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RT3000 vs. GPS-exklusiver Geschwindigkeitsvergleich

Anwendungshinweise 28. November 2014

Vor kurzem sind zwei neue Technologien zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit entstanden, GPS und inertiale Navigationssysteme (INS). In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf die Unterschiede zwischen den Geschwindigkeitsmessungen von GPS und denen des inertialen Navigationssystems RT3000.

RT3000-Technologie

Der RT3000 verfügt über drei Drehratensensoren (Kreisel), die den Kurs, den Neigungs- und den Rollwinkel des Fahrzeugs verfolgen. Er verfügt über drei Beschleunigungsmesser, die die X-, Y- und Z-Beschleunigungen des Fahrzeugs messen. Anhand der Winkel wird eine "virtuelle" ebene Plattform berechnet, so dass die Nord-, Ost- und Abwärtsbeschleunigungen berechnet werden können; diese werden dann integriert, um Geschwindigkeit und Position zu ermitteln.

Die Integration von Sensoren führt zu einer Drift, daher verwendet der RT3000 GPS zur Korrektur der Drift. Mit einem erweiterten Kalman-Filter kann der RT3000 die Drift in Geschwindigkeit und Position korrigieren. Der Kalman-Filter ist auch in der Lage, die Sensorfehler und die Winkel von Richtung, Neigung und Rollbewegung zu korrigieren.

GPS-Technologie

Moderne GPS-Empfänger in Überwachungsqualität messen die Geschwindigkeit, indem sie die Trägerphase des Signals vom Satelliten verfolgen. Bäume, Gebäude und Brücken behindern das direkte Wegsignal der Satelliten und verhindern so die Berechnung der Geschwindigkeit.

Bei diesen Tests wurde ein hochwertiger, ungefilterter 20 Hz-GPS-Empfänger für die Erfassung der GPS-Messungen verwendet.

RT3000-Geschwindigkeit

Da der RT3000 seine Beschleunigungsmesser zur Ausgabe der Geschwindigkeit verwendet, ist das Geschwindigkeitsrauschen sehr gering. Die Beschleunigungsaufnehmer führen zu einem kurzzeitigen Geschwindigkeitsrauschen von etwa 1 mm/s über einen Zeitraum von 1 Sekunde. Die Langzeitdrift ist der dominante Fehler, der die Genauigkeit beeinträchtigt; der Kalman-Filter wendet die GPS-Korrekturen reibungslos an, um das Kurzzeitrauschen klein zu halten.

Die Langzeitgenauigkeit der RT3000-Geschwindigkeit ist die gleiche wie die Langzeitgenauigkeit der GPS-Geschwindigkeit. Für das RT3100-System beträgt sie 0,1 km/h und für das RT3002-System 0,05 km/h.

Der RT3000 hat keine Sprünge oder Spitzen in Verbindung mit reinen GPS-Systemen. Er hat eine viel höhere Bandbreite als ein reines GPS-System und viel weniger kurzzeitiges Rauschen. Auf Grafiken hat er ein viel glatteres Erscheinungsbild.

Der RT3000 ist auch in der Lage, die Vorwärts- und die Seitenkomponente der Geschwindigkeit genau zu trennen, was reine GPS-Systeme nicht leisten können.

Beispieldaten

In diesem Artikel haben wir uns fünf diskrete Situationen angesehen und die Geschwindigkeitsausgabe des RT3000 mit der von nur GPS verglichen.

Bei jedem der Tests haben wir uns die Ergebnisse im Freilauf des Fahrzeugs angesehen. Dies macht es leicht, die beiden Messungen zu vergleichen. Die Tests wurden auch im Winter durchgeführt, wenn die Baumbedeckung weniger Einfluss auf das GPS hat.

Der RT3000 wurde aus Gründen der Bequemlichkeit in der Türablage montiert, eine bessere Lösung wäre die Verwendung einer RT-Strebe gewesen, aber diese war nicht erhältlich. Für genaue Messungen von Neigung, Rollen, Schräglaufwinkel und Beschleunigung sollte er starr montiert werden.

Der Nachmittag, an dem die Tests durchgeführt wurden, war ein guter Nachmittag für GPS, da zwischen 10 und 12 Satelliten unter freiem Himmel sichtbar waren. Das hilft der GPS-Leistung, tut aber dem RT3100-System wenig Gutes.

Open-Sky. Im Open-Sky-Betrieb schneidet das reine GPS sehr gut ab. Die GPS-Daten sind sehr rauscharm und die beiden Systeme lassen sich sehr gut vergleichen.

Einzelner Baum. Wenn das GPS einen einzelnen Baum passiert (etwa 8 s in den Graphen), ist es möglich, eine Zunahme des GPS-Rauschens zu sehen. Die RT3000-Messungen bleiben rauschfrei.

Teilweise Abdeckung. Eine teilweise Abdeckung kann unterschiedliche Auswirkungen auf das GPS haben, je nachdem, wie viele Satelliten betroffen sind. Im Sommer ist der Effekt größer, da die Blätter das Signal der ungehinderten GPS-Satelliten reflektieren.

Dichte Deckung. Einige Straßen haben eine so dichte Abdeckung, dass GPS nicht sehr viele Messungen durchführen kann, und die durchgeführten Messungen sind schlecht.

Brücke. Unter Brücken ist das GPS für einen Moment verloren. (Dies ist eine große Brücke und kein GPS hat eine Chance, darunter Messungen durchzuführen). Der RT3000 misst die Verlangsamung bis zur Beschleunigung ohne das GPS-Signal genau.

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