[发明专利]一种GNSS/IMU测绘系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于GNSS/IMU的倾斜测量系统，包含：GNSS/IMU接收机，其中GNSS/IMU接收机包含GNSS天线、GNSS定位板卡、IMU惯性传感器、位置传递装置，GNSS天线用于接收卫星导航定位信号，GNSS定位板卡用于根据GNSS天线接收的信号计算GNSS天线相位中心坐标，作为测量相对位置点的基准坐标，IMU用于测量接收机的加速度和角速度，相对位置传递媒介用于衔接基准坐标和待测量相对位置坐标，位置传递装置用于实现相对位置点测量功能，本发明的目的为实现可靠的、高精度的相对位置点测量，以取代传统的GNSS测量方法和基于AHRS技术、空间交会技术的倾斜测量方法，提高GNSS接收机外业测量的工作效率，降低使用者的劳动强度，并拓宽GNSS接收机在数字施工、精准农业和智能驾驶等领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种高精度GNSS/IMU接收机系统的产品形态及其测量方法，适用于利用GNSS接收机进行点测量和放样的各测绘、工程测量、监测等测量领域，以及利用GNSS接收机或GNSS/INS组合导航设备进行导航定位的车辆、飞行器、船舶等导航定位领域。

背景技术

GNSS接收机一般包含GNSS天线和GNSS定位板卡，GNSS定位板卡根据GNSS天线接收到的GNSS卫星定位信号计算GNSS天线的相位中心位置，但是GNSS天线相位中心位于GNSS接收机内部，而待测量点位于GNSS接收机外部，需要将GNSS接收机内部的GNSS天线相位中心位置传递至GNSS外部待测量点，才能实现待测量点的测量。

传统的测绘方法通过对中杆或三脚架实现GNSS接收机内部天线相位中心至外部测量点的位置传递，GNSS接收机在结构设计时就使得GNSS天线的几何中心和GNSS接收机外壳安装中心同轴，实现GNSS天线相位中心与外部的联系，并在出厂时对GNSS天线相位中心相对外部安装中心的偏差进行标定，实际测量时，将GNSS接收机安装在对中杆上，对中杆底部尖端放置在待测量点上，保持对中杆上的水准气泡居中，使得GNSS天线几何中心，安装中心与待测量点同轴，并平行于铅垂线，从而完成天线相位中心至测量点的传递，实现测量点的测量，如图1a、图1b，x,y,h为出厂标定值。

GNSS接收机传统作业方式需要进行对中整平，保持GNSS接收机平行于当地水平面，才能将天线相位中心位置传递至测量点，本质上是相对位置点测量，其作业效率低，劳动强度大，且墙角、斜坡等环境并不具备对中整平的客观条件，难以直接测量，为提高作业效率和降低劳动强度，业内一些公司开发了倾斜测量方案，倾斜测量属于相对位置点测量的一个实例，其实现方案主要有两种：一是基于AHRS技术的有磁倾斜测量方案；二是基于空间交汇理论的多位置测量方法；

基于AHRS技术的有磁倾斜测量方案，其方法是通过AHRS算法计算GNSS接收机的三维姿态，即利用加速度计或加速度计加陀螺仪跟踪GNSS接收机的俯仰角和横滚角，利用磁力计跟踪GNSS接收机的航向角，利用俯仰角、横滚角和航向角生成方向余弦矩阵，实现空间矢量的坐标转换，将天线相位中心位置补偿至地面测量点，但该方案缺点较多：

1、GNSS接收机俯仰角、横滚角跟踪的绝对精度依赖于加速度计测量精度，需要对加速度计的零偏进行定期标定，标定的精度直接影响GNSS接收机俯仰角和横滚角跟踪的精度，且一般客户不具备加速度计标定的专业知识和设备条件；

2、基于加速度计跟踪GNSS接收机的俯仰角、横滚角的前提是加速度计只敏感到重力，所以该方案只能在准静态条件下使用，动态条件下的角度跟踪精度不可靠，即使使用陀螺仪也只能提高角度跟踪的动态性，起到角度平滑跟踪的效果，长时间动态情况下角度跟踪的绝对精度依然取决于加速度的精度；

3、电磁环境的变化直接影响磁力计的测量输出，所以需要对磁力计进行定期校正，最好每次设备开机均对磁力计进行校正，磁力计系统偏差的校正效果直接影响航向角测量的精度，进而直接影响倾斜测量的精度，且GNSS接收机使用过程中内外部电磁环境的变化很难监测，所以该方案的可靠性非常差；

由于有磁方案的精度无法保证，可靠性和重复性差，且校正过程繁琐，所以实用性非常差。