[发明专利]基于非等精度的光纤陀螺全站仪多位置寻北数据处理方法

说明书

本发明公开了一种基于非等精度的光纤陀螺全站仪多位置寻北数据处理方法：步骤1，在测站点上安置光纤陀螺全站仪；步骤2，计算相邻采样位置间夹角α；步骤3，采集寻北数据；步骤4，对各采集位置的寻北数据进行粗差剔除；步骤5，计算各采集位置上寻北采样数据的均值与标准差；步骤6，计算每个采集位置采样数据均值的权重并列出观测值权阵：步骤7，列观测方程；步骤8，列误差方程；步骤9，根据最小二乘准则求得最小二乘解，计算得到初始方位角最佳估值。本发明整体上提高了寻北结果可靠性，适用于隧道、矿山等复杂多变的地下工程环境。

技术领域

本发明属于地下隧道工程贯通定向测量领域，具体涉及一种基于非等精度的光纤陀螺全站仪多位置寻北数据处理方法。

技术背景

光纤陀螺全站仪是一种将光纤陀螺与全站仪集成连接于一体，通过正反两束光纤的萨格纳克干涉效应独立测定真北方位，从而实现对地下隧道工程中任意测线北向方位角的测量。目前在地下工程贯通测量领域主要使用的陀螺全站仪/经纬仪，主要采用机械式悬挂带陀螺。

目前，光纤陀螺已具备较为成熟的寻北技术，如：二位置寻北、三位置寻北、四位置寻北以及多位置寻北等。然而这些寻北技术主要用来解决惯性导航初始方位标校等问题。在信息处理时，通过各位置采样数据间的差分来消除系统误差的影响，从而获得真实的北向方位信息。在这个解算过程中，是将光纤陀螺在各个位置的输出寻北数据序列视为等精度观测，并根据相应的差分解算模型进行计算。但在地下工程定向测量过程中，由于工程环境的不稳定且存在较多干扰源，会由于机械振动、温度变化等因素的影响，使各位置采样数据质量会产生较大差异。因此，对于在地下工程应用的光纤陀螺全站仪而言，在各寻北位置采样数据质量不同，属于非等精度观测，常规的二位置、三位置、四位置以及多位置寻北方法中，将各位置采样数据视为等精度而采用的差分计算模型会造成数据处理失真，定向结果不能客观真实反映正确方位值，不适用于地下工程定向。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于非等精度的光纤陀螺全站仪多位置寻北数据处理方法，以解决现有的将各位置采样数据视为等精度造成数据处理失真，定向结果不能客观真实反映正确方位值，从而不适用于地下工程定向的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：

一种基于非等精度的光纤陀螺全站仪多位置寻北数据处理方法，包括如下步骤：

步骤1，在测站点上安置光纤陀螺全站仪，使得光纤陀螺敏感轴与测站点所处的水准面保持平行；

步骤2，根据设定的光纤陀螺全站仪采集位置的数量n，依据下式计算相邻采样位置之间的夹角α；

步骤3，将光纤陀螺全站仪照准测线方向，按预定时间开始采集初始位置的寻北数据；然后逆时针方向旋转光纤陀螺全站仪照准部α角，并在第2个位置开始采集数据，按照同样的方法依次在3、4、……、n位置上分别进行数据采集，结束后，在初始位置上再进行一次数据采集；

步骤4，对于在各采集位置上采集的寻北数据进行粗差剔除，得到各采集位置上经粗差剔除后的保留数据；

步骤5，根据步骤4得到的经粗差剔除后的保留数据，计算各采集位置上寻北采样数据的均值与标准差STD_i：

式中，∑l为第i个采集位置的采样数据经粗差剔除后的保留数据之和，l_i为第i个采集位置的各个采样数据，为第i个采集位置的采样数据经粗差剔除后保留数据的均值，k为步骤4输出的经粗差剔除后保留数据的个数；

步骤6，根据步骤5得到的各采集位置的标准差，计算每个采集位置采样数据均值的权重P_i＝1/STD_i，并以此列出观测值权阵：