Inertial Explorer Xpress 学习笔记

KEY WORDS:

Coordinate Updates (CUPTs)

Zero Velocity Updates (ZUPTs)

Google Protocol Buffer (GPB)  是一种存储格式，GNSS数据可以转换为.gbp格式 ( https://blog.csdn.net/LU1196700392/article/details/103980787 ）

Waypoint 航路点

IMR 是一种格式

SPAN 是一种IMU的格式

Roll 滚转

Pitch 俯仰角

Azimuth 方位角

trajectory 轨迹

rover流动站

base station 基准站

Precision single point positioning （PPP）

epoch 历元

omissions 删减、省略

 Antenna Reference Point (ARP) 天线参考点

lever arm 描述设备的安装关系。例如:GNSS接收机和IMU的位置关系

alternate broadcast ephemeris 广播星历

TEC (Total Electron Content) 总电子含量

Loosely Coupled  松散耦合， IMU数据处理的一种方式

Tightly Coupled 紧耦合，IMU数据处理的一种方式

Differential GNSS 差分定位

carrier phase ambiguities 载波相位整周模糊度

ARTK (AdVance RTK) 是NovAtel公司特有的

文件：

IMU数据（*.imr文件）、DMI数据（*.dmr文件），航向数据（*.hmr文件）和装载数据（*.mmr）

精密星历格式(*.sp3)

精密卫星钟差数据(*.clk)

IONEX (Ionosphere Map Exchange) files ，电离层文件

测站文件(* .sta)

.fml/.fsl GNSS解算时，用forward模式产生的日志

.rml/.rsl GNSS解算时，用reverse模式产生的日志（reverse模型能不能理解为backward）

.fss /.rss GNSS解算时，产生的摘要文件，包含一些处理设置的参数

.fIl / .ftl 文件，是IMU

.epp文件，包含广播星历，卫星钟等数据的文件

 Profile文件，包含一些处理参数的文件，可以说是工程的配置文件了，在IE中，profile文件会自动加载

（重点，如果处理被验证有效的话，profile文件应该要固定作为资源）

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1. IEX是有区域限制版本的IE，用来满足UAV市场的。（UAV是无人机的意思）

2. IEX 提供 GNSS + INS解算结果，但是只提供半径 1.5km范围内的解算结果，之外的都是不准确的

GNSS + INS术语，见：https://zhuanlan.zhihu.com/p/520654996

IEX有如下特点：

（1）只支持 “单基准站”

（2）只支持GNSS差分定位，和精密单点定位（PPP）

（3）支持GNSS差分定位与精密单点定位（PPP）耦合（Tightly Coupled TC）处理，不支持松耦合处理。

（4）不支持视觉工具？（not include access to the Solve Boresight Angles utility）

（5）不支持输入距离测量设备，Distance Measurement Instruments (DMR) 或 Gimbal Mount data (MMR)

