INS-GPS-LOSSE 数据处理实例

1.使用数据：

M40采集的imu观测值、gps观测值

2.数据处理程序

NovAtelConvert、GINS、RTKLIB、ins_gnss_losse(matlab版本)
默认这四个程序已经安装到电脑上。

3. 数据预处理

1.数据解码、获取导航文件

M40采集的数据文件如下：

1.1解码

• step1.解码.gnss文件：选中文件，右键convertto，选择rinex3.04
• step2，打开gins，选择文件，解码原始文件，导入数据,设置高级里边的IMU轴向调整如下图，解码即。
  
  因为安装m40时，前向并未对准行进方向因此进行调整，将坐标系转为前右下。
  

注：使用gins也可以解码gnss数据但是，观测值卫星数较少，缺少鬼子和阿三的卫星。

• step3.下载当天的导航文件
  （1）计算年纪日，计算链接：http://www.igs.gnsswhu.cn/index.php/home/data_product/igs.html
  
  （2）ftp下载
  https://cddis.nasa.gov/archive/gnss/data
  文件路径说明 https://cddis.nasa.gov/archive/gnss/00readme

 /daily/YYYY/DDD/YYd         Observation files for year YYYY and day DDD
                             (Hatanaka format)
                 /YYf        Beidou navigation files for year YYYY and day DDD
                 /YYg        GLONASS navigation files for year YYYY and day
                             DDD
                 /YYh        SBAS navigation files for year YYYY and day DDD
                 /YYi        IRNSS navigation files for year YYYY and day DDD
                 /YYl        Galileo navigation files for year YYYY and day
                             DDD
                 /YYm        Met files for year YYYY and day DDD
                 /YYn        GPS navigation files for year YYYY and day DDD
                 /YYo        Observation files for year YYYY and day DDD
   多系统星历文件 /YYp        Mixed navigation files for year YYYY and day DDD
                 /YYq        QZSS navigation files for year YYYY and day DDD
                 /YYs        Summary files for year YYYY and day DDD

本例年纪日为选111故进入路径：https://cddis.nasa.gov/archive/gnss/data/daily/2022/111/22p/
下载一个大点的文件，然后解压。

注意rtklib暂时不支持rinix4.0版本，下载广播星历文件后需要查看版本号。

• step4.保留导航文件、观测文件、解码后的imu.bin文件
  

2.使用RTKLIB处理gps原始观测

操作步骤
（1）打开rtkpose.exe 可执行文件
（2）设置输出历元间隔、观测值文件路径、导航文件路径、输出文件路径、选用的卫星系统

(3)option中设置
定位模式选择单点定位、高度角阈值设置为15
输出设置，结果用经纬度高程表示，设置输出速度。
解算：
（4）点击plot查看轨迹和可见卫星数，可以初步查看定位效果。
（5）结果文件,pos

  GPST                  latitude(deg) longitude(deg)  height(m)   Q  ns   sdn(m)   sde(m)   sdu(m)  sdne(m)  sdeu(m)  sdun(m) age(s)  ratio    vn(m/s)    ve(m/s)    vu(m/s)      sdvn     sdve     sdvu    sdvne    sdveu    sdvun
2022/04/21 06:47:34.000   39.988723818  116.346130987    53.1772   5   9   8.5511   6.6179  21.2390  -3.5887  -9.0447   7.8971   0.00    0.0   -0.10206    0.10557   -0.21679   0.24766  0.19705  0.61898 -0.11752 -0.26352  0.26150

4. ins-gps-losse松组合

4.1 所需数据：

• rtklib解算的定位结果文件
• imu观测文件
  

4.2数据预处理

rtklib输出保留经纬度高程和北东地的速度信息，时间改成gps周内秒。

//matlab
%将rtklib解算单点定位结果时间转换成gps周内秒
%保留时间、纬度、精度、高程、enu速度
%%
clear;
clc;
data=importdata('../resource/220421071334.pos');
size=length(data)-14;%rtklib前14行为解释说明
enddata=zeros(size,7);%处理后的数据
%%提取有用的数据
if size> 0 %文件不为空
    for j = 1:size  
       dataj = regexp(data{j+14,1},'\d*\.?\d*','match');%提取单个历元待处理数据
       dataj=str2double(dataj);%数据格式转换
       enddata(j,2:4)=dataj(7:9);%纬度、经度、高程
       enddata(j,5:7)=dataj(20:22);%neu速度
       utc=[dataj(1) dataj(2) dataj(3) dataj(4) dataj(5) dataj(6)];
       gpst=calculationgpstime(utc)+18;
       enddata(j,1)=gpst(2);%gps周内秒
    end 
end 
%保存
Save(enddata,"../resource/220421071334.txt");

