1、車載組合導航系統 ( Car Integrated Navigation System)GI-100用戶手冊V1.6 上海航姿測控科技有限公司2016年12月15日1系統介紹11.1產品概述11.2產品特點11.3產品優點11.4產品應用22 設計原理23電器特性43.1極大值參數43.2電器特性44性能指標55機械尺寸與引腳定義65.1機械尺寸65.2引腳定義76 推薦電路86.1推薦PCB封裝86.2推薦參考電路87坐標系和安裝方位97.1坐標系97.2 安裝方位98使用說明108.1傳感標定108.2通信接口108.3通信頻率108.4 通信協議108.5 控制命令119注意事項1210

2、固件升級1310.1 winxp系統1310.2 win7系統15附錄：171 GPGGA172 GPRMC183 GPATT191系統介紹1.1產品概述GI-100是一款高性能的面向車載導航領域的車載組合導航系統，系統包含高性能的同時支持北斗和GPS的衛星接收機芯片、三軸陀螺儀、三軸加速度等；通過在線的自適應組合導航算法，GI-100提供實時高精度的車輛定位、測速和測姿信息，在GNSS系統的信號精度降低甚至丟失衛星信號時，不借助里程計信息，GI-100利用純慣性導航技術，也可在較長時間內單獨對汽車載體進行高精度定位、測速和測姿。圖1. GI-1001.2產品特點Ø 元件選型：高性能

3、三軸陀螺儀和三軸加速度計；Ø 誤差補償：完成正交誤差/溫度漂移等誤差補償；Ø 唯一防盜：每個產品標定參數均不一致防盜版；Ø 物理尺寸：緊湊模塊化設計可節省用戶產品空間；Ø 通信協議：即插即用的標準通信協議NEMA0183；Ø 工程安裝：無安裝角度要求方便用戶車載安裝；Ø 亞米級：支持RTCM2.3協議/復雜環境亞米級導航；1.3產品優點Ø 陀螺漂移：消除陀螺漂移獲高精度姿態航向信息；Ø 加速噪聲：消除震動加速度獲高精度速度信息；Ø 零速修正：零速修正算法可防止導航數據漂移；Ø 軟件算法：基于自適

4、應的擴展卡爾曼濾波算法；Ø 智能識別：識別并隔離有較大誤差的GNSS數據；Ø 擺脫里程計：利用純慣性導航實現高精度定位；Ø 導航技術：組合導航和純慣導航技術自主切換；1.4產品應用Ø 車輛高精度導航Ø 公交車智能交通Ø 車輛遠程監控2 設計原理圖2.設計原理圖衛星導航系統： 衛星導航系統具有實現全球、全天候、高精度的導航等優點；但衛星導航系統容易收到周圍環境的影響，例如樹木樓房等，造成多路徑效應，使得定位結果精度降低甚至丟失，尤其是在隧道等室內環境中，衛星導航系統基本無法使用。另外，即使在空曠的環境下，當載體速度非常低時，衛星導航系統

5、獲得載體方位信息（航向角）也會產生較大誤差。慣性導航系統:慣性導航是以牛頓力學定律為基礎，通過測量載體在慣性參考系的加速度，將它對時間進行積分，且把它變換到導航坐標中，就能夠得到在導航坐標中的速度、偏航角和位置等信息，同時可以獲得載體的載體信息。但慣性導航系統由于陀螺儀零點漂移嚴重，車輛震動等因素，致使無法通過直接積分加速度獲得高精度的方位和速度等信息，即現有的微慣性導航系統很難長時間獨立工作。組合導航系統：衛星/慣性組合導航充分利用慣性導航系統和衛星導航系統優點，基于最優估計算法卡爾曼濾波算法融合兩種導航算法，獲得最優的導航結果；尤其是當衛星導航系統無法工作時，利用慣性導航系統使得導航系統繼

6、續工作，保證導航系統的正常工作，提高了系統的穩定性和可靠性。擺脫里程計常規車載導航系統往往依靠里程計和陀螺儀的DR方案，實現汽車復雜環境下的高精度導航定位，里程計信號對于很多汽車后裝市場而言，連接非常復雜，而且涉及汽車安全問題。經過多年的研發，在GNSS系統的信號精度降低甚至丟失衛星信號時，GI-100系統完全擺脫了對里程計依賴，僅僅利用純慣性導航技術，也可在較長時間內單獨對汽車載體進行高精度定位、測速和測姿，與市場上現有的相關產品相比，性能得到了較大地提升。當然，GI-100系統可以連接里程計信號，將會獲得更好的性能指標。車輛姿態角 GI-100導航系統利用多年對MEMS慣性器件的研究經驗，

7、通過自適應濾波算法實現了對陀螺儀漂移和加速度震動信號的濾波，并進一步可以獲得高精度的姿態信息，從而可以滿足坡道檢測等車輛監控和導航應用的各種需求。GI導航系統 GI-100導航系統提出了衛星導航精度的智能識別算法，基于組合導航提供的高精度導航信息，對衛星導航的定位精度進行識別，如果衛星導航精度較好，則進行組合導航，一旦發現衛星導航信號非常差甚至丟失信號，則進行純慣性導航，總之，GI-100導航系統實現了組合導航和純慣性導航的自主切換。3電器特性GI-100導航產品的電器特性：3.1極大值參數參數指標單位電源電源電壓3.3V環境操作溫度度存儲溫度度3.2電器特性參數指標單位電氣輸入電壓Vdd3.

