[發明專利]一種GNSS/IMU測繪系統和方法

在審

• 申請號: 201911334887.7
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN113093256A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 鄧海峰;袁本銀;沈雪峰
• 申請（專利權）人: 上海華測導航技術股份有限公司
• 主分類號: G01S19/47
• 分類號: G01S19/47;G01S19/52;G01S19/53;G01C21/16
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙) 31288
• 代理人: 邢黎華

本發明公開了一種基于GNSS/IMU的傾斜測量系統，包含：GNSS/IMU接收機，其中GNSS/IMU接收機包含GNSS天線、GNSS定位板卡、IMU慣性傳感器、位置傳遞裝置，GNSS天線用于接收衛星導航定位信號，GNSS定位板卡用于根據GNSS天線接收的信號計算GNSS天線相位中心坐標，作為測量相對位置點的基準坐標，IMU用于測量接收機的加速度和角速度，相對位置傳遞媒介用于銜接基準坐標和待測量相對位置坐標，位置傳遞裝置用于實現相對位置點測量功能，本發明的目的為實現可靠的、高精度的相對位置點測量，以取代傳統的GNSS測量方法和基于AHRS技術、空間交會技術的傾斜測量方法，提高GNSS接收機外業測量的工作效率，降低使用者的勞動強度，并拓寬GNSS接收機在數字施工、精準農業和智能駕駛等領域的應用。

技術領域

本發明涉及一種高精度GNSS/IMU接收機系統的產品形態及其測量方法，適用于利用GNSS接收機進行點測量和放樣的各測繪、工程測量、監測等測量領域，以及利用GNSS接收機或GNSS/INS組合導航設備進行導航定位的車輛、飛行器、船舶等導航定位領域。

背景技術

GNSS接收機一般包含GNSS天線和GNSS定位板卡，GNSS定位板卡根據GNSS天線接收到的GNSS衛星定位信號計算GNSS天線的相位中心位置，但是GNSS天線相位中心位于GNSS接收機內部，而待測量點位于GNSS接收機外部，需要將GNSS接收機內部的GNSS天線相位中心位置傳遞至GNSS外部待測量點，才能實現待測量點的測量。

傳統的測繪方法通過對中桿或三腳架實現GNSS接收機內部天線相位中心至外部測量點的位置傳遞，GNSS接收機在結構設計時就使得GNSS天線的幾何中心和GNSS接收機外殼安裝中心同軸，實現GNSS天線相位中心與外部的聯系，并在出廠時對GNSS天線相位中心相對外部安裝中心的偏差進行標定，實際測量時，將GNSS接收機安裝在對中桿上，對中桿底部尖端放置在待測量點上，保持對中桿上的水準氣泡居中，使得GNSS天線幾何中心，安裝中心與待測量點同軸，并平行于鉛垂線，從而完成天線相位中心至測量點的傳遞，實現測量點的測量，如圖1a、圖1b，x,y,h為出廠標定值。

GNSS接收機傳統作業方式需要進行對中整平，保持GNSS接收機平行于當地水平面，才能將天線相位中心位置傳遞至測量點，本質上是相對位置點測量，其作業效率低，勞動強度大，且墻角、斜坡等環境并不具備對中整平的客觀條件，難以直接測量，為提高作業效率和降低勞動強度，業內一些公司開發了傾斜測量方案，傾斜測量屬于相對位置點測量的一個實例，其實現方案主要有兩種：一是基于AHRS技術的有磁傾斜測量方案；二是基于空間交匯理論的多位置測量方法；

基于AHRS技術的有磁傾斜測量方案，其方法是通過AHRS算法計算GNSS接收機的三維姿態，即利用加速度計或加速度計加陀螺儀跟蹤GNSS接收機的俯仰角和橫滾角，利用磁力計跟蹤GNSS接收機的航向角，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，但該方案缺點較多：

1、GNSS接收機俯仰角、橫滾角跟蹤的絕對精度依賴于加速度計測量精度，需要對加速度計的零偏進行定期標定，標定的精度直接影響GNSS接收機俯仰角和橫滾角跟蹤的精度，且一般客戶不具備加速度計標定的專業知識和設備條件；

2、基于加速度計跟蹤GNSS接收機的俯仰角、橫滾角的前提是加速度計只敏感到重力，所以該方案只能在準靜態條件下使用，動態條件下的角度跟蹤精度不可靠，即使使用陀螺儀也只能提高角度跟蹤的動態性，起到角度平滑跟蹤的效果，長時間動態情況下角度跟蹤的絕對精度依然取決于加速度的精度；

3、電磁環境的變化直接影響磁力計的測量輸出，所以需要對磁力計進行定期校正，最好每次設備開機均對磁力計進行校正，磁力計系統偏差的校正效果直接影響航向角測量的精度，進而直接影響傾斜測量的精度，且GNSS接收機使用過程中內外部電磁環境的變化很難監測，所以該方案的可靠性非常差；

由于有磁方案的精度無法保證，可靠性和重復性差，且校正過程繁瑣，所以實用性非常差。