【導讀】汽車航位推算 （DR） 導航係統使用陀螺儀（陀螺儀）來(lai)估(gu)計(ji)車(che)輛(liang)的(de)瞬(shun)時(shi)航(hang)向(xiang)。這(zhe)些(xie)信(xin)息(xi)與(yu)行(xing)駛(shi)距(ju)離(li)相(xiang)結(jie)合(he)
，使(shi)導(dao)航(hang)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)正(zheng)確(que)確(que)定(ding)車(che)輛(liang)的(de)位(wei)置(zhi)，即(ji)使(shi)在(zai)擁(yong)擠(ji)的(de)市(shi)區(qu)或(huo)隧(sui)道(dao)中(zhong)衛(wei)星(xing)信(xin)號(hao)被(bei)阻(zu)擋(dang)時(shi)也(ye)是(shi)如(ru)此(ci)。在(zai)DR導dao航hang中zhong使shi用yong陀tuo螺luo儀yi的de一yi個ge主zhu要yao挑tiao戰zhan是shi衛wei星xing信xin號hao可ke能neng會hui長chang時shi間jian丟diu失shi，導dao致zhi累lei積ji的de角jiao度du誤wu差cha變bian得de太tai大da而er無wu法fa準zhun確que定ding位wei車che輛liang。本ben文wen提ti供gong了le一yi種zhong解jie決jue此ci問wen題ti的de簡jian單dan方fang法fa。

汽車航位推算 （DR） 導航係統使用陀螺儀（陀螺儀）來(lai)估(gu)計(ji)車(che)輛(liang)的(de)瞬(shun)時(shi)航(hang)向(xiang)。這(zhe)些(xie)信(xin)息(xi)與(yu)行(xing)駛(shi)距(ju)離(li)相(xiang)結(jie)合(he)
，使(shi)導(dao)航(hang)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)正(zheng)確(que)確(que)定(ding)車(che)輛(liang)的(de)位(wei)置(zhi)，即(ji)使(shi)在(zai)擁(yong)擠(ji)的(de)市(shi)區(qu)或(huo)隧(sui)道(dao)中(zhong)衛(wei)星(xing)信(xin)號(hao)被(bei)阻(zu)擋(dang)時(shi)也(ye)是(shi)如(ru)此(ci)。在(zai)DR導dao航hang中zhong使shi用yong陀tuo螺luo儀yi的de一yi個ge主zhu要yao挑tiao戰zhan是shi衛wei星xing信xin號hao可ke能neng會hui長chang時shi間jian丟diu失shi，導dao致zhi累lei積ji的de角jiao度du誤wu差cha變bian得de太tai大da而er無wu法fa準zhun確que定ding位wei車che輛liang。本ben文wen提ti供gong了le一yi種zhong解jie決jue此ci問wen題ti的de簡jian單dan方fang法fa。

災難恢複導航的工作原理

DR導航的基本操作如圖1所示。陀螺儀以度/秒(miao)為(wei)單(dan)位(wei)測(ce)量(liang)車(che)輛(liang)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)速(su)率(lv)。代(dai)表(biao)車(che)輛(liang)瞬(shun)時(shi)航(hang)向(xiang)的(de)角(jiao)度(du)是(shi)通(tong)過(guo)對(dui)隨(sui)時(shi)間(jian)變(bian)化(hua)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)速(su)率(lv)進(jin)行(xing)積(ji)分(fen)來(lai)計(ji)算(suan)的(de)。結(jie)合(he)航(hang)向(xiang)和(he)行(xing)駛(shi)距(ju)離(li)可(ke)以(yi)確(que)定(ding)車(che)輛(liang)的(de)位(wei)置(zhi)
，如(ru)紅(hong)線(xian)所(suo)示(shi)。

