[發(fā)明專利]面向不動產測量的桿臂、時間不同步誤差估計與補償方法

有效

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• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107270893B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設計）人: 吳峻;馮家政;王永杰;沈志樂;董國敏;柏帆
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;G01C25/00;G01S19/40
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發(fā)明公開一種面向不動產測量的桿臂、時間不同步誤差估計與補償方法，步驟是：步驟1，標定GPS天線相位中心相對于IMU的真實桿臂矢量，估計從衛(wèi)星采集、慣性采集到組合導航計算之間存在的滯后時間，代入步驟3中初始桿臂誤差、時間不同步誤差；步驟2，采集慣性測量數(shù)據(jù)以及GPS測量數(shù)據(jù)；步驟3，建立19維狀態(tài)方程，將19維誤差狀態(tài)作為Kalman濾波器的誤差狀態(tài)向量，建立以速度和位置誤差作為觀測量的量測模型，根據(jù)步驟2得到的測量數(shù)據(jù)進行慣性解算并進行卡爾曼濾波；步驟4，每次濾波后，利用濾波估計出的失準角誤差、速度誤差、位置誤差、桿臂誤差對慣性解算結果進行反饋校正。此種方法可以較好地修正慣性定位裝備對待測點的定位誤差，提高測量精度。

技術領域

本發(fā)明屬于測繪技術領域，涉及測量、測繪技術和捷聯(lián)慣性定位技術，具體涉及一種面向不動產測量的桿臂、時間不同步估計與誤差補償方法，既可對參數(shù)誤差進行精確估計及反饋校正，又可對慣性器件隨機常值誤差進行準確估計及反饋校正。

背景技術

慣性定位/GPS實地調查測量系統(tǒng)是捷聯(lián)式慣性組合導航系統(tǒng)的一個分支，其基本原理與捷聯(lián)慣導衛(wèi)星組合導航沒有差別，它是在捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的基礎上，利用GPS長期定位精度高及慣性短期定位精度高實現(xiàn)優(yōu)勢互補，結合不動產測量方法的特點，實現(xiàn)測量點位置信息的采集，采用卡爾曼濾波去估計慣性導航系統(tǒng)的各誤差狀態(tài)，再用誤差狀態(tài)估值去校正系統(tǒng)，以解決目前測量作業(yè)中不可觸及點的測量、測量環(huán)境通視要求高和需要方位參考點等問題。

本套系統(tǒng)以IMU(慣性測量單元)的幾何中心作為慣性定位的參考基準，而衛(wèi)星導航則以接收機天線的相位中心作為參考基準，在實際運載體中同時使用兩種甚至多種導航系統(tǒng)時，它們在安裝位置上往往會存在一定的偏差，IMU和接收機會敏感不同的比力和解算出不同的地速，這種現(xiàn)象稱為桿臂效應。為了將多種導航系統(tǒng)的定位信息進行比對和融合，必須對定位信息實施轉換。

在慣性定位/GPS實地調查測量系統(tǒng)中，組合導航計算機獲得兩類傳感器導航信息的時刻往往不是傳感器實際信息的采集時刻，從傳感器信息采集到組合導航計算之間存在一定的時間滯后，比如衛(wèi)星接收機采集到無線電信號后，需要先進行一系列的解算、再經過通信端口發(fā)送給組合計算機。慣性和衛(wèi)星兩類傳感器的時間滯后一般并不相同，兩者之間的相對滯后記為時間不同步誤差。在組合導航信息比對時，必須對時間不同步誤差進行估計或補償。

由于慣性器件(陀螺儀和加速度計)測量誤差是影響慣性導航系統(tǒng)精度的主要因素，為了保證導航精度，必須減小慣性器件的測量誤差，通過建立陀螺儀和加速度計的精確誤差模型，并在導航解算過程中加以動態(tài)補償，在保證性能價格比的前提下，這是提高慣性導航系統(tǒng)精度的有效途徑。目前，對慣導系統(tǒng)的誤差修正均采用外信息(如GPS的輸出信息)校正，即在慣性工作的全部時間內，定期地利用GPS輸出與慣性輸出的相應信息的差值作為觀測量，對慣性誤差進行估計和補償。

卡爾曼濾波的方法廣泛應用于慣導系統(tǒng)的誤差修正，即在兩個(或兩個以上)導航系統(tǒng)輸出的基礎上利用卡爾曼濾波去估計系統(tǒng)的各種誤差狀態(tài)，再用誤差狀態(tài)估值去校正系統(tǒng)達到綜合的目的。校正一般有兩種方式：輸出校正(開環(huán)卡爾曼濾波器)、反饋校正(閉環(huán)卡爾曼濾波器)。輸出校正與反饋校正的區(qū)別在于:在利用導航參數(shù)誤差的估值校正系統(tǒng)輸出的導航參數(shù)后，輸出校正時導航參數(shù)誤差估計值不歸零，而反饋校正時導航參數(shù)誤差估計值歸零。從本質上講，輸出校正與反饋校正精度相同。當前的導航參數(shù)誤差反饋校正方案通常包括兩種：一是混合校正方案，在濾波初始階段，由于各項誤差未得到準確估計，采用輸出校正的方案，而經過一段時間后，在誤差狀態(tài)得到準確估計后，對導航參數(shù)誤差進行反饋校正；二是不完全反饋校正方案。該方案僅對慣性導航解算出的位置、速度、姿態(tài)誤差進行反饋校正，不對慣性器件隨機常值誤差進行反饋校正。

發(fā)明內容