[發明專利]基于kalman濾波的四軸飛行器視覺導航方法

無效

• 申請號: 201310138561.3
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN103234541A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 成怡
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于視覺導航領域，涉及一種基于kalman濾波的四軸飛行器視覺導航方法。

背景技術

四軸飛行器是一種形式的無人機(UAV)，飛行器位置信息獲得如采用GPS，則需要衛星信號，而且對于室內應用則受到限制。采用機載無線電方式、SLAM算法或視覺系統往往受到傳感器重量和處理速度的限制。直接視覺導航方式的主要缺點是需要目標保持在相機的視野內，因此，提出采用間接視覺導航方式，即用kalman濾波融合視覺系統給出的位置估計和慣性導航單元給出的位置估計，另外，在此過程中增加動態延遲估計和補償系統。實際上四軸飛行器包含非線性分量，通常采用擴展kalman濾波解決非線性問題，而非線性模型在進行位置估計時會給機載的處理器帶來較大的運算負擔。

本發明將四軸飛行器中的非線性部分(從四軸坐標系K到目標坐標系T的非線性變換)從系統線性部分上分離出來，且將加速度速度矢量a_k引入kalman濾波，從而可獲得a_T，這樣可以使用kalman濾波解決問題，減輕處理器的負擔。此方法正是為了適合中小型無人機微型化及低成本的特點，具有理論與實用價值。

發明內容

本發明研究一基于kalman濾波的四軸飛行器視覺導航方法。通過kalman濾波融合視覺系統的位置估計和慣性導航系統的位置估計，給出載體的最終位置估計。主要內容如下：

1)慣性導航系統的位置估計

2)kalman濾波

3)動態延遲估計和補償

具體實施方式

主要環節的具體設計思路如下：

(1)慣性導航系統的位置估計

四軸飛行器的位置估計需要獲得它的動態加速度。慣性導航傳感器測量的加速度包含動態加速度和重力加速度。為了從測量加速度值中成功分離出動態加速度，首先，從測量值送去K系中的傳感器偏差，然后，將加速度偏差矢量變換到T系下，重力加速度已知可直接送去。這樣變換可以直接估計出T系下的四軸飛行器位置，避免了非線性處理，簡化kalman濾波。

四軸飛行器的位置估計由機載的高速處理器完成，加速度傳感器讀數記為α_s，k(k)，歐拉角記為φ，θ，ψ。DCM旋轉矩陣如下：

RDCM=cφsψ+cψsφsθcφcψ-sψsφsθ-cθsφcθcψ-cθsψsθsφsψ-cφsθcψsφcψ+cφsθsψcφcθ]]>

其中，c表示cos，s表示sin，則T系的動態加速度矢量a_d，T(k)如下：