CN109814133A - Gnss接收机倾斜测量系统、方法、装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种GNSS接收机倾斜测量系统和方法，该系统包括：惯性测量单元、GNSS接收机、处理器以及对中杆；所述惯性测量单元，用于测量所述GNSS接收机的第一姿态信息；所述GNSS接收机，用于测量第一位置信息；所述处理器，用于采用惯性导航机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，根据接收的数据解算出第二位置信息和第二姿态信息。本发明实施例的技术方案，通过惯性测量单元和GNSS接收机分别获取姿态信息和位置信息，利用惯性导航机械编排算法推算GNSS接收机的位置、速度和姿态，并利用卡尔曼滤波算法计算出量测误差反馈修正上述推算结果，提高了GNSS接收机的获取精度，实现了对姿态、速度和位置的动态跟踪。
Description
技术领域
本发明实施例涉导航及定位领域，尤其涉及一种GNSS接收机倾斜测量系统、方法、装置和存储介质。
背景技术
随着科技的不断进步，GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)接收机被广泛应用于各种导航及定位设备中，作为一个位置获取装置，GNSS接收机可以较为准确的获取被测设备的位置信息，而倾斜测量技术的出现也使得GNSS接收机的测量精度和工作效率得到了大幅度提升。
为了使GNSS接收机可以进行倾斜测量，通常在GNSS接收机中安装电子罗盘以进行测量，电子罗盘包括加速度计和磁力计，在此基础上有些还加装了陀螺仪，根据获取的俯仰角、横滚角和航向角生成方向余弦矩阵，实现空间矢量的坐标转换，将GNSS接收机的位置补偿至地面测量点，从而实现地面测量点的测量；另一种测量方法是基于空间交汇理论，通过晃动对中杆测量空间中多个点的位置，以对中杆长度作为约束条件进行空间交汇计算出测量点的位置。
现有技术中，使用电子罗盘作为姿态获取装置，但是其精度较低，校正繁琐，可靠性差，同时，GNSS接收机由于本身结构以及地理环境等因素获取的位置信息也存在一定误差，另外，磁力计易受环境影响，例如，受电流或磁场等因素影响，且磁力计在每次使用前必须校正，其校正过程非常复杂。而基于空间交会理论的测量方法，受到空间点分布的几何结构影响，尤其是墙角等环境，空间点的分布受限，几何结构很差，测量点的精度不稳定，只能达到分米级的精度，且需要测量多个空间点才能完成倾斜测量。
发明内容
本发明实施例提供了一种GNSS接收机倾斜测量系统、方法和存储介质，以提高GNSS接收机倾斜测量的精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种GNSS接收机倾斜测量系统，该系统包括：惯性测量单元、GNSS接收机、处理器以及对中杆，所述对中杆连接所述GNSS接收机的底端中心并指向地面；
所述惯性测量单元，设置于所述GNSS接收机的内部，用于测量所述GNSS接收机的第一姿态信息并发送至所述处理器；所述第一姿态信息包括加速度信息和角速度信息；
所述GNSS接收机，用于测量所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息并发送至所述处理器；所述第一位置信息包括第一位置坐标和第一速度；
所述处理器，用于采用惯性导航机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机天线相位中心的第二位置信息和第二姿态信息，并结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
第二方面，本发明实施例提供了一种GNSS接收机倾斜测量方法，应用于本发明任意实施例所述的GNSS接收机倾斜测量系统中，该方法包括：
接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息；
采用惯性机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息；
根据所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息，结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
第三方面，本发明实施例提供了一种GNSS接收机倾斜测量装置，包括：
第一位姿信息获取模块，用于接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息；
第二位姿信息获取模块，用于采用惯性机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息；
尖端坐标获取模块，用于根据所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息，结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明任意实施例所述的GNSS接收机倾斜测量方法。
