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MTI mwf 用户手册.pdf

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1 Introduction
1.1 Product Description
1.1.1 MTi-G – miniature GPS/INS
1.2 Overview MTi-G Development Kit
Quick start - Different ways of interfacing to the MTi-G
1.3.1 Getting Started with the MT Manager
1.3.2 Interface through COM-object API
1.3.3 Interface through DLL API
1.3.4 Direct low-level communication with MTi-G
2 MTi-G System Overview
2.1 Architecture Overview
2.2 Xsens Kalman Filter for MTi-G
2.2.1 Dead reckoning using inertial sensors
2.2.2 Position and orientation correction using GPS
2.2.3 Altitude correction using a static pressure sensor
2.2.4 Heading observability
2.2.5 Handling of GPS Outages
2.2.6 XKF Scenarios
2.3 Limitations  
3 Installation and Operation
3.1 Installation
3.1.1 Hardware Setup
3.1.2 First use
3.2 Normal operating procedure
3.3 GPS antenna positioning with respect to MTi-G
3.4 Placement considerations
3.4.1 Transient accelerations during GPS outages
3.4.2 Vibrations
3.4.3 Magnetic materials and magnets
3.4.4 Atmospheric pressure
3.5 RF interference and reflections and GPS antenna placement
3.5.1 RF interference
3.5.2 Reflections
4 Output Specification
4.1 Co-ordinate system definitions
4.1.1 Default MTi-G co-ordinate system definitions
4.1.2 Default MTi-G body fixed co-ordinate system
4.1.3 Locally tangent plane Euclidian linearized coordinate system - LTP
4.1.4 Default definition of G and S
4.1.5 True North vs. Magnetic North
4.1.6 North East Down optional MTi-G co-ordinate system definitions
4.1.7 Linearization errors and relation WGS84 and LTP
4.2 Performance specification
4.3 Orientation output modes
4.3.1 Quaternion orientation output mode
4.3.2 Euler angles orientation output mode
4.3.3 Rotation Matrix orientation Output Mode
4.4 Position and Velocity Output Mode
4.5 Status Byte (BIT)
4.6 Calibrated data performance specification
Calibrated data output mode
4.7.1 Physical sensor model
4.7.2 Calibrated inertial and magnetic data output mode
4.8 RAW Data Output Modes
4.8.1 RAW inertial sensor data Output Mode
4.8.2 GPS PVT data Output Mode
4.9 Reset of output or reference co-ordinate systems
4.9.1 Output with respect to non-default coordinate frames
4.9.2 Arbitrary Object alignment
4.9.3 Object reset
4.10 Timestamp output
4.11 MTi-G clock bias estimation to UTC
4.12 Test and Calibration Certificate
5 MT communication protocol
5.1 Introduction
5.2 MT Device States
5.3 MT Messages
5.3.1 Message structure
5.3.2 Message usage
5.3.3 Common messages
5.4 Communication Timing
5.5 Triggering & synchronization
5.5.1 MTi-G triggers external devices
5.6 Internal clock accuracy
5.7 Default Serial Connection Settings
5.7.1 General definitions for binary data
6 Physical Specifications
6.1 Physical sensor overview
6.2 Physical properties overview
6.2.1 MTi-G physical specifications overview
6.3 Power supply
6.4 Physical interface specifications
6.4.1 USB-serial data and power cables overview
6.4.2 Pin and wire color definitions MTi-G-28A##G## (MTi-G RS-232, standard version)
6.4.3 Additional interface specifications
6.5 Housing mechanical specifications
6.5.1 Dimensions MTi-G
6.6 Physical location of Origin of the MTi-G
6.7 GPS antenna electrical and mechanical specifications
6.7.1 Not using the default Wi-sys WS3910 antenna
7 Important notices
7.1 Environmental Operating Conditions
7.2 FCC specific operating instructions
7.3 Safety instructions
Absolute maximum ratings
7.5 Maintenance
7.5.1 Cleaning
7.6 Warranty and liability
7.7 CE Declaration of Conformity for the MT devices
7.8 FCC Declaration of Conformity for the MT devices
7.9 CE Declaration of Conformity for the USB converters
7.10 FCC Declaration of Conformity for the USB converters
7.11 Power supply considerations for conductive HF emission
7.12 Customer Support
MTi-G User Manual and Technical Documentation            Document MT0137P, Revision G, 27 May 2009                                Xsens Technologies B.V.   phone  +31 88 97367 00     fax  +31 88 97367 01     email  info@xsens.com  internet  www.xsens.com 
      Revisions    Revision  Date  A  B  C  D  E  F  G  October 20 2007  April 1 2008 By  PSL  PSL  July 1 2008 PSL  August 8 2008  October 31 2008  MMI RGI  February 2, 2009  PSL  May 27, 2009  MHA Changes First version. Various editorial updates. Removed section on using MT Manager, please refer  to MT Manager User Manual  Added Origin of MTi‐G, section 6.6    Updated  performance  generation devices  Updated  to  include  new  device  type  with  18g  acc  range  Various editorial changes and additions  Added and updated DoC  Various editorial changes and additions  specification  for  new  Operating temperature range modified  Added FCC DoC and CE DoC for the USB converters  Updated  product  specification  for  MTi‐G’s  with  Device ID higher than 00501000.  Added marine scenario specification  Added Test & Calibration certificate explanation  Added timing specification  Added considerations for placement and laptop use  Changed Raw GPS to GPS PVT  Reworked section on co‐ordinate systems definitions  Minor updates  New corporate design                                  © 2007‐2009, Xsens Technologies B.V. All rights reserved. Information in this document is subject to change  without notice. Xsens is a registered trademark of Xsens Technologies B.V.  MTi and MTx are trademarks of  sens Technologies B.V.  X       © Xsens Technologies B.V.   Document MT0137P.G MTi‐G User Manual and Technical Documentation ii
