惯导RTK姿态角获取方法、电子设备及存储介质技术

本发明专利技术公开了一种惯导RTK姿态角获取方法，计算多个历元之间的位置增量，以获得姿态矩阵，根据所述姿态矩阵中的元素计算得到俯仰角、横滚角和航向角；故其GNSS位置增量采用的是GNSS载波相位单站历元间差分模型求得的，不需要对载波相位模糊度进行固定，并且可以获得优于厘米级的位置增量，其实现难度更低，位置增量精度更高，可应用于大多数RTK固定受限场景，提高了惯导RTK的环境适应性和可用性。提高了惯导RTK的环境适应性和可用性。

【技术实现步骤摘要】
惯导RTK姿态角获取方法、电子设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及，尤其涉及一种惯导RTK姿态角获取方法、电子设备及存储介质。

技术介绍

[0002]在惯导RTK(Real
‑
time kinematic，载波相位差分技术)倾斜测量技术中，RTK接收机可以解算出天线相位中心的位置，然后基于GNSS/IMU(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)组合定位解算获得的RTK姿态信息，对测量杆和天线构成的杆臂进行补偿，可以将RTK接收机天线相位中心的位置补偿到测量杆杆尖指定的目标测量点位置，完成目标点RTK倾斜测量作业。GNSS/IMU组合定位解算系统首先需要解决姿态角初始化的问题，常规的方法一般需要基于RTK厘米级的高精度位置约束，实现GNSS/IMU组合解算系统姿态初始化。
[0003]在某些作业场景下如RTK差分数据链路中断时无法进行RTK解算，或者GNSS信号被严重遮挡时，RTK解算固定率低、解算出的位置精度低、可靠性差，所以可用于姿态初始化的时间窗口很少，即便完成初始化，其精度和可靠性也无法保障。故本专利技术要解决的问题是摆脱对RTK厘米级固定解的依赖，使其在GNSS性能受限场景下，也能够解决GNSS/IMU组合解算系统的三维姿态高精度快速初始化问题。
[0004]在某些实际测量作业过程中，需要获取墙角、斜坡和崖边等传统RTK测量杆竖直测量受限场景的位置点，因此，RTK倾斜测量技术应运而生。其无需保持测量杆的竖直即可实现目标测量点的位置测量。GNSS定位技术在工程测量领域被广泛应用，其能够实现高精度厘米级定位，但是无法提供姿态。而IMU可实时输出比力和角速率，并通过GNSS/IMU组合捷联解算可获得高精度的三维姿态信息，从而对测量杆和天线构成的杆臂进行补偿，进而将RTK接收机天线相位中心的位置补偿到测量杆杆尖指定的目标测量点位置，最终实现测量目标点位置的精确测量。
[0005]目前，倾斜测量技术中初始化三维姿态角的方法主要有以下两类：
[0006]1、利用加速度计先完成俯仰角和横滚角的初始化，再利用磁强计感应地球磁场完成航向初始化；
[0007]2、基于GNSS/IMU位置匹配的测量杆推拉方式完成姿态初始化。RTK测量杆推拉过程中，保持测量杆底部不动，构建多组RTK相位中心位置杆臂补偿到测量杆杆尖指定位置的方程，从而解算出三维姿态角。
[0008]然而，基于地磁测量完成航向初始化的方法需要对磁强计进行校准，并且磁强计容易受到外部环境磁场的干扰，导致航向精度不稳定，因而难以在测绘领域广泛应用。此外，基于GNSS/IMU位置匹配的测量杆推拉方式完成姿态初始化方法的缺点在于：此方法依赖厘米级精度的RTK固定解，在RTK固定受限场景下，如RTK差分数据链路中断、GNSS信号被遮挡导致卫星观测数少，或者多路径效应严重等场景下，无法保证连续稳定高精度高可靠性的RTK固定，所以可用于姿态初始化的时间窗口少，难以完成姿态初始化，即便完成姿态初始化其精度也无法保障，用户体验和作业效率有待提升。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种惯导RTK姿态角获取方法、电子设备及存储介质，以解决现有的RTK姿态初始化易受磁场环境干扰及依赖稳定的RTK固定解的问题。
[0010]本专利技术的目的采用如下技术方案实现：
[0011]一种惯导RTK姿态角获取方法，包括以下步骤：
[0012]计算多个历元之间的位置增量，以获得姿态矩阵，其中两个所述历元之间的位置增量满足以下公式：
[0013][0014]其中，ΔP
ij
是流动站在历元j与历元i之间的位置增量，ΔdP
ij
＝dP
j
‑
dP
i
是所述流动站在第i个历元的改正坐标dP
i
与第j个历元的改正坐标dP
j
的增量，P
i
是所述流动站在第i个历元的实际坐标，P
j
是所述流动站在第j个历元的实际坐标，是所述流动站在第i个历元的近似坐标，是所述流动站第j个历元的近似坐标；
[0015]根据所述姿态矩阵中的元素计算得到俯仰角、横滚角和航向角。
[0016]在某些可选的实施例中，获得姿态矩阵步骤还包括：
[0017]根据所述位置增量获得初始姿态矩阵，通过所述位置增量、初始姿态矩阵以及初始姿态矩阵、失准角误差和姿态矩阵所满足的公式计算得到所述姿态矩阵和失准角误差；所述初始姿态矩阵、失准角误差和姿态矩阵满足以下公式：
