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Pola V5 MEMS惯性/卫星 航向姿态参考系统
| 介绍： | 可用于导航、控制和动态测量。系统采用高可靠性的三轴硅微MEMS陀螺仪、三轴硅微MEMS加速度计 |
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1 产品简介
1.1 产品描述
Pola V5 MEMS惯性/卫星航向姿态参考系统是一款惯性/卫星组合导航测量设备，可用于导航、控制和动态测量。系统采用高可靠性的三轴硅微MEMS陀螺仪、三轴硅微MEMS加速度计GPS/BDⅡ双模卫星导航接收机，通过多项补偿技术保证惯性元器件的测量精度，采用卡尔曼滤波融合技术保证了系统在动态条件下的导航性能。Pola V5 MEMS惯性/卫星航向姿态参考系统采用了小体积、低功耗的电子元器件和传感器，并采用严格工艺保证产品在恶劣的温度、力学环境下仍能精确地测量载体的角运动、线运动、位置、速度和姿态参数，可以为用户提供低成本高可靠性的导航解决方案。
1.2 主要特点
Pola V5 MEMS惯性/卫星航向姿态参考系统的主要特点：
l 适用范围广。采用GPS/BDⅡ双模卫星导航系统，高跟踪灵敏度，在街道、丛林等复杂环境也具有很高的定位能力。
l 组合模式多。航向姿态参考系统内部具有垂直陀螺、零速修正、惯性/卫星等多种组合多种组合模式，可以实现高可靠性的参数输出；同时，系统具备外接DVL、里程计、双天线接收机、深度计、空速表等辅助设备进行组合导航的功能。
l 适应能力强。系统采用硅微MEMS器件，抗振动冲击能力强，-40℃～+60℃全温工作。
l 性能指标优。组合导航水平姿态0.5°（rms），位置优于15m（rms），速度优于0.15m/s（rms），体积46mm´45mm´24mm（含安装耳），重量不大于60g。
l 用户体验好。支持RS-422、RS-232串口，支持输出速率可调，支持在线上传程序/参数，支持8V～36V宽电压供电。
1.3 系统组成
Pola V5 MEMS惯性/卫星航向姿态参考系统主要由三轴硅微MEMS陀螺仪、三轴硅微MEMS加速度计、
GPS/BDⅡ双模卫星导航接收机、信息处理电路、系统导航软件、系统结构件、系统测试电缆、系统测试软件组成。
默认提供如下输出:
l 三维姿态
l 三维位置
l 三维速度
l 三维加速度
l 三维角速度
l 补偿后的温度数据
l 原始的卫星接收机位置、速度、PDOP值、定位状态
1.4 应用领域
l 车载定位定向
l 雷达/红外天线稳定平台
l 无人机姿态参考/航迹控制
l 弹体飞行控制
l 车船姿态测量
l 港口测量系统
l 动中通
l 钻井开采系统
l 移动测绘系统
l 自动驾考系统
l 单兵导航系统
l 气象探测系统
2 产品性能
2.1 传感器主要性能指标
作为捷联惯导系统的核心传感器，系统采用了战术级MEMS陀螺仪和MEMS加速度计。
2.1.1 MEMS陀螺仪主要性能指标
V1 | 备注 | |
量程（°/s） | ±300 | |
零偏年重复性(°/s) | 0.5° | |
零偏稳定性(°/h) | 60 | Allan方差25℃ |
零偏重复性(°/h) | 60 | |
标度因数非线性(ppm) | 500 | |
带宽(Hz) | 80 | |
采样频率(Hz) | 1000 | |
非正交度(°) | 0.05 |
2.1.2 MEMS加速度计主要性能指标
V1 | V2 | V3 | 备注 | |
量程（G） | ±1.7 | ±5 | ±17 | 1G≈9.8m/s2 |
零偏年重复性(mg) | 3 | 3 | 3 | |
零偏稳定性(mg) | 0.3 | 0.5 | 1 | |
零偏重复性(mg) | 1 | 1 | 1 | Allan方差25℃ |
标度因数非线性（ppm） | 500 | 500 | 500 | |
带宽(Hz) | 100 | 100 | 100 | |
采样频率(Hz) | 1000 | 1000 | 1000 | |
非正交度(°) | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
2.1.3 卫星导航接收机主要性能指标
V1 | 备注 | |
工作模式 | BD2 B1 / GPS L1 | |
定位模式 | 单系统定位/混合定位 | |
通道数 | 192 | |
冷启动定位时间（s） | 34 | |
热启动定位时间（s） | 10 | |
灵敏度（dBm） | -143 | |
失锁重补时间（s） | 1 | 失锁10s |
位置精度（m） | 3 | RMS |
速度精度（m/s） | 0.1 | RMS |
1pps时间精度（ns） | 30 | |
动态速度限制（m/s） | 500 | |
高度限制（m） | 50000m | |
动态范围（g） | 4 |
2.1.4 卫星接收天线主要性能指标
V1 | 备注 | |
频率范围 | 1568±10 MHz | |
增益 | >3(dBi) | |
轴比 | <7(dB) | |
驻波 | <2 | |
极化方式 | 右旋极化 | |
输出阻抗 | 50W | |
天线外罩材料 | ABS | |
安装方式 | 磁吸 | |
接口形式 | SMA | |
天线尺寸( mm) | 50mm´51mm´15.6 mm | 可定制 |
工作温度(℃) | -40℃～85℃ | |
电缆长度 | RG174-3m | 可定制 |
重量( g) | 68±2g | |
防水 | 全防水 |
2.2 系统主要性能指标
2.2.1 导航性能
V1 | 备注 | |
电源(V) | 8～36 | |
功率（W） | <1 | 25℃ |
启动时间（s） | 3 | |
通信接口 | 1路RS-422，1路RS-232 | |
