# NavNewton

**Repository Path**: canvas2019/nav-newton

## Basic Information

- **Project Name**: NavNewton
- **Description**: GNSS+INS松组合
- **Primary Language**: C++
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 5
- **Forks**: 8
- **Created**: 2021-05-31
- **Last Updated**: 2023-05-29

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# NavNewton介绍

<img src="README.assets/image-20210708212241883.png" alt="image-20210708212241883" style="zoom:200%;" />

![image-20210708212742527](README.assets/image-20210708212742527.png)



[TOC]

### **使用方法**

GNSS+INS松组合处理软件NavNewton

##### CUI使用方法：

在cmd切换到NavNewton.exe所在路径后输入   .\NavNewton.exe .\test_data\RTK.PosT .\test_data\IMR.imr .\conf\ .\test_data\result

##### GUI使用方法：

安装NavNewton.msi，按照安装提示安装完成后，在桌面上双击打开NavNewton程序，点击**帮助**弹出说明文档

##### 源代码编译要求

（GUI或CUI使用不需要，仅从source code编译时需要）：

编译环境：VS 2017 x86

依赖库：Eigen 3.3.9



### **模块功能介绍及性能评估**

##### 文件读取

1. POSMind的RTK结算结果PosT格式
2. Waypoint的imr惯导数据格式
3. INS-D得到的.imu文件转换为如上imr格式

模块1名称：gnss

读入POSMind的RTK解算结果

模块2名称：decode_imr 

该模块实现了将Waypoint的imr惯导数据格式钟中的惯导观测值提取出来的功能

结果分析：与ReadWPG.exe解码结果一致

模块3名称：imr_converter

功能：.imu文件解码成.imr

输入：INS-D得到的.imu文件

输出：posMind能导入的.imr文件

结果对比：和另一位同学解码得到的结果相差无几

##### INS

1. 解析法初始对准
2. 纯惯导推算

模块1：initial_alignment

功能：初始对准，采用的方法是解析法粗对准。

输入：初始对准时间段的比力和角速度值，分别用n行3列的Matrix传入

输出：初始对准后的姿态，用DCM描述

结果对比：和PosMind的对准方法相比，横滚俯仰角差1度左右，航向角差约5度，猜测原因是PosMind采用了精对准的方法。

模块2：pure_ins

功能：惯导机械编排更新载体速度、位置、姿态

输入：输入每一历元的比力和角速度

输出：机械编排得到的速度、位置、姿态

结果对比：和上学期惯导结果一致，已验证

##### GNSS

1. 读入PosMIND解算结果

##### LooseCoupled

1. 15维状态向量松组合
2. 前向滤波

模块名称：loose_coupled

功能：n系下15维状态向量GNSS/INS松组合结果

输入：PosMind的GNSS的RTK结果（位置速度及其方差）

   自编程序惯导机械编排结果（位置速度姿态及其误差状态方差）

   天线相位中心到INS中心的三轴杆臂改正值

输出：松组合结果

结果分析：

与PosMind软件LCI前向滤波结果求差对比分析，以一组实测观测数据为例：

**（1）轨迹**

​                                               ![image-20210708210344537](README.assets/image-20210708210344537.png)  

>  轨迹图与实际轨迹吻合

**（2）位置偏差**

​                                          ![image-20210708210403563](README.assets/image-20210708210403563.png)

其中，水平位置偏差如下：

​                                           ![image-20210708210410586](README.assets/image-20210708210410586.png)

分析：1）位置推算结果较好，大部分水平位置偏差和垂直位置偏差在mm级

   2）在质量不好的地方水平位置偏差可达亚米级，垂直偏差可达米级。结合PosMind轨迹图可以发现波动较大的地方是树林遮挡叫严重的地方，卫星定位结果质量较差。

**（3）速度偏差**

​                                          ![image-20210708210417995](README.assets/image-20210708210417995.png)

分析：1）速度推算结果较好，大部分水平速度偏差和垂直速度偏差在mm级

   2）在质量不好的地方速度偏差可达厘米级。结合PosMind轨迹图可以发现波动较大的地方是树林遮挡较严重的地方，卫星定位结果质量较差。

（4）姿态偏差

​                                       ![image-20210708210533146](README.assets/image-20210708210533146.png) 