圖1.災難恢複導航的工作原理。

使用數字陀螺儀，積分速率可以表示為速率樣本的總和乘以采樣間隔：

圖2.使用ADXRS810評估板測量的速率。（注意：角度誤差不是按比例計算的。

使用低通濾波器 （LPF）縮短積分時間

減少角度誤差的傳統方法側重於最小化en，但今天的數字陀螺儀已經具有非常低的速率誤差規格。例如，ADXRS810具有80 LSB/°/sec的靈敏度

、±2°/sec的偏移和0.03°/sec/g的抗衝擊性，改進空間有限。此外
，該算法補償en很複雜。例如

，與電子穩定控製（ESC）等其他應用相比，DR導航係統中的陀螺儀可以長時間運行
，例如當車輛通過長隧道時GPS信號丟失時。在DR導航應用中，運行時間越長
，累積的角度誤差越大。

如果積分時間可以減少
，它將顯著減少累積的角度誤差。當陀螺儀不旋轉時
，由於陀螺儀噪聲，速率輸出很小，但非零。ADXRS810實(shi)現(xian)了(le)極(ji)低(di)的(de)陀(tuo)螺(luo)儀(yi)噪(zao)聲(sheng)和(he)極(ji)高(gao)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)，隻(zhi)需(xu)設(she)置(zhi)適(shi)當(dang)的(de)閾(yu)值(zhi)即(ji)可(ke)輕(qing)鬆(song)濾(lv)除(chu)數(shu)字(zi)域(yu)中(zhong)的(de)噪(zao)聲(sheng)。這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)等(deng)效(xiao)於(yu)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo)，因(yin)為(wei)陀(tuo)螺(luo)儀(yi)速(su)率(lv)噪(zao)聲(sheng)與(yu)旋(xuan)轉(zhuan)引(yin)起(qi)的(de)速(su)率(lv)輸(shu)出(chu)相(xiang)比(bi)處(chu)於(yu)高(gao)頻(pin)。

圖3顯示了圖2的LPF版本
，其中所有小於1°/s的速率樣本都歸零

，因此在進行速率積分時被忽略。剩餘的積分時間，被認為是有效的積分時間，僅占總積分時間的16%左右。這大大減少了集成時間。因此，累積的角度誤差也顯著降低
，如紅線所示。

圖3.使用ADXRS810評估板和數字LPF測量速率。（注意：角度誤差不是按比例計算的。

在實際應用中
，車輛方向盤通常定位為零度。因此，陀螺儀速率的有效積分時間可以通過忽略它來減少，就像在圖3中描述的實驗中所做的那樣。圖4顯示了實際車載測試的陀螺儀速率樣本。通過隧道大約 180 秒，需要 180 秒才能進行速率積分。如果沒有LPF過程，超過180秒的累積誤差可能高達4°，這太大了，無法正確確定車輛在隧道中的位置。通過實施閾值為0.5°/秒的LPF工藝
，有效積分時間縮短至僅84秒，減少了約53%。累積誤差降至約0.5°，如圖5所示。可以設置 LPF 閾值以達到特定應用所需的精度。

圖4.未經過濾的車載陀螺儀速率樣本。（注意：角度誤差不是按比例計算的。


圖5.LPF後的車載陀螺儀速率樣本。（注意：角度誤差不是按比例計算的。

結論

當今的數字陀螺儀具有出色的規格，因此提高性能的空間非常有限。在車輛DR導航係統和其他需要較長積分時間的應用中

，設置LPF閾值以減少積分時間是提高精度的簡單但有效的方法。

ADXRS810高性能、低成本數字陀螺儀采用ADI公司創新的MEMS技術
，是車輛DR導航應用的理想選擇。該器件采用非常小的封裝
，提供低失調、低di噪zao聲sheng和he高gao速su率lv靈ling敏min度du。片pian內nei溫wen度du補bu償chang，無wu需xu外wai部bu溫wen度du傳chuan感gan器qi
，簡jian化hua了le溫wen度du補bu償chang算suan法fa。其qi對dui衝chong擊ji和he振zhen動dong的de高gao抗kang擾rao度du在zai汽qi車che應ying用yong中zhong非fei常chang重zhong要yao。

(來源：中電網

，作者：Ben Wang）

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