[發明專利]基于單個相機輔助的分布式POS主子節點相對位姿測量方法

有效

• 申請號: 201810464999.3
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108663043B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 寧曉琳;劉艷紅;劉剛;李建利;顧賓;袁學忠
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 11265 北京挺立專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 李鑫

本發明涉及基于單個相機輔助的分布式POS主子節點相對位姿測量方法，包括如下技術步驟：將主POS及子IMU安裝在柔性桿臂結構架兩端對應的安裝節點上，將兩個靶標分別粘貼在主POS和子IMU一側的表面，定義主POS表面的靶標為主靶標；子IMU表面的靶標為子靶標；完成單目相機的內外參數標定：利用得到的主子節點之間的位姿關系，與主POS導航信息進行信息融合，實現主子節點高精度位姿測量，最終得到較精確的子IMU導航信息，本發明針對子IMU精度低的問題，采用視覺輔助手段，提高主子之間位姿測量精度，得到子慣性測量單元較高精度的導航結果。

技術領域

本發明專利涉及POS成像技術領域，尤其是一種基于單個相機輔助的分布式POS主子節點相對位姿測量方法，適用于測量載機存在彈性變形時載荷之間的基線長度，提高載荷之間相對位置的姿態精度。

背景技術

高精度POS可以為高分辨率航空遙感系統提供高精度的時間和空間信息，通過運動補償提高成像質量，是實現高分辨率成像的關鍵；我國在單POS成像方面取得了一定進展，但由于對地觀測載荷的需求牽引，如集成高分辨測繪相機、全譜段成像光譜儀，機載分布式陣列天線SAR和柔性多基線干涉SAR以及艦載稀疏陣列成像雷達等，多個或多種載荷安裝在飛機不同位置，采用傳統單POS系統無法實現多點的高精度位置姿態測量，因此迫切需要建立高精度分布式POS系統，為航空遙感系統中多個載荷提供高精度的運動參數；

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于單個相機輔助的分布式POS主子節點相對位姿測量方法，克服傳統初始對準動態條件下對準精度低的缺點，使其具有精度高、抗干擾能力強的特點，可用于測量載機存在撓曲變形時載荷之間的基線長度，提高載荷之間相對位置姿態精度。

一種基于單個相機輔助的分布式POS主子節點相對位姿測量方法，包括如下技術步驟：

步驟一、將主POS及子IMU安裝在柔性桿臂結構架兩端對應的安裝節點上，將兩個靶標分粘貼在主POS及子IMU一側的表面，定義主POS表面的靶標為主靶標；子IMU表面的靶標為子靶標；

進一步的，所述主POS包括GPS和主IMU；

進一步的，所述分布式POS包括：一個高精度的主POS和一個低精度的子IMU；

作為一種應用舉例說明，所述主靶標粘貼在所述主POS的表面，子靶標粘貼在子IMU的表面；

步驟二、完成單目相機的內外參數標定：通過位姿解算得到主靶標和相機之間的相對位姿關系，同理通過位姿解算得到子靶標和相機之間的相對位姿關系，進而得到主靶標和子靶標的位姿關系；由于靶標坐標系和IMU坐標系不重合，所以需坐標轉換將主子靶標位姿關系轉化為主子節點位姿關系；

作為一種應用舉例說明，所述參數標定采用張正友標定法，完成單目相機的內外參數標定；

作為一種舉例說明，所述相機位姿解算：是利用靶標上的特征點之間的位置關系、圖像中提取的特征點的中心位置和相機內參數來共同解算相機坐標系和靶標坐標系之間的相對位置和姿態關系的方法；因此，單目視覺測量之前首先要對相機進行內外參標定；

進一步的，所述相機標定基本原理如下：

假定靶標平面在世界坐標系Z_w＝0的平面上，靶標平面上的點P的齊次坐標為P＝(X_w,Y_w,0,1)^T，P點投影到像平面上對應的齊次坐標為p＝(u,v,1)^T。R＝[r₁,r₂,r₃]，R和t分別為攝像機坐標系相對于世界坐標系的旋轉矩陣和平移矢量；