[發明專利]一種手持式GNSS/MEMS-INS接收機航向初值獲取方法、電子設備、存儲介質

在審

• 申請號: 202011594858.7
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112902956A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 陳源軍;厲寬寬;劉猛奎
• 申請（專利權）人: 廣州中海達衛星導航技術股份有限公司
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C21/16;G01S19/47
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 陶潔雯

本發明提供一種手持式GNSS/MEMS?INS接收機航向初值獲取方法，包括以下步驟：計算俯仰角和橫滾角，INS初始化，INS捷聯算法更新，計算速度增量，計算航向角。本發明涉及一種電子設備和存儲介質，用于執行一種手持式GNSS/MEMS?INS接收機航向初值獲取方法。本發明提供的方法簡單，容易工程實現。在粗對準過程中，通過IMU和GNSS各自提供的速度增量就能計算得到航向角，有效的減少了由INS速度更新帶來的誤差和GNSS的觀測噪聲，不涉及復雜的濾波計算及平差處理。作業方式靈活、簡單，無需要求載體前進方向與載體縱軸保持一致，同時不需要載體提供較大的機動，非常適用于RTK測量作業場景。

技術領域

本發明涉及GNSS/MEMS-INS組合定位技術領域，尤其涉及一種手持式 GNSS/MEMS-INS接收機航向初值獲取方法、電子設備、存儲介質。

背景技術

GNSS/MEMS-INS組合定位技術可確定RTK接收機的姿態和位置，高精度位置 信息一般由RTK定位技術獲得，而姿態信息需要GNSS/MEMS-INS組合解算得到。 一旦確定高精度的姿態信息，可以進行高精度的RTK傾斜測量作業。 GNSS/MEMS-INS組合解算需要完成初始對準工作，即完成對載體姿態三個歐拉角 的確定，包括航向角ψ、俯仰角θ和橫滾角γ。在本發明中，以“東北天”地理 坐標系定義為導航坐標系(n系)，載體系(b系)定義為橫軸指向右方，縱軸 指向前方，立軸指向上方。定義矩陣表示載體系(b系)相對于導航坐標系 (n系)的方向余弦矩陣，矩陣表示水平系(h系)相對于導航坐標系(n系) 的方向余弦矩陣，矩陣表示載體系(b系)相對于水平系(h系)的方向余弦 矩陣。由和兩部分組成，如公式(1)所示，矩陣由航向角ψ確定，如 公式(2)，矩陣由俯仰角θ和橫滾角γ確定，如公式(3)所示。

初始對準工作包括水平姿態對準和航向對準兩部分，水平姿態對準確定俯 仰角θ和橫滾角γ，航向對準確定航向角ψ。水平姿態對準比較簡單，可由加速 度計在載體處于靜止狀態下基于比力方程推導計算得到。低速狀態下也可由加 速度計和陀螺儀基于AHRS(attitude heading reference system)算法濾波實 現。航向對準比較復雜，主要方法有以下幾種：(1)基于地磁測量實現航向對 準。在水平姿態對準完成后，將三軸磁強計測量的b系地磁場矢量歸算到水平h 系，然后與基于地磁模型計算得到n系地磁矢量進行匹配，解算得到方位角， 完成航向對準；(2)基于水平位置匹配實現航向對準。當載體行進方向與載體 縱軸方向保持一致時，利用GNSS(衛星導航)定位技術估計出載體行進方向的 各位置點坐標，即可確定載體縱軸與地理北方向的夾角，進而確定載體航向角； (3)基于水平速度匹配實現航向對準。當載體行進方向與載體縱軸方向保持一 致時，利用GNSS(衛星導航)測速技術估計載體在地心地固系下的三維速度， 然后基于坐標轉換得到載體導航系(n系)下的速度矢量即可確定載體縱軸方向 與地理北方向的夾角，進而確定載體航向角；(4)基于水平加速度匹配實現航 向對準。利用GNSS(衛星導航)測速技術獲得載體在地心地固系下的三維速度， 然后基于坐標轉換得到載體導航系(n系)下的速度矢量，用相鄰歷元的速度計算出n系下載體的加速度。將其與經過水平姿態矩陣轉化到h系下的加速度 計觀測值進行匹配，解算載體航向角，完成航向對準工作。