      Table of Contents  1  3  2.3  3.1  3.1.1  3.1.2  1.3.1  1.3.2  1.3.3  1.3.4  2.2.1  2.2.2  2.2.3  2.2.4  2.2.5  2.2.6  INTRODUCTION .................................................................................................................................... 1  1.1  PRODUCT DESCRIPTION .................................................................................................................................. 1  1.1.1  MTi‐G – miniature GPS/INS ............................................................................................................. 1  1.2  OVERVIEW MTI‐G DEVELOPMENT KIT ............................................................................................................... 3  1.3  QUICK START ‐ DIFFERENT WAYS OF INTERFACING TO THE MTI‐G ............................................................................ 4  Getting Started with the MT Manager ............................................................................................ 4  Interface through COM‐object API .................................................................................................. 4  Interface through DLL API ............................................................................................................... 4  Direct low‐level communication with MTi‐G ................................................................................... 5  2  MTI‐G SYSTEM OVERVIEW .................................................................................................................... 5  2.1  ARCHITECTURE OVERVIEW ............................................................................................................................... 5  2.2  XSENS KALMAN FILTER FOR MTI‐G ................................................................................................................... 6  Dead reckoning using inertial sensors ............................................................................................. 6  Position and orientation correction using GPS ................................................................................ 6  Altitude correction using a static pressure sensor ........................................................................... 8  Heading observability ...................................................................................................................... 8  Handling of GPS Outages ................................................................................................................ 9  XKF Scenarios ................................................................................................................................ 10  LIMITATIONS ............................................................................................................................................... 12  INSTALLATION AND OPERATION ......................................................................................................... 13  INSTALLATION ............................................................................................................................................. 13  Hardware Setup............................................................................................................................. 13  First use ......................................................................................................................................... 14  3.2  NORMAL OPERATING PROCEDURE ................................................................................................................... 15  3.3  GPS ANTENNA POSITIONING WITH RESPECT TO MTI‐G ....................................................................................... 16  3.4  PLACEMENT CONSIDERATIONS ........................................................................................................................ 17  Transient accelerations during GPS outages ................................................................................. 17  3.4.1  3.4.2  Vibrations ...................................................................................................................................... 17  3.4.3  Magnetic materials and magnets ................................................................................................. 17  Atmospheric pressure .................................................................................................................... 18  3.4.4  3.5  RF INTERFERENCE AND REFLECTIONS AND GPS ANTENNA PLACEMENT .................................................................... 18  3.5.1  RF interference .............................................................................................................................. 18  3.5.2  Reflections ..................................................................................................................................... 