本发明实施例的技术方案，通过安装在GNSS接收机内的惯性测量单元获取了第一姿态信息，又通过GNSS接收机本身获取到第一位置信息，利用惯性导航机械编排算法推算GNSS接收机的位置、速度和姿态，利用卡尔曼滤波算法计算出量测误差，并通过量测误差反馈修正上述推算结果，从而获取到准确的位置、速度和姿态信息，提高了GNSS接收机的获取精度，实现了GNSS接收机对姿态、速度和位置的动态跟踪。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种GNSS接收机倾斜测量系统的结构图；
图2是本发明实施例二提供的一种GNSS接收机倾斜测量方法的流程图；
图3A是本发明实施例三提供的一种GNSS接收机倾斜测量方法的流程图；
图3B是本发明实施例三提供的本发明实施例的方法所适用的一种观测装置的结构图；
图3C是本发明实施例三提供的本发明实施例的方法所适用的一种正六面体在基准水平面的放置方向图；
图4是本发明实施例四提供的一种GNSS接收机倾斜测量方法的流程图；
图5是本发明实施例五提供的一种GNSS接收机倾斜测量方法的流程图；
图6是本发明实施例六提供的一种GNSS接收机倾斜测量装置的结构框图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种GNSS接收机倾斜测量系统的结构框图，该系统包括：惯性测量单元100、GNSS接收机200、处理器300以及对中杆400，所述对中杆400连接所述GNSS接收机200的底端中心并指向地面。
所述GNSS接收机200，用于测量所述GNSS接收机200天线相位中心的第一位置信息并发送至所述处理器400；所述第一位置信息包括第一位置坐标和第一速度。
GNSS，即利用卫星实现定位、导航和监测等多种功能，现有的所有卫星导航系统，例如，GPS和北斗等卫星导航系统，均属于GNSS范畴；而GNSS接收机正是利用GNSS技术，用来对地表的位移进行长期在线的监测，当地表发生微小位移时，监测的数据也会进行变化，从而来监测地表的位移和速度情况。GNSS接收机依靠天线接收卫星电磁波信号，GNSS接收机内部的板卡根据接收到的电磁波信号计算出天线相位中心的位置坐标以及接收机的移动速度。
对中杆400，即测量对中杆，其顶端连接GNSS接收机200的底端中心，其末端也即尖端指向并贴近地面，这样可以将GNSS接收机200获取的天线相位中心位置信息通过对中杆的传递变换到对中杆400的尖端位置，进而测得了地面该点的位置坐标。
所述惯性测量单元100，设置于所述GNSS接收机200的内部，用于测量所述GNSS接收机200的第一姿态信息并发送至所述处理器400；所述第一姿态信息包括加速度信息和角速度信息。
惯性测量单元(Inertial measurement unit，简称IMU)是用来测量物体的角速度以及加速度的装置。可选的，在本发明实施例中，惯性测量单元100具体可以包括：加速度计和陀螺仪；所述加速度计为三轴加速度计，所述陀螺仪为三轴陀螺仪，三轴加速度计用于获取加速度信号，三轴陀螺仪用于获取角速度信号。
现有技术中，通常采用在GNSS接收机内部安装电子罗盘的方式进行倾斜测量，其中，电子罗盘包括加速度计和磁力计，有些还包括陀螺仪，利用加速度计和陀螺仪跟踪GNSS接收机的俯仰角和横滚角，并利用获得的俯仰角和横滚角将磁力计的输出调整至水平面，从而计算出磁航向，经过磁偏角补偿得到航向角，这样就获得了GNSS接收机完整的姿态信息。与现有技术相比，在本发明实施例中，惯性测量单元100可以包括磁力计，也可以不包括磁力计，对于磁力计的使用不作具体限定。
所述处理器300，用于采用惯性导航机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机200天线相位中心的第二位置信息和第二姿态信息，并结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
惯性导航机械编排算法，即利用惯性测量装置测量运载体的加速度和角速度，经过坐标变换等运算得到速度和位置，从而达到对运载体导航定位的目的。惯性测量装置安装在运载体内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰。在本发明实施例中，惯性测量装置为惯性测量单元100；可选的，惯性导航机械编排算法可以为捷联惯性导航机械编排算法，处理器利用捷联惯性导航机械编排算法，并根据加速度计获取的加速度信号和陀螺获取的角速度信号推算出GNSS接收机200的速度、位置坐标和姿态角，即第三位置信息和第三姿态信息。
特别的，采用惯性导航机械编排算法时，需要确定GNSS接收机200的初始航向，航向是惯性测量单元100的坐标系与真北方向的夹角，若惯性测量单元100中包括磁力计，则航向可以由磁力计的观测信息获取；若惯性测量单元100中不包括磁力计，可通过特定的结构设计和动态过程实现航向的初始化。
卡尔曼滤波算法，是利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法。可以通过计算机程序实现，能够对现场采集的数据进行实时的更新和处理。由于在GNSS接收机本身结构的影响以及当前所处环境的不同，例如，卫星信号被遮挡等干扰因素，在获取第一位置信息时存在着干扰误差，同时，由于惯性导航机械编排算法本身的特性，例如，时间越长积分运算的误差越大等干扰因素，解算第三位置信息和第三姿态信息时，也存在着干扰误差。因此，卡尔曼滤波算法利用随机干扰的高斯分布，采用递归的方式不断调整，将实际测量值和估计值相比较，采用加权等方式，得到最小的测量均方误差，也就是最小的测量值扰动，即获得了量测误差。再以此量测误差去反馈修正由惯性导航机械编排算法解算而来的第三位置信息和第三姿态信息，最终获得GNSS接收机200准确的位置坐标、速度和姿态角，即第二位置信息和第二姿态信息。
