一种基于GNSS和INS的形变监测方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于GNSS和INS的形变监测方法及系统，涉及形变监测领域。包括：基于惯性测量信息，计算得到监测点的惯性测量解算结果信息，并以此对KF滤波器的时间更新；判断是否具有GNSS监测结果，并基于判断结果利用KF滤波器对惯性测量解算结果信息进行对齐处理，对齐处理包括：若是，则选定包括GNSS监测结果对应时间点前后时间内的惯性测量解算结果信息，将选定的惯性测量解算结果信息对齐到GNSS坐标下，并选择时刻的惯性测量解算结果信息作为参考关键点，其中，为预定的阈值；若否，则将惯性测量解算结果信息对齐到距离当前时刻最近的参考关键点上。其能够在计算量较小的情况下，有效避免了GNSS值异常或缺失所带来的发散现象。失所带来的发散现象。失所带来的发散现象。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GNSS和INS的形变监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及形变监测领域，具体而言，涉及一种基于GNSS和INS的形变监测方法及系统。

技术介绍

[0002]在工程应用中，通常使用以惯性测量为代表的相对位移测量方法或以GNSS技术为代表的绝对位移测量法，对目标结构体进行形变监测。然而仅仅利用惯性测量信息进行形变监测时，惯性测量解算结果会随着时间的累积不可避免地发生漂移现象，在长时间的应用中可能会导致监测结果出现明显错误。对应的，仅仅利用GNSS技术进行的形变监测中，一方面由于GNSS采样频率较低，在突发事件的监测与预报以及动态监测方面具有一定的缺陷，另一方面，GNSS在受环境遮挡、多路径误差等影响下，将导致监测精度可能不可靠。
[0003]为了应对，上述问题，现有技术中会选择将这两种技术进行融合起来监测结构体的变形和高频振动特性。但是，通过专利技术人研究发现，传统的融合方法存在以下缺陷：GNSS异常或缺失值影响明显，以及融合算法模型整体计算量较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于GNSS和INS的形变监测方法及系统，其能够在计算量较小的情况下，有效避免了GNSS值异常或缺失所带来的发散现象。
[0005]本专利技术是这样实现的：第一方面，本申请提供一种基于GNSS和INS的形变监测方法，包括以下步骤：基于惯性测量信息，计算得到监测点的惯性测量解算结果信息；并基于上述惯性测量解算结果信息，对KF滤波器的时间更新；判断是否具有GNSS监测结果，并基于判断结果利用KF滤波器对上述惯性测量解算结果信息进行对齐处理，上述对齐处理包括：若是，则选定包括GNSS监测结果对应时间点前后时间内的惯性测量解算结果信息，将选定的惯性测量解算结果信息对齐到GNSS坐标下，并选择时刻的惯性测量解算结果信息作为参考关键点，其中，为预定的阈值；若否，则将上述惯性测量解算结果信息对齐到距离当前时刻最近的参考关键点上。
[0006]进一步的，基于前述方案，上述KF滤波器的状态参数为9维向量：，其中，下标代表时刻，为三维方向的位移向量，为三维方向的速度向量，为加速度计3轴方向上的基线转移偏差向量。
[0007]进一步的，基于前述方案，上述KF滤波器的状态更新方程为：，其中，为状态转移矩阵，为控制输入矩阵，为控制输入向量，为状态参数，下标代表时刻。
[0008]进一步的，基于前述方案，上述KF滤波器的状态协方差的时间更新方程为：，其中，为噪声协方差矩阵，为状态转移矩阵，
为的转置矩阵，为KF滤波器的过程噪声矩阵，下标代表时刻；上述KF滤波器的量测方程为：，其中，为以GNSS监测结果作为KF滤波器的量测信息时对应的量测向量，为状态参数矩阵，为量测系数矩阵，为量测噪声序列。
[0009]进一步的，基于前述方案，上述判断是否具有GNSS监测结果的步骤进一步包括：获取GNSS监测结果，若获取失败，则记为不具有GNSS检测结果；若获取成功，则判断获取的GNSS监测结果是否异常，若是，则记为不具有GNSS监测结果，若否，则记为具有GNSS检测结果。其中，判断获取的GNSS检测结果是否异常的步骤具体包括：计算预定时间窗口下的加速度计解算序列的平均值，与对应时间点的GNSS解算结果的差值，并基于上述差值与预定的偏差阈值进行对比，根据对比结果判断GNSS监测结果是否异常。
[0010]第二方面，本申请提供一种基于GNSS和INS的形变监测方法，包括以下步骤：基于惯性测量信息，解算得到监测点的惯性测量解算结果；根据GNSS原始观测数据以及星历信息，解算得到监测点的GNSS解算结果；基于上述惯性测量解算结果、上述GNSS解算结果，利用KF滤波器进行对比融合，具体包括：当GNSS监测结果无异常时，选定包括GNSS监测结果对应时间点前后时间内的惯性测量解算结果信息，将选定的惯性测量解算结果信息对齐到GNSS坐标下，并选择时刻的惯性测量解算结果信息作为参考关键点，其中，为预定的阈值；否则，将上述惯性测量解算结果信息对齐到距离当前时刻最近的参考关键点上。