19  OUTPUT SPECIFICATION ..................................................................................................................... 20  4.1  CO‐ORDINATE SYSTEM DEFINITIONS ................................................................................................................. 20  Default MTi‐G co‐ordinate system definitions............................................................................... 20  Default MTi‐G body fixed co‐ordinate system ............................................................................... 21  Locally tangent plane Euclidian linearized coordinate system ‐ LTP ............................................. 22  Default definition of G and S ......................................................................................................... 22  True North vs. Magnetic North ..................................................................................................... 23  North East Down optional MTi‐G co‐ordinate system definitions ................................................. 23  Linearization errors and relation WGS84 and LTP ......................................................................... 24  4.2  PERFORMANCE SPECIFICATION ....................................................................................................................... 27  4.3  ORIENTATION OUTPUT MODES ....................................................................................................................... 28  4.3.1  Quaternion orientation output mode ............................................................................................ 29  Euler angles orientation output mode .......................................................................................... 30  4.3.2  4.3.3  Rotation Matrix orientation Output Mode .................................................................................... 31  Document MT0137P.G MTi‐G User Manual and Technical Documentation 4.1.1  4.1.2  4.1.3  4.1.4  4.1.5  4.1.6  4.1.7  4    © Xsens Technologies B.V.   iii
      4.7.1  4.7.2  4.9.1  4.9.2  4.9.3  4.4  POSITION AND VELOCITY OUTPUT MODE ......................................................................................................... 32  4.5  STATUS BYTE (BIT) ...................................................................................................................................... 33  4.6  CALIBRATED DATA PERFORMANCE SPECIFICATION ............................................................................................... 33  4.7  CALIBRATED DATA OUTPUT MODE ................................................................................................................... 34  Physical sensor model ................................................................................................................... 34  Calibrated inertial and magnetic data output mode ..................................................................... 35  4.8  RAW DATA OUTPUT MODES ........................................................................................................................ 36  RAW inertial sensor data Output Mode ........................................................................................ 36  GPS PVT data Output Mode .......................................................................................................... 37  4.9  RESET OF OUTPUT OR REFERENCE CO‐ORDINATE SYSTEMS .................................................................................... 38  Output with respect to non‐default coordinate frames ................................................................ 38  Arbitrary Object alignment ........................................................................................................... 38  Object reset ................................................................................................................................... 39  4.10  TIMESTAMP OUTPUT ............................................................................................................................... 40  4.11  MTI‐G CLOCK BIAS ESTIMATION TO UTC ..................................................................................................... 40  4.12  TEST AND CALIBRATION CERTIFICATE .......................................................................................................... 41  5  MT COMMUNICATION PROTOCOL ...................................................................................................... 42  5.1  INTRODUCTION ........................................................................................................................................... 42  5.2  MT DEVICE STATES ...................................................................................................................................... 42  5.3  MT MESSAGES ........................................................................................................................................... 44  5.3.1  Message structure ......................................................................................................................... 44  5.3.2  Message usage .............................................................................................................................. 