在数据采集中使用 GPS: 哪些是需要铭记在心的

本文描述了在移动数据记录是如何使用 GPS 技术,包括能够连接到 QuantumX 数据采集系统的传感器类型并如何参数化, 以及如何进行基于位置的后处理分析。 

位置或基于地图的数据采集和分析

位置或基于地图的数据 是对分析移动测试采集到的数据非常有益的。因为您的测试报告是具有可追溯性的。 视频 是另外一个主要的优势,能够完美查看无人值守的数据采集工作。

QuantumX 数据记录仪 是用于实验室和移动数据采集的一种完美工具。其可以读取 GPS 传感器数据并记录精准的位置信息信号,并且可以高品质地采集机械信号,热信号以及电信号,例如,应变,压力,加速度,扭力,力,温度,位移,甚至是基于 CAN 总线的信息。

采集 GPS 数据 能够使工程师将测量结果和车辆的位置信息以及车辆的驾驶行为结合到一起。并非常容易提取某一段道路上的测试数据。

什么是 GPS?

GPS全球定位系统的简称,例如美国的卫星导航系统 NAVSTAR. 俄罗斯的 GLONASS. 欧盟的 GALILEO 系统 (计划于 2014, 2019 年完成). 中国的 北斗系统 (BeiDu-2 导航系统, 计划于 2015 年, 2020 年完成).

GPS 传感器能从环绕地球的卫星上接收以下信息:

  • x, y 和 z 轴位置信息 (经度,维度和海拔)
  • 时间 (编码的 PPS 信号)
  • 可见卫星数

有些 GPS 传感器能够提供额外的计算信息,例如 速度。由于信息技术的进一步发展,显而易见 GPS 传感器在将来能传递更多信息。现代惯性测量单元 (IMU) “fine tune” 或本地传感器,如加速度,陀螺仪和温度传感器等还提供角度数据(俯仰,滑移,偏航)等差值 GPS 信息。

目前 GPS 传感器需要面向天空,安装在屋顶或汽车的顶部,有 360° 的视角以便获得最大最多数量卫星。

记录器软件 可以计算行驶距离的方向,加速度等基于位置的数据。

GPS 被用于精确计算特殊位置的经度和维度。GPS 系统是基于多颗围绕地球的卫星组成的网络。卫星的精密定轨和其使用非常精确的时钟能够使车辆 被精确三角定位。每颗卫星都传输非常精确的位置和时间。卫星系统的时间是由美国海军天文台的原子钟提供的,从而使整个系统的工作完全同步。

谁使用 GPS?

GPS是可以以多种形式为车辆,徒步旅行和山地自行车提供导航。越来越多的智能手机和数码相机提供完整的内置GPS传感器。气象学家将其用于天气预报。地质学家把它作为测量构造运动的高精确度的方法,用于地震学研究。

当和 QuantumX 数据记录仪一起使用, GPS 关注于汽车,卡车,机械车辆,飞机等运动分析。

有很多带有 GPS 的 高动态惯性传感器 用于动态测量或是车辆验证等,例如 ISO4138, ISO7401, ISO7975 或是 ISO3888-2 符合性验证等。

QuantumX 是一个工程工具,其结合 GPS 和视频数据,获取各种模拟和数据信号以及通过总线,如 CAN, CCP 或 XCP-on-CAN 传输的信号,进行测量和测试。

GPS 如何工作?

GPS是一种基于 29 颗卫星的导航系统。系统的全名是 “导航卫星定时和测距 - 全球定位系统 – NAVSTAR-GPS。原先,此系统是有美国国防部开发。系统 1995 年正式推出。所有的卫星在精确的轨道上运行,在任何位置至少可以接收到 6 到 10 颗卫星。在民用L1频段, 每个GPS卫星发送 1575.42 MHz 的 C/A编码数据。一个特殊的卫星码也被发送,以便和其它区分卫星。GPS 接收机解码这些信号 (CDMA)。高精度的军用 P/Y 码是不公开的。

如何 GPS 传感器从至少三颗卫星上获取信号,位置就能精确定位: 精度和纬度。4 颗卫星能够计算出海拔高度。在飞行中,高度一般用于测量传感器和地面的距离。如果有更多的卫星数据,精度将会提高。当给 QuantumX 系统和 GPS 传感器供电后,其将开始搜索卫星。整个过程可能长达5分钟。在 GPS 被初始化后,一分钟内将获取所有信号,所有过程都是通过软件来检查完成的。

GPS 的精度如何?

位置精度 依赖于多种因素。更多的卫星数量能够使 GPS 接收器获取更好的信号。卫星的位置和信号接收器的功率也是驱动因素。如果在卫星和传感器之间有高大的建筑也会导致信号误差,因为没有可接收和反射的信号。一般标准的 GPS 信号的精度小于 10 m / 码。

连接 GPS 传感器到 QuantumX

两种类型的接口被用于连接 GPS 传感器到 QuantumX.