[0011]第三方面，本申请提供一种基于GNSS和INS的形变监测系统，其包括：惯性解算模块，被配置为：基于惯性测量信息，计算得到监测点的惯性测量解算结果信息；时间更新模块，被配置为：并基于上述惯性测量解算结果信息，对KF滤波器的时间更新；对齐处理模块，被配置为：判断是否具有GNSS监测结果，并基于判断结果利用KF滤波器对上述惯性测量解算结果信息进行对齐处理，上述对齐处理包括：若是，则选定包括GNSS监测结果对应时间点前后时间内的惯性测量解算结果信息，将选定的惯性测量解算结果信息对齐到GNSS坐标下，并选择时刻的惯性测量解算结果信息作为参考关键点，其中，为预定的阈值；若否，则将上述惯性测量解算结果信息对齐到距离当前时刻最近的参考关键点上。
[0012]第四方面，本申请提供一种基于GNSS和INS的形变监测系统，其包括：惯性测量解算模块，被配置为基于惯性测量信息，解算得到监测点的惯性测量解算结果；GNSS解算模块，被配置为根据GNSS原始观测数据以及星历信息，解算得到监测点的GNSS解算结果；数据融合模块，被配置为基于上述惯性测量解算结果、上述GNSS解算结果，利用KF滤波器进行对比融合，包括：当GNSS监测结果无异常时，选定包括GNSS监测结果对应时间点前后时间内的惯性测量解算结果信息，将选定的惯性测量解算结果信息对齐到GNSS坐标下，并选择时刻的惯性测量解算结果信息作为参考关键点，其中，为预定的阈值；否则，将上述惯性测量解算结果信息对齐到距离当前时刻最近的参考关键点上。
[0013]第五方面，本申请提供一种电子设备，包括至少一个处理器、至少一个存储器和数据总线；其中：上述处理器与上述存储器通过上述数据总线完成相互间的通信；上述存储器存储有被上述处理器执行的程序指令，上述处理器调用上述程序指令以执行如上述第一方面和第二方面中任一项所述的方法。
[0014]第六方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算
机程序被处理器执行时实现如上述第一方面和第二方面中任一项上述的方法。
[0015]相对于现有技术，本专利技术至少具有如下优点或有益效果：（1）通过充分考虑GNSS技术和惯性测量技术的优缺点，在保留了惯性测量单元高采集频率的前提下，通过GNSS技术有效抑制漂移现象，通过KF滤波器将二者的监测结果进行融合，可以得到精度更高的变形监测序列。
[0016]（2）本专利技术所采用的滑动窗口思想，创新性地提出了参考关键点的概念，在一定时间窗口内，将加速度计得到的惯性测量解算结果信息和GNSS监测结果通过KF滤波器进行融合，随后选定窗口内的最后时刻的惯性测量解算结果信息为参考关键点并对齐到GNSS监测结果下，将窗口内的值对齐到参考关键点。在GNSS监测结果异常或缺失的情况下，将对应窗口的解算值对齐到最近参考关键点下，有效地减少计算资源的需求。
[0017]（3）本专利技术所得时间序列通过滑动窗口思想以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS和INS的形变监测方法，其特征在于，包括以下步骤：基于惯性测量信息，计算得到监测点的惯性测量解算结果信息；并基于所述惯性测量解算结果信息，对KF滤波器的时间更新；判断是否具有GNSS监测结果，并基于判断结果利用KF滤波器对所述惯性测量解算结果信息进行对齐处理，所述对齐处理包括：若是，则选定包括GNSS监测结果对应时间点前后时间内的惯性测量解算结果信息，将选定的惯性测量解算结果信息对齐到GNSS坐标下，并选择时刻的惯性测量解算结果信息作为参考关键点，其中，为预定的阈值；若否，则将所述惯性测量解算结果信息对齐到距离当前时刻最近的参考关键点上。2.如权利要求1所述的一种基于GNSS和INS的形变监测方法，其特征在于，所述KF滤波器的状态参数为9维向量：，其中，下标代表时刻，为三维方向的位移向量，为三维方向的速度向量，为加速度计3轴方向上的基线转移偏差向量。3.如权利要求1所述的一种基于GNSS和INS的形变监测方法，其特征在于，所述KF滤波器的状态更新方程为：，其中，为状态转移矩阵，为控制输入矩阵，为控制输入向量，为状态参数，下标代表时刻。4.如权利要求1所述的一种基于GNSS和INS的形变监测方法，其特征在于，所述KF滤波器的状态协方差的时间更新方程为：，其中，为噪声协方差矩阵，为状态转移矩阵，为的转置矩阵，为KF滤波器的过程噪声矩阵，下标代表时刻；所述KF滤波器的量测方程为：，其中，为以GNSS监测结果作为KF滤波器的量测信息时对应的量测向量，为状态参数矩阵，为量测系数矩阵，为量测噪声序列。5.如权利要求1所述的一种基于GNSS和INS的形变监测方法，其特征在于，所述判断是否具有GNSS监测结果的步骤进一步包括：获取GNSS监测结果，若获取失败，则记为不具有GNSS检测结果；若获取成功，则判断获取的GNSS监测结果是否异常，若是，则记为不具有GNSS监测结果，若否，则记为具有GNSS检测结果；其中，判断获取的GNSS监测结果是否异常的步骤具体包括：计算预定时间窗口下的加速度计解算序列的平均值，与对应时间点的GNSS解算结果的差值，并基于所述差值与预定的偏差阈值进行对比，根据对比结果判断GNSS监测结果是否异常。6.一种基于GNSS和INS的形变监测方法，其特征在于，包括以下步骤：基于惯性测量信息，解算得到监测点的惯性测量解算结果；根据GNSS原始观测数据以及星历信息，解算得到监测点的GNSS解算结果；基于所述惯性测量解...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚润平，彭真，徐航，
申请(专利权)人：成都云智北斗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：