44  5.3.3  Common messages ........................................................................................................................ 46  5.4  COMMUNICATION TIMING............................................................................................................................. 50  5.5  TRIGGERING & SYNCHRONIZATION .................................................................................................................. 52  5.5.1  MTi‐G triggers external devices ..................................................................................................... 52  5.6  INTERNAL CLOCK ACCURACY ........................................................................................................................... 53  5.7  DEFAULT SERIAL CONNECTION SETTINGS .......................................................................................................... 54  5.7.1  General definitions for binary data ............................................................................................... 54  PHYSICAL SPECIFICATIONS .................................................................................................................. 55  6.1  PHYSICAL SENSOR OVERVIEW ......................................................................................................................... 55  6.2  PHYSICAL PROPERTIES OVERVIEW .................................................................................................................... 55  6.2.1  MTi‐G physical specifications overview ......................................................................................... 55  6.3  POWER SUPPLY ........................................................................................................................................... 56  6.4  PHYSICAL INTERFACE SPECIFICATIONS ............................................................................................................... 56  USB‐serial data and power cables overview ................................................................................. 56  Pin and wire color definitions MTi‐G‐28A##G## (MTi‐G RS‐232, standard version) ..................... 57  Additional interface specifications ................................................................................................ 58  6.5  HOUSING MECHANICAL SPECIFICATIONS ........................................................................................................... 59  Dimensions MTi‐G ......................................................................................................................... 60  6.6  PHYSICAL LOCATION OF ORIGIN OF THE MTI‐G .................................................................................................. 61  6.7  GPS ANTENNA ELECTRICAL AND MECHANICAL SPECIFICATIONS .............................................................................. 62  Not using the default Wi‐sys WS3910 antenna ............................................................................. 63  6.7.1  IMPORTANT NOTICES ......................................................................................................................... 64  7.1  ENVIRONMENTAL OPERATING CONDITIONS ...................................................................................................... 64  7.2  FCC SPECIFIC OPERATING INSTRUCTIONS .......................................................................................................... 64  7.3  SAFETY INSTRUCTIONS .................................................................................................................................. 65  7.4  ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS ....................................................................................................................... 65  7.5  MAINTENANCE ............................................................................................................................................ 65  6.4.1  6.4.2  6.4.3  6.5.1  4.8.1  4.8.2  6  7    © Xsens Technologies B.V.   Document MT0137P.G MTi‐G User Manual and Technical Documentation iv
    7.5.1  Cleaning ......................................................................................................................................... 65  7.6  WARRANTY AND LIABILITY ............................................................................................................................. 66  7.7  CE DECLARATION OF CONFORMITY FOR THE MT DEVICES .................................................................................... 67  7.8  FCC DECLARATION OF CONFORMITY FOR THE MT DEVICES .................................................................................. 68  7.9  CE DECLARATION OF CONFORMITY FOR THE USB CONVERTERS ............................................................................ 69  FCC DECLARATION OF CONFORMITY FOR THE USB CONVERTERS...................................................................... 70  7.10  POWER SUPPLY CONSIDERATIONS FOR CONDUCTIVE HF EMISSION .................................................................... 71  7.11  7.12  CUSTOMER SUPPORT ............................................................................................................................... 72            © Xsens Technologies B.V.   Document MT0137P.G MTi‐G User Manual and Technical Documentation v