  • RS232 / DSub-9
  • CAN 总线
    • QuantumX 接口: MX840 / MX840A (通道 1) 或 MX471 (通道 1-4)
    • 传感器通过 CAN 总线传输数据
    • 更新速率: 20 – 200 Hz

基于 RS232 的 GPS 传感器 (NMEA 0183 协议)

选择:

  • 带有磁尺的 NAVILOCK NL-403P     
  • GARMIN GPS18-5 Hz
  • GARMIN GPS35 tracpak
  • VBSS 5/10/20/100 Hz

此种类型的 GPS 传感器内置天线,并提供 1-5 Hz 更新率,低功率。 RS232 (母头) 接口采用 DSub 9 针插头,可以直接连接到 QuantumX 数据记录仪。接收机最多能接收 12 颗卫星数据。这种传感器时慢速车辆的理想选择,如轮船等。

可以通过外接电缆连接到点烟器插头上 (6 … 40 V DC).
传感器可以防水,工作温度为 -30 … 80 °C

注意: HBM Soma EGPS-5HZ 采用的是 M8 公插头。

RS232 / NMEA 输出配线 (DSub-9)

 

 

DSub-9

Racelogic

VBSS

GARMIN
GPS18-5 Hz

GARMIN

GPS35 tracpak

针脚 / 信号

信号

信号

信号

1

-

2 / RX

8 / TX

3 / TX

1 / RX

绿

4

-

-

-

5

9

-

-

6, 7, 8, 9

-

-

-

基于 USB 的 GPS 传感器

基于 USB 的 GPS 传感器能够被 catmanEASY 支持。

一步步参数化基于 RS232 的 GPS 传感器

  1. 连接 GPS 传感器到 CX22 / CX22B-W RS232 接口上
  2. 打开数据记录仪上的软件并打开 “Configure device scan” 对话框。

  1. 激活 "Manual devices” 选项并添加 “New device”

  1. 如果 GPS 参数表没有说明,请按以下方式配置端口。

  1. 高亮 “Consider manual devices"

  1. 开始一个 “New DAQ project”
  1. 所有的设备被自动扫描,以下截图是来自一台 QuantumX 模块的通道列表以及来自 RS232 GPS 传感器的精度,纬度,海拔,速度和时间等 GPS 信号。

注意: 至少需要一台 QuantumX 模块来提供时间信号。所有的 GPS 信号然后被关联到时间组。

基于 CAN 的 GPS 传感器

一般来说,任何基于这种总线标准的 GPS 传感器都能连接到 QuantumX 数据采集系统中。

模块 MX840, MX840A 和 MX471 提供 ISO 11898 高速 CAN 总线连接。总线速率可以根据技术参数表调整。数据格式可以是 Motorola 或 Intel。 通过 MX47a, 总线终端可以通过软件进行开关,可以焊接到 MX840 或 MX840A 插头上。

这种类型的传感器一般用于汽车或摩托车等高速运动的车辆,对速度和精度有很高的要求。典型应用: 一般车辆动力学 (垂直或水平)。

一步步配置基于 CAN 的 GPS 传感器

  1. 连接 GPS 传感器一个 CAN 总线节点到
    MX471: 通道 1-4 或
    MX840 / MX840A 通道 1
    注意: 您需要终止 QuantumX 端的 CAN 总线 (MX840A 在插头上, MX471 通过软件命令)
  2. 转到传感器数据库: 从 GPS 传感器输入 dbc 文件
  3. 转到通道概览: 拖拽 dbc 文件到通道并配置 CAN 节点
    数据速率: 500 kBit, 终止为 ON
  4. 你可以选择可视化信号,显示在地理格式的位置数值: degree.min.sec

注意: 至少需要一台 QuantumX 模块来提供时间信号。所有的 GPS 信号然后被关联到时间组。

位置或基于地图的数据采集和分析

基于 CAN 的 GPS 传感器故障排除

如果 GPS 数据丢失,采用 VBSS 软件分析 GPS 传感器

  1. 通过 RS232 连接 GPS 传感器到您的电脑,并检查其是否工作正常。

  1. 打开 CAN 选项卡, 检查和修改以下参数(如需要):
    波特率: 500 kBit (默认)
    CAN 总线端: Active Termination = ON, 传感器端为 120 ohms
    CAN 标识符: 0x301 … 0x307
    CAN 报文标识符格式: 标准 11 Bit
    修改后请点击 “Write Settings” 使其永久保存。

  1. 配置传感器的直接模拟输出电压(BNC插头)
    到车速(如图示), 横向加速度,纵向加速度或绕圈 (数字脉冲,当通过一个“虚拟”的起点/终点线,在比赛中单圈时间计算).

位置或基于地图的数据采集和分析

您可以通过 HBM nCode 后处理软件 GlyphWorks 来可视化并自动计算和分析数据.

同步软件包 提供给您在 Microsoft MapPoint 上显示 GPS 数据或是导出到 Google Earth 的工具集。

多种设备可以同步显示来自传感器或数据总线的任何输入,确切的位置,甚至视频。

并提供一键分析报告 功能, PDF 格式。

图: GlyphWorks - 在频域或时域下分析和可视化您的一组测量数据。

图: GlyphWorks – 数据分析图像流,从左到右: 数据池, 速度计算, 加速时间, FFT 计算, 地图

图: GlyphWorks – 自动生成总体报告,您可以选择测试的所有方面: 元数据,数据,GPS 和位置,分析等。

联系我们 如果您希望与HBM联系,无论是技术问题还是希望进行商务合作或者是产品咨询,我们都将为您服务