高精度惯导应用于桥梁结构监测

次 2025-05-12 09:35:34

    xNAV是一款小型轻量化即插即用的导航系统，由于无人飞行器UAV，无人车辆UV测量平台荷载能力有限，需要精度高体积小重量轻的GPS/INS组合导航系统，所以xNAV顺应而生，xNAV在保证高精度的同时为载荷重量敏感用户提供了新的选择。
    牛津系统技术公司（OXTS）利用校核技术与算法，让MEMS跨越技术障碍，系统数据输出稳定平滑，而xNAV系统利用MEMS陀螺作为惯性部分核心，即便在GNSS信号不好的区域依然提供稳定导航数据，即插即用的设计允许UAV外挂集成，在1000米的高度，xNAV可提供优于1m的像素精度，而不会增加太多重量。
    通常我们的惯性导航系统都用于测量运动物体的位置与姿态，而近期一台xNAV550在7月下旬被固定在塞文桥上，完成了为期三天的创新性应用。这款设备因体积小巧、重量轻便而常用于无人机地理参考领域，此次则作为诺丁汉地理空间研究所研究团队桥梁挠度研究项目的一部分。

惯性导航技术赋能桥梁动态监测

xNAV550是Severn Bridge(一座连接英格兰与威尔士的公路悬索桥)上安装的测量设备之一。此前研究中，团队使用测量级GNSS接收器从桥梁关键点获取亚厘米级精度数据。结合桥上车辆的行驶速度、质量及环境数据等多元信息，研究人员能更精确地解析桥梁行为特性此类数据既可用于验证桥梁的有限元模型，也能发现此前未被观测到的挠度变化。

抗干扰优化一卡尔曼滤波技术

尽管测量级GNSS接收器具备必要的精度，但在桥梁环境中（天线周围密布钢索、金属塔架，且持续有大型车辆近距离通过），多径效应严重干扰了亚厘米级测量。而xNAV550凭借内置卡尔曼滤波器，可检测并剔除多径效应导致的错误GNSS信号，显著缓解了这一问题。该设备不仅依赖GNSS定位，还将高精度惯性测量单元的数据与自带的测量级接收器信息融合，形成无漂移、高可靠性的精准测量系统，最高支持250 Hz的数据更新率。

为桥梁运动研究开辟新视角

xNAV提供的数据或将为桥梁运动研究开辟新视角，例如直接测量桥梁因风力和车流产生的加速度、角速率等动态参数。即便作为辅助数据源，其与传统 GNSS 接收器结果的比对也能增强研究结论的可信度。目前团队已返回实验室开展数据处理与分析工作，我们期待未来跟进该团队基于xNAV的研究成果。

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