移动测绘中，如何正确配置惯性导航系统（INS）

在本文中 我们 将介绍如何在移动测绘项目中配置惯性导航系统，重点针对 OXTS 惯性导航产品，涵盖路基平台和无人机等空中平台的安装方法，帮助您获得最佳测绘数据。 我们 OXTS 的产品设计尽可能简化了安装流程，包括天线布设、设备配置以及激光雷达测绘中的 Boresight标定步骤。

注意：本文旨在提供 OXTS 惯性导航硬件安装 的通用指导；有关如何配置我们设备的具体细节，请下载相关产品手册。

1) 安装前检查清单

首先，请确认您已经准备好所有必要组件， 包括 惯性导航设备、安装支架、测绘传感器、、GNSS 天线等。.

听起来 似乎显而易见， 但您必须确保平台上有足够空间安装 GNSS/INS 和 激光雷达LiDAR（对于 SWaP受限平台，例如无人机）。 您还需要一种连接传感器的方法；我们通常依赖网络交换机。

OXTS 提供各种各样的 辅助安装配件 可帮助您正确完成安装，包括车载安装支架 天线安装架等。另外， 卷尺也是必备工具，因为您需要测量各种组件之间的距离，并记录到配置文件中。

如果缺少某些组件，或者不确定需要哪些设备，OXTS 技术支持团队可以为您提供移动测绘中如何安装惯性导航系统。

下载我们的免费 移动测绘安装清单, 或者 联系我们 寻求建议

2) 硬件设置

第一步：INS 安装最佳实践

无论您使用何种平台，都必须确保测量传感器和 GNSS/INS 均牢固地安装在车辆上。安装目标是 避免 有什么动静 设备相对于 车辆或 GNSS 天线发生任何移动，否则会影响测量精度。 OXTS 推出的 RT-Strut（见下图）是将 GNSS/INS 稳固安装在汽车上的最简便方法之一。

查看我们全系列配件

根据您使用的平台，您可能还需要考虑射频（RF）和电磁（EM）屏蔽以及减震措施，这些因素都可能影响性能。 V减振 对于 任何 GNSS/INS 系统都十分重要。 如果 工作环境 存在 粉尘 水汽或强电磁干扰 情况，则建议选择具有特殊防护能力的产品，例如 RT3000 v4 DO-160.

步骤 2：天线安装位置

对于陆地移动测绘，我们始终建议采用双天线配置，因为这样能为您提供更佳的 航向精度 并支持 静止状态下的航向解算。对于航空测绘，除非您的机身有足够的空间，否则通常只能使用单个天线。 使用单根天线可能无法 获得 双天线方案 达到最高精度 但是 这对于 大多数移动测绘应用 达到最高精度 仍然足够 准确 mobile mapping ，尤其是在考虑大部分航空测绘项目都在GNSS完全可见的条件下进行。

在初始化单天线系统时，需要让载体沿直线运动，以便系统能够计算航向。 双天线设置可以让您无需移动即可进行初始化，使整个过程更加顺畅。

最佳实践是 将天线安装到离您的测量传感器尽可能远的地方，因为天线如果太近会干扰传感器。与 GNSS/INS 相同， 这对于 天线也必须牢固固定在载体结构上， 避免 相对 设备相对于 位移。同时应确保两根天线在同一水平面上安装，即保持水平对齐。

总结 

• 只要安装空间允许，优先采用双天线方案 
• 将天线尽可能远离传感器，以减少干扰 
• 确保双天线保持水平对齐

步骤 3：电源和线缆布设

OXTS GNSS/INS 设备配有一个电源适配器，可插入汽车仪表板上的 12v 插座。对于航空测绘，我们通常直接从无人机或无人机的电池为设备供电。

地面移动测绘系统通常 还会搭载多种 需要供电的传感器器，例如激光雷达（LiDAR）。这些传感器通常需要独立于 GNSS/INS 系统进行供电。在我们的测试系统中，激光雷达（LiDAR）通常由便携式电源组供电，当然也可以直接通过车辆电源供电。

线缆布设同样是需要考虑的重要因素在规划移动测绘惯性导航系统安装时。在航空测绘载荷中，电缆需要将设备连接到电源、相互连接，并在使用数据记录器时连接到数据记录器，同时不影响机身的运行能力（例如，不会导致旋翼无人机的旋翼缠绕）。对于陆地测绘来说，最具挑战性的部分可能是连接激光雷达LiDAR和 GNSS/INS。这是因为激光雷达LiDAR必须安装在车辆外部，而 GNSS/INS 通常安装在内部。

为了解决这一问题，OXTS 提供了专门设计的车顶安装方案，可将 GNSS/INS 与 LiDAR 一同安装在车外，从而避免复杂的内外部布线。如果不采用该方案，我们通常会将线缆从车窗或后备箱引出，并固定在车顶，以防止车辆行驶过程中松动。无论采用何种安装方式，关键在于确保线缆得到可靠固定，避免被车门挤压损坏、在行驶过程中松脱，或对连接器产生过大的机械应力。只要满足这些基本要求，系统通常都能够稳定可靠地运行。

