[發明專利]一種視覺輔助的捷聯慣導極區初始對準方法

有效

• 申請號: 201710989714.3
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107806874B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 張福斌;宋保維;劉明雍;張立川;嚴衛生;彭星光
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C25/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明提出一種視覺輔助的捷聯慣導極區初始對準方法，包括視覺輔助解算、捷聯慣導極區解算、組合導航濾波、反饋校正輸出四個步驟；通過視覺輔助解算和捷聯慣導極區解算分別獲得載體位置、姿態角，以視覺輔助解算和捷聯慣導極區解算獲得的載體位置、姿態角的差值為量測值，利用卡爾曼濾波方法，估計出捷聯慣導的姿態誤差、速度誤差和位置誤差，進行組合導航濾波，估計出捷聯慣導姿態失準角速度誤差位置誤差最后進行修正，得到更為精確的載體姿態角，速度和位置信息。本發明實現了捷聯慣導在極區的初始對準，由于其不依靠其他高精度的導航設備(比如說不需要高精度的主慣導)，所以可以應用在更多的場合下。

技術領域

本發明涉及捷聯慣導的極區初始對準技術，涉及一種捷聯慣導/視覺組合導航濾波方法，實現極區初始對準。

背景技術

由于地球自轉角速度矢量和重力加速度矢量之間的夾角隨緯度的增加而減小，直至重合，所以在極區捷聯慣導自對準實現困難，須借助其他方法完成初始對準。

借助主慣導系統的傳遞對準是目前捷聯慣導在極區進行初始對準的主要方法。在傳遞對準過程中，主慣導必須處于導航狀態，將其速度輸出看作無誤差，并且主慣導的精度應比待對準的捷聯慣導高，通過速度匹配和卡爾曼濾波技術，以主慣導與待對準的捷聯慣導的速度差為量測值估計出失準角，估計出待對準的捷聯慣導姿態誤差角。

傳遞對準方法雖然可以實現捷聯慣導在極區的初始對準，但是必須依靠高精度的主慣導才能完成，并且主慣導必須處于導航狀態，所以其應用有很大的限制條件。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明提出一種視覺輔助的捷聯慣導極區初始對準方法，將捷聯慣導與視覺測量相結合，通過與捷聯慣導固連的視覺測量系統測量位置、姿態已知的固定在地面上的標志物，實現了捷聯慣導在極區的初始對準，由于其不依靠其他高精度的導航設備(比如說不需要高精度的主慣導)，所以可以應用在更多的場合下。

本發明的技術方案為：

所述一種視覺輔助的捷聯慣導極區初始對準方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：進行視覺輔助導航解算：

步驟1.1：采用視覺傳感器獲取t時刻的圖像，并從圖像中提取至少6個特征點，將特征點信息代入以下公式

采用最小二乘解算得到t時刻導航坐標系n_t到視覺傳感器坐標系c的轉換矩陣和視覺傳感器在導航坐標系下的位置

其中，為已知的第i個特征點在導航坐標系下的坐標，為視覺傳感器光學中心在導航坐標系下的位置坐標，[u_i υ_i]^T為從圖像信息中獲取的第i個特征點的成像在圖像像素坐標系下的位置坐標，為第i個特征點到視覺傳感器光學中心的距離在光軸上的投影距離，f/d_x、f/d_y為視覺傳感器的等效焦距，u₀、v₀為視覺傳感器光軸與圖像的交點在圖像像素坐標系下的位置坐標；所述導航坐標系采用橫向地理坐標系g_t；

步驟1.2：根據步驟1.1計算得到的導航坐標系n_t到視覺傳感器坐標系c的轉換矩陣和視覺傳感器在導航坐標系下的位置通過公式

以及

計算得到載體坐標系b到導航坐標系n_t的轉換矩陣和載體在導航坐標系下的位置坐標其中載體坐標系b到視覺傳感器坐標系c的轉換矩陣和載體坐標系b到視覺傳感器坐標系c的平移矢量在載體坐標系b系下的投影在視覺傳感器進行標定后均已知；

步驟2：進行極區捷聯慣導解算：

步驟2.1：建立載體的姿態，速度，位置微分方程為：