SBG Systems公司Ellipse-D惯性卫星组合导航系统
Ellipse-D 是由法国公司 SBG Systems 推出的一款先进的、紧凑型双天线全球导航卫星系统辅助惯性导航系统。它代表了当前传感器融合技术在工业应用中的较高水平，旨在为各种移动平台提供精 确、稳定且可靠的定位、方向和运动信息。以下将围绕其技术核心、性能指标、硬件设计、应用领域及生态系统等方面，对其进行详细的描述。黛尔特（北京）科技有限公司提供Ellipse-D惯性卫星组合导航系统
SBG Systems公司Ellipse-D惯性卫星组合导航系统核心参数
- 双天线 GNSS + 内置 IMU：提供稳定航向（即使在静态或低动态条件下），支持 RTK/PPK 厘米级定位。
- 多星座支持：GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou、QZSS、SBAS，提升信号可用性与抗干扰能力。
- 高精度性能：
- RTK 水平定位：0.01 m + 1 ppm
- RTK 航向精度：0.2°
- 滚转/俯仰（RTK）：0.05°
- 抗干扰能力：集成 GNSS 假冒/干扰检测与缓解机制，支持 OSNMA。
- 外部传感器融合：可接入 DVL、里程计、空速管等，提升 GNSS 中断时的航位推算精度。
- 后处理能力：搭配 Qinertia 软件，支持 PPK/PPP 高精度数据处理。
- 紧凑轻量化：
- BOX 版本：46 × 45 × 32 mm，65 g
- OEM 版本：29.5 × 25.5 × 16 mm，17 g
- 防护等级：IP68（可浸水 1 米 × 1 小时）。
- 工作温度：-40°C 至 +85°C（BOX 版）。
SBG Systems公司Ellipse-D惯性卫星组合导航系统典型应用场景
- 自动驾驶车辆（如农业拖拉机、无人班车）
- 无人机（UAV）导航与通信天线稳定（如与 Cobham AVIATOR UAV 200 集成）
- 无人水面艇（USV）与水下机器人
- 三维风速测量（配合 ADS-9 空速管）
- 海洋波浪监测、升沉测量（实时精度 5 cm）
- 铁路、道路、管线巡检
SBG Systems公司Ellipse-D惯性卫星组合导航系统典型应用场景数据接口与协议
- 输出协议：NMEA、sbgECom（二进制）、TSS、KVH、Dolog
- 输入协议：NMEA、Novatel、Septentrio、u-blox、PD6、Teledyne Wayfinder、Nortek
- 通信接口：
- RS-232/422（高达2 Mbps）
- CAN 2.0 A/B（1 Mbps）
- Sync IN/OUT（PPS、事件触发）
- 数据速率：IMU 输出可达 1000 Hz，导航输出 200 Hz
Ellipse-D 属于 SBG Systems 的 Ellipse 系列，该系列以微型化、高性能著称。其核心设计理念是将一个高精度的惯性测量单元与一个多频多星座的 GNSS 接收器紧密结合，并通过先进的融合算法，输出经过优化的运动数据。
从本质上讲，Ellipse-D 不仅仅是一个传感器，更是一个完整的导航解决方案。它内部集成了三个基于微机电系统的加速计和三个高性能的微机电系统陀螺仪，能够测量载体三个轴向的线加速度和角速度。仅依靠惯性测量单元，系统可以通过积分运算推算出载体的位置和姿态，但误差会随时间迅速累积。为了解决这一问题，Ellipse-D 内置了强大的全球导航卫星系统接收机，利用卫星信号提供绝 对的位置和时间参考，从而周期性修正惯性导航系统的累积误差。这两个核心部分的结合，通过复杂的传感器融合算法实现。该算法通常采用扩展卡尔曼滤波器，能够智能地评估和融合来自不同源的数据，输出平滑、准确且无延迟的运动轨迹。这种组合使得 Ellipse-D 既能在全球导航卫星系统信号良好时提供厘米级的定位精度，也能在信号短暂丢失时依靠纯惯性进行可靠的航位推算。
