[发明专利]基于单轴RINS/LDV组合的连续高程测量方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于RINS/LDV组合的连续高程测量系统及方法，属于大地测量领域；所述系统包括惯性测量单元、转位机构、激光多普勒测速仪、UPS电源以及导航计算机，其中，惯性测量单元安装在转位机构上，组成单轴旋转惯导系统，用于敏感载体的角运动和线运动；惯性测量单元分别与激光多普勒测速仪和导航计算机连接；激光多普勒测速仪与导航计算机连接，UPS电源分别与单轴旋转惯导系统和激光多普勒测速仪连接；本发明完全不依赖GNSS信号，属于全自主式连续高程测量，在密林、山谷以及极端天气等环境中仍可保持较高的连续高程测量精度，极大地提高了连续高程测量的环境适应能力。

技术领域

本发明涉及一种基于单轴旋转惯导系统(Rotational Inertial NavigationSystem,RINS)/激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimeter,LDV，通常简称为测速仪)组合的连续高程测量系统及方法，属于大地测量领域。

背景技术

高程测量在地质勘探、地形绘制、重力测量等方面具有重要作用。目前常见的几种高程测量方法有全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)高程测量、几何水准测量与三角高程测量等；GNSS高程测量方法可以实现连续高程测量，其精度与GNSS定位精度相当，但在丛林、山谷遮挡、高楼密集等GNSS接收机信号受影响的地区的精度较差；几何水准测量的精度比较高，单点高程测量精度可以达到厘米量级，但受距离和地形起伏的限制，外业工作量大，施测速度慢，无法实现连续高程测量；三角高程测量不受地形的限制，单点高程测量精度也可以达到厘米量级，但是每次测量都需要量取仪器高、棱镜高，操作繁琐且同样无法实现连续高程测量。

惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS，通常简称为惯导系统)是利用惯性敏感元件测量载体相对惯性空间的角运动和线运动，以获得载体的姿态、速度和位置等信息的自主导航系统。惯导系统在纯惯性状态下天向通道处于发散状态，无法单独实现高程测量，通常只能依靠卫星导航、里程计、气压计等提供高程信息。在野外进行作业时，GNSS信号容易受到测量环境遮挡、里程计容易发生轮胎磨损和打滑以及气压计容易受到环境气流影响等限制导致诸多传感器不能为惯导系统持续提供高程信息，因此有必要研究一种新的不受环境影响的连续高程测量方法，满足实际的工程应用需求。

发明内容

针对当前连续高程测量方法的缺陷，本发明的目的是提出一种基于单轴RINS/LDV组合的连续高程测量系统及数据处理方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：

一种基于单轴RINS/LDV组合的连续高程测量方法，基于由惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)、转位机构、激光多普勒测速仪、UPS电源以及导航计算机组成的连续高程测量系统，该方法分为以下步骤：

S1：将惯性测量单元安装在转位机构上，组成单轴旋转惯导系统(RINS)，RINS可以敏感载体(例如实验车)的角运动和线运动；

将单轴旋转惯导系统分别与激光多普勒测速仪和导航计算机连接；

将激光多普勒测速仪与导航计算机连接，同时将UPS电源分别与单轴旋转惯导系统和激光多普勒测速仪连接；

惯性测量单元安装到转位机构上时，惯性测量单元坐标系s系与载体坐标系b系无法完全重合，在垂直方向上存在一个与转位机构的转动方式有关的规律性大转角，在水平方向上存在由安装误差引起固定的小角度水平倾角，其可以分解为两个欧拉角α、β，这也是限制单轴旋转惯导系统导航精度的主要因素，其中垂直方向上的大转角是已知的，因此在进行高程测量前只需要对水平倾角进行补偿。

S2：将搭建好的系统安装于载体后，首先进行静态下惯性测量单元的水平倾角标定，具体标定步骤如下：