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龙图腾网恭喜中国矿业大学申请的专利一体化GNSS/加速度计与MEMS-IMU融合监测桥梁挠度的方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN112729730B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-07发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202011538395.2，技术领域涉及：G01M5/00；该发明授权一体化GNSS/加速度计与MEMS-IMU融合监测桥梁挠度的方法是由张秋昭;孙澳;刘振文;张书毕;郑南山;孟晓林设计研发完成，并于2020-12-23向国家知识产权局提交的专利申请。

本一体化GNSS/加速度计与MEMS-IMU融合监测桥梁挠度的方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种一体化GNSS加速度计与MEMS‑IMU融合监测桥梁挠度的方法，其可以根据MEMS‑IMU航向姿态硬约束以及短时间内输出高精度姿态对惯性系统观测值合理定权，顾及桥梁形变特征，同时充分挖掘四元数模约束与航向角硬约束等非完整性约束信息，并利用约束平滑变结构滤波器更新并反馈校正MEMS‑IMU器件随机漂移误差，利用噪声信息和误差信息在误差上界处采用饱和项强制估计状态进行切换，在上下滑模面内采用误差新息进行更新，以抑制桥梁监测环境中存在建模残余的多路径误差及其他未知或未建模误差；构建基于速率等状态向量的一致性监测指标，实现GNSS加速度计与MEMS‑IMU融合可靠监测。

本发明授权一体化GNSS/加速度计与MEMS-IMU融合监测桥梁挠度的方法在权利要求书中公布了：1.一种一体化GNSS加速度计与MEMS-IMU融合监测桥梁挠度的方法，其特征在于，包括如下步骤：S10，在一体化GNSS加速度计与MEMS-IMU融合初始化阶段，初始位置和速度按照实际位置给定，利用桥梁坐标系提供的航向角作为硬约束，同时利用MEMS-IMU观测值计算桥梁监测载体系的姿态，通过MEMS-IMU与一体化GNSS加速度计之间的杆臂速度误差求得它们之间的地理位置偏差关系及杆臂位置误差矢量，从而实现GNSS加速度计与MEMS-IMU空间杆臂的同步；S20，根据MEMS-IMU观测值、一体化GNSS加速度计测量得到的空间杆臂值和MEMS-IMU观测值，将一体化GNSS加速度计集成并通过一致性监测的位移和速度量转换至MEMS-IMU载体系，并作为综合观测值，与MEMS-IMU观测值进行融合，输出融合后的桥梁动态位移；S30，根据所述硬约束以及综合观测值合理定权，顾及桥梁形变特征，同时充分挖掘四元数模约束与航向角硬约束之间的约束信息，并利用约束平滑变结构滤波器更新并反馈校正MEMS-IMU器件随机漂移误差，利用噪声信息和误差信息在误差上界处采用饱和项强制估计状态进行切换，在上下滑模面内采用误差新息进行更新，以抑制桥梁监测环境中存在建模残余的多路径误差及其他未知或未建模误差；步骤S10中，在一体化GNSS加速度计与MEMS-IMU融合初始化阶段，主要任务是要实现GNSS加速度计与MEMS-IMU空间杆臂的同步，其过程如下：假设MEMS-IMU相对于地心的矢量为R，一体化GNSS加速度计的天线相位中心相对于地心的矢量为r，天线相位中心相对于MEMS-IMU的矢量为δl，三者之间的矢量关系满足r＝R+δl1考虑到一体化GNSS加速度计和MEMS-IMU之间的安装位置一般相对固定不动，即空间杆臂δl在载体坐标系b系下为常矢量，上式两边相对地球坐标系e系求导，可得 其中，记为载体的地速，为卫星天线的地速；将2投影至导航坐标系，得 上式中，省略速度下标“en”，在实际应用中，由于ωie和ωen的影响很小，作近似或者将MEMS-IMU与一体化GNSS加速度计之间的速度误差定义为杆臂速度误差，有： 若记 则它们之间的地理位置偏差近似满足如下关系 由式5和6可计算得MEMS-IMU与一体化GNSS加速度计之间的杆臂位置误差矢量，如下： 其中pGNSS＝[LGNSSλGNSShGNSS]T，LGNSS表示GNSS加速度计的纬度，λGNSS表示GNSS加速度计的经度，hGNSS表示GNSS加速度计的高度，pINS＝[LINSλINShINS]T，LINS表示MEMS-IMU的纬度，λINS表示MEMS-IMU的经度，hINS表示MEMS-IMU的高度，secL表示INS纬度的正割值，RNh表示卯酉圈主曲率半径，RMh表示子午圈主曲率半径；通过它们之间的杆臂速度误差及地理位置偏差即求出两者杆臂误差估计，从而实现空间杆臂的同步；平滑变结构滤波器的构建过程包括：设平滑变结构滤波器的系统方程为： xk为系统状态；uk是系统的相对输入；wk是系统噪声；zk是量测值；vk是量测噪声，fxk,uk,wk表示一个函数，包括系统状态转移矩阵A和输入增益矩阵B，hxk包括量测转移矩阵H；通过推导得到基于协方差的非线性系统迭代方程，状态预测方程： 协方差预报方程： 观测方程： 增益方程： 其中，为线性化后的观测矩阵，Hk+1正定常矩阵；A＝|ez,k+1|k|+γ|ez,k|k|，γ为记忆或收敛速度因子，0＜γ＜1； 系统状态估计方程： 协方差推广方程： 误差方程为： 对于非线性动力学方程，需进行线性化处理： 顾及桥梁形变特征，令四元数的模为1，航向角的改正数为0，以此作为约束信息代入到滤波器的观测方程17中，构建约束平滑变结构滤波模型，从而来实现滤波更新和反馈校正，以确定平滑变结构滤波器。

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