S系统双差伪距，AVji为双差相位观测值，AVa为INS预测星地距， 抽为位置误差改正数，Xa为η维模糊度参数向量，化为设计矩阵，ep和ΘΦ分别为伪距和载波观 巧。噪声，eiNs为INS系统观测噪声，由组合滤波先验方程阵得到；L为观测向量，Η为观测模型 系数矩阵，X为待估参数向量，e为观测噪声向量； 由最小二乘解算得到的浮点解的方差为式中，P为观测值权阵； 对模糊度浮点解及式巧)采用LAMBDA方法即可实现模糊度的固定； 4) 首先进行整体模糊度解算(FAR),进行模糊度成功率和Ratio检验，若检验通过，FAR 解算成功，则直接利用固定的载波相位观测值进行紧组合系统状态更新； 模糊度成功率表示为(6) 其中为实数模糊度方差协方差分解后的矩阵对角线元素 ，I = {i+l，. . .，n}，若Ps含P(o)，P(o)为模糊度成功率检验阔值，则表示模糊度成功率检验通过； Ratio检验公式为(7) 其中托1为最优模糊度组残差二次型，为次优模糊度组残差二次型，若Ratio ^Κ，Κ为 Ratio检验阔值，则表示Ratio检验成功； 5) 如果FAR失败，则采用部分模糊度固定(PAR)策略，采用模糊度取整固定成功率方法 对模糊度浮点解按成功率从高到底进行排序，删除当前成功率最小的模糊度浮点解，获取 模糊度子集，重新采用LAMBDA进行解算，按式(6)和(7)进行检验，检验通过后可利用固定的 载波观测值进行组合滤波解算，若检验不通过，删除下一个取整固定成功率最小的模糊度 浮点解，依次递推，直至检验通过； 模糊度浮点解的取整固定成功率为(8) 其4，为if第i个模糊度的最近整数； 6) 利用已固定模糊度的载波相位观测值重新解算，获得更高精度的剩余模糊度浮点 解，再次进行模糊度解算； 7) 如果当前历元无法成功固定模糊度，则采用伪距观测值进行系统状态更新。3. 根据权利要求1所述的宗地测量装置，其特征在于，通讯模块(8)包括RS232串口和蓝 牙通讯模块，用于实时传输GNSS原始观测信息和惯性测量信息。4. 根据权利要求1所述的宗地测量装置，其特征在于，还包括一根可拆卸的对中杆，用 于点位对中；装置顶部安装了一个高精度的指北针和一个圆水准气泡，用于惯性模块的姿 态初始化，包含惯导初始方位、俯仰角及横滚角的初始化;装置侧面安装电源总开关、GNSS 电源开关、惯导电源开关W及FPGA板卡的电源开关，用于系统的启动控制。5. -种惯性辅助的GPS/抓S融合大比例尺快速宗地测量方法，其特征在于:该方法能够 完成卫星信号遮蔽、半遮蔽区的快速宗地测量工作，具体步骤如下： 1)在单站RTK或网络RTK工作模式下，在测区起始点架设仪器，确保线路连接正确后，依 次打开总电源开关、GNSS电源开关和惯导电源开关，进行10s左右的系统预热，再打开FPGA 板卡电源开关； 2) 打开控制手簿，通过串口或蓝牙与宗地测量装置进行连接，建立宗地测量坐标系统， 并配置GNSS数据采集模式，包括串口号、采样率W及数据存储选择，W及配置惯导采集模 式，包括采样率，数据输出格式 3) 利用圆水准器，完成系统的对中整平，并利用高精度指北针记录载体初始方位，完成 宗地测量系统的姿态初始化，同时利用RTK获取起始点Ξ维坐标，或架设在已知坐标点，完 成组合系统的状态初始化，形成初始导航基准； 4) 保持系统开机状态，通过控制手簿接收惯性器件及GNSS接收机的原始观测信息，同 时同步接收参考站GNSS接收机的原始观测信息，完成组合系统的动态初始化过程； 5) 根据预先设定的作业路线，将仪器放置到碎部点，利用圆水准器完成对中整平，在手 簿控制端采用GNSS/INS载波紧组合定位模式进行解算，该解算模式可完成观测卫星数少于 4颗的定位解算，存储原始观测数据，并操作手簿，完成碎部点点位坐标W及时间信息存储， 设定测量标记，在手簿端进行碎部点的同步显示与绘图，存储的原始观测数据和碎部点测 量时段信息可用于事后的高精度数据处理； 6) 重复步骤5)测量测区内所有的碎部点的点位坐标，作业路线形成网状并覆盖测区， 存储原始观测信息及测量点位信息； 7) 当设备到达卫星信号全遮蔽区的待测碎部点，由于卫星信号不可用，仅通过惯导系 统进行位置推算，由卫星信号失锁前的参考点作为惯性系统位置推算的起点，将组合滤波 器(11)输出的惯性器件偏差修正原始惯性测量输出，经过捷联解算推求待测点的坐标； 8) 卫星信号重新捕获后，采用惯性定位信息约束完成系统的快速初始化，重新获取高 精度定位信息，采用反馈平滑方法提高卫星信号遮蔽区碎部点的点位精度； 9) 若长时间在卫星信号遮蔽区作业，系统采用零速修正W及外界坐标已知点位修正， 维持系统定位精度； 10) 测量工作结束后，手簿存储所有观测信息和点位信息，端口断开连接，并依次关闭 FPGA板卡电源开关、惯导电源开关、GNSS电源开关W及电源总开关。