CN105549057B - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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

技术领域

本发明涉及卫星定位、惯性定位以及组合导航定位技术，尤其是一种惯性辅助的GPS/BDS融合大比例快速宗地测量装置与方法，属于测绘与导航技术领域，是一种宗地测量方法。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，各行业对位置信息的需求日益增加，特别对于城镇区域大比例尺地形图，是国土管理与规划部门的基础资料，大比例尺地形图成为城镇建设规划必不可少的基础信息。目前，城镇区域存在着无图、图件缺少以及图件老旧的现状，极大地制约城镇区域空间规划。然而，面向城镇区域空间规划对三维地理信息图件的迫切需求，亟需解决城镇大比例尺快速更新难题。传统方法仍然是利用GPS(全球导航定位系统)和全站仪进行分级布网，完成宗地测量任务，普遍存在着宗地测量精度不高、自身技术受限制等诸多问题。为完成我国城镇区域海量高精度三维空间地理信息的快速采集，迫切需要一种适应各种复杂环境的快速宗地测量技术装备，保障我国城镇地理空间信息的现势性，满足城镇规划的需要。

GPS技术的问世，给导航与测量行业带来了深刻的变革，特别是载波相位实时动态定位技术(RTK)的出现，基于模糊度实时固定，可以实现厘米级与毫米级的定位精度，在地形图测量、地籍测量等领域发挥了重要的作用。随着我国自主建立的北斗导航卫星系统(BDS)的快速发展，通过多系统的融合，能够进一步提高系统的可靠性以及精度。卫星导航定位的实现前提是保证接收到4颗以上的卫星信号，但在城镇区域的宗地测量过程中，由于建筑物、树木密集，卫星信号受遮挡时常发生，极大地影响到了宗地测量的效率。

惯性导航系统(INS)是20世纪初发展起来的一种新的导航技术，通过惯性测量单元(IMU)测量角加速度及线加速度值，提供载体的实时位置，但定位误差随时间累积。惯性测量基于给定的初始动态(位置、速度及姿态)，对加速度测量值进行一次积分得到速度信息，对速度信息进行一次积分获得位置信息，对角速度积分推算载体的姿态角，实现坐标的转换。惯性测量是一种无需外界信息的自主测量技术，更新速率快，适应各种作业环境，具有短时高精度的特点。但长时导航会出现位置偏离，需要外界信息进行修正。

集成卫星定位技术与惯性测量技术既可提高卫星定位模型的收敛速度，又可限制INS误差累积，随着惯性导航技术的进步以及惯导设备制造技术的不断成熟，采用高精度、低成本的惯导系统成为可能，从而能够极大的减小组合系统的重量、大小以及成本，使系统实用性得以增强。组合系统的使用能够有效提高外业人员的工作效率，减少作业成本，是解决遮蔽区大比例尺地形图测绘的必然趋势与发展方向。

发明内容

本发明的目的是针对现有宗地测量技术的不足，提供一种基于卫星定位与惯性定位的大比例尺快速宗地测量装置与方法，本发明能够快速、便捷、高效地完成村镇区域多种复杂环境的宗地测量工作。

本发明为实现上述目标，采用如下技术方案：

一种惯性辅助的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)；捷联惯导模块(3)用于采集惯性测量信息，输出包括加速度、角速度在内的惯导观测数据到FPGA核心板卡(4)，GNSSOEM板卡(2)用于完成高精度GNSS信号的接收与处理，输出包括伪距、相位、时间在内的GNSS观测数据到FPGA核心板卡(4)；FPGA核心板卡(4)用于标定惯导数据时间以及进行GNSS观测数据与惯导观测数据的数据融合，通过通讯模块(8)传输到手簿控制端，手簿控制端(100)包括捷联解算模块(9)、惯导辅助部分模糊度固定模块(10)、组合滤波模块(11)；捷联解算模块(9)利用惯导数据进行捷联解算，惯导辅助部分模糊度固定模块(10)用于在卫星信号重新捕获后，利用惯导输出的定位信息进行部分模糊度固定，输出高精度相位信息；组合滤波模块(11)集成高精度相位信息和惯导输出进行GNSS/INS组合滤波；手簿控制端还接收GNSS原始观测信息与惯性测量信息，采用载波紧集成技术进行综合解算，同时进行点位信息存储与显示。

