[发明专利]一种基于GNSS接收机和IMU传感器的测绘一体机的倾斜测量方法

权利要求书

1.一种基于GNSS接收机和IMU传感器的测绘一体机的倾斜测量方法，其特征在于：

所述测绘一体机包括对中杆(1)、GNSS接收机(2)、IMU传感器(3)和微处理器（4），其中，所述GNSS接收机(2)布置在所述对中杆(1)的顶端，所述IMU传感器(3)布置在所述对中杆(1)上且包括有3轴加速度计和3轴陀螺仪，所述微处理器（4）也布置在所述对中杆(1)上且分别通信连接所述GNSS接收机(2)和所述IMU传感器(3)；

所述测绘一体机的倾斜测量方法,包括由所述GNSS接收机(2)无线接收GNSS数据，由所述IMU传感器(3)采集获取IMU数据，以及由所述微处理器4按照如下步骤得到所述对中杆(1)的底端位置坐标：

S101.建立卡尔曼滤波器的动态模型及观测模型：

式中，x_k为未知状态量x的k时刻状态值，x_k-1为未知状态量x的k-1时刻状态值，y_k为已知观测量y的k时刻观测值，F为转移矩阵，H为观测矩阵，w_k-1为服从高斯分布的过程噪声，v_k为服从高斯分布的观测噪声，k为正整数，所述未知状态量x包含有针对所述IMU传感器(3)的如下9维变量：NED坐标系下的经度误差dφ、纬度误差dλ、高程误差dh、N方向速度偏差dv_n、E方向速度偏差dv_e、D方向速度偏差dv_d、横滚角偏差dρ_r、俯仰角偏差dρ_p和航向角偏差dρ_q，所述已知观测量y包含有针对所述IMU传感器(3)的如下6维观测量：NED坐标系下的经度观测误差Δφ、纬度观测误差Δλ、高程观测误差Δh、N方向速度观测偏差Δv_n、E方向速度观测偏差Δv_e和D方向速度观测偏差Δv_d；

S102.在进入倾斜测量模式后，获取所述未知状态量x的初始化状态值x₀，并使变量k初始化为1；

S103.在经过单位时间Δτ后，同步读取k时刻的GNSS数据和IMU数据；

S104.根据读取的GNSS数据获取所述GNSS接收机(2)的k时刻天线相位中心坐标：NED坐标系下的经度纬度和高程根据读取的IMU数据获取所述IMU传感器(3)的k时刻原始3维姿态角：横滚角俯仰角和航向角根据读取的GNSS数据和IMU数据获取所述已知观测量y的k时刻观测值y_k；

S105.利用卡尔曼滤波器的所述动态模型及观测模型，对所述未知状态量x进行预测及修正，得到所述未知状态量x的k时刻状态值x_k；

S106.应用所述k时刻状态值x_k中的k时刻横滚角偏差(dρ_r)_k、k时刻俯仰角偏差(dρ_p)_k和k时刻航向角偏差(dρ_q)_k分别一一对应地对所述IMU传感器(3)的k时刻原始3维姿态角进行校正，得到所述IMU传感器(3)的且从XYZ坐标系到NED坐标系的k时刻校准3维姿态角：横滚角(ρ_r)_k、俯仰角(ρ_p)_k和航向角(ρ_q)_k，其中，所述XYZ坐标系为所述IMU传感器(3)的三轴坐标系；

S107.根据所述k时刻校准3维姿态角获取从XYZ坐标系到NED坐标系的k时刻旋转矩阵

S108.按照如下公式获取所述对中杆(1)的k时刻底端位置坐标：

式中，(φ_O)_k为NED坐标系下的经度，(λ_O)_k为NED坐标系下的纬度，(h_O)_k为NED坐标系下的高程，L为所述对中杆(1)的长度；

S109.使变量k自加1，然后重新执行步骤S103～S109，直到变量k的值不小于20。