[發明專利]基于從運動恢復結構的飛行器位置確定方法

有效

• 申請號: 201810304492.1
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108917753B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 李立春;孫軍;苗毅;于天一;程肖;范文山;許穎慧;馮曉萌;袁春強
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63920部隊
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;G01C21/24
• 代理公司: 北京興智翔達知識產權代理有限公司 11768
• 代理人: 張玉梅

本發明公開了一種基于從運動恢復結構的飛行器位置確定方法。首先利用所述成像設備對航跡下地形連續成像，以獲取運動序列圖像；然后基于所述運動序列圖像恢復實時三維地形圖并獲取實時三維地形圖上各點在飛行器本體姿態坐標系下的空間三維坐標。其次將所述實時三維地形圖上各點在飛行器本體姿態坐標系下的空間三維坐標轉化到飛行器平行坐標系下。再次將所述實時三維地形圖上各點在飛行器平行坐標系下的空間三維坐標轉化到所述地面基準地形坐標系下，最后反向求解飛行器在所述地面基準地形坐標系下的位置。所述基于從運動恢復結構的飛行器位置確定方法可以低成本低能耗精準地測量飛行器的位置。

技術領域

本發明涉及航天技術領域，特別涉及一種基于從運動恢復結構的飛行器位置確定方法。

背景技術

航天器、無人機等飛行器的導航與控制過程中，飛行器的位置和姿態是安全飛行及執行任務的關鍵信息。飛行器的飛行位置姿態確定方法中常用的有基于慣性導航、基于GPS導航及基于激光地形測量與景像匹配導航等方法。

慣性導航方法是利用加速度計和陀螺儀等導航傳感器對運動信息進行測量，該方法利用加速度計的實時加速度測量并進行積分運算，從而得到飛行過程中的位置與姿態信息。存在如下缺點：采用積分運算進行位姿確定，存在積累誤差的問題，尤其在長時間應用時誤差積累較大，常常需要采用其他定位準確的方法對慣性導航計算結果進行校正。

GPS導航定位方法利用飛行器安裝的GPS組件接收運行于軌道上的GPS導航衛星的信號，根據接收到的多個衛星的信號進行綜合計算，獲取飛行器的位置信息，是航空飛行器、汽車等運動工具常用的導航方法之一。存在如下缺點：由于GPS衛星信號為國外導航衛星提供，通常無法獲取高精度數據，因此計算結果精度較差，而且信號能否正常獲取也受制于人；由于接收GPS衛星信號受在軌運行衛星“視線”遮擋的影響，GPS導航方法計算的位置信息精確性和更新頻率都會下降。

基于激光地形測量與景象匹配導航方法包括地形匹配定位與景象匹配定位。

地形匹配利用飛行器裝載的激光高度計實時測量飛行軌跡的地形高度，將實時測量結果與飛行器預先裝載的基準地形圖進行匹配計算，確定飛行器的位置從而實現飛行導航。存在如下缺點：激光高度計屬于專用設備，能耗較大，并且這類精密儀器價格昂貴，難以在一般飛行器上安裝使用，這種一維匹配導航適合于山丘地形的飛行。

景象匹配導航是以地表圖像作為特征，采用實時攝像方法錄取飛行軌跡周圍或目標附近地區地貌，與存儲在飛行器上的基準景象圖比較，進行匹配定位與導航。該景象匹配屬于二維匹配導航,可以確定飛行器兩個坐標的偏差,只適合于平坦地區導航。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于從運動恢復結構的飛行器位置確定方法，可以低成本低能耗精準地測量飛行器的位置。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于從運動恢復結構的飛行器位置確定方法，所述飛行器具有慣性導航設備和成像設備。基于從運動恢復結構的飛行器位置確定方法包括以下步驟：利用所述成像設備對航跡下地形連續成像，以獲取運動序列圖像；基于所述運動序列圖像恢復實時三維地形圖并獲取實時三維地形圖上各點在飛行器本體姿態坐標系下的空間三維坐標，所述飛行器本體姿態坐標系是基于飛行器飛行時的姿態而建立的坐標系；將所述實時三維地形圖上各點在飛行器本體姿態坐標系下的空間三維坐標轉化到飛行器平行坐標系下，所述飛行器平行坐標系是與地面基準地形坐標系相平行的飛行器原點坐標系；將所述實時三維地形圖上各點在飛行器平行坐標系下的空間三維坐標轉化到所述地面基準地形坐標系下，以及反向求解飛行器在所述地面基準地形坐標系下的位置。