CN104977597A - 基于惯性导航的gps测量*** - Google Patents

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朱磊
赵康德
张志桂
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G01S19/47—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement the supplementary measurement being an inertial measurement, e.g. tightly coupled inertial

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Abstract

本发明涉及一种基于惯性导航的GPS测量***，所述的***包括惯性导航测试模块，用以检测GPS接收机在空间中的姿态；GNSS模块，用以接收卫星数据；主控模块，用以根据GPS接收机在空间中的姿态以及卫星数据计算GPS接收机的当前位置；上位机，与从所述的主控模块获取所述的GPS接收机的当前位置；电源模块，用以给所述的惯性导航测试模块、GNSS模块以及主控模块供电。采用该种结构的基于惯性导航的GPS测量***，使得倾斜状态下测量值与水平对中状态下测量值误差在3cm以内，满足GPS测量需求，惯性导航模块运用于GPS测量***，颠覆了传统的GPS测量方法，使得GPS测量变得十分轻松，降低了测量员劳动强度。

Description

基于惯性导航的GPS测量***
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及卫星通信，具体是指一种基于惯性导航的GPS测量***。
背景技术
常规的GPS测量技术需要保持GPS接收机水平地放置于空间进行采点测量，GPS接收机稍有倾斜就会引入测量误差，给工作人员的工作带来了极大的不便，且不利于人机交互水平的提高。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够使得倾斜状态下测量值与水平对中状态下测量值误差在一定范围内、满足GPS测量需求的基于惯性导航的GPS测量***。
为了实现上述目的，本发明的基于惯性导航的GPS测量***具有如下构成：
该基于惯性导航的GPS测量***，其主要特点是，所述的***包括：
惯性导航测试模块，用以检测GPS接收机在空间中的姿态；
GNSS模块，用以接收卫星数据；
主控模块，用以根据GPS接收机在空间中的姿态以及卫星数据计算GPS接收机的当前位置；
上位机，与从所述的主控模块获取所述的GPS接收机的当前位置；
电源模块，用以给所述的惯性导航测试模块、GNSS模块以及主控模块供电。
进一步地，所述的惯性导航测试模块包括加速度传感器、地磁传感器以及陀螺仪。
更进一步地，所述的加速度传感器为三轴加速度传感器。
更进一步地，所述的地磁传感器为三轴地磁传感器。
更进一步地，所述的陀螺仪为单轴陀螺仪。
进一步地，所述的***还包括蓝牙模块，所述的主控模块通过所述的蓝牙模块与所述的上位机进行通信。
采用了该发明中的基于惯性导航的GPS测量***，与现有技术相比，具有以下有益效果：
本***采用地磁传感器、陀螺仪、加速度传感器组成的惯性导航测量模块自动检测GPS接收机在空间中的姿态，GPS接收机在一定角度(0-15°)内倾斜范围内进行测量的时候，惯性导航测量模块自动的将倾斜的偏差值补偿到GPS测量数据中，使得倾斜状态下测量值与水平对中状态下测量值误差在3cm以内，满足GPS测量需求，惯性导航测量模块运用于GPS测量***，颠覆了传统的GPS测量方法，使得GPS测量变得十分轻松，降低了测量员劳动强度。
附图说明
图1为本发明的基于惯性导航的GPS测量***的结构示意图。
图2为本发明的基于惯性导航的GPS测量***的一实施例的实际使用示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的目的就是解决GPS测量过程中需要将GPS接收机严格水平对中方可进行采点，使用本发明中的惯性导航测量模块的GPS接收机可以在一定倾斜角度(0-15°)内进行测量，同时保证测量数据误差在3cm以内。
请参阅图1至图2所示，本发明的基于惯性导航的GPS测量***包括：
惯性导航测试模块，用以检测GPS接收机在空间中的姿态；
GNSS模块，用以接收卫星数据；