更新率（Hz） | 100Hz～1000Hz | 默认 100Hz |
外形尺寸(mm´mm´mm) | 38´38´24 | 不含安装耳 |
46´45´24 | 含安装耳 | |
重量（g） | <60 | |
工作温度（℃） | -40～+60 | |
存储温度（℃） | -55～+85 | |
振动（g） | 6.06 | RMS |
冲击（g@ms） | 9@11 | 半正弦波 |
1000@1 | 半正弦波 | |
水平位置精度（m） | 10 | RMS |
高程位置精度（m） | 15 | 卫星接收机组合，WGS-84高度 |
水平速度精度（m/s） | 0.1 | RMS |
天向速度精度（m/s） | 0.15 | RMS |
水平姿态（°） | 0.5 | RMS，俯仰、横滚 |
2 | 接收机失锁 | |
航向姿态（°） | 0.5 | RMS，接收机速度航迹组合 典型应用：车载、固定翼无人机 |
2 | RMS，磁组合 典型应用：旋翼无人机 | |
0.2 | RMS，外接双天线接收机组合,（基线1m） | |
2 | RMS，接收机位置速度组合 典型应用：固定翼无人机等动态应用 | |
50°/h*DT | 磁不可用环境，航向陀螺已修正，且接收机失锁 DT为失锁时间 | |
MTBF(h) | 1000 | 平均无故障时间 |
2.2.2 电气特性
系统对外输出采用两个连接器：
低频连接器：采用高可靠性的雷莫公司系列9芯连接器（插头FGG.0B.309，插座EEG.0B.309），主要实现系统供电及对外通讯。
射频连接器：一个SMA连接器对外与卫星接收机天线连接，实现卫星接收机射频信号的传输。
点号 | 定义 | 备注 |
1 | VCC | 8V~36V 纹波不大于50mV |
2 | GND | GND |
3 | RS232RXD | 惯导接收 |
4 | RS232TXD | 惯导发送 |
5 | RS232GND | GND |
6 | RS422-1-R+ | 惯导接收+ |
7 | RS422-1-R- | 惯导接收- |
8 | RS422-1-T- | 惯导发送- |
9 | RS422-1-T+ | 惯导发送+ |
注：系统内部的电源地和通讯信号地之间没有进行隔离，系统电源地和壳体之间也是导
通的。
2.2.3 对外通讯
系统对外RS422-1串口默认输出频率为100Hz，输出波特率115200kbps。
数据帧格式为1位起始位，8位数据位，1位停止位，无校验位，先发低字节，后发高字节，每字节低位先发送。
点号 | 定义 | 备注 |
1 | 帧头 | 55H |
2 | 帧头 | AAH |
3 | 数据长度 | N-4 |
4～N-1 | 数据 | |
N | 校验和 | checksum |
注：校验和（checksum）是数据长度与数据包所有字节累加结果的低8位。
Checksum＝
字节号 | 格式 | 内容 | 单位 | 分辨率 | 说明 |
1 | Unsigned Char | 0x55 | － | － | 帧头 |
2 | Unsigned Char | 0xAA | － | － | 帧头 |
3 | Unsigned Char | 0x44 | － | － | 数据长 |
4～7 | Unsigned Int | － | ms | 1 | 导航时间 |
8～11 | － | － | － | － | 系统保留字 |
12～15 | Float | － | °/s | － | X角速率 |
16～19 | Float | － | °/s | － | Y角速率 |
20～23 | Float | － | °/s | － | Z角速率 |
24～27 | Float | － | m/s2 | － | X加速度 |
28～31 | Float | － | m/s2 | － | Y加速度 |
32～35 | Float | － | m/s2 | － | Z加速度 |
36～39 | Float | － | m/s | － | 北速 |
40～43 | Float | － | m/s | － | 天速 |
44～47 | Float | － | m/s | － | 东速 |
48～51 | Float | － | m | － | 高度 |
52～55 | Int | － | ° | 1e-7 | 经度 |
56～59 | Int | － | ° | 1e-7 | 纬度 |
60～63 | Float | － | ° | － | 滚动 |
64～67 | Float | － | ° | － | 航向 |
68～71 | Float | － | ° | － | 俯仰 |
72 | Unsigned Char | － | － | － | 校验和 |
注：
1） 总帧长为N，帧中数据长为N-4；
2） 横滚角范围(-180，180 ]，右倾为正；航向角范围(-180，180 ]，北偏西为正；俯仰角范围（-90，90），抬头为正。
3） XYZ为载体坐标系（坐标系定义见第3章内容），X轴指向载体纵轴向前，XYZ分别指向载体前上右三个方向。
4） 校验和取第3～第71字节累加和，取低八位。
5） 保留字可以反解出卫星接收机位置、速度、定位状态、DOP值、惯导温度（5Hz）。
2.2.4 结构特性
系统采用铝合金结构，质量轻，并具有很高的结构强度，耐振动和冲击。
注：
1） 系统底面有4个通孔，建议采用4×M3螺钉对系统进行固定。
2） 如果对系统的航向安装误差有严格要求，需要定制紧配合螺钉。
3） 如果系统需要对磁传感器进行精确校准，需要采用铜螺钉。
4） 可以根据用户需求加装外减振（外形结构须调整）。
系统的卫星接收机天线可以根据用户要求定制。标准配置为吸盘天线，其天线的外形尺寸为50 mm ´51 mm ´15.6 mm。
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