[发明专利]惯导技术辅助的高精度GNSS动态倾斜测量系统及方法

说明书

本发明提出一种惯导技术辅助的高精度GNSS动态倾斜测量系统及方法，所述系统包括GNSS板卡和惯导模块，所述惯导模块包括处理器、以及分别与所述处理器通信连接的角速度传感器、加速度传感器、PPS脉冲时钟；所述GNSS板卡用于测量观测点的定位信息；所述处理器根据传感器测量值计算得到观测点的位置、姿态、速度信息；建立惯性导航与GNSS定位组合的状态方程，利用卡尔曼滤波估计角速度传感器、加速度传感器的误差并实时的进行误差补偿，得到修正后的姿态角；根据所述观测点的定位信息、修正后的姿态角以及杆长计算出测量点的位置。本发明提出的系统和方法对测量设备不再要求严格的对中，系统会自动修正坐标值，降低了人为误差，提高测量的效率。

技术领域

本发明属于卫星导航定位技术领域，具体涉及一种惯导技术辅助的高精度 GNSS动态倾斜测量系统及方法。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。 GNSS技术目前已基本取代了地基无线电导航、传统大地测量和天文测量导航定位技术，并推动了大地测量与导航定位领域的全新发展。

目前用GNSS做高精度测量时，需要将GNSS设备垂直放置于测量点位置上方，设备均需调整到水平，这就需要对中。由于受到地磁和周边环境的影响，采集的数据存在不稳定性，同时由于校准时需要繁杂的操作步骤，容易导致业务人员校准失败，当需要大量多点测量时，这种方式严重影响测量效率，甚至有的需要倾斜测量的点无法直接测量，只能间接测量，需要辅助手段将间接测量值转换到测量点。这就导致了对测量人员要有一定技术要求，并给测量人员带来大量额外工作，测量人员也容易出现人为误差导致测量精度出现问题甚至错误。

发明内容

本发明提出一种惯导技术辅助的高精度GNSS动态倾斜测量系统及方法，用于解决现有GNSS测量中需要对中给测量人员带来的不便以及测量效率低下、测量误差大的问题。

本发明第一方面，提供一种惯导技术辅助的高精度GNSS动态倾斜测量系统，所述系统包括GNSS板卡和惯导模块，所述惯导模块包括处理器、以及分别与所述处理器通信连接的角速度传感器、加速度传感器、PPS脉冲时钟；

所述GNSS板卡用于测量观测点的定位信息，并将所述观测点的定位信息发送至所述惯导模块的处理器；

所述PPS脉冲时钟将所述角速度传感器、加速度传感和所述GNSS板卡的数据通过脉冲信号校准，实现数据时间上的同步；

所述处理器根据角速度传感器测量值、加速度传感器测量值计算得到观测点的位置、姿态、速度信息；建立惯性导航与GNSS定位组合的状态方程，利用卡尔曼滤波估计角速度传感器、加速度传感器的误差并实时的进行误差补偿，得到修正后的姿态角；根据所述观测点的定位信息、修正后的姿态角、所述观测点和测量点之间的直杆长度计算出测量点的位置。

可选的，所述计算观测点的姿态信息具体包括：

设已知的初始位置向量信息：纬度经度λ，高度h；初始姿态角信息：航向角ψ，俯仰角θ，横滚角φ；初始速度：vⁿ；根据所述初始姿态角信息得到初始姿态矩阵

其中R_x，R_y，R_z分别为绕x，y，z轴的单位旋转矩阵；

设角速度传感器测量值为加速度传感器测量值为和分别表示载体坐标系相对于惯性坐标系的角增量和速度增量，则载体坐标系相对于导航坐标系的角增量为：