分析：1）姿态推算结果较好，大部分俯仰角和横滚角偏差在0.01°以内，航向角在1°以内。 

   2）航向角偏差在滤波收敛后存在1°左右的常偏，可能与IMU零偏建模策略和参数配置不同有关。

### **文件格式要求**

#####  GNSS输入、POSMind解算结果格式要求

GNSS（RTK）结果格式如下图：

![QQ图片20210708230850](README.assets/QQ图片20210708230850-1625757302934.png)

Posmind松组合前向滤波结果如下图
![QQ图片20210708230850](README.assets/QQ图片20210708230850.png)

##### 结果输出格式

松组合结果输出格式（NED坐标系下）：

| GPS周 | 周秒 | 纬度 | 经度 | 高程 | VN   | VE   | VD   | roll | pitch | heading |
| ----- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ----- | ------- |
| 整数  | s    | deg  | deg  | m    | m/s  | m/s  | m/s  | deg  | deg   | deg     |

### **软件界面设计**

使用C#，具体参见GUI帮助或软件使用说明.pdf

##### 主界面

![image-20210708212742527](README.assets/image-20210708212742527.png)

##### 结果显示

![QQ图片20210708221539](README.assets/QQ图片20210708221539.png)

##### 地图显示

![image-20210708221610890](README.assets/image-20210708221610890.png)

##### 与POSMind解算文件残差对比

![image-20210708222319299](README.assets/image-20210708222319299.png)

### **总体结构和功能模块划分**

![松组合模块](README.assets/松组合模块.png)





#### 内部接口概设

命名规则：

1. 源文件.cpp，头文件.h，全小写，下划线分隔单词
2. 类、结构体，首字母大写，缩写大写（class LooseCoupled / class INS）
3. 类成员变量、结构体成员变量，下划线开头，下划线分隔单词，全小写，重点在前，修饰语在后（_var_sys)
4. 函数内变量，下划线分隔单词
5. 函数使用驼峰命名法（void timeAlign()）
6. 所有宏定义、全局变量，提交时在KHY处合并



config（模块可选，命名：gnss.config）：

1. 注释用#（行头，行尾）

2. 变量名 = 值（数组拆开成多个变量）

3. 示例如下

   > ########## SPP 定位参数 ##########
   >
   > elev_mask = 10  # 高度角截止角 单位：°
   >
   > sys_use = GPS # 使用的卫星系统 选项："GPS", "BDS", "GPS+BDS"

#### 任务分工

2021-06-01

| 人员 | 时间      | 任务                                       |
| ---- | --------- | ------------------------------------------ |
| KHY  | 6.1-6.16  | 合并代码，确保兼容运行                     |
|      | 6.11-6.16 | 生成dll，给界面使用（7）                   |
| XZ   | 6.1-6.5   | config读入模块（1）                        |
|      | 6.5-6.11  | SPP(9）                                    |
|      | 6.11-6.16 | UI界面（8）                                |
| GS   | 6.1-6.5   | INS 星网宇达解码（imr=>程序结构体）（2-A） |
|      | 6.5-6.16  | 松组合（6-A）                              |
| HC   | 6.1-6.5   | INS 星网宇达解码（imr=>程序结构体）（2-B） |
|      | 6.5-6.16  | 松组合（6-B）                              |
| LJN  | 6.1-6.5   | INS-Demo解码(bin=>imr) (3-A)               |
|      | 6.5-6.8   | INS初始对准（解析法）(4-B)                 |
|      | 6.8-6.16  | INS机械编排（5-A）                         |
| XDZ  | 6.1-6.5   | INS-Demo 解码(bin=>imr) (3-B)              |
|      | 6.5-6.8   | INS初始对准（解析法）(4-A)                 |
|      | 6.8-6.16  | INS机械编排（5-B）                         |

注：同一任务A、B队并行开展，互不干扰，仅结果互相参考





#### 参与贡献

1.  Fork 本仓库
2.  新建 Feat_xxx 分支
3.  提交代码
4.  新建 Pull Request