主控模块，用以根据GPS接收机在空间中的姿态以及卫星数据计算GPS接收机的当前位置；例如，选用ST公司的M3内核的处理器，该处理器功耗低，片内资源丰富，非常适用于低功耗场合。
上位机，与从所述的主控模块获取所述的GPS接收机的当前位置；
电源模块，用以给所述的惯性导航测试模块、GNSS模块以及主控模块供电。
在一种优选的实施例中，所述的惯性导航测试模块包括加速度传感器、地磁传感器以及陀螺仪。
在一种优选的实施例中，所述的加速度传感器为三轴加速度传感器。例如，本惯性导航测量模块选用ADI公司的三轴加速度传感器，倾斜精度达到0.1度。一般的GPS接收机放置高度为2m，GPS接收机倾斜达到15°加速度传感器将倾斜补偿误差降低至0.5cm以内(sin0.1×200＝0.349)。
在一种优选的实施例中，所述的地磁传感器为三轴地磁传感器。例如，本惯性导航测量模块选用Honeywell公司的三轴地磁传感器，配合加速度传感器，陀螺仪三者算法融合，最终航向精度达到1°。
在一种优选的实施例中，所述的陀螺仪为单轴陀螺仪。例如，本惯性导航模块选用ADI公司的单轴陀螺仪。
在一种优选的实施例中，所述的***还包括蓝牙模块，所述的主控模块通过所述的蓝牙模块与所述的上位机进行通信。
GPS接收机进行倾斜测量的核心是如何确认GPS接收机在空间中的姿态。利用三轴加速度传感器测量GPS接收机在空间中的倾斜角度，利用地刺传感器与单轴陀螺仪测量GPS接收机在空间中的方位。知道了倾斜角度与方位GPS接收机在空间中的姿态就确认了。GPS接收机进行倾斜测量的时候，惯性导航测量模块将GPS接收机在空间姿态数据与GPS接收机测量的卫星数据进行相关运算，从而得出GPS接收机在当前点的真实位置。这样测量员在进行GPS测量的时候，只需要将GPS接收机保持与水平在0-15度内，即可以进行测量。
请参阅图2所示，常规的GPS点测量必须将规定GPS接收机的对中杆与水平面保持垂直(图2中AC)状态下进行采点，测量点位置为C点，安装有惯性导航测量模块的GPS接收机可以将对中杆倾斜于AB之间的任意点，即可以测量出实际的C点坐标。此处的GPS接收机可以换成其他的接收机，例如GNSS接收机等。在一种实施例中，GPS接收机安装于2m对中杆顶端，对中杆放置见图2的AC位置，软件设置进行常规地形点测量，记录此时点坐标，软件设置惯性导航测量，对中杆放置见图2的BC位置，记录此时点坐标。
表1.实际测量数据
通过表1得出安装惯性导航模块的GPS接收机在倾斜角度15°的条件下，平面点测量误差2.34cm，高程误差0.3cm。符合测量要求。
采用了该发明中的基于惯性导航的GPS测量***，与现有技术相比，具有以下有益效果：
本***采用地磁传感器、陀螺仪、加速度传感器组成的惯性导航测量模块自动检测GPS接收机在空间中的姿态，GPS接收机在一定角度(0-15°)内倾斜范围内进行测量的时候，惯性导航测量模块自动的将倾斜的偏差值补偿到GPS测量数据中，使得倾斜状态下测量值与水平对中状态下测量值误差在3cm以内，满足GPS测量需求，惯性导航测量模块运用于GPS测量***，颠覆了传统的GPS测量方法，使得GPS测量变得十分轻松，降低了测量员劳动强度。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (6)

1.一种基于惯性导航的GPS测量***，其特征在于，所述的***包括：
惯性导航测试模块，用以检测GPS接收机在空间中的姿态；
GNSS模块，用以接收卫星数据；
主控模块，用以根据GPS接收机在空间中的姿态以及卫星数据计算GPS接收机的当前位置；
上位机，与从所述的主控模块获取所述的GPS接收机的当前位置；
电源模块，用以给所述的惯性导航测试模块、GNSS模块以及主控模块供电。
2.根据权利要求1所述的基于惯性导航的GPS测量***，其特征在于，所述的惯性导航测试模块包括加速度传感器、地磁传感器以及陀螺仪。
3.根据权利要求2所述的基于惯性导航的GPS测量***，其特征在于，所述的加速度传感器为三轴加速度传感器。
4.根据权利要求2所述的基于惯性导航的GPS测量***，其特征在于，所述的地磁传感器为三轴地磁传感器。
5.根据权利要求2所述的基于惯性导航的GPS测量***，其特征在于，所述的陀螺仪为单轴陀螺仪。
6.根据权利要求1所述的基于惯性导航的GPS测量***，其特征在于，所述的***还包括蓝牙模块，所述的主控模块通过所述的蓝牙模块与所述的上位机进行通信。
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