本发明实施例的技术方案，通过安装在GNSS接收机内的惯性测量单元获取了第一姿态信息，又通过GNSS接收机本身获取到第一位置信息，利用惯性导航机械编排算法推算出GNSS接收机的位置、速度和姿态，并利用卡尔曼滤波算法计算出量测误差反馈修正上述推算结果，从而获取到GNSS接收机准确的位置、速度和姿态信息，提高了GNSS接收机的获取精度，实现了GNSS接收机对姿态、速度和位置的动态跟踪，同时，所使用的惯性测量单元中可以不包括磁力计，这样在有电流或磁场等干扰因素的环境下，仍然可以保证惯性测量单元的正常使用，扩展了GNSS接收机倾斜测量系统的使用范围。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种GNSS接收机倾斜测量方法的流程图，本实施例可适用于通过惯性测量单元和GNSS接收机共同进行倾斜测量的情况，该方法可以由本发明实施例中的GNSS接收机倾斜测量装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件的方式实现，并一般可以集成在如本发明任意实施例所述的GNSS接收机倾斜系统中，典型的，可以以程序代码的方式集成在GNSS接收机倾斜系统的处理器中，本发明实施例的方法具体包括如下步骤：
S210、接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息。
惯性测量单元获取到的第一姿态信息，包括通过加速度计和陀螺仪获取的加速度值和角速度值，并可以据此解算出俯仰角和横滚角的角度值，若惯性测量单元包括磁力计，还可以获取航向角的角度值；GNSS接收机获取的第一位置信息包括第一位置坐标和第一速度。
S220、采用惯性导航机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息。
具体的，根据所述惯性导航测量单元提供的第一姿态信息，利用惯性导航机械编排算法计算获得第三位置信息和第三姿态信息；所述第三位置信息包括第三位置坐标和第三速度，所述第三姿态信息包括俯仰角、横滚角和航向角的角度值。利用卡尔曼滤波算法，将所述第三位置信息和第三姿态信息以及所述GNSS接收机提供的所述第一位置信息，进行数据融合，获取量测误差；根据所述量测误差对所述第三位置信息和第三姿态信息进行修正，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息。
可选的，在本发明实施例中，在利用卡尔曼滤波算法，将所述第三位置信息和第三姿态信息以及所述GNSS接收机提供的所述第一位置信息，进行数据融合，获取量测误差之前，将所述第三位置信息和第三姿态信息进行时间更新。由于卡尔曼滤波算法的模型是根据惯性导航机械编排算法的运动学模型推导出来的，通过时间的积分获得位置和速度时，在计算过程中误差也是随时间不断累积的，因此，将所述第三位置信息和第三姿态信息进行时间更新，可以确定误差是如何累计的，以获取准确的位置和速度。
S230、根据所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息，结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
对中杆的长度为固定值，同时，对中杆与天线相位中心的距离也为固定值，将GNSS接收机获取的位置信息通过对中杆的传递变换到对中杆的尖端的位置信息，进而测得了地面该点的位置坐标。
本发明实施例的技术方案，通过安装在GNSS接收机内的惯性测量单元获取了第一姿态信息，又通过GNSS接收机本身获取到第一位置信息，利用惯性导航机械编排算法推算出GNSS接收机的位置、速度和姿态，并利用卡尔曼滤波算法计算出量测误差反馈修正上述推算结果，从而获取到GNSS接收机准确的位置、速度和姿态信息，提高了GNSS接收机的获取精度，实现了GNSS接收机对姿态、速度和位置的动态跟踪，同时，所使用的惯性测量单元中可以不包括磁力计，这样在有电流或磁场等干扰因素的环境下，仍然可以保证惯性测量单元的正常使用，扩展了GNSS接收机倾斜测量方法的使用范围。
实施例三
图3A为本发明实施例三提供的一种GNSS接收机倾斜测量方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行具体化，在本实施例中，将惯性测量单元安装在GNSS接收机后进行误差检测，同时将惯性测量单元和GNSS接收机进行时间同步，本发明实施例的方法具体包括如下步骤：
S310、对所述惯性测量单元进行误差检测；所述误差包括系统误差和安装误差。
将惯性测量单元安装于GNSS接收机内时，由于人工安装和结构等多种因素，必然存在着安装误差；同时，惯性测量单元自身存在着系统误差，所述系统误差包括陀螺仪的零偏，还可以包括加速度计的零偏和加速度计比例系数。
在本发明实施例中，可选的，根据惯性测量单元的观测数据建立最小二乘模型，并以惯性测量单元在水平面的理论输出为约束，计算安装误差、陀螺仪零偏、加速度计零偏以及加速度计比例系数，获取误差补偿项；其中，在水平面下，加速度计竖直向上方向的观测值为当地重力大小，水平方向上的观测值为0，陀螺仪在水平面的理论输出也为0。