双天线测向技术：Ellipse-D 显著的特征是其双天线全球导航卫星系统配置。与传统的单天线或磁罗盘测向不同，它通过两个固定距离的全球导航卫星系统天线接收信号，直接测量载体的真实航向角。这种技术从根本上解决了两个关键问题：一是磁罗盘在存在铁磁性物质干扰的环境下（如钢制船体、车辆 chassis）无法准确工作的难题；二是在载体静止或低速运动时，基于单天线全球导航卫星系统/惯性导航系统无法通过航迹推算得到稳定航向的局限性。即使在零速或颠簸等复杂条件下，双天线全球导航卫星系统也能提供稳健且高精度的航向输出，典型精度可达 0.2°，在使用实时动态定位技术（RTK）后处理的情况下，航向精度甚至可以提升至0.1°。
多传感器融合与辅助输入：为了应对全球导航卫星系统信号长期缺失的极端环境，Ellipse-D 设计了前瞻性的多传感器融合架构。它不仅依赖内部的惯性测量单元和全球导航卫星系统，还预留了丰富的辅助传感器输入接口。它可以接收并融合里程计的数据，适用于车辆在隧道、峡谷中行驶时的定位；在海洋应用中，它可以接入DVL，提供精 确的底跟踪速度，极大地提升了水下导航和 Dead Reckoning 的精度。此外，它还能支持外部磁力计和大气数据系统等其他辅助传感器，使其能够灵活适应陆地、空中和海上（包括水下）多达18种不同的运动剖面。这种开放性使得 Ellipse-D 能够无缝集成到复杂的机器人系统中，成为感知层的核心组件。
抗干扰与防欺骗：随着全球导航卫星系统干扰和欺骗技术的日益普及，导航系统的安 全性变得至关重要。Ellipse-D 集成了先进的全球导航卫星系统干扰和欺骗检测与缓解功能。它能够在复杂的电磁环境中实时监测信号质量，一旦发现异常干扰或伪造的卫星信号，系统会立即向用户发出实时标志进行预警。同时，它还支持奥西米亚，这是欧洲伽利略卫星导航系统提供的一项开放服务，能够对全球导航卫星系统信号进行身份验证，进一步增强其抵御欺骗攻击的能力。这一特性使得 Ellipse-D 在国防、安防和关键基础设施等对安 全有严苛要求的应用场景中具有显著优势。
Ellipse-D 的性能参数展示了其作为一款工业级产品的技术实力。在定位精度方面，在单点定位模式下，水平位置精度为1.2米，垂直精度为1.5米。当启用实时动态定位技术后，水平精度跃升至 1厘米 + 1ppm（动态）或1厘米 + 0.5ppm（后处理），垂直精度也相应提升至厘米 + 1ppm（动态/后处理）。这意味着在理想条件下，它可以实现稳定可靠的厘米级定位。
在姿态和航向方面，其横滚角和俯仰角的动态精度高达0.05°（使用实时动态定位技术），航向角在使用双天线实时动态定位技术时精度为0.2°。经过后处理软件优化后，航向精度甚至可达0.1° 。
在起伏测量方面，对于海洋应用至关重要的起伏精度，Ellipse-D 在实时模式下可达5厘米或5%的涌浪高度，而在延迟后处理模式下可进一步提升至 2厘米或2.5% 。其数据输出速率高达 200Hz，并能提供 1000Hz 的原始惯性测量单元数据采样，确保能够捕捉到细微的运动变化。
硬件设计与物理特性：在硬件设计上，Ellipse-D 体现了微型化与坚固性的平衡。其尺寸仅为46毫米 x 45毫米 x 32毫米，重量仅有65克，这一小巧的体积使其能够轻松集成到无人机、无人水面艇、小型机器人等空间受限的平台中。尽管体积小巧，但其外壳采用铝合金材质，结构坚固，达到了 IP68 的防护等级，意味着它能够完全防尘，并可在持续浸水的环境下正常工作。其工作温度范围覆盖了-40°C 到 85°C，能够承受高达 8克 RMS 的随机振动和 00克的冲击，符合 MIL-STD-810 军 用标准，展现了其在恶劣工业环境和户外作业中的高可靠性。在电气特性方面，它支持 5V 到 36V 的宽幅直流电压输入，功耗低于1.05W，对供电系统要求低，适合电池供电的便携式应用。
接口与生态系统：Ellipse-D 提供了丰富的数据接口以适应复杂的系统集成需求。它支持多达3个 RS-232/422串口，以及CAN 2.0 A/B接口，便于与车辆控制系统（如 OBDII）直接通信。其输出协议涵盖了标准的 NMEA-0183以及 SBG Systems 自家的高效二进制协议 sbgECom，同时也支持TSS、KVH等用于船舶姿态的专用协议，确保了与各种显控、声呐等海洋设备的兼容性。此外，它还具备精 确的授时功能，PPS脉冲精度优于1微秒，时间戳精度优于200纳秒，这对于多传感器同步和数据融合至关重要。围绕 Ellipse-D，SBG Systems 构建了一个强大的软件和硬件生态系统。
