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GNSSとIMUのタイトカップリング - なぜそれが重要なのか?

業界関連記事 2022年12月6日

GNSSとIMUのタイトカップリング - なぜそれが重要なのか?

自動車テストは、ますますプルービング・グラウンドから一般道路に移行しつつあります。 ロボット軸が密集した都市環境を航行し、OEMやティア1が都市部や農村部の道路でADASセンサーやシステムを検証する必要があるため、正確な位置特定は公道での自動車テストが直面する最も大きな問題の1つとなっています。

オープンスカイの条件下では、最新のGNSS受信機でセンチメートルレベルの精度を達成することは非常に簡単です。これは、補正のために基地局などを使用する場合に特に当てはまります。しかし、空が部分的に隠れている場合は、正確な位置の固定を維持することが困難になることがあります。ビル、木、橋、その他の障害物は、一般道路でテストする際に問題となる可能性があります。

マルチパス

高層ビルが立ち並ぶ典型的な街並み

もう一つの問題は、特に都市部では、衛星信号が建物によって完全に遮断されたり、偏向されたりする傾向があることです。反射された「マルチパス」信号は、擬似距離の計算に大きな誤差を生じさせ、報告された位置に誤差を生じさせる可能性があります。

これを回避する1つの方法は、単純により多くの衛星を追尾することです。 最近追加されたBeiDou衛星とGalileo衛星GNSS受信機は、GPSとGLONASSしか追跡できない古い受信機に対して、これらの追加衛星を追跡できる大きな利点があることを意味します。 もし受信機が4つの衛星を追尾していて、1つが反射信号で利用できた場合、受信機はこの悪い信号を使用する必要があります。そのため、不正確な位置を計算する必要があります。また、残りの3つの衛星から位置を計算することができないため、この信号は破棄されます。

その代わりに、1つの反射信号を含む10個の衛星を追跡できた場合、他の9個のデータで10個目の衛星の誤差を認識し、それを破棄するのに十分かもしれません。 また、マルチパスの問題がない場合でも、より多くの衛星を追尾できることで、空が部分的に遮蔽されている場合でも、最小限の衛星数(SPSモードでは4個、RTKでは6個)を視認し続けることが容易になります。

また修正?

これを回避するもう一つの方法は、GNSSとIMUのタイトカップリングです。 初期位置の確定が行われると、IMUは他の有効な衛星解を拘束するために使用することができます。これにより、可能な限り直接信号のみを使用し、マルチパス信号を破棄することができます。

 

タイトカップリングはどのように機能するのですか?

例えば、大きなガラス張りの建物の前を車が走っているとします。 そうすると、追跡していた衛星信号が直接受信され始め、位置が判明します。 IMUからの推測航法(IMUのドリフトを考慮した誤差を含む)により、車両の「最も近い」位置を計算することができます。 もし、建物の片側から信号を受信した場合、この「マルチパス」エラーによって計算された位置は、この最も近い位置から外れてしまうので、この悪い信号は破棄することができます。

さらに、位置固定を維持するために4つの衛星が必要な場合(RTKを維持するためには最低6つ)、個々の衛星は、IMUドリフトを減らすことができる有用な位置データを依然として提供することができます。 この「シングルサテライトアシスト」は、利用できる衛星が3つ以下の場合に位置を維持するために使用することができ、また、橋やトンネルなどの障害物を通過した後にRTKロックをより迅速に取得できる「慣性リロック」にも有効です。

gx/ix データシート・イメージ

データシートを読む

 

これら 2 つの密結合のモードを gx と ix と呼ぶ。 これらを総合すると、gx/ix タイトカップリングは、マルチパスや障害物の多い上空が密集した都市環境において、疎結合のシステムに対して大きな優位性を持ちます。

OxTS はこのほど、gx/ix タイトカップリングを4つすべての星座に導入し、最高のソリューションを提供します。 これをテストするために、ロンドン中心部をドライブすることが実施されました。 このドライブには、トンネルや密集した都市の峡谷が含まれていました(下図参照)。

図1:500m級の高層ビルに隣接する片側一車線の道路。
図2:同じ片側一車線の道路から見た空の様子。

ドライブ中に収集されたデータは、異なるポジションモードで後処理されました。

  1. GNSS受信機が利用可能な衛星から位置を計算する受信機モード(疎結合)
  2. gx/ix 4つの星座をすべて追跡する密結合モード
  3. 受信モードとgx/ix を併用し、両者の長所を生かした混合モード

 

図3:ガーキンビル付近の様子

ロンドン市内は、ガラス張りの高層ビルに囲まれた片側一車線の道路が密集した都市型峡谷で、4つの星座をすべて追跡するINS(下の図3の緑線で示す)でも、信頼できる位置固定を維持することはできませんでした。 図1と図2の道路(ガーキンビルの隣)では、疎結合のシステムはしばしばIMUの推測航法に頼り、時にはマルチパスのために位置が大きくジャンプすることも経験しました。

混合モードで処理した場合(下の赤い線で表示)、この最も困難な区間でも位置はレーンレベルの精度を維持し、1メートル未満の誤差しか計算されないことがわかります。 一方、受信機モードでは、平均して1.5メートル以上の誤差が計算されました(この特定の区間ではさらに悪化)。 ミックスモードとクワッドモード(gx/ix タイトカップリング)の組み合わせは、両方の長所を生かし、最も困難なエリアでも正確なデータを提供することができます。

OxTS gx/ix™タイトカップリング技術の詳細はこちら

厳しいGNSS条件下で、gx/ix 、どのように位置を改善することができますか?

Gx/ix OxTS NAVsuite NAVsuite は、自動車試験エンジニアやサーベイヤーが INS データの設定、監視、後処理、分析に必要なツールを提供する の無料ソフトウェアスイートです。最高のデータを作成することができます。OxTS

世界中の自動車試験エンジニアがフラッグシップモデルであるINSを使用しています。 RT3000INSは正確な位置決めと真値測定に使用され、測量では Survey+xNAV650は測位とジオリファレンス用途に使用されています。

OxTS INS デバイスでgx/ix を有効にすると、GNSS 条件が困難な場所での位置精度が改善されます。

自動車試験や調査プロジェクトで、厳しいGNSS環境下でも正確な位置が必要ですか?INSとgx/ix の見積もり依頼はこちら - 。 見積もりを依頼する

ロバート・ゴフ
プロダクトエンジニア。OxTS

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