utc时间转换gps时间函数：calculationgpstime()

function t = calculationgpstime(t1)
%Calculating GPS time (gpsweek,seconds);
% t1 is the observation time 
%                       TYPE : [YYYY MM DD HH MIN SEC]
% function to return gpsweek and the seconds in week

t0 = [1980 1 6 0 0 0.0];
sec = etime(t1,t0);
t = [fix(sec/3600/24/7),sec - fix(sec/3600/24/7)*3600*24*7];

4.3 ins_gps解算

更改文件输入路径：

imu_inpath = "../resource/220421071334_imu.bin"; % IMU文件路径， 严格以.txt/.dat/.bin结尾，推荐使用二进制, 文件数据要求见ImuFile
gnss_inpath = "../resource/220421071334.txt"; % GNSS文件路径，文件严格为文本文件

其他参数已经标定好了。

%%
%M40 data 主函数
%2022.3.17
%%
clear
clear global var
%% 全局变量
tic;
run arg
t = toc;
fprintf('设置全局变量用时：%f\n', t);
%% 用户设置

global GRAVITY RE                   %重力和地球半径
imu_inpath = "../resource/220421071334_imu.bin"; % IMU文件路径， 严格以.txt/.dat/.bin结尾，推荐使用二进制, 文件数据要求见ImuFile
gnss_inpath = "../resource/220421071334.txt"; % GNSS文件路径，文件严格为文本文件
pos = [ 39.991478610; 116.344457418; 56.1510]; % 初始位置; % 初始位置
vel = [0; 0; 0];% 初始速度
att = [0;0;0];% 初始姿态[roll, pitch, head]
fs = 200; % IMU采样频率
gyrobias = [0.01;0.01; 0.01]; % 陀螺仪零偏°/h
accebias = [0.05 * GRAVITY * 0.001; 0.05 * GRAVITY * 0.001; 0.05 * GRAVITY * 0.001];% 加速度计零偏 m/s
ARW = [0.002492; 0.001993; 0.002423]; % 陀螺仪白噪声(随机游走结果) °/sqrt(h)
VRW = [0.049549; 0.083993; 0.051888]; % 加速度计白噪声(随机游走结果) m /sqrt(s)
obnosie = [4 / RE; 4 / RE; 1; 0.1; 0.1; 0.1]; % GNSS观测标准差 [°; °; °; m/s; m/s; m/s]
mod = [1, 1, 1, 1, 1, 1]; % 马尔科夫模型相关时间 s
%%
tic;%启动秒表计时器
err = ImuErr(gyrobias, accebias, ARW, VRW);%读取imu误差参数
t = toc;%读取秒表计时器时间
fprintf('ImuErr用时：%f\n', t);
tic;%启动秒表计时器
imudata = ImuFile(imu_inpath);%读取imu数据
t = toc;%读取秒表计时器时间
fprintf('读取IMU文件用时：%f\n', t);
tic;%启动秒表计时器
gnssdata = Gnss(gnss_inpath);%读取gnss数据
t = toc;%读取秒表计时器时间
fprintf('读取GNSS文件用时：%f\n', t);
tic;%启动秒表计时器
inipva = Pva(pos, vel, att);%设置初始pva
t = toc;%读取秒表计时器时间
fprintf('Pva：%f\n', t);
tic;%启动秒表计时器
inertial = Ins(inipva, fs, err);%ins更行（机械编排）
t = toc;%读取秒表计时器时间
fprintf('Ins用时：%f\n', t);
%% 卡尔曼滤波
tic;%启动秒表计时器
kf_debug = Kf(err, obnosie, mod);
t = toc;%读取时间
fprintf('Kf用时：%f\n', t);
tic;%启动秒表计时器
[kf_debug, inertial, imudata] = kf_debug.Update(inertial, gnssdata, imudata);
t = toc;%读取时间
fprintf('卡尔曼滤波更新用时：%f\n', t);
%% 保存结果
tic;
imudata.Save("../resource/m40.dat");
t = toc;
fprintf('数据保存用时：%f\n', t);