(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210705235.5 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 周一览　赵帅　黄腾超　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 郑海峰 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G06F 17/15(2006.01) (54)发明名称 一种基于多传感器融合技术的软土勘测方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于多传感器融合技术 的软土勘测方法， 属于岩土工程和惯性传感领 域。 同步采集软土贯入仪中的多传感器的输出数 据并预处理； 初始对准， 得到贯入仪的载体坐标 系到地理坐标系的姿态矩阵； 将软土贯入仪内的 多传感器与软土贯入仪的重心重合， 多传感器的 Z轴与重力方向平行， 将软土贯入仪悬挂在待测 软土表面上方的预设高度； 释放软土贯入仪， 使 其做自由落体运动并贯入软土中， 直至进入静止 状态； 通过压力计测量贯入仪周边软土的压力情 况， 并根据惯 性测量单元中的输出结果解算贯入 仪在不同时刻的位置姿态信息； 根据获得的不同 时刻位置姿态信息反演软土强度。 本发明可以实 现更高精度的位姿解算， 进而获得更加精度的海 洋软土强度特性。 权利要求书4页 说明书10页 附图1页 CN 115031785 A 2022.09.09 CN 115031785 A 1.一种基于多传感器融合 技术的软土勘测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 同步采集软土贯入仪 中的多传感器的输出数据， 并使用卡尔曼滤波对传感器数 据进行预处理； 所述的多传感器包括M EMS惯性测量单 元、 三轴磁强计和压力计； 步骤2： 对MEMS惯性测量单元和三轴磁强计的输出结果进行初始对准， 得到贯入仪的载 体坐标系到地理坐标系的姿态 矩阵； 步骤3： 将软土贯入仪内的多传感器与软土贯入仪的重心重合， 多传感器的Z轴与重力 方向平行， 将软土贯入仪悬挂在待测软土表面上 方的预设高度； 步骤4： 释放软土贯入仪， 使其做自由落体运动并贯入软土中， 直至进入静止状态； 通过 软土贯入仪内的压力计测量贯入仪周边软土的压力情况， 并根据MEMS惯性测量单元中的输 出结果解算出贯入仪在不同时刻的位置姿态信息； 步骤5： 根据贯入仪在不同时刻的位置姿态信息反演软土强度。 2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合技术的软土勘测方法， 其特征在于， 所 述的MEMS惯性测量单 元包括三轴加速度计和三轴陀螺 仪。 3.根据权利要求2所述的一种基于多传感器融合技术的软土勘测方法， 其特征在于， 所 述的步骤2包括： 步骤2‑1： 利用MEMS惯性测量单元中的三轴加速度信息， 计算初始俯仰角a0和初始横滚 角 β0： 式中： 和 分別是MEMS惯性测量单 元的x、 y轴的加速度， g表示 地球重力加速度； 步骤2‑2： 根据三轴磁强计输出结果、 初始俯仰角a0和初始横滚角β0， 计算初始航向角 γ0： 式中： mx、 my和mz分别为三轴磁强计x、 y和z轴的输出值； 步骤2‑3： 使用解析法对MEMS惯性测量单元和三轴磁强计的输出结果进行粗对准， 得到 贯入仪的载体坐标系到地理坐标系的初始姿态 矩阵 4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合技术的软土勘测方法， 其特征在于， 所 述的步骤4中， 解算贯入仪在不同时刻的位置姿态信息包括实时更新姿态信息和位置信息 两部分， 具体为： 步骤4‑1： 使用四元 数表示载体坐标系转换到地理坐标系的过程， 即： Q＝q0+q1ib+q2jb+q3kb权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115031785 A 2其中， q0、 q1、 q2、 q3为实数； ib、 jb、 kb为单位向量且相互正交， Q为载体坐标系到地理坐标 系的转动角度； 步骤4‑2： 根据姿态角、 姿态 矩阵和四元 数之间的关系， 得到： 步骤4‑3： 根据MEMS惯性测量单元的三轴陀螺仪输出的角增量信息， 计算四元数微分方 程： 其中， Q(tk+1)表示k+1时刻的四元数， I表示单位矩阵， Q(tk)表示k时刻的四元数， ΔΘ表 示角增量信息； 步骤4‑4： 根据计算得到的k+1时刻的四元数Q(tk+1)实时更新姿态矩阵 并将姿 态矩阵 表示为： 步骤4‑5： 根据步骤4 ‑4得到的姿态 矩阵 计算姿态角信息： αm＝sin‑1(T32) 根据姿态角信息和姿态 矩阵 获得实时姿态信息： α ＝αm 其中， αm、 βm、 γm为计算得到的姿态角信息， α 、 β 、 γ为实时姿态信息； 步骤4‑6： 将MEMS惯性测量单元中原始输出的三轴加速度信息 通过更新后的姿态矩权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115031785 A 3