Qinertia 后处理软件：这是 SBG Systems 的核心竞争力之一。通过 Qinertia 后处理软件，用户可以将 Ellipse-D 记录的原始惯性测量单元数据和全球导航卫星系统原始观测值进行反向平滑处理。该软件融合了PPK和PPP 技术，利用全球参考站网络数据，能够将实时动态定位技术已经很高的精度进一步提升至 1厘米以内，并显著改善起伏和姿态角的精度。这对于测绘、勘探等需要高精度成果的应用来说至关重要。
广泛的兼容性：Ellipse-D 提供了针对 ROS 的驱动程序，使其能够无缝对接到机器人研究和开发的主流框架中。同时，它与Pixhawk等开源自动驾驶仪以及 NovAtel、Septentrio等主流全球导航卫星系统接收机保持良好的兼容性，为用户提供了灵活的系统构建选择。
BG Systems公司Ellipse-D惯性卫星组合导航系统应用领域
凭借其显著的性能，Ellipse-D 在众多行业中得到了广泛应用。
在自动驾驶汽车领域，它被用于辅助驾驶系统、无人驾驶穿梭巴士和机器人的定位与感知系统中。例如，Coast Autonomous 公司在其他无人驾驶穿梭车中就集成了 Ellipse-D，作为其七层定位系统中的关键一环，特别是在全球导航卫星信号星信号薄弱的城市峡谷环境中，它与光学 SLAM、激光雷达 SLAM 等技术互为补充，确保了车辆在纽约市百老汇拥挤行人区等复杂场景下的安 全可靠运行。
在海洋工程与水文地理领域，Ellipse-D 的多面手特性得到充分发挥。它可用于水面和水下地形测量、港口航道测量、疏浚作业等。其高精度的实时动态定位技术和精 确的起伏数据，是生成高质量水深图的必备条件。通过与 DVL 的融合，它还能为自主水下航行器（AUV）和遥控潜水器（ROV）提供长时间的水下精 确导航。
在移动测绘与巡检领域，无论是安装在车辆、铁路轨道车还是背包上，Ellipse-D 都能为激光雷达和相机等传感器提供高精度的时间和空间基准。通过直接地理参照技术，它能够将点云数据精 确地投影到地理坐标系中，用于铁路轨道几何状态检测、道路表面状况监测、电力线巡检和三维城市建模等任务。
Ellipse-D 是一款将高性能、小体积、坚固性和多功能性高度集成的惯性导航系统。它通过双天线测向技术解决了传统航向测量的痛点，通过开放的多传感器融合架构适应了从天空到水下、从陆地到海洋的多样化场景，并通过抗干扰和后处理软件等增值功能，为用户提供了超越硬件本身的数据价值。它不仅仅是一个定位传感器，更是连接物理世界与数字地图、赋能自主移动设备感知与决策的核心组件。
SBG Systems公司Ellipse-D惯性卫星组合导航系统订货代码
1、ELLIPSE-D-G4A3-B1，陆空版： 加速计20g；陀螺仪450°/s；BOX版，RS232/RS422接口
2、ELLIPSE-D-G4A3-B2，陆空版： 加速计20g；陀螺仪450°/s；BOX版，RS232/CAN接口
3、ELLIPSE-D-G4A3-O1，陆空版： 加速计20g；陀螺仪450°/s���BOX版，TTL接口
4、ELLIPSE-D-G5A4-B1，高动态版： 加速计40g；陀螺仪1000°/s；BOX版，RS232/RS422接口
5、ELLIPSE-D-G5A4-B2，高动态版：加速计40g；陀螺仪1000°/s；BOX版，RS232/CAN接口
6、ELLIPSE-D-G5A4-O1，高动态版：加速计40g；陀螺仪1000°/s；BOX版，TTL接口
关于法国SBG Systems公司
SBG Systems 是一家总部位于法国的高科技企业，专注于高精度惯性导航、姿态与航向参考系统（AHRS/MRU）、惯性测量单元（IMU）及组合导航（INS/GNSS）解决方案的研发与制造。公司产品广泛应用于地理空间测绘、自动驾驶、国防、航空航天、海洋探测和机器人等领域。