所述的宗地测量装置，惯导辅助部分模糊度固定模块(10)利用惯导输出的定位信息进行部分模糊度固定：

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，为双差算子，“*”表示GPS“G”或北斗“C”.ρ和φ为伪距和载波观测值，星地距为ρ₍₀₎，T表示对流层误差，I为电离层误差，λ为载波波长，M和m分别表示伪距和载波多路径误差，ε_ρ和ε_φ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：

式中为GPS/BDS系统双差伪距，为双差相位观测值，为INS预测星地距，X_b为位置误差改正数，X_a为n维模糊度参数向量，H_b为设计矩阵，a_ρ和e_φ分别为伪距和载波观测噪声，e_INS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，H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(5)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

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+1，...，n}，若P_s≥P₍₀₎，P₍₀₎为模糊度成功率检验阈值，则表示模糊度成功率检验通过；

Ratio检验公式为

其中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≥K，K为Ratio检验阈值，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

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。

所述的宗地测量装置，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。

所述的宗地测量装置，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、惯导电源开关以及FPGA板卡的电源开关，用于系统的启动控制。

一种惯性辅助的GPS/BDS融合大比例尺快速宗地测量方法，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、采样率以及数据存储选择，以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获取起始点三维坐标，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以及时间信息存储，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，系统采用零速修正以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电源开关以及电源总开关。

所述的惯性辅助的GPS/BDS融合大比例尺快速宗地测量方法，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，为双差算子，“*”表示GPS“G”或北斗“C”.ρ和φ为伪距和载波观测值，星地距为ρ₍₀₎，T表示对流层误差，I为电离层误差，λ为载波波长，M和m分别表示伪距和载波多路径误差，ε_ρ和ε_φ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：

式中为GPS/BDS系统双差伪距，为双差相位观测值，为INS预测星地距，X_b为位置误差改正数，X_a为n维模糊度参数向量，H_b为设计矩阵，e_ρ和e_φ分别为伪距和载波观测噪声，e_INS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，H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(5)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

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+1，...，n}，若P_s≥P₍₀₎，P₍₀₎为模糊度成功率检验阈值，则表示模糊度成功率检验通过；

Ratio检验公式为

其中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≥K，K为Ratio检验阈值，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

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。

根据模糊度取整固定成功率来选取模糊度子集，实现部分模糊度的固定，从而提高模糊度固定效率，使得组合系统能够完成快速初始化。

本发明的优点及有益效果：该宗地测量装置及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。

附图说明

图1为本发明装置结构图；

图2为本发明的设备连接与工作原理图；

图3为本发明实施例的作业流程图；

图4为本发明惯性辅助GPS/BDS部分模糊度固定技术流程图。

1、GNSS天线，2、GNSS OEM板卡，3、捷联惯导模块，4、FPGA核心板卡，5、电源，6、GNSS观测数据，7、惯导观测数据，8、通讯模块，9、捷联解算模块，10、惯导辅助部分模糊度固定模块，11、组合滤波模块，12、指北针，13、可伸缩天线连接杆，14、连接螺丝，15、圆水准气泡，16、固定板，17、GNSS电源开关，18、惯导电源开关，19、FPGA板卡电源开关，20、电源总开关，21、配电模块，22、RS232串口，23、连接螺丝，24、可拆卸对中杆，25、机箱，A、初始化起始点，B、卫星信号良好区碎部点，C、卫星信号半遮蔽区碎部点，D、卫星信号全遮蔽区碎部点，E、坐标检核点，F、测图作业路线，100、手簿控制端。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

图1为惯性辅助的GPS/BDS融合大比例尺快速宗地测量装置的结构图，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。

捷联惯导模块3用于采集惯性测量信息，输出包括加速度、角速度在内的惯导观测数据到FPGA核心板卡4，GNSS OEM板卡2用于完成高精度GNSS信号的接收与处理，输出包括伪距、相位、时间在内的GNSS观测数据到FPGA核心板卡4；FPGA核心板卡4用于标定惯导数据时间以及进行GNSS观测数据与惯导观测数据的数据融合；通过通讯模块8传输到手簿控制端，手簿控制端100包括捷联解算模块9、惯导辅助部分模糊度固定模块10、组合滤波模块11；捷联解算模块9利用惯导数据进行捷联解算，惯导辅助部分模糊度固定模块10利用惯导输出的定位信息进行部分模糊度固定，输出高精度相位信息；组合滤波模块11集成高精度相位信息和惯导输出进行GNSS/INS组合滤波；手簿控制端还接收GNSS原始观测信息与惯性测量信息，采用载波紧集成技术进行综合解算，同时进行点位信息存储与显示。