（6）不支持手动进行CUPTs 和ZUPTs

（7）支持的GNSS文件格式：

不同的界面作用：

1. GPB Viewer，用来讲GNSS原始数据数据转换为.gpb文件

（1）GNSS原始数据，必须转换为.gpb数据，才能进行处理

（2）IMU数据必须转换为Waypoint的通用IMR格式进行处理

2. 绘图和质量控制 Plotting and Quality Control

（1）计算完成后，用来查看IMU图表，包括：俯仰角、滚转角、方位角

（2）IMU和GNSS位置的 Misclosure，不符度的意思？

（3）经过平滑的结果（Smooth Solution），回代平滑 （backward smoother）会自动完成。

3. 可导出最终坐标（Export Final Coordinate）

(1) 要指定 解算成果类型、历源间隔（Epochs）、轨迹

开始使用：

1. 新建项目。要预先准备好流动站、基准站数据，一定要是.gpb格式

2. 输入天线格式

3. 添加 Master Files。（Master Files，这里能不能认为是添加基准站的信息？）

（重点知识：一个惯性探测器项目最多可添加32个基站，但是最好IMU到了某个位置，才添加额外的基准站）

（1）必须要确定好基准站的坐标。（tips：常用的基准站坐标会记录，可以选不用每次都输）

　　* 如果基准站坐标输错了，貌似会检查出来，并切换成“对的坐标”？

（2）选择好基准站 .gpb格式数据。

（3）输入基准站坐标。

（4）输入基准站的天线高。

（5）重点知识：

         1. 如果基准站的源数据，是Rinex格式的话，一般会在文件头，带有基准站坐标；

　　  2. 如果没有没有基准站坐标，很有可能使用【伪距单点定位】均值，代替基准站坐标，绝对精度通常是2~5m；

　　  3. 可以使用PPP计算测站坐标。PPP计算需要长时间、高质量的数据；

（6）IEX中，与基准站相关的特性：

　　  1. 如果基准站坐标输错了，貌似会检查出来，并切换成“对的坐标”？

　　  2. 可以输入观测历元（频率？）

3.  可以设置天线参考点  Antenna Reference Point (ARP)，也就是说，基准站的天线位置，和基准站坐标不一定重合，但是要有转换参数。

（7）选择好正确的天线模型Antenna Models

重点知识：

　　 1. 由于接收机很多都是多频率的，每个频率一条天线，因此要选正确的天线型号，才能算出整个天线相位中心。否则就以L1频率的天线相位中心，为定位中心。

　　 2. RINEX文件中，通常也会带天线的类型说明。

3. 通过设置 IMU和GNSS之间的lever arm，用于将GNSS的位置转换到IMU的中心。可以输入一个向量，代表lever arm。

6. 添加IMU文件。

　　（tips：如果将IMU文件与.gpb文件放到一起，会自动添加的）

7. 添加 卫星星历文件（Precise Files）。

重点知识：

1. 广播星历 ：星历表文件包含用于计算卫星位置的开普勒轨道参数。目前，可以使用广播星历表在大约2m（RMS）的精度内计算卫星位置的视线分量。在差分处理中，轨道误差在很大程度上被消除了，因为视线分量在短基线长度和中基线长度（<~100 km）时高度相关。因此，广播轨道的精度对于大多数项目来说是完全足够的。

　　2. 通常，GNSS接收机包括广播星历数据及其原始数据文件。解码器将这些文件转换为EPP格式。接收机通常在卫星升空时输出星历表，或者大约每两小时输出一次。

3. 在处理之前，IEK组合了在基站和远程收集的所有星历表信息。这最大限度地减少了错过广播星历表的机会。

       ( TIPS: 在新版中，使用仅仅使用精密星历就足够了，旧版必须要广播星历)

4. 精密星历：主要是对PPP定位有影响。（意思是PPP定位不能用广播星历）

         注意：.sp3通常是和.clk文件一同出现的，少了.clk文件可能会出错

5. IONEX Files，电离层文件。

重点知识：使用双频接收机，可以不用电离层文件

　　6. 卫星钟文件。

　　   重点知识：使用流动站，基准站想对定位，可以消除卫星钟差

7. .sta文件。此文件是在转换.gpb格式期间生成的，除其他信息外，还包含任何时间标记的事件。放在同一目录下，可以自动导入。

GNSS解算：

1. 有forward和reverse两种解算结果（是卡尔曼滤波以时间正向、反向来计算？），通常会自动融合。

（在rtklib中，分为forward、backward、combine）

正向和反向解决方案不是独立的。相反，数据被依次处理三次（向前、向后和再次向前）。在每个方向完成处理之后，将收敛的卡尔曼滤波器误差状态应用于下一个处理方向。这种处理方法的优点是浮点模糊收敛最大化，在某些情况下产生接近固定整数的解质量。

（能不能理解成，处理好一次后，得到有较好的初始值，然后再换一个方向处理，就可以使得初始值改正数（所求参数）收敛，达到更好的效果）

心得：计算原理还是那么个原理，但是可以优化的地方很多。

2. 精密单点定位PPP：IEX支持差分定位、PPP定位一并解算，可以选择其中一种，进行后续的惯导计算。

3. 差分定位（Differential GNSS）。如果有基准站数据，那么整周模糊度是可以固定下来的。

4. 精密单点定位 Precise Point Positioning (PPP)。就是用一台接收机就能完成的。

（tips：在IE中，选择了PPP模式后，即使添加了基准站数据，也不会相互干扰，只是分两种结果）

    PPP重点知识：

(1)  PPP 必须使用双频接收机；

（2）PPP必须使用精密星历.sp3，以及精密卫星钟.clk数据，如果仅仅使用广播星历数据，IE会给出警告

5. 使用forward,backward,combine，combine方式是默认的，有助于质量控制。

重要知识：
   1. combine方式，是会使用forward、backward都处理一遍，再取加权均值的。

2.  两个方向在处理后自动组合时，IE使用逆方差加权（就是方差的倒数），以确保具有较低估计误差的方向在组合轨迹中获得最大权重。（如果IE以combine方式来处理时，其中也会）

GNSS差分解算设置

 1. Automatic

（1）就是自动选了，要基站和流动站一样才行。

（2）C/A only就是伪距码，最不准的。

（3）多频（Dual frequency）是最好的。理论上可以直接选这个，因为大部分接收机都是多频的。

2. Processing Interval and Time Range

重点知识：

（1）基准站和流动站的频率、观测时段应该都是一样，如果不一样，只能处理同时采集的部分数据。

3. Elevation Mask （卫星截止高度角）

低于这个角度的数据不处理

重点知识：

（1）如果是动态差分定位（differential kinematic）可以是10~12°，静态15°

（2）太低的仰角信号，容易受到多路径效应影响；但是只保留太高的仰角信号，又会导致卫星的网形变差。

4. Locktime Cutoff（至少要测量到卫星信号的秒数）

太低容易损失卫星信号，太高容易使得解算的结果不可信

5. C/N0 Rejection Tolerance

这是控制“信噪比”的，一般来说不用选

6.  Precise Files (SP3 and Clock)——用于下载精确的时钟和轨道文件

重点知识：

（1）添加精确的星历表文件将有助于减少【长基线】上的残余轨道误差。

（2）在差分处理中不需要精确的时钟文件，因为此错误完全消除。

（3）如果采用先进的对流层状态或稍后计算精确点定位（PPP）解决方案，则需要两个文件，因此可以在此处添加两个精确文件。

7. Satellite/Baseline Omissions

IE经过计算后，会滤掉一部分卫星。如果对结果不满意，可以在此手动添加卫星，强行使得解算不要滤掉。

ARTK (AdVance RTK) 

（1）在IE中，ARTK算法是默认启用的。

（2）