[发明专利]一种手持式RTK接收机的姿态初始化方法、设备、存储介质

说明书

本发明公开了一种手持式RTK接收机的姿态初始化方法、设备、存储介质，包括以下步骤：选取一帧图像对应的位姿作为参考坐标系，基于视觉约束计算相机相对参考坐标系的位置，基于IMU测量模型计算预积分量；根据相机相对参考坐标系的位置及所述预积分量，动态估计重力在参考坐标系下的方向与大小；根据重力在导航坐标系和参考坐标系下的投影，确定调平矩阵并将VIO的位置投影至水平系；选取初始化时间区间，计算初始化时间区间内的GNSS位置增量和VIO估计的位置增量；根据初始化时间区间起、止时刻的GNSS位置增量与VIO估计的位置增量计算航向角初值。本发明操作简单，初始化方式灵活，提升操作体验，能给用户无感的姿态初始化体验。

技术领域

本发明涉及导航定位技术领域，尤其涉及一种手持式RTK接收机的姿态初始化方法、设备、存储介质。

背景技术

VIO(visual-inertial odometry，VIO)结合了惯性测量单元(InertialMeasurement Unit，IMU)与相机传感器的互补特性，具有自主性完全、动态性能好、可靠性高等优点。然而VIO仅能用于相对定位定姿，并且由于VIO增量式的位姿估计原理，误差会随时间不断积累导致位姿漂移。与VIO相比，全球卫星导航定位系统(global navigationsatellite system，GNSS)在较好的观测场景下，能够实现高精度的绝对定位，并且误差不随时间累积。此外，GNSS通过测速或者定位可以确定载体行进的方位角。将VIO自主性完全与GNSS获取绝对位置信息的优点结合起来，组成GNSS/IMU/Vision组合定位系统，可以有效提升载体高精度定位定姿性能。

GNSS融合多传感器组合定位技术在应用过程中，初始姿态角的获取十分关键。常见的姿态角初始化方法有以下几种：(1)基于磁强传感器实现航向初始化，加速度计感应重力实现俯仰角和横滚角初始化。(2)基于GNSS/IMU组合匹配实现姿态初始化，包括加速度匹配、速度匹配和位置匹配三种方法。基于加速度匹配的航向初始化方法一般应用于加速度大，机动平稳的场景，如无人飞机；(3)基于速度匹配的航向初始化方法可用于手持RTK/IMU组合接收机的航向初始化，但是受限于速度精度以及RTK速度延迟的影响，航向初始精度不高；基于位置匹配的RTK/IMU组合接收机的航向初始化方法目前主要采用类似于GNSS卫星定位的空间后方交会方法，首先基于加速度计完成俯仰角和横滚角的初始化，再手持RTK测量杆，将测量杆杆尖保持在地面不动，推拉测量杆完成航向初始化。

上述三种方法存在以下缺陷：(1)基于地磁测量航向的方法在实际使用前需要对磁强计进行校准。在复杂场景中，事先校准的参数可能不再适用并且磁强计容易受到外部环境的磁干扰，精度不稳定。(2)基于速度匹配的航向初始化方法受限于速度精度以及RTK速度延迟的影响，航向初始精度不高。(3)基于位置匹配的测量杆推拉航向初始化方法，目前使用效果最佳，在姿态精度及初始化效率上明显具有优势。但是初始化方式需要推拉测量杆，推拉过程中需要保持测量杆杆尖与地面不动，在初始化用户体验上还是存在一定限制。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种手持式RTK接收机的姿态初始化方法、设备、存储介质，操作简单，初始化方式灵活，提升操作体验，能给用户无感的姿态初始化体验。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种手持式RTK接收机的姿态初始化方法，本方法包括以下步骤：

步骤S1、选取一帧图像对应的位姿作为参考坐标系，基于视觉约束计算相机相对参考坐标系的位置，基于IMU测量模型计算预积分量；所述图像由所述相机输出；

步骤S2、根据所述相机相对参考坐标系的位置及所述预积分量，动态估计重力在参考坐标系下的方向与大小；

步骤S3、根据重力在导航坐标系和参考坐标系下的投影，确定调平矩阵并将VIO的位置投影至水平系；