图2为本发明的设备连接与工作原理图。各模块说明：GNSS接收机天线1：用来接收来自GPS与BDS的卫星信号；GNSS OEM板卡2：完成高精度GNSS信号的接收与处理；捷联惯导模块3：用于采集惯性测量信息；FPGA核心板卡4：用于标定惯导数据时间以及进行GNSS与惯导的数据融合；电源模块5：用于给GNSS OEM板卡、捷联惯导模块以及FPGA核心板供电；GNSS观测数据6：包含GNSS的伪距、相位观测信息与GNSS同步时间信息；惯导观测数据7：包含加速度与角速度观测信息；通讯模块8：包含串口与蓝牙单元，实现GNSS与惯导融合数据的实时传输；捷联解算模块9：基于惯导数据的捷联解算；惯导辅助部分模糊度固定模块10：利用惯导定位输出辅助GPS/BDS部分模糊度固定，输出高精度相位信息；组合滤波模块11：集成高精度相位信息和惯导输出进行GNSS/INS组合滤波。

图3为本发明的作业流程图，下面结合该流程图对实施例进行说明。在作业区域，选择卫星信号良好区域选择起始点A，在A点架设仪器，利用圆水准器进行对中整平，由高精度指北针获取初始方位角，打开仪器，配置单机站RTK或网络RTK，接收参考站GNSS观测值的原始观测信息，初始化起点的坐标可以RTK测量得到或者可在已知坐标点位架设仪器，在A点完成组合宗地测量系统的初始化，包含位置、速度以及姿态的初始化；初始化完成后，保存设备开机状态，按照规划宗地测量路线，平稳移动设备到达碎部点B，并进行对中整平，在移动过程中，卫星信号良好，手簿控制端同步接收流动站GNSS原始观测信息(卫星星历和载波相位、伪距原始观测值)和惯性测量信息(线加速度和角加速度)以及参考站发来的差分信号，进行数据融合，利用惯性辅助快速解算整周模糊度，实施基于载波相位的紧组合解算方式，在B点进行测量，打上测量标记，存储点位坐标和时标，在手簿端输出定位坐标，与底图比较，若发现错误，则需进行重新初始化；继续移动设备，从B点前往卫星信号半遮蔽区的一个碎部点C，在这个区域，卫星信号由于受到遮挡，可视卫星数少于4颗，由于本系统采用的是紧组合解算方式，仍然可以利用GNSS观测信息和惯性测量信息进行连续测量，保障了数据的可用性和连续性；从半遮蔽区重新回到卫星信号无遮蔽区，此时卫星信号良好，可获得更高精度的定位结果，利用在线反馈平滑功能来重新解算C点的坐标，进一步提高C的点位精度；从无遮蔽区移动宗地测量设备进行卫星信号全遮蔽区，测量全遮蔽区内的碎部点D，由于此时卫星信号不可用，仅能通过惯导系统进行捷联推算，利用紧组合滤波器(组合滤波模块11)输出的惯导仪器误差校正原始惯性测量输出，同时充分利用零速修正点和已知坐标点进行系统修正，维持长时的高精度定位输出；在设备返回卫星信号无遮蔽区，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；测量作业结束后，选择一已知坐标点或已测点E进行检核，手簿存储所有原始观测信息以及在线解算点位信息，原始观测信息可用于事后高精度后处理，完成测区的测量工作。

图4为本发明的惯性辅助GPS/BDS部分模糊度固定技术流程图。系统进入卫星信号遮蔽区后，无法进行GNSS与惯导的组合定位解算，而一旦卫星信号重新捕获，需要系统具备快速初始化能力。在GPS/BDS/INS紧组合定位中，模糊度的解算是高精度定位的前提，若模糊度无法固定，系统只能以伪距观测值进行更新。在组合系统的模糊度解算过程中，由于INS能够提供连续定位能力，使得模糊度浮点解的精度得以提高，进而约束模糊度搜索空间，提高模糊度固定效率，使得组合系统能够完成快速初始化。

具体技术流程为：

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，为双差算子，“*”表示GPS“G”或北斗“C”.ρ和φ为伪距和载波观测值，星地距为ρ₀，T表示对流层误差，I为电离层误差，λ为载波波长，M和m分别表示伪距和载波多路径误差，ε_ρ和ε_φ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