惯性测量单元观测数据的获取可以由如图3B所示的观测装置完成，将安装有惯性测量单元的GNSS接收机放置于内部中空的正六面体内，GNSS接收机通过连接件与正六面体内部底面固定连接，正六面体放置于基准水平面上，正六面体提供的相互正交的平面与基准水平面构成垂直面，而基准水平面可以由水平台、转台或分度头等设备提供；特别的，若指定系统误差，即不需要进行系统误差的检测时，则只需要提供垂直面和一个大致平面即可，不需要提供基准水平面。基于上述观测装置，利用多位置检测的方法获取惯性测量单元的观测数据，如图3C所示，将该正六面体以不同的方向放置于基准水平面上，即获取到了六组不同方向的观测数据。
S320、利用PPS秒脉冲信号，将所述惯性测量单元和所述GNSS接收机进行时间同步。
PPS秒脉冲信号为纳秒级的脉冲信号，而在触发时刻上与GNSS接收机的测量时刻在时间系统上也是严格对应的，但由于GNSS接收机需要对观测数据进行解算，所以GNSS接收机输出导航定位结果的时刻与实际测量时刻不一致，存在延时，而惯性测量单元观测数据的实时性很高，进行数据融合解算时需要对时空一致的导航定位结果进行融合，所以需要将惯性测量单元和GNSS接收机的时间系统进行统一，以保证导航定位结果和观测数据的时刻一致。将惯性测量单元获取的数据、GNSS接收机获取的数据和PPS秒脉冲信号接入到处理器中，通过处理器的晶振对惯性测量单元的观测值进行系统时间标记，进而实现时间的同步。
S330、接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息；
S340、采用惯性机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息；
S350、根据所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息，结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
本发明实施例的技术方案，在惯性测量单元安装在GNSS接收机后进行误差检测，提高了惯性测量单元获取精度的精度，也避免了安装误差以及系统误差对倾斜测量精度的影响，同时，利用PPS秒脉冲信号对惯性测量单元与GNSS接收机进行了时间同步，从而为GNSS接收机获取的位置信息匹配了最接近时刻的姿态信息，从而保证了倾斜测量的动态性和实时性。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种GNSS接收机倾斜测量方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行具体化，在本实施例中，惯性测量单元不包括磁力计，相应的，本实施例的方法具体包括如下操作：
S410、将所述GNSS接收机进行状态初始化；所述状态初始化包括获取所述GNSS接收机的初始航向。
对于姿态信息，通过惯性测量单元中的加速度计和陀螺仪的量测可以获取到俯仰角和横滚角，而对于航向的获取，在包括磁力计的惯性测量单元中，可以通过磁力计的观测获取，而对于不包括磁力计的惯性测量单元来说，则是通过特定的结构设计和动态过程实现航向的初始化。
在导航定位中，惯性测量单元与GNSS接收机固连，而GNSS接收机在运载体(例如，车或船等)内的相对位置是固定的，且运载体的行进方向也是固定的，所以只需要将惯性测量单元的坐标系与运载体的坐标轴系对齐，在GNSS接收机沿着行进方向进行运动时即可通过GNSS接收机输出的速度和位置坐标确定航向；而GNSS接收机在进行倾斜测量时是手持设备，在传统的测量方法中并没有GNSS接收机行进方向的概念，手持接收机也是随意的，而本发明通过特定的结构设计定义了GNSS接收机的方向，只需测量员手持GNSS接收机步行一段距离，例如，测量员手持GNSS接收机步行一段10m左右的距离，且步行速度大于1m/s，即可根据GNSS接收机的速度和位置坐标完成初始航向的解算。
传统技术方案中，使用磁力计作为航向获取装置，但磁力计极易受环境影响，例如，电流和磁场等干扰因素，会时磁力计获取的数值产生极大偏差，且磁力计在每次使用前必须校正，其校正过程非常复杂；与传统技术方案相比与，本发明实施例使用的惯性测量单元不包括磁力计，因此使用环境更广泛，也避免了磁力计的校正过程。
S420、接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息；
S430、采用惯性机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息；
S440、根据所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息，结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
本发明实施例的技术方案，惯性测量单元不包括磁力计，而是通过定义行进方向利用GNSS接收机获取初始航向，使得惯性测量单元不受电流和磁场等环境因素的影响，极大地扩展了使用范围，同时也避免了繁琐的磁力计校正过程。
实施例五
图5为本发明实施例五提供的一种GNSS接收机倾斜测量方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行具体化，在本实施例中，获取到对中杆的尖端位置坐标后，进行误差分析以及对中杆的空间状态描述，相应的，本实施例的方法具体包括如下操作：
