[發明專利]一種新型GNSS接收機傾斜測量系統及方法

有效

• 申請號: 201811333054.4
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109269471B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 鄧海峰;袁本銀;沈雪峰;謝惠穎;梁越;李早玲;徐恩強
• 申請（專利權）人: 上海華測導航技術股份有限公司
• 主分類號: G01C9/00
• 分類號: G01C9/00;G01C21/16;G01S19/47
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙) 31288
• 代理人: 劉君

本發明提供了一種新型GNSS接收機傾斜測量系統，包括慣性測量單元，所述慣性測量單元包括3軸加速度計和3軸陀螺儀；GNSS接收機，所述GNSS接收機用來測量接收機天線相位中心的位置和速度；CPU，所述CPU用于數據處理，負責GNSS接收機數據和慣性測量單元數據的同步；對中桿，所述對中桿是GNSS接收機和測量點位置傳遞的物理媒介，實現無需校正的、可靠的、連續高精度的傾斜測量，以取代基于電子羅盤技術和“搖一搖”技術的傾斜測量方法，提高GNSS接收機外業測量的工作效率，降低測量員的勞動強度。

技術領域

本發明屬于一種GNSS接收機高精度傾斜測量系統方案設計和實現方法，適用于利用GNSS接收機和對中桿進行點測量和放樣的各測繪、工程測量、監測等測量領域。

背景技術

GNSS接收機測量的是天線相位中心的坐標位置，而實際應用中需要的是對中桿底端對應點的坐標位置，傳統作業方式需要維持對中桿上的水準氣泡居中，將天線相位中心位置傳遞至測量桿底端對應的測量點，其作業效率低，勞動強度大，且墻角、斜坡等環境并不具備水準氣泡居中的客觀條件，傾斜測量技術無需維持對中桿垂直，是GNSS接收機測量技術的一場變革，可以降低勞動強度，提高作業效率。

當前傾斜測量技術主要有兩大類方案:一是通過確定接收機載體坐標系(IMU坐標系)與導航坐標系(ECEF地心地固坐標系、當地水平坐標系)之間的空間矢量轉換關系，將在載體坐標系下不變的對中桿長度矢量分解至導航坐標，直接在導航系中對天線相位中心位置進行對中桿長度補償，從而實現地面測量點的測量(圖1)；二是基于空間交匯理論的多位置測量方法(圖2)；

當前基于第一類方案的主要是電子羅盤傾斜測量方法，確定接收機載體坐標系與導航坐標系之間的空間矢量轉換關系，其本質是確定載體系與導航系之間的姿態角(俯仰角、橫滾角、航向角)，(傾斜測量的坐標轉換不涉及伸縮，只涉及旋轉與平移)，基于電子羅盤的傾斜測量方案利用加速度計和陀螺儀跟蹤GNSS接收機的俯仰角和橫滾角，陀螺儀為可選傳感器，利用俯仰角和橫滾角將磁力計的輸出調整至水平面，從而計算出磁航向，經過磁偏角補償得到航向角，利用俯仰角、橫滾角和航向角生成方向余弦矩陣，實現空間矢量的坐標轉換，將天線相位中心位置補償至地面測量點，但其缺點較多：

俯仰角、橫滾角的絕對精度依賴于加速度計的性能，對加速度計的零偏、零偏穩定性等性能指標要求很高，需要定期進行嚴格的標定，需要精密的標定設備和嚴格的標定環境，這是一般客戶所不具備的；

由于加速度計無法區分運動加速度和和重力加速度，所以電子羅盤傾斜測量技術只能在準靜態條件下進行傾斜測量，即使加入陀螺儀增加角度跟蹤的動態性，由于IMU系統誤差和隨機誤差的存在，依然無法做到實時傾斜測量；

磁力計每次使用之前均需要進行校正，校正效果直接影響航向角測量的精度，且磁力計使用過程中易受接收機內外部電磁環境變化的影響，且該變化很難監測，所以磁力計測量值的可靠性差；

由于基于電子羅盤的傾斜測量方案存在絕對精度無法保證、校正繁瑣，可靠性差等缺點，所以實際應用中測量員不愿用、不敢用。

當前基于第二類方案的主要是“搖一搖”傾斜測量方法，該方法通過晃動對中桿測量空間中多個點，以對中桿長度作為約束條件進行空間交匯計算出測量點的位置，但受到空間點分布的幾何結構影響，尤其是墻角等環境，空間點的分布受限，幾何結構很差，所以測量點的精度不穩定，只能達到分米級的精度，且需要測量多個空間點才能完成傾斜測量。

發明內容

為了解決上述不足的缺陷，本發明提供了一種新型GNSS接收機傾斜測量系統及方法，實現無需校正的、可靠的、連續高精度的傾斜測量，以取代基于電子羅盤技術和“搖一搖”技術的傾斜測量方法，提高GNSS接收機外業測量的工作效率，降低測量員的勞動強度。