8、0-3.3V電流150【1】mA功耗450mW時間上電到第一個有效數據時間<30S1特別強調：本產品內部有復雜的組合導航算法，所以功耗比一般的導航模塊高，請再設計硬件電路過程中，一定給本產品預留足夠的功耗，即電流不小于150mA。4性能指標里程計時GNSS信號丟失時間接收機定位方式水平位置1水平速度1俯仰橫滾角1航向角15秒標準定位1.0-2.0m0.05m/s0.3deg1.010秒標準定位N/A N/AN/A30秒標準定位3.0mN/AN/AN/A60秒標準定位5.0m0.30m/s0.4deg1.0deg1. 一倍標準差（1）無里程計時GNSS信號丟失時間接收機定位方式水平位置1水

9、平速度1俯仰橫滾角1航向角15秒標準定位0.05m/s0.5deg1.010秒標準定位10.0mN/A N/AN/A60秒標準定位25.0mN/AN/AN/A120標準定位60.0m0.5m/s1.0deg2.0deg1.一倍標準差（1）GPS部分性能參數指標接收機類型72通道ublox M8引擎GPS L1C/AGLONASS L1OFBeiDou B1TTFF冷啟：27s溫啟：3s熱啟：1s輔助啟動：5s靈敏度跟蹤定位：-165dBm重捕獲：-160dBm冷啟動：-148dBm溫啟動：-148dBm熱啟動：-156dBm水平定位精度自主定位：2.5mSBAS：2.0m授時精度RMS：30n

10、s99%：60ns速度精度0.05m/s航向精度0.3degrees操作限制動態<=4g高度<=50,000m速度<=500m/s5機械尺寸與引腳定義5.1機械尺寸5.2引腳定義圖4 引腳定義PIN NO.管腳定義使用說明PIN NO.管腳定義使用說明1TXD2 串口發送/復用速度脈沖接收15GND電源地2RXD2 串口接收/復用ODO方向標識（1=向前）16RF_INGPS_RF輸入3TXD1串口發送17GND電源地4RXD1 串口接收18NC懸空5NC懸空19NC懸空6VCC20NC懸空7GND電源地21GND電源地8NC懸空22NC懸空9NC懸空23NC懸空10RESE

11、T#模塊復位，低電平有效。不用時，懸空24VDDUSBUSB電源11V_BCKP備份電池，2.8V-3.3V。不用時，可以懸空25USB_D-USB數據-12NC懸空26USB_D+USB數據+13GND電源地27EXTINT1速度脈沖14GND電源地281PPS1秒信號輸出6 推薦電路6.1推薦PCB封裝6.2推薦參考電路7坐標系和安裝方位7.1坐標系GI的坐標系如圖5所示，XYZ(前側上)軸滿足右手定則。圖5 GI-100的坐標系7.2 安裝方位GI-100安裝方式大致如圖6所示，沒有嚴格安裝角度限制，大致如此即可，從而方便用戶車輛安裝。圖6 GI-100安裝方式8使用說明8.1傳感標定由

12、于芯片制造工藝等問題，每個GI-100的各個傳感器元件（三軸陀螺儀、三軸加速度計）的零點、靈敏度和溫漂等參數都不一樣，為了使每個GI-100達到相同的性能指標，出廠前已經對GI-100的各個傳感器元件進行了各種誤差補償。每個產品的傳感器元件標定參數均不一樣，如果采用相同的參數，將會造成較大的導航誤差，這種唯一性可用于防止了系統盜版，從而提高了用戶產品的可靠性。8.2通信接口GI-100系統提供了兩個串口，其中，串口1用于發送衛星信息和接收差分信息，串口2用于接收里程計信息。兩個串口都不提供硬件握手方式，且采用8位數據位、0位奇偶校驗位，1位停止位（8-N-1）方式，波特率默認為9600,可根據

