[發(fā)明專利]一種基于視覺誤差補(bǔ)償?shù)牡刭|(zhì)災(zāi)害未知環(huán)境組合導(dǎo)航方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010933698.8
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112068168A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張子騰;盛傳貞;張京奎;惠沈盈;魏海濤;蔚保國;王垚;易卿武
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所
• 主分類號: G01S19/40
• 分類號: G01S19/40;G01S19/48;G01S19/07;G01S19/10;G06T7/80
• 代理公司: 河北東尚律師事務(wù)所 13124
• 代理人: 王文慶

本發(fā)明公開了一種基于視覺誤差補(bǔ)償?shù)牡刭|(zhì)災(zāi)害未知環(huán)境組合導(dǎo)航方法，屬于導(dǎo)航定位及信息融合應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用單目視覺獲取救援場景的關(guān)鍵幀信息，實(shí)時解算姿態(tài)變換矩陣，為救援平臺提供高精度相對定位結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星導(dǎo)航定位失效狀態(tài)下的定位維持，同時，基于一階馬爾科夫模型利用視覺姿態(tài)變換為衛(wèi)星導(dǎo)航進(jìn)行實(shí)時誤差補(bǔ)償，最終給出高精度、可信的定位結(jié)果。本發(fā)明方法簡單易行，能夠在地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境下為救援平臺提供高精度的可信定位技術(shù)手段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于視覺誤差補(bǔ)償?shù)牡刭|(zhì)災(zāi)害未知環(huán)境組合導(dǎo)航方法，屬于導(dǎo)航定位及信息融合應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，面向未知、復(fù)雜環(huán)境的高精度定位服務(wù)需求與日俱增。在山區(qū)、溝谷等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)地帶，受衛(wèi)星信號遮擋、多徑等影響，工程機(jī)械裝備等車輛面臨衛(wèi)星導(dǎo)航定位失效的狀況，致使車輛行駛和作業(yè)安全面臨嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)的基于單一傳感的定位技術(shù)受適用環(huán)境的影響，其可靠性和精度均無法滿足復(fù)雜環(huán)境下的高精度定位的需求，因此，亟需引入基于多源傳感融合互補(bǔ)的高精度、可信定位技術(shù)手段。

導(dǎo)航與定位技術(shù)的發(fā)展同傳感信源息息相關(guān)。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)是依靠導(dǎo)航衛(wèi)星的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可以為車輛等平臺提供全天候、實(shí)時、連續(xù)的絕對位置信息和時間信息。但是，作為一種無線電信號，信號遮擋、環(huán)境干擾等也將直接導(dǎo)致接收機(jī)喪失定位能力。基于單目視覺的定位技術(shù)，通過連續(xù)圖像序列的快速精確匹配，構(gòu)建關(guān)鍵幀里程計，獲取相對姿態(tài)，可為運(yùn)動平臺提供高精度的相對姿態(tài)變換。隨著傳感器成本的降低和多源融合技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用多源信息融合的高精度定位技術(shù)將實(shí)現(xiàn)不同傳感器的優(yōu)勢互補(bǔ)和誤差修正。但是，現(xiàn)有技術(shù)中尚沒有相關(guān)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種基于視覺誤差補(bǔ)償?shù)牡刭|(zhì)災(zāi)害未知環(huán)境組合導(dǎo)航方法，該方法突破了單一傳感器環(huán)境適用性能力限制，實(shí)現(xiàn)了高精度、可信的穩(wěn)健定位。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于視覺誤差補(bǔ)償?shù)牡刭|(zhì)災(zāi)害未知環(huán)境組合導(dǎo)航方法，該方法利用單目視覺求解救援平臺相對運(yùn)動姿態(tài)，融合相對定位信息進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航定位誤差補(bǔ)償，最終得出高精度、可信定位結(jié)果；該方法具體包括如下步驟：

(1)基于連續(xù)序列圖像特征跟蹤獲取候選關(guān)鍵幀，利用候選關(guān)鍵幀計算相機(jī)姿態(tài)變換矩陣；

(2)構(gòu)建一階馬爾科夫模型，基于一階馬爾科夫模型進(jìn)行視覺輔助北斗誤差補(bǔ)償；

(3)構(gòu)建衛(wèi)星導(dǎo)航信號觀測信息的可信區(qū)間，基于信任函數(shù)對觀測量權(quán)重取值。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)的具體方式如下：

(101)利用基于梯度的運(yùn)動統(tǒng)計方法獲取圖像序列特征匹配，依次統(tǒng)計序列圖像特征匹配跟蹤數(shù)目，也就是視圖中某一特征點(diǎn)在序列圖像中連續(xù)匹配的數(shù)目，記錄視圖中最大的跟蹤特征數(shù)目，選取連續(xù)序列中包含最多特征跟蹤數(shù)目的視圖作為候選的關(guān)鍵幀；

(102)相機(jī)的內(nèi)參數(shù)為{f_x,f_y,s,c_x,c_y}，其中，s表示相機(jī)的扭曲，f_x,f_y表示相機(jī)的焦距，c_x,c_y表示圖像主點(diǎn)；相機(jī)的外參數(shù)為{R,t}，其中，R為旋轉(zhuǎn)矩陣，t為平移向量；

(103)選用針孔模型進(jìn)行相機(jī)姿態(tài)變換求解，它由一個限定尺度的3×4投影矩陣表示；將3×4的投影矩陣P分解成一個3×3的上三角矩陣K和一個3×4的轉(zhuǎn)移矩陣[R|t]的乘積：