1. 课程导入与排障思维建立

无人矿卡在露天矿山的运输循环中，定位系统相当于“眼睛”和“内耳”：GNSS 告诉车辆“我在矿区坐标系的哪里”，惯导（INS）告诉车辆“我朝哪个方向、以多快的速度在动”。两者组合后，才能在扬尘、边坡遮挡、装卸点频繁启停等恶劣工况下持续输出可信的厘米级位置与姿态。排障的第一步不是打开软件看曲线，而是先建立一张清晰的系统地图——知道信号从哪里来、经过哪些环节、在哪个节点可能断掉。

一、定位系统的物理组成

典型无人矿卡的组合定位系统由四部分构成。其一是天线与馈线：车顶前后各布置一个 GNSS 天线，形成双天线定向基线，基线长度通常在 1.5～2.5 m 之间，用于在车辆静止或低速时提供航向约束。其二是GNSS 接收机：多频多星座接收机，通过 4G/5G 或矿区专网接收 RTK 差分改正数，输出固定解、浮点解或单点解。其三是惯性测量单元 IMU：通常安装在车辆质心附近，输出三轴角速度和比力，采样率可达 100～200 Hz。其四是组合导航计算单元：运行卡尔曼滤波，把 GNSS 的位置/速度观测与 IMU 的递推结果融合，输出位置、速度、姿态及各自的协方差。

除传感器本身，还有三类“隐形”组成部分必须纳入排障视野：时间基准（PPS 秒脉冲与 UTC 同步）、坐标基准（矿区独立坐标系与 WGS-84 的转换参数）、通信链路（差分数据、CAN 总线、以太网）。很多“定位漂移”故障的根因并不在接收机，而在差分链路中断或坐标转换参数被误改。

二、GNSS 与惯导组合的基本原理

GNSS 的优点是长期绝对精度稳定、不随时间发散，缺点是易受遮挡和多路径影响，输出率低（通常 1～10 Hz）；INS 的优点是高频、自主、短时精度高，缺点是误差随时间累积发散。组合的本质是用 GNSS 的绝对观测去约束 INS 的递推误差。工程上多采用松组合或紧组合：松组合以 GNSS 解算出的位置、速度为观测量；紧组合直接使用伪距、载波相位原始观测，在卫星数不足时仍能维持滤波更新。

卡尔曼滤波的核心状态量通常包括位置误差、速度误差、姿态误差，以及陀螺零偏和加速度计零偏。可以这样理解：IMU 每 5～10 ms 递推一次状态，GNSS 每 100～1000 ms 提供一次观测，滤波根据两者的协方差决定“更相信谁”。当车辆驶入装卸区被边坡遮挡、GNSS 只剩 3～4 颗星时，系统会进入纯惯导递推模式，此时定位精度取决于 IMU 零偏稳定性和上一次有效观测的质量。这也解释了为什么排障时必须同时看 GNSS 质量指标和 IMU 状态，而不能只盯一个“定位状态”字段。

三、排障基本流程：从现象到根因

排障应遵循“先外后内、先静后动、先证据后结论”的顺序。第一步确认现象与影响范围：是单车还是多车同时异常？是固定点漂移还是全程漂移？是定位跳变、缓慢爬移，还是直接丢失定位？多车同时异常优先怀疑基准站、差分链路或坐标参数；单车异常优先怀疑天线、馈线、IMU 安装或本车通信。

第二步采集证据。需要同时记录：GNSS 解状态（固定/浮点/单点）、可见卫星数与信噪比、差分数据龄期、IMU 温度与零偏估计、组合滤波的协方差和新息。建议在故障复现时保存至少 10 分钟的原始日志，而不是只截一张定位轨迹图。

第三步分段隔离。把信号链拆成“天线—馈线—接收机—计算单元—输出”五段，逐段验证。例如用已知良好的天线替换、用信号发生器注入模拟观测、在静止状态下比对双天线航向与电子罗盘读数。隔离的目的是把“可能原因”收敛到一段链路，而不是同时怀疑所有部件。

第四步验证与闭环。修复后必须在相同工况下复测，并观察至少一个完整运输循环（装—运—卸—返），确认定位状态、航向误差和协方差均回到正常区间，再记录故障现象、根因、处理动作和验证数据，形成可复用的排障档案。

四、安全规范不可让位于排障效率

矿卡定位排障涉及高压、旋转部件、高处作业和车辆意外移动风险。必须遵守几条硬性要求：车辆停稳、驻车制动、钥匙挂牌、必要时断开低压电源；车顶天线作业使用防坠措施，禁止在车辆举升未支撑时钻入车底；更换 IMU 或接收机前先记录原安装位置与朝向，避免装回后坐标系定义改变；任何涉及 CAN 总线或组合导航参数修改的操作，必须在矿区调度确认车辆退出自动运行模式后进行。排障人员还应随身携带对讲机，与调度保持通信，避免在盲区长时间作业。

建立系统地图、理解组合原理、遵循分段隔离流程、守住安全底线，这四点构成了后续所有具体排障动作的基础。当你能在脑中画出上面这张信号链，并说清每个节点的输入、输出和失效表现时，面对“定位漂移”这类模糊现象，就已经具备了把它拆解成可验证问题的能力。