总结 

• 确定 GNSS/INS 与测绘传感器采用独立电池供电，还是使用平台自身电源（如车辆 12V 电源）
• 线缆长度应满足设备连接需求，同时避免过长而影响平台运行。OXTS 提供多种线缆规格供选择
• - 对于车载测绘系统，可考虑将 GNSS/INS 安装于车外，以减少车内外穿线需求，简化系统布设

3) 设备配置

完成硬件安装后，移动测绘系统部署的下一步就是 配置设备。使用 OXTS 设备，这项工作通过 NAVconfig完成，NAVconfig是我们免费的数据后处理和可视化工具套件中的一部分， NAVsuite.

我们的支持文档将为您详细介绍每个可配置部件，但简单来说，NAVconfig 将引导您完成逐步配置过程，这样您就知道移动测绘中如何安装惯性导航系统。

1. 选择配置方式：使用已有配置、新建配置，或修改现有配置文件
2. 定义设备相对于载体的安装方向
3. 定义 GNSS 天线相对于惯性导航系统主机的位置
4. 配置无侧滑约束（No-Slip Constraints），提高 GNSS 信号减弱时的系统稳定性
5. 设置差分改正数据来源（RTK、NTRIP 或其他方式）
6. 如果使用 LiDAR，则输入激光雷达相关参数
7. 配置 GNSS/INS 的输出，包括输出数据格式是NCOM 或 UCOM (OXTS 专有数据 格式), 以太网、串行或CAN输出，是否接受CAN输入，以及配置触发信号（Trigger）机制
8. 配置时间同步详细信息（稍后详述）
9. 设置设备将如何初始化（静态初始化或动态初始化）
10. 定义GNSS环境（开阔天空、部分遮挡或频繁遮挡）
11. 定义环境的其他要素，例如振动水平、本地坐标系等

对于 车载移动测绘系统，我们推荐 也 横向高级防侧滑（Lateral Advanced Slip） 和 垂向高级防侧滑（Vertical Advanced Slip） 功能。 这些约束会将 GNSS/INS 的运动解算与车辆运动模型关联起来，从而减少车辆侧滑或颠簸对导航结果的影响，提高定位和姿态解算稳定性。

总结 

• 请按照 NAVconfig 中的步骤配置您的 GNSS/INS。请务必准确完成所有配置步骤
• 还需要配置测绘传感器，并将其与GNSS/INS同步以进行准确的数据收集

4) 传感器配置

正如您配置 GNSS/INS 一样，在搭建移动测绘系统时, 也必须完成测绘传感器的配置。这一点尤其重要，因为 OXTS 设备可以利用测绘传感器（特别是激光雷达 LiDAR）的数据，在 GNSS 信号较弱或受遮挡的环境中进一步提升定位与导航精度。

首先，请按照传感器用户手册中的所有配置步骤进行操作。如果您使用的是激光雷达传感器，则需要执行额外的两个步骤：

1. 在 NAVconfig 中输入 LiDAR 的品牌和型号。这使您能够将数据存储在 GNSS/INS 上（如果您想这样做且测量尺寸允许的话）（较大的测量可能收集更多数据）。. 
2. 在OXTS Georeferencer中，您需要输入激光雷达的杆臂参数（Lever Arm）

OXTS Georeferencer 是我们用于地理配准 LiDAR 数据的专业软件。它也是您处理 INS 和 LiDAR 数据以进行Boresight Calibration标定（见下文）的地方。

了解更多 OXTS Georeferencer

5) 时间同步

确保 所有传感器的授时同步，是保证最终测绘数据可用性的关键环节。 这里的关键是找到您的测绘传感器和与定位传感器（GNSS/INS）之间的通用同步协议。 localisation sensor.

OXTS GNSS/INS 设备支持多种同步类型，包括 PTP（Precision Time Protocol， 精密时间协议）， gPTP（Generalized Precision Time Protocol，广义精密时间协议），NMEA，和 PPS（Pulse Per Second，秒脉冲同步）。大多数 当前 激光雷达传感器支持PTP，较旧的型号支持PPS和NMEA。 PPS 和 NMEA 虽然能够实现高精度同步 但配置过程通常较为复杂 因此在大多数情况下，PTP 或 gPTP（Generalized Precision Time Protocol，广义精密时间协议） 将会被优先考虑.