6.根据权利要求2所述的一种惯性辅助的GPS/抓S融合大比例尺快速宗地测量方法，其 特征在于，步骤8)所述的惯性辅助系统快速初始化方法为： 1) 首先同步接收参考站和移动站GNSS载波相位和伪距观测信息，形成双差观测值式中，Δ▽为双差算子，"*"表示GPS "G"或北斗"C" . P和Φ为伪距和载波观测值，星地距 为PW，T表示对流层误差，I为电离层误差，λ为载波波长，Μ和m分别表示伪距和载波多路径 误差，ερ和εφ是伪距和载波观测噪声； 2) 获得双差观测值后进行降相关处理； 3) 集成利用INS预测位置信息，提高模糊度解算的可靠性，组合系统模糊度解算方差：(3) 式中Δνρ为GPS/抓S系统双差伪距，为双差相位观测值，Δ7α为INS预测星地距， 抽为位置误差改正数，Xa为η维模糊度参数向量，化为设计矩阵，ep和ΘΦ分别为伪距和载波观 巧。噪声，eiNs为INS系统观测噪声，由组合滤波先验方程阵得到；L为观测向量，Η为观测模型 系数矩阵，X为待估参数向量，e为观测噪声向量； 由最小二乘解算得到的浮点解的方差为式中，P为观测值权阵； 对模糊度浮点解及式巧)采用LAMBDA方法即可实现模糊度的固定； 4) 首先进行整体模糊度解算(FAR),进行模糊度成功率和Ratio检验，若检验通过，FAR 解算成功，则直接利用固定的载波相位观测值进行紧组合系统状态更新； 模糊度成功率表示为(6) 其中为实数模糊度方差协方差分解后的矩阵对角线元素，I = {i+l，. . .，n}，若Ps含P(o)，P(o)为模糊度成功率检验阔值，则表示模糊度成功率检验通过； Ratio检验公式为(7) 其中为最优模糊度组残差二次型，。2为次优模糊度组残差二次型，若Ratio ^Κ，Κ为 Ratio检验阔值，则表示Ratio检验成功； 5) 如果FAR失败，则采用部分模糊度固定(PAR)策略，采用模糊度取整固定成功率方法 对模糊度浮点解按成功率从高到底进行排序，删除当前成功率最小的模糊度浮点解，获取 模糊度子集，重新采用LAMBDA进行解算，按式(6)和(7)进行检验，检验通过后可利用固定的 载波观测值进行组合滤波解算，若检验不通过，删除下一个取整固定成功率最小的模糊度 浮点解，依次递推，直至检验通过； 模糊度浮点解的取整固定成功率为其4戈户为第1个模糊度的最近整数； 6) 利用已固定模糊度的载波相位观测值重新解算，获得更高精度的剩余模糊度浮点 解，再次进行模糊度解算； 7)如果当前历元无法成功固定模糊度，则采用伪距观测值进行系统状态更新。
【专利摘要】本发明公开了一种惯性辅助的GPS/BDS融合大比例尺快速宗地测量装置与方法，惯性辅助的GPS/BDS融合大比例尺快速宗地测量装置包括捷联惯导模块(3)、GNSS？OEM板卡(2)、手簿控制端(100)以及FPGA核心板卡(4)；该宗地测量方法集成连续跟踪卫星信号、惯性导航定位输出，基于秒脉冲信号实现数据的同步与集成，采用载波相位观测值进行紧组合定位解算，实现惯性辅助的GPS/BDS融合模糊度解算，并采用部分模糊度固定策略，有利于提高模糊度固定的成功率，该方法能够显著提高系统在遮蔽、半遮蔽区的定位精度和可靠性。本发明能够应用于各种实地宗地测量环境，很好的提高宗地测量作业的效率。
【IPC分类】G01S19/47, G01S19/44
【公开号】CN105549057
【申请号】CN201510881356
【发明人】韩厚增, 王坚
【申请人】韩厚增, 王坚
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月7日