随着自主机器人被部署在越来越具有挑战性的环境中，它们的导航系统需要更加稳健和可靠，尤其是在全球卫星导航系统（GNSS）被拒止或性能下降的情况下。传统的GNSS/惯性导航系统（INS）往往无法满足这些性能要求，因此需要额外的辅助传感器。
MicroStrain by HBK的最新惯性导航系统3DM-CV7-INS通过提供通用外部测量辅助接口来提高GNSS中断性能，从而解决了这一问题。该辅助接口不仅支持GNSS位置和速度等标准导航测量，还支持更侧重于机器人的测量如车身坐标系速度和车轮速度等。
传统上，机器人依靠像摄像头和激光雷达这样的光学传感器进行感知和导航。然而，毫米波雷达技术的进步使得雷达成为机器人导航中越来越受欢迎的选择。（毫米波）雷达简单、固态，并且能够应对可能影响光学传感器的环境挑战（如烟雾）。
通过将CV7-INS与雷达测速技术相结合，可显著提高全球导航卫星系统中断期间的导航性能。这种集成方法有助于满足在传统GNSS/INS系统可能无法充分发挥作用的挑战性环境中对可靠导航日益增长的需求。
MicroStrainCV7-INS是一款战术级可嵌入式惯性导航系统。它可以通过板载扩展卡尔曼滤波器整合外部辅助测量数据，如全球导航卫星系统的位置和速度。该滤波器将来自系统内部传感器（包括IMU、压力传感器和磁力计）的数据与来自外部传感器（如GNSS接收机）的时间同步数据融合在一起。
除了全局位置和速度等标准GNSS系统辅助测量外，CV7还支持三维坐标系的速度辅助测量。本示例演示了与雷达测速传感器的集成，但这种辅助测量也可由各种其他导航传感器生成，包括激光雷达或视觉里程计、光流算法或轮速仪。
CV7-INS架构
CV7-INS通过ROS2接口与UBloxZED-F9PGNSS接收器和Smartmicro DRVEGRD152汽车雷达传感器集成。GNSS接收器提供全球的位置和速度测量值，而雷达则提供原始4D 点云（x、y、z、速度）。雷达点云首先转换为三维车身坐标系速度的测量值，然后再传输到CV7-INS。该集成系统安装在一个郊区环境中运行的汽车测试平台上。
测试系统架构
在雷达点云能够被CV7-INS导航滤波器处理之前，它们需要被转换为更紧凑的导航辅助测量值。利用每个被跟踪雷达目标的笛卡尔坐标位置和径向速度，可以从每个雷达点云中估计出车体坐标系速度。然后使用非线性最小二乘求解器来估计车体坐标系速度测量值及其相关的测量协方差。采用鲁棒误差模型来减少周围环境中的异常值和动态障碍物的影响。
为了评估雷达测速性能，使用了一个带有双天线且支持实时动态（RTK）的MicroStrainGQ7-GNSS/INS作为地面真值参考系统。由于点云的几何形状，大多数点沿着车辆的X 轴分布，Y轴和Z轴速度的可观测性在一定程度上受到限制，从而导致这些轴上的精度降低。
车身坐标系轴 | 精度（m/s） |
x | 0.09 |
y | 0.16 |
z | 0.35 |
为评估雷达测速辅助在GNSS失效情况下的优势，在后处理中模拟了GNSS的中断情况。为了对中断性能进行统计估算，在后处理中模拟了一系列60秒的GNSS中断。使用CV7-INS实时运行完全相同的自适应扩展卡尔曼滤波算法，对数据进行了10次重新处理，每次都有不同的全球导航卫星系统中断时间窗口。图1、图2和图3显示了其中一种模拟中断情况下的导航性能。
图1:GNSS中断示例。
黄色：地面真值；
蓝色：中断期间有雷达辅助的解决方案；
红色：中断期间自由惯性积分解决方案。
图2：60秒中断期间的绝对误差
图3：GNSS中断的详细区域
然后将中断性能定义为每个时间步的位置误差的标准偏差。图4显示了两种传感器配置的横向导航性能。与仅使用惯性的解决方案相比，雷达辅助使GNSS中断情况下的导航性能提高了93%。
图4：标准偏差图
中断性能 | 10s | 30s | 60s |
IMU only | 1.77 | 6.74 | 25.84 |
IMU+radar | 0.72 | 1.15 | 1.72 |
案例表明，将雷达速度测量值集成到CV7-INS导航滤波器中，可以在GNSS中断期间将导航性能比自由惯性积分提高高达93%。随着对可靠的机器人导航系统的需求持续增长，CV7-INS的灵活辅助接口可以在传统GNSS/INS表现不足的机器人应用中提供额外的导航性能。
3DM-CV7系列
战术级嵌入式惯性导航系统INS,航姿参考系统IMU/AHRS,与垂直参考系统IMUNRU
性能出众的嵌入式封装
3DM-CV7 以最小、最轻的 OEM 包装提供战术级惯性性能。每个 3DM-CV7 都经过单独校准，具有自适应扩展卡尔曼滤波器，可在各种工作条件下实现最佳性能。
3DM-CV7 系列的所有型号都采用了最先进的定向算法、先进的内部时间管理和灵活的事件触发系统。INS 型号增加了外部位置、速度和航向输入以及 NMEA 兼容性。凭借-系列无与伦比的先进功能，3DM-CV7 在同类产品中树立了价值和性能的标杆。
产品特点
低延时
向后兼容性
外部时钟同步
全温度范围校准
定义时间触发系统
可调采样率，更快的车辆动态响应
战术级陀螺仪，航位推算提高位置精度
用户可调节的陀螺仪和加速度计量程
END
