我们在倾斜RTK测量杆这样一种特殊场景下设计了一个非常巧妙的惯导初始航向对准算法，其直接应用领域虽然很局限，但给我们两点有泛化意义的启发：1. 尽量用位移向量做匹配，其信息利用率优于速度向量和加速度向量；2. 低端惯导永远要铭记载体约束和应用场景的重要性。

        GNSS动态实时载波相位差分技术（RTK）可实现厘米级定位，常用于高精度点位测量和移动测绘。在传统RTK测量过程中，需要严格对准待测点并扶直测量杆，这使得有些点（如墙根点、地下管道管口内侧点等）无法施测。近两三年来，通过在RTK接收机中集成惯性测量单元（IMU）形成了带倾斜补偿功能的RTK方案，俗称惯导RTK或倾斜RTK（如下图）。倾斜RTK依靠RTK/INS组合的三轴姿态角将天线相位中心的精密坐标测量值改正至杆尖，从而确定待测点的坐标。因此，在施测过程中测量杆无需保持竖直，因而拓展了RTK的施测范围，并有效提高了测量效率。

        对于倾斜RTK，如何快速精准地确定IMU的初始航向信息是一个关键问题。我们基于惯导轨迹与RTK轨迹的相似性匹配和刚体运动假设提出了一种快速估计MEMS惯导初始航向的新方法。该方法采取如下动作：让测量杆的杆尖触地，晃动杆顶RTK终端（GNSS天线），即可完成初始化动作，如下图所示。具体航向初始化算法为：1）假设IMU初始航向为0，将测量杆的对准动作看作是杆子绕着触地点的刚体定点旋转，通过陀螺姿态积分确定测量杆的三轴姿态变化，结合测量杆的长度即可计算出天线相位中心的轨迹，称作IMU轨迹（这比中规中矩的惯导解算精确多了）；2）天线的运动轨迹也可用RTK坐标序列给出，称之为RTK轨迹；3）基于短时间内（几秒钟）RTK轨迹与IMU轨迹的相似性进行匹配，即可解算出第1步中的初始航向偏差，从而确定出IMU的初始航向。

        实测结果表明：即便是用价格几美元的IMU芯片，也可在2-3 s之内快速完成航向的初始化，精度优于1.15 deg（98.2%置信度），如下图所示。该方法可满足倾斜RTK对惯导快速精准初始化的要求，还可用于定期校正RTK/INS的航向漂移，以维持高精度的组合姿态。

相关成果已申请中国发明专利[1]，并发表在GPS Solutions期刊上[2]，更多细节详见论文和专利，可从作者的ResearchGate主页上获取：

https://www.researchgate.net/publication/344830279_Rapid_and_accurate_initial_alignment_of_

the_low-cost_MEMS_IMU_chip_dedicated_for_tilted_RTK_receiver

 

参考文献：

[1] 陈起金 ，牛小骥，等 . 一种倾斜 RTK航向初始化方法，专利申请日：2019-12-27, 申请号：201911380356 .1, 授权公告日：2021-05-18，授权公告号：CN111089587B

[2] Chen Q, Lin H, Guo R, et al. Rapid and accurate initial alignment of the low-cost MEMS IMU chip dedicated for tilted RTK receiver [J]. GPS Solutions, 2020, 24 (4): 1-13.