一：簡介

MIMU輔助RTK對中桿傾斜測量中，針對傾斜誤差補償效果嚴重依賴于MIMU慣導(dǎo)的方位初始化精度的問題，提出了三點法求解初始方位角的方法，即在保持對中桿下尖不動的情況下，將對中桿在三個方向上傾斜一定的角度，建立反映方位失準角的量測方程，通過迭代方法進行求解。對三點法進行簡化，得到了更為簡潔的兩點法。實測數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過正確的MIMU慣導(dǎo)方位初始化后，在對中桿傾斜30°的范圍內(nèi)RTK水平測量精度優(yōu)于1.5cm。

在施工放樣、地形圖測繪及攝影測量布設(shè)像控點等工程測量技術(shù)領(lǐng)域，廣泛采用實時動態(tài)差分法測量（Real Time Kinematic，RTK）方法。RTK是目前一種常用的衛(wèi)星導(dǎo)航（Global Navigation Satellite System，GNSS）測量方法，采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，可實時得到厘米級的定位精度，極大地提高了測量作業(yè)效率。GNSS接收機測量的是放置在對中桿頂端的天線相位中心的位置，而實際測繪需要的一般是對中桿下尖的位置，傳統(tǒng)作業(yè)方式需要調(diào)整對中桿上的水準氣泡居中，作業(yè)效率低，在墻角、管線等環(huán)境下難以實現(xiàn)對中桿的傾斜測量。

利用傾斜測量技術(shù)無需保持對中桿垂直，實現(xiàn)“停下即采，采好即走”，提高作業(yè)速度，同時解決對中桿不能到墻角、崖邊等特殊點的測量。傾斜測量技術(shù)主要有兩類：一是借助于微慣性測量單元（Miniature Inertial Measurement Unit，MIMU）或磁羅盤建立對中桿本體坐標系與地理坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，自動補償傾斜誤差；二是“搖一搖”傾斜測量方法，通過晃動對中桿測量空間中多個點，以對中桿長度作為約束條件進行空間交匯計算出測量點的位置[張鮮妮]。上述兩類方法都存在一定的缺陷。利用MIMU進行傾斜補償，當對中桿傾斜角較大時，位置補償精度主要受限于MIMU慣導(dǎo)的方位對準精度，論文主要討論MIMU慣導(dǎo)的高精度方位初始對準方法，該方法只需保持對中桿下尖不動，將GNSS天線依次傾斜3個角位置，即可實現(xiàn)對準，與文獻[華測]的方法“手持GNSS接收機步行一段10m左右的距離”相比，空間依賴性小。

二：高精度方位初始對準算法

如圖1所示，保持對中桿下尖不動，將GNSS天線依次傾斜三個或兩個角位置,根據(jù)GNSS獲取不同觀測點，建立測量方程組，將GNSS輸出與慣導(dǎo)輸出之偏差的兩次傾斜測量間差分作為構(gòu)造量測，然后根據(jù)方位失準角的最小二乘解來校正MIMU慣導(dǎo)方位，實現(xiàn)中桿的初始對準。

理論上，方位對準誤差與對中桿標稱長度誤差都會對下尖點的測量計算造成影響，實際應(yīng)用中桿臂矢量應(yīng)當標效準確，一般可達到毫米級精度，對于厘米級測繪要求而言，桿長誤差通?？梢院雎圆挥洝Ｒ虼?，方位對準精度在MIMU慣導(dǎo)傾斜補償方案中非常重要。

通過二次傾斜位置來估計方位角，當兩次傾斜位置關(guān)于鉛垂線對稱且傾斜角度越大時候，方位的對準精度越高。

圖1 對中桿及其三次角位置傾斜放置示意圖

三：試驗驗證

試驗系統(tǒng)主要包括載波相位差分GNSS、MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)、對中桿、數(shù)據(jù)采集筆記本和蓄電池，參見圖3。其中，GNSS子系統(tǒng)包含基站和移動站，移動站接收機采集頻率5Hz，水平定位靜態(tài)精度為0.7cm（1σ）；MEMS數(shù)據(jù)采集頻率100Hz，陀螺儀零偏穩(wěn)定性約為30°/h，加速度計零偏重復(fù)性約為2mg；對中桿頂端GNSS天線相位中心距離下尖1.897m；筆記本同步采集GNSS定位與IMU慣性傳感器數(shù)據(jù)，做事后分析，步驟如下：

圖3  試驗系統(tǒng)配置 圖4  對中桿傾斜角與定位誤差

四： 結(jié)論

利用MIMU慣導(dǎo)輔助GNSS進行ＲTK測量作業(yè)，能夠有效的補償對中桿傾斜時產(chǎn)生的誤差，獲得滿足精度的點位坐標和高程，但其前提是需對MIMU慣導(dǎo)進行正確初始化，MIMU慣導(dǎo)的姿態(tài)精度特別是方位精度決定了對中桿傾斜誤差補償?shù)男Ч７椒ńo出了三點法求解初始方位角的算法，同時也給出了簡化的兩點法算法，應(yīng)用該方位初始化算法后，實測結(jié)果表明，試驗過程中即使對中桿的傾斜角達到了將近30°，RTK測量的水平定位精度優(yōu)于1.5cm，反過來看，定位結(jié)果也間接驗證了方位初始對準算法具有較高的精度。

該方法已申請發(fā)明專利，并獲得受理。