13、用戶要求，可以修改為115200。8.3通信頻率目前，系統支持輸出1hz和5hz的數據刷新頻率，默認頻率為1HZ。8.4 通信協議目前，GI-100系統輸出常見的NMEA0183協議，例如：GPGGA、GPRMC，GPGSV, GPGSA，另外，為了輸出汽車姿態信息，GI-100系統定義了一組通信協議GPATT。8.5 控制命令 目前，GI-100系統支持通過控制命令實現如下功能：類型類型屬性通信協議默認值備注1log ghigh實現5HZ輸出結果請見輸出協議2log gpins使能慣性導航默認使能結果請見協議GPATT3log gpgsv打開GPGSV,GPGSA結果請見輸出協議4log g

14、4800選擇4800結果請見輸出協議5log g9600選擇9600默認9600結果請見輸出協議6log g1920選擇19200結果請見輸出協議7log g3840選擇38400結果請見輸出協議8log g1152選擇115200結果請見輸出協議9log gpgga選擇幀頭GPGGA結果請見輸出協議10log gngga選擇幀頭GNGGA默認結果請見輸出協議11log gpzda打開GNZDA結果請見輸出協議12log gpatt打開GPATT默認結果請見輸出協議20unlog ghigh實現1HZ輸出默認1HZ結果請見輸出協議21unlog gpins關閉慣性導航詳情請見GPATT22un

15、log gpgsv關閉GPGSV,GPGSA默認關閉結果請見輸出協議23unlog gpzda關閉GNZDA默認關閉結果請見輸出協議24unlog gpatt關閉GPATT默認關閉結果請見輸出協議備注：（1） 命令全部為小寫字母；（2） log和unlog后面有一個空格鍵。9注意事項 GI-100系統作為一款高性能的車載組合導航系統，在使用過程中，也需要用戶注意一些使用事項，如表：序號準備工作重要性1上電前，大致按著圖5安裝，無具體安裝角度要求；必須2上電前，固連車體和GI-100；必須3上電后，不能再移動GI-100；必須4車體移動前，確保用戶GPS/BD系統輸出規定的協議必須序號組合導航初

16、始化過程重要性1上電后，靜止5-10秒以上，完成導航系統的姿態初始化；必須2汽車移動后，盡量保持GI-100導航系統在空曠的地方行駛一定時間，進行組合導航系統的算法收斂，然后在進入隧道等復雜環境下進行測試。進一步說明：總結：組合導航系統初始化過程，建議車輛首先在無遮擋的環境下行駛大約幾分鐘，然后再進入有遮擋環境下，組合導航系統的定位效果才會好。10固件升級為了方便用戶使用，本產品支持串口升級固件功能，我方將提供了sourceCRT軟件進行升級，具體步驟如下：1、設置sourceCRT通信參數如圖所示：2、sourceCRT設置后，通過鍵盤輸入字符UPSOFT，進入固件升級菜單，如圖所示：3、通

17、過鍵盤輸入字符1，進入固件升級流程，在菜單中選擇“傳輸”，并在文件名里面選擇待升級固件bin文件，在協議欄里面選擇“發生YMODEM”，然后點擊“確定”（在升級完畢前保持電源），過程如圖所示：4、當顯示“Programming Completed Successfully!”字樣時，固件升級成功。附錄：1 GPGGA例如：$GPGGA,062938.00,3110.4700719,N,12123.2657056,E,1,25,0.6,58.9666,M,0.000,M,99,AAAA*50編號名稱描述符號舉例1 $GPGGALog header $GPGGA2 utcUTC時間 (時/分/秒)

18、 hhmmss.ss202134.00 3 lat緯度：-9090度llll.lllllll3110.46939034 latdir緯度方向：N：北；S：南a N 5 lon經度：-180180度yyyyy.yyyyyyy12123.26216956 londir經度方向：E：東；W：西bW 7 QF解狀態0：無效解；1：單點定位解；2：偽距差分；q48 sat No.衛星數n149 hdop水平DOP值x.x1.0 10 alt 高程h.h50.22 11 a-units 高程單位M M 14 age 差分延遲dd115 stn ID 基站號：0000-1023，單機時：AAAAxxxx11

19、6 *xx Checksum *hh17 CRLF Sentence terminator CRLF 2 GPRMC例如：$GNRMC,064401.65,A,3110.4706987,N,12123.2653375,E,0.604,243.2,300713,0.0,W,A*3E編號名稱描述符號舉例1$GPRMCLog header$GPRMC2utcUTC時間 (時/分/秒)hhmmss.ss143550.003Pos status解狀態：A=有效定位V=無效定位AA4lat緯度：-9090度llll.lllllll3110.48549115latdir緯度方向：N：北；S：南aN6lon經度：-180180度yyyyy.yyyyyyy12123.91292787londir經度方向：E：東；W：西bE8SPEED IN地面速率q0.299Track Ture地面航向角n108.510DateUTC日期 ddmmyy01090911Mag var磁偏角（000.0180.0度，前導位數不足則補0）0.00.012Vardir磁偏角方向，E（東）或W（西）MM13Mode ind模式指示（僅NMEA0183 3.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算