[0018][0019]其中，为第i个历元的n系到b系的初始姿态矩阵，I为单位矩阵，为第i个历元的从n系到b系的姿态矩阵，为初始姿态矩阵与姿态矩阵之间的失准角误差，
×
表示叉乘运算。
[0020]在某些可选的实施例中，根据所述姿态矩阵中的元素计算得到俯仰角、横滚角和航向角步骤还包括：
[0021]所述俯仰角θ满足以下公式：
[0022][0023]所述横滚角γ满足以下公式：
[0024][0025]所述航向角满足以下公式：
[0026][0027]其中，为第i个历元的从n系到b系的姿态矩阵，且表示矩阵的第p行、第q列的元素。
[0028]在某些可选的实施例中，根据所述位置增量获得初始姿态矩阵步骤还包括：
[0029]所述初始姿态矩阵满足以下公式：
[0030][0031]其中，为第i个历元和第j个历元之间比力位置增量矩阵，为n系第i个历元和第j个历元之间的差分位置增量矩阵，为第i个历元的n系到b系的初始姿态矩阵；
[0032]则在时间[i,k]内，满足：
[0033]为了使所述初始姿态矩阵满足单位正交化要求，可得：
[0034]并简记为：
[0035]其中，为b系从第i个历元和第k个历元之间比力位置增量矩阵，为n系从第i个历元和第k个历元之间的差分位置增量矩阵。
[0036]在某些可选的实施例中，初始姿态矩阵的计算公式满足：
[0037]对两个所述历元之间的比力方程进行二次积分：
[0038][0039]其中，表示从第i个历元到第j个历元的积分号；为第t个历元的从n系到b系的姿态矩阵；为IMU输出的第t个历元的比力；为第i个历元的速度；Δt为第i个历元与第j个历元之间的时间间隔；为第j个历元的位置；为第i个历元的位置；G
n
为载体所受到的万有引力加速度；
[0040]因g
nt
＝[0 0
ꢀ‑
g]T
为载体在第t个历元所受到的重力加速度，g为当地重力加速度，同时由于位置变化引起的重力加速度g
n
变化较小，可视其为常值，则：
[0041]结合式和式得到：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惯导RTK姿态角获取方法，其特征在于，包括以下步骤：计算多个历元之间的位置增量，以获得姿态矩阵，其中两个所述历元之间的位置增量满足以下公式：其中，ΔP
ij
是流动站在历元j与历元i之间的位置增量，ΔdP
ij
＝dP
j
‑
dP
i
是所述流动站在第i个历元的改正坐标dP
i
与第j个历元的改正坐标dP
j
的增量，P
i
是所述流动站在第i个历元的实际坐标，P
j
是所述流动站在第j个历元的实际坐标，是所述流动站在第i个历元的近似坐标，是所述流动站第j个历元的近似坐标；根据所述姿态矩阵中的元素计算得到俯仰角、横滚角和航向角。2.根据权利要求1所述的惯导RTK姿态角获取方法，其特征在于，获得姿态矩阵步骤还包括：根据所述位置增量获得初始姿态矩阵，通过所述位置增量、初始姿态矩阵以及初始姿态矩阵、失准角误差和姿态矩阵所满足的公式计算得到所述姿态矩阵和失准角误差；所述初始姿态矩阵、失准角误差和姿态矩阵满足以下公式：其中，为第i个历元的n系到b系的初始姿态矩阵，I为单位矩阵，为第i个历元的从n系到b系的姿态矩阵，为初始姿态矩阵与姿态矩阵之间的失准角误差，
×
表示叉乘运算。3.根据权利要求1所述的惯导RTK姿态角获取方法，其特征在于，根据所述姿态矩阵中的元素计算得到俯仰角、横滚角和航向角步骤还包括：所述俯仰角θ满足以下公式：所述横滚角γ满足以下公式：所述航向角满足以下公式：其中，为第i个历元的从n系到b系的姿态矩阵，且表示矩阵的第p行、第q列的元素。
4.根据权利要求2所述的惯导RTK姿态角获取方法，其特征在于，根据所述位置增量获得初始姿态矩阵步骤还包括：所述初始姿态矩阵满足以下公式：其中，为第i个历元和第j个历元之间比力位置增量矩阵，为n系第i个历元和第j个历元之间的差分位置增量矩阵，为第i个历元的n系到b系的初始姿态矩阵；则在时间[i,k]内，满足：为了使所述初始姿态矩阵满足单位正交化要求，可得：并简记为：其中，为b系从第i个历元和第k个历元之间比力位置增量矩阵，为n系从第i个历元和第k个历元之间的差分位置增量矩阵。5.根据权利要求4所述的惯导RTK姿态角获取方法，其特征在于，所述初始姿态矩阵的计算公式满足：对两个所述历元之间的比力方程进行二次积分：其中，表示从第i个历元到第j个历元的积分号；为第t个历元的从n系到b系的姿态矩阵；为IMU输出的第t个历元的比力；为第i个历元的速度；Δt为第i个历元与第j个历元之间的时间间隔；为第j个历元的位置；为第i个历元的位置；G
n
为载体所受到的万有引力加速度；因为载体在第t个历元所受到的重力加速度，g为当地重力加速度，同时由于位置变化引起的重力加速度g
n
变化较小，可视其为常值，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙录金，陈源军，蔡赣飞，潘国富，
申请(专利权)人：广州市中海达测绘仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：