式中为GPS/BDS系统双差伪距，为双差相位观测值，为INS预测星地距，X_b为位置误差改正数，X_a为n维模糊度参数向量，H_b为设计矩阵，e_ρ和e_φ分别为伪距和载波观测噪声，e_INS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，H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(5)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；(注：由于FAR是常规模糊度解算方案，图4中模糊度成功率和Ratio检验只在PAR中画出。)

模糊度成功率表示为

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+1，...，n}，若P_s≥P₀(P₀为模糊度成功率检验阈值)，则表示模糊度成功率检验通过。

Ratio检验公式为

其中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≥K(K为Ratio检验阈值)，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

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。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种惯性辅助的GPS/BDS融合大比例尺快速宗地测量装置，其特征在于，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)；捷联惯导模块(3)用于采集惯性测量信息，输出包括加速度、角速度在内的惯导观测数据到FPGA核心板卡(4)，GNSS OEM板卡(2)用于完成高精度GNSS信号的接收与处理，输出包括伪距、相位、时间在内的GNSS观测数据到FPGA核心板卡(4)；FPGA核心板卡(4)用于标定惯导数据时间以及进行GNSS观测数据与惯导观测数据的数据融合，通过通讯模块(8)传输到手簿控制端，手簿控制端(100)包括捷联解算模块(9)、惯导辅助部分模糊度固定模块(10)、组合滤波模块(11)；捷联解算模块(9)利用惯导数据进行捷联解算，惯导辅助部分模糊度固定模块(10)用于在卫星信号重新捕获后，利用惯导输出的定位信息进行部分模糊度固定，输出高精度相位信息；组合滤波模块(11)集成高精度相位信息和惯导输出进行GNSS/INS组合滤波；手簿控制端还接收GNSS原始观测信息与惯性测量信息，采用载波紧集成技术进行综合解算，同时进行点位信息存储与显示；惯导辅助部分模糊度固定模块(10)利用惯导输出的定位信息进行部分模糊度固定：

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，为双差算子，“*”表示GPS“G”或北斗“C”，ρ和φ为伪距观测值和载波观测值，星地距为ρ₀，T表示对流层误差，I为电离层误差，λ为载波波长，M和m分别表示伪距多路径误差和载波多路径误差，ε_ρ和ε_φ是伪距观测噪声和载波观测噪声；

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，GPS/BDS/INS紧组合系统模糊度解算方程：

式中为GPS/BDS系统双差伪距，为双差相位观测值，为INS预测星地距，X_b为位置误差改正数，X_a为n维模糊度参数向量，H_b为设计矩阵，e_ρ和e_φ分别为伪距观测噪声和载波观测噪声，e_ins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，H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(5)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GPS/BDS/INS紧组合系统状态更新；

模糊度成功率表示为

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+1，...，n}，若P_s≥P₍₀₎，P₍₀₎为模糊度成功率检验阈值，则表示模糊度成功率检验通过；

Ratio检验公式为

其中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≥K，K为Ratio检验阈值，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

其中 为第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。

2.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。

3.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，用于捷联惯导模块的姿态初始化，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、惯导电源开关以及FPGA核心板卡的电源开关，用于系统的启动控制。

4.一种惯性辅助的GPS/BDS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)打开手簿控制端，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、采样率以及数据存储选择，以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获取起始点三维坐标，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，通过手簿控制端接收惯性器件及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以及时间信息存储，设定测量标记，在手簿控制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，仅通过惯性系统进行位置推算，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，系统采用零速修正以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电源开关以及总电源开关；

步骤8)所述的快速初始化方法为：

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，为双差算子，“*”表示GPS“G”或北斗“C”，ρ和φ为伪距观测值和载波观测值，星地距为ρ₀，T表示对流层误差，I为电离层误差，λ为载波波长，M和m分别表示伪距多路径误差和载波多路径误差，ε_ρ和ε_φ是伪距观测噪声和载波观测噪声；

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，GPS/BDS/INS紧组合系统模糊度解算方程：

式中为GPS/BDS紧组合系统双差伪距，为双差相位观测值，为INS预测星地距，X_b为位置误差改正数，X_a为n维模糊度参数向量，H_b为设计矩阵，e_ρ和e_φ分别为伪距观测噪声和载波观测噪声，e_ins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，H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(5)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GPS/BDS/INS紧组合系统状态更新；

模糊度成功率表示为

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+1，...，n}，若P_s≥P₍₀₎，P₍₀₎为模糊度成功率检验阈值，则表示模糊度成功率检验通过；

Ratio检验公式为

其中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≥K，K为Ratio检验阈值，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

其中 为第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。