什么是 GNSS 杠杆臂，它在 GNSS/INS 传感器融合算法中起什么作用？

随着 MTi-8和MTi-680(G) RTK GNSS/INS 的发布，Xsens 还引入了一个新的配置参数，称为 GNSS 杠杆臂(Level Arm)。 GNSS 杠杆臂是获得可靠的厘米级位置、速度和方向数据的基本参数。除了数据表中提供的信息外，本文还对 GNSS 杠杆臂进行了更深入的分析。

 

GNSS 杠杆臂设置考虑了 MTi（测量惯性数据的位置）与 GNSS 接收器天线位置之间的相对位置。将此信息提供给 MTi 将使传感器融合算法库能够补偿这两个测量位置之间的动态差异。下图可视化了这些动态差异：:

如图所示，MTi 位于系统的旋转中心，例如汽车、机器人或无人机。 GNSS 天线安装在同一车辆上，它与MTi的距离， 远大于 GNSS 接收器的测量精度。当车辆旋转时，MTi 保持在相同的全局位置并且只经历一次旋转。相反，GNSS 天线除了旋转外还经历线性位移。

向 MTi 提供此杠杆臂信息有两个主要原因：

知道这个确切的偏移量允许 MTi 的传感器融合算法库转换 GNSS 接收器数据，使其与惯性测量数据的动态相匹配。不正确的杠杆臂设置可能导致未定义的状态估计，进而导致传感器融合算法的性能下降，例如位置、速度和方向的错误估计。以上图为例，它可以造成这样的情况：MTi 根据 GNSS 数据“认为”车辆正在移动，而实际上它只是围绕其轴旋转。

将从 MTi 生成的位置输出数据中减去杠杆臂。因此，位置数据将指示 MTi 的位置，而不是 GNSS 天线的位置。
 

GNSS接收器的定位精度与GNSS杠杆臂有什么关系？

对这个问题的简短回答是，随着 GNSS 测量精度的提高，GNSS 杠杆臂变得更加重要。再次考虑上一段中用于可视化 GNSS 杠杆臂的图像。三个测量之间的位移（“路径”）由 GNSS 接收器清楚地确定，因为它具有足够的测量精度。现在考虑相同的实验，但使用测量精度仅为 1 米（而不是 1 厘米）的 GNSS 接收器。三个连续的测量结果不够准确，无法确定 GNSS 天线的路径。基于三个测量和有限的测量精度，我们甚至不能肯定地说天线已经移动了。在这种情况下，GNSS 杠杆臂不会发挥重要作用，并且被 MTi 忽略。

GNSS 杠杆臂的重要性不仅取决于 GNSS 测量的准确性； GNSS 杠杆臂的长度也有影响。考虑一艘大型海上船只，其船体中心安装了 MTi-G-710，天线安装在 MTi 上方 10 米的桅杆顶部。如果船舶经历强烈的横滚和俯仰动态，那么安装在桅杆上的天线将经历线性位移，即使使用精度较低的 GNSS 接收器也可以观察到。在这种情况下，向融合算法库提供 GNSS 杠杆臂信息可以提高 MTi 的性能。

目前，MTi-8和MTi-680(G) 是 MTi 产品组合中支持这种杠杆臂设置的产品，因为它的位置数据精确到厘米。 MTi-7、MTi-670 和 MTi-G-710 的传感器融合算法假定 GNSS 天线的位置与 MTi 本身大致相同。
 

如何测量和保存 GNSS 杠杆臂？

GNSS 杠杆臂是用户在安装 MTi 后需要测量和保存的参数。它作为 X-Y-Z 坐标向量存储在 MTi 的内存中，相对于 MTi 传感器坐标系的原点*。单位是米，但如果可能，应以厘米级精度确定杠杆臂。

注意：GNSS 杠杆臂的默认值为 [0, 0, 0] (m)。这意味着默认情况下，MTi 假定 MTi 及其 GNSS 天线位于同一位置！

下图显示了在 MTi 及其 GNSS 天线集成到汽车后如何测量 GNSS 杠杆臂的示例。 X-Y-Z 坐标应根据传感器坐标系测量，该坐标系已印在 MTi 侧面标签上。 需要注意坐标的符号：如果天线安装在 MTi 的右侧，则 Y 坐标应为负值。

该车辆的最终 GNSS 杠杆臂矢量为 [1.00, 0.50, 0.80] (m)。

可以使用 MT Manager中的设备设置(Device Settings)窗口或使用 setGnssLeverArm 低级通信命令设置和保存 GNSS 杠杆臂。

如果 MTi-8或MTi-680(G) 未与被跟踪的物体对齐，可以应用传感器对齐矩阵 (RotSensor) 来弥补这一点，请注意仍应根据原始传感器坐标系(印在 MTi 的侧面标签上)输入 GNSS 杠杆臂 。 GNSS 杠杆臂不受 RotSensor 矩阵的影响。

*可以在产品的数据表 中找到 MTi 原点的确切位置。 

不正确使用GNSS 杠杆臂的结果

GNSS 杠杆臂被认为是静态偏移，这意味着 MTi 的传感器融合算法假设相对距离（相对于 MTi 的传感器坐标系）不随时间变化。 向 MTi 提供不正确的杠杆臂参数，可能会导致 MTi 的位置、速度和方向数据输出性能下降。

当 MTi 及其 GNSS 天线安装在灵活（非刚性）的车辆或物体上时，可能会在一定程度上违背 GNSS 杠杆臂的工作原理。 在桌面测试期间也经常发生不正确的使用行为：例如，出于测试目的，将 MTi 连接到 PC 并将 GNSS 天线留在窗户附近以实现 GNSS 固定解。 如果 MTi 本身移动或旋转，GNSS 杠杆臂的工作原理将受到违背。

 

MTi-680G还配备了升级的配套软件，与非RTK模块相比，该软件能够显著提升模块的内部信号处理速度。通过将全球定位坐标与模块的姿态、航向和速度输出同步，MTi-680G可为任何载体设备提供多方位的定位和导航输出，包括以最大输出数据速率400Hz高速移动的无人机等设备。

这款支持RTK的模块还提供以下功能：

对每个产品设备进行精确出厂校准

强大的抗磁干扰能力

自适应软件运行，可在各类应用场景中优化性能

易于使用的免费MT Software Suite开发工具，便于加快集成到最终产品设计中的速度

Xsens的热门MTi开发工具包，提供开箱即用的操作体验