近年來，隨著三維激光測量市場的興起，尤其是移動測量系統使用場景的進一步擴大，由全球衛星導航系統（GNSS）和慣性導航系統（INS）組成的組合導航系統正在被越來越廣泛地使用。

　　利用GNSS/INS組合導航系統，能準確反演載體的位置、速度和姿態信息，提供長時間的高精度導航，并具有高數據采樣率和良好的抗差性。因此，GNSS/INS組合導航系統可以用來精確反演移動激光測量系統在某一時刻的位置和姿態信息，進而解算得到高精度的點云坐標。

　　當前，GNSS/INS組合導航系統主要有四種不同的組合結構——非組合、松組合、緊組合與深組合，其中應用最廣泛的為松組合與緊組合。

　　松組合是一種衛星輔助修正慣性誤差的組合模式，觀測值為GNSS測量得到位置及速度與INS預測信息之差，這種等級組合是基于位置和速度的組合，結構簡單易于實現；緊組合是一種衛星/慣性相互輔助的組合模式。其基本模式為偽距、偽距率以及載波相位觀測值的組合，較松組合模式精度有明顯提高，但實現難度大。

　　下圖給出了在GNSS信號部分失鎖時采用緊組合與松組合時得到的定位誤差。

　　△GNSS信號部分失鎖時定位誤差

　　從圖中可看出，在可視衛星數量不足時，采用緊組合的定位精度明顯優于松組合定位。

　　目前，國內大多數GNSS/INS緊組合模式基本采用國外Inertial Explorer（IE）軟件進行解算處理。由于IE專業化程度高、參數配置復雜、需單機手工處理等，無法滿足越來越多的處理自動化、服務云端化、國防國產化等需求。針對以上不足，海達數云近期推出了國產全自主GNSS/INS緊組合算法及軟件。

　　一、GNSS/INS緊組合技術原理

　　緊組合算法，通過連續提供的高精度位置和姿態參數，可實現移動三維激光測量系統的直接地理定位。

　　1）INS經過初始對準，完成位姿信息的初始化，通過力學編排得到預測位置信息，同時，GNSS觀測值在INS預測位置處進行雙差處理；

　　2）GNSS觀測值發生周跳后利用INS預測信息進行模糊度固定，驗證通過后利用模糊度固定的相位觀測值進行緊組合濾波量測更新；

　　3）INS預測導航結果經過濾波后輸出更新導航信息，同時估計的器件誤差參數用來修正原始慣導輸出。

　△GNSS/INS緊組合算法技術原理圖

　　二、海達數云自主算法與產品

　　海達數云國產全自主GNSS/INS緊組合算法由數據預處理、初始對準、INS導航解算、動態差分后處理、周跳探測/整周模糊度固定、組合濾波器、慣性/慣性器件誤差補償等模塊組成，支持GNSS數據、GNSS/INS數據、GNSS/INS/ODO數據后處理解算。

　　基于自主緊組合算法，可提供Windows桌面端軌跡處理軟件及跨平臺SDK動態庫等多種應用模式產品。

△海達數云桌面端軌跡處理軟件主界面

　　01主要功能

　　（1）可單獨對GNSS數據進行后處理

　　●GNSS數據處理模式支持標準單點定位、動態差分定位與精密單點定位；

　　●高精度濾波處理算法：支持正向濾波、反向濾波與雙向濾波算法；

　　●解算配置支持大氣改正模型選擇（對流層模型、電離層模型）。

　　（2）松/緊組合數據處理模式

　　●多初始對準方式：自動對準、靜態對準、動態對準與指定姿態；

　　●輔助更新算法：外部PVA輔助更新、里程計輔助更新與航向輔助更新；

　　●支持零速更新、位置更新算法。

　　（3）數據質量評價支持圖形化顯示

　　支持多類型數據（GNSS、IMU、組合解算）質量精度圖形化分析顯示。

　　02特點優勢

　　●采用高精度濾波處理算法，位置姿態精度更優；

　　●慣導器件參數獨立配置，避免重復繁瑣操作，內置多種主流慣性器件參數；

　　●多種數據（GNSS、IMU、組合解算）圖形化顯示，清晰直觀；

　　●支持位置更新，即控制點糾正（CUPT）功能；

　　●導出結果文件支持常用數據格式，便于后續應用；

　　●可提供桌面端、跨平臺SDK等多種產品服務模式。

　　三、精度評定&對比

　　將海達數云GNSS/INS緊組合算法數據處理結果進行精度評定，并與IE緊組合數據處理結果進行對比如下。

　　測試設備采用海達數云HiScan-SU1車載移動測量系統。

　　01位置誤差

　　對同一份測試數據進行處理，海云緊組合算法的位置誤差X為1~4cm，Y為1~2cm，Z為2~5cm；IE的位置誤差X為1~3cm，Y為1~2cm，Z為1~5cm。

　　02姿態誤差

　　海云緊組合算法姿態誤差：航向角為0.015°左右，俯仰角為0.003°左右，橫滾角為0.003°左右。IE姿態誤差：航向角為0.02°左右，俯仰角為0.003°左右，橫滾角為0.003°左右。

       與IE航向角偏差為-0.1~0.1°。

　　與IE俯仰角偏差，為-0.02~0.02°。

　　與IE橫滾角偏差，為-0.01~0.01°。

　　海云緊組合算法與IE姿態差值如上所示，收斂后兩者姿態角的符合度是一致的。但在運動結束、靜止階段的航向輸出過程中，兩者的表現如下圖所示：

　△海云GNSS/INS緊組合算法與IE航向角輸出對比（結束靜態階段）

　　在采集數據的最后階段，車輛處于靜止狀態，航向應保持不變。從上圖可看出，IE解算的航向輸出存在緩慢漂移，300s內漂移約為0.4°，達不到標稱精度，而海云緊組合算法航向保持較好。因此，海云GNSS/INS緊組合算法與IE相比，航向精度在此場景下更好。

　　四、應用模式

　　為了滿足未來多種應用場景的需求，海達數云GNSS/INS緊組合算法可提供多種應用服務模式：——跨平臺SDK，滿足各種定制化集成、服務端集群、云端云跡服務應用場景模式；桌面端軟件，滿足各類型桌面端本地單機處理應用場景模式。

　　將來，期待能夠涌現出更多、精度更高、應用模式更豐富的GNSS/INS組合導航算法，為用戶提供更優質的選擇。海達數云也將一如既往，伴您左右！