此处的设置传感器之间 PTP 和 gPTP 同步的分步说明 – 功能指南：PTP 和 gPTP

6) Boresight calibration校准

对于那些使用激光雷达传感器进行测量的用户，例如来自 Hesai禾赛 或 Ouster的激光雷达），还有 最后一步 Boresight Calibration标定。Boresight 标定的作用是精确校准 GNSS/INS 与 LiDAR 之间的坐标系关系，从而确保最终生成的地理配准点云 达到最高精度 尽可能, 消除 模糊和重影（点云中的物体出现两次）经过 Boresight 标定前后的点云效果差异通常非常明显

在下面的前后对比中，您可以清楚地看到标定前的灯杆在点云中出现了两次（重影现象），标定后只保留一个准确位置。

要执行视轴校准，您在进行主要测量之前，您需要围绕一个标定靶标，完成一个简短的两分钟的数据收集。有两种类型的靶标可供您使用。第一种是专门的Boreisght校准目标，或者如果在墙壁或类似的平面附近进行测量，您可以使用这些进行标定。

在收集到所需数据后，您需要保存数据，然后开始主要的数据收集项目。在调查结束时，将您的LiDAR文件和导航数据文件上传到OXTS Georeferencer，并在Boresight Calibration标定功能中，点击‘Run Boresight Calibration’。然后，软件将自动计算您的LiDAR和GNSS/INS之间的角度偏移。这些偏差参数可以直接应用到 OXTS Georeferencer 中，用于修正传感器间的坐标系关系。最终结果是获得了一组无模糊、无重影的点云数据。

注意：您的设置保持不变，您可以在下一次数据采集项目中使用相同的使用相同的 boresight calibration校准数据。

总结 

• Boresight 标定能够精确校准 GNSS/INS 与 LiDAR 的坐标系关系，从而最大化测绘精度，并消除最终点云中的重影现象
• 标定过程仅需在正式测绘开始前进行约 2 分钟的数据采集，可使用专用标定靶标或墙体等平面结构作为参考目标
• 整个流程非常简单：将标定采集的 LiDAR 数据和 GNSS/INS 数据导入 OXTS Georeferencer，然后点击 “Run Boresight Calibration” 即可开始计算
• 软件会自动计算 LiDAR 与 INS 之间的安装角度偏差，计算精度可达到 0.1°（十分之一度） 级别，为后续生成高质量、无重影的地理配准点云提供可靠基础

7. 数据验证

在正式开展大规模测绘任务之前，最佳实践是先进行一次简短的数据采集测试，以验证整个系统的安装和配置是否正确。 验证过程中，最重要的工具是 NAVdisplay 以实时查看您的数据。NAVdisplay 可以实时显示：GNSS/INS 工作状态和采集的数据。. 通过实时监控，可以快速发现设备连接、配置或信号质量方面的问题。 同时，还可以检查各传感器之间的时间同步状态，确认系统不存在异常时间偏移

这是一个重要的步骤， 因为它经常能够发现一些 事先未预料到的问题。 我们建议您直接从设置和初始化开始，直到 后处理，这样可以确保整个工作流程中的每一个环节都经过验证， 并且清楚了解正式项目中将会获得什么样的结果。

总结

• 在正式测绘任务开始前，先进行一次短时间测试采集，以确认所有设备和参数均已正确配置
• 建议完整执行从数据采集到后处理的全部流程，以便尽早发现并解决潜在问题

8. 移动测绘惯性导航系统配置中的常见问题 以及解决方案

在帮助数千名客户设置设备后，我们的客户成功团队注意到了一些客户经常遇到的挑战。以下是这些挑战，以及如何避免它们。. 

• 时间同步问题

时钟同步可能很棘手且技术性强，但我们遇到的许多问题都是由于在未经阅读辅助传感器说明的情况下而做出假设造成的。请务必完整阅读说明，以免产生任何假设——并确保进行有条不紊的测试。. 

• 点云中的重影或模糊 

激光雷达测量员的“宿敌”——模糊图像或图像重影（也称为双重影像）——通常是由激光雷达与 GNSS/INS 坐标系之间的不准确引起的。这真正凸显了boresight calibration标定工具的重要性，因为它是确保您的坐标系测量准确的唯一方法——而仅凭肉眼很难做到这一点。

• 城市峡谷中的定位漂移 

移动测绘系统不应仅限于在开阔天空环境下运行。然而，在许多情况下，一旦 GNSS 信号消失，定位漂移会迅速失控，导致数据无法使用。移动测绘系统的真正价值在于其收集精确数据的能力，无论是否有 GNSS。为了对抗定位漂移，OXTS gx/ix 算法将 GNSS 和 IMU 数据紧密耦合，以确保在测量过程中将定位漂移控制在范围内。.

如果您需要更多支持，我们就在这里。

我们设计 GNSS/INS 设备的目标是使其成为高精度传感器的设置尽可能简单。但我们知道，不同的移动测绘设置会产生独特的环境和挑战，这些挑战并不总是有显而易见的解决方案。对于这些情况，我们的全球支持团队随时为您提供建议和指导，以确保您的工作顺利进行。. 

要就如何设置您的OXTS GNSS/INS 以进行移动测绘提出问题，请点击下方。.

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