      Introduction  1   The  MTi‐G  is  an  integrated  GPS  and  Inertial  Measurement  Unit  (IMU)  with  a  Navigation  and  Attitude  and  Heading Reference System (AHRS) processor. The MTi‐G is based on MEMS inertial sensors and a miniature  GPS receiver and also includes additional aiding sensors; a 3D magnetometer and a static pressure sensor. The  MTi‐G delivers unprecedented performance for its size, weight, cost and low complexity in use. The MTi‐G is  designed  to  be  relatively  robust  and  is  very  flexible,  providing  a  wide  range  of  interface  options,  as  well  as  advanced settings for specific usage scenarios.    This  documentation  describes  the  use, basic  communication  interfaces, performance  specifications, physical  specifications and usage guidelines of the MTi‐G.    The MTi‐G is part of a family of inertial Motion Trackers from Xsens Technologies B.V. The product line also  features  the  MTi  and  MTx,  both  miniature  MEMS  based  inertial  measurement  units  with  integrated  3D  magnetometers, embedded signal processing and digital output.    1.1 Product Description  1.1.1 MTi‐G – miniature GPS/INS  The  MTi‐G  is  an  integrated  GPS  and  MEMS  Inertial  Measurement  Unit  with  a  Navigation  and  Attitude  and  Heading Reference System processor. The internal low‐power signal processor runs a real‐time Xsens Kalman  Filter (XKF) providing inertial enhanced 3D position and velocity estimates. The MTi‐G also provides drift‐free,  GPS  enhanced,  3D  orientation  estimates,  as  well  as  calibrated  3D  acceleration,  3D  rate  of  turn,  3D  earth‐ magnetic  field  data  and  static  pressure  (barometer).  The  MTi‐G  is  an  excellent  measurement  unit  for  navigation and control of vehicles and other objects.    Fields of use  robotics   aerospace   autonomous vehicles   • • • • marine industry  • automotive applications    Features  • real‐time computation of inertial enhanced position/velocity and GPS enhanced attitude/heading on  embedded DSP   built‐in 50 channel Global Position System (GPS) receiver1   ‐160 dBm tracking sensitivity   high immunity to GPS interference (jamming)  Time to first GPS fix < 1s (hot start)  • • • • • GALILEO‐L1 compatible when signals become available (firmware update required)  • • • accurate full 360 degrees 3D orientation output (Attitude and Heading)   3D acceleration, 3D rate of turn and 3D earth‐magnetic field data   static pressure sensor (barometer)                                                                     1 MTi‐G’s with Device ID’s (DID) higher than 00501000 have a 50 channel GPS L1 receiver prepared for GALILEO  compatibility. Please refer to revision E or earlier for documentation and specification of devices with lower  DID’s.    © Xsens Technologies B.V.   Document MT0137P.G MTi‐G User Manual and Technical Documentation 1
        high update rate (120 Hz on embedded DSP, 512 Hz inertial data only)   • • UTC referenced output   • • • • • • • • • compact design   low weight   ultra‐low power consumption   various digital output modes   all solid state miniature MEMS inertial sensors inside   individually calibrated for temperature, 3D misalignment and sensor cross‐sensitivity   built‐in test (BIT) feature   antenna fault detection   external active antenna status detection circuit      © Xsens Technologies B.V.   Document MT0137P.G MTi‐G User Manual and Technical Documentation 2
  1.2 Overview MTi‐G Development Kit          Contents MTi‐G Development Kit  • MTi‐G miniature GPS/INS (MTi‐G‐28A##G##)  • GPS antenna (ANT)  • Device individual Calibration Certificate  • A letter with your individual software license code.  • USB‐serial data and power cable, 3 meters  • MTi‐G Quick Setup Sheet  • MTi‐G User Manual and Technical Documentation [MT0137P]  • MT Software Development Kit CD‐ROM  o MT Low level communication Documentation PDF [MT0101P]  o MTi‐G Quick Setup PDF  o MT SDK setup  Xsens WHQL USB driver  MT Manager  XsensCMT.DLL  • COM‐object Level 4  • DLL C‐interface  XsensCMTstatic.LIB  Documentation  CMT Source files (C++)  Example source code (MATLAB)   • MTi‐G User Manual and Technical Documentation [MT0137P]  • MT Low level communication Documentation [MT0101P]  • MT Magnetic Field Mapper Documentation  [MT0202P]  • CMT doxygen HTML documentation    NOTE: the most recent version of the software, source code and documentation can always be downloaded on  the support section of www.xsens.com.    When updating the firmware in your MTi‐G, please make sure to use the latest Firmware Updater (as part of  the MT SDK) and the latest firmware, which are all available at our website www.xsens.com. Not using the  up‐to‐date Firmware and/or Firmware Updater can render your sensor inoperable in which case the sensor  may need to be returned to Xsens for recovery.    © Xsens Technologies B.V.   Document MT0137P.G MTi‐G User Manual and Technical Documentation 3
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