S510、接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息。
S520、采用惯性机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息。
S530、根据所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息，结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
S540、倾斜测量的精度分析。
根据惯性导航机械编排算法的简化误差模型推导三维的实时标准差，然后根据误差传递的方法推导倾斜补偿点的标准差和倾斜测量角度的标准差。所谓误差传递，就是获取的测量结果，往往需要通过一系列的测量操作步骤并分析运算后获得的，而其中的每一个步骤可能发生的误差都会对分析结果产生不同程度的影响。在本发明实施例中，通过惯性导航机械编算法推算的第三姿态信息时存在误差，通过误差传播定律，计算获得对中杆尖端点位置的标准差和对中杆倾斜角度的标准差。
S550、根据所述第二位置信息以及所述第二姿态信息进行对中杆空间状态描述。
为了测量人员方便观测对中杆的倾斜情况，根据第二姿态信息，将GNSS接收机的姿态变化情况转化为对中杆的空间状态描述，根据惯性测量单元的坐标系与导航坐标系之间的空间矢量转换关系，求出对中杆的倾斜方向和倾斜角度。其中，惯性测量单元的坐标系，也即载体坐标系，用以描述惯性测量单元的三维空间，以惯性测量单元的质心为原点，x轴为前进方向，y轴指向右侧，z垂直于x和y轴，满足右手定则；导航坐标系，用以描述导航定位结果，主要包括地心地固坐标系(ECEF)、站心坐标系(ENU)以及当地水平坐标系(NED)等。
本发明实施例的技术方案，通过误差传递的方式，计算获得了对中杆尖端位置的标准差和对中杆倾斜角度的标准差，从而直观地显示倾斜测量的精度水平，提升了倾斜测量的用户体验；又通过对中杆的空间状态描述，将GNSS接收机的姿态变化直观的反应在了对中杆的工作空间中，使得观测人员可以通过显示器等装置直观的观测GNSS接收机和对中杆的空间位置。
实施例六
图6是本发明实施例六所提供的GNSS接收机倾斜测量装置，可执行本发明实施例所提供的GNSS接收机倾斜测量方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。该装置可以由软件和/或硬件实现，具体包括：第一位姿信息获取模块610、第二位姿信息获取模块620和对中杆底端坐标确定模块630。
第一位姿信息获取模块610，用于接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息；
第二位姿信息获取模块620。用于采用惯性机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息；
对中杆底端坐标确定模块630，用于根据所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息，结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
本发明实施例的技术方案，通过安装在GNSS接收机内的惯性测量单元获取了第一姿态信息，又通过GNSS接收机本身获取到第一位置信息，利用惯性导航机械编排算法推算出GNSS接收机的位置、速度和姿态，并利用卡尔曼滤波算法计算出量测误差反馈修正上述推算结果，从而获取到GNSS接收机准确的位置、速度和姿态信息，提高了GNSS接收机的获取精度，实现了GNSS接收机对姿态、速度和位置的动态跟踪。
在上述各实施例的基础上，第二位姿信息获取模块620，具体可以包括：
第三信息获取单元，用于根据所述惯性测量单元提供的第一姿态信息，利用惯性机械编排算法计算获得第三位置信息和第三姿态信息；
量测误差获取单元，用于利用卡尔曼滤波算法，将所述第三位置信息和第三姿态信息以及所述GNSS接收机提供的所述第一位置信息，进行数据融合，获取量测误差；
第二信息获取单元，用于根据所述量测误差对所述第三位置信息和第三姿态信息进行修正，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息。
在上述各实施例的基础上，GNSS接收机倾斜测量装置，还可以包括：
误差检测模块，用于对所述惯性测量单元进行误差检测；所述误差包括系统误差和安装误差。
在上述各实施例的基础上，GNSS接收机倾斜测量装置，还可以包括：
时间同步模块，用于利用PPS秒脉冲信号，将所述惯性测量单元和所述GNSS接收机进行时间同步。
在上述各实施例的基础上，GNSS接收机倾斜测量装置，还可以包括：
状态初始化模块，用于将所述GNSS接收机进行状态初始化；所述状态初始化包括获取所述GNSS接收机的初始航向。
在上述各实施例的基础上，GNSS接收机倾斜测量装置，还可以包括：
时间更新模块，用于将所述第三位置信息和第三姿态信息进行时间更新。
上述装置可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例提供的方法。
实施例七
