滤的车载陀螺仪速率样本。图5.使用LPF后的车载陀螺仪速率样本。（注：角度误差未按比例绘制。）（注：角度误差未按比例绘制。）在实际应用中，车辆方向盘

6、一般位于零度处。因此，可以通过ADXRS810高性能、低成本数字陀螺仪采用ADI公司的新型忽略来减少陀螺仪速率的有效积分时间，如图3所示实验中所MEMS技术，是车载DR导航应用的上佳选择。该陀螺仪采用做的那样。图4所示为来自真实车载测试的陀螺仪速率样本。超小型封装，具有低失调、低噪声和高速率灵敏度的特点。采在隧道中行驶大约180秒，则需要180秒的速率积分时间。如用芯片集成温度补偿技术，无需使用外部温度传感器，同时简果不使用LPF过程，则180秒内累积的误差可能高达4°，该化了温度补偿算法。其超高

7、的抗冲击和抗振动能力对汽车应用值太大，导致无法正确确定车辆在隧道中的位置。采用LPF具有十分重要的意义。过程，将阈值设为0.5°/秒，则有效积分时间缩短至84秒，减作者简介幅达53%左右。累积误差降至约0.5°，如图5所示。设置LPF阈值时，可以根据具体应用所需要的精度来定。BenWang[ben.wang@analog.com]是ADI公司中国深圳的现场应用工程师(FAE)，毕业于湖南结论大学。他于2009年6月加入ADI公司，此前在如今的数字陀螺仪具有出色的规格特性，因此，其性能的提升Nati

8、onalSemiconductor工作过六年。余地有限。在车载DR导航系统以及要求长积分时间的其他应用中，通过设置LPF阈值来缩短积分时间是一种简单但有效的精度提升方法。2AnalogDialogue47-07