本发明实施例七还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行GNSS接收机倾斜测量方法，该方法包括：
接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息；
采用惯性机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息；
根据所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息，结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的GNSS接收机倾斜测量方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述GNSS接收机倾斜测量装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种GNSS接收机倾斜测量系统，其特征在于，包括：惯性测量单元、GNSS接收机、处理器以及对中杆，所述对中杆连接所述GNSS接收机的底端中心并指向地面；
所述惯性测量单元，设置于所述GNSS接收机的内部，用于测量所述GNSS接收机的第一姿态信息并发送至所述处理器；所述第一姿态信息包括加速度信息和角速度信息；
所述GNSS接收机，用于测量所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息并发送至所述处理器；所述第一位置信息包括第一位置坐标和第一速度；
所述处理器，用于采用惯性导航机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机天线相位中心的第二位置信息和第二姿态信息，并结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
2.根据权利要求1所述的GNSS接收机倾斜测量系统，其特征在于，所述惯性测量单元具体包括：加速度计和陀螺仪。
3.一种GNSS接收机倾斜测量方法，应用于如权利要求1-2任一项所述的GNSS接收机倾斜测量系统中，其特征在于，包括：
接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息；
采用惯性机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息；
根据所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息，结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用惯性机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息，包括：
根据所述惯性测量单元提供的第一姿态信息，利用惯性机械编排算法计算获得第三位置信息和第三姿态信息；
利用卡尔曼滤波算法，将所述第三位置信息和第三姿态信息以及所述GNSS接收机提供的所述第一位置信息，进行数据融合，获取量测误差；
根据所述量测误差对所述第三位置信息和第三姿态信息进行修正，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息之前，包括：
对所述惯性测量单元进行误差检测；所述误差包括系统误差和安装误差。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息之前，还包括：
利用PPS秒脉冲信号，将所述惯性测量单元和所述GNSS接收机进行时间同步。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，若所述惯性测量单元不包括磁力计，在接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息之前，还包括：
将所述GNSS接收机进行状态初始化；所述状态初始化包括获取所述GNSS接收机的初始航向。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在利用卡尔曼滤波算法，将所述第三位置信息和第三姿态信息以及所述GNSS接收机提供的所述第一位置信息，进行数据融合，获取量测误差之前，包括：
将所述第三位置信息和第三姿态信息进行时间更新。
9.一种GNSS接收机倾斜测量装置，其特征在于，包括：
第一位姿信息获取模块，用于接收惯性测量单元测量的所述GNSS接收机的第一姿态信息，以及所述GNSS接收机测量的所述GNSS接收机天线相位中心的第一位置信息；
第二位姿信息获取模块，用于采用惯性机械编排算法以及卡尔曼滤波算法，对接收的所述第一姿态信息和所述第一位置信息进行数据处理，解算出所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息；
尖端坐标获取模块，用于根据所述GNSS接收机的第二位置信息和第二姿态信息，结合所述对中杆的长度，计算所述对中杆的尖端位置坐标。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求3-8中任一所述的GNSS接收机倾斜测量方法。
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