[發明專利]視覺輔助稀疏無線電測量的月球導航定位方法

在審

• 申請號: 202011507469.6
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112595328A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 賈萌娜;蒙艷松;同釗;張中英;王登峰;陳素芳;徐連軍
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C21/20;G01S19/45
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 程何

1.視覺輔助稀疏無線電測量的月球導航定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，探測器發射前，在地面對其攜帶的無線電測量終端和視覺測量設備進行相對位置標定；

步驟2，對月球空間的探測設備分別配置無線電測量信號發射終端，月球探測器導航用戶搭載無線電測量終端和視覺相機；探測設備包括中繼星、軌道器以及信標；

步驟3，導航用戶在運動過程中以一定頻率持續獲取視覺測量信息和無線電測量信息，其中前后兩站之間獲取的視覺影像間具有一定的重疊度，根據該重疊度信息基于視覺特征追蹤的方式得到新站點導航用戶的位置初值并結合新站點的視覺測量信息和無線電測量信息進行進一步位置和姿態求解，得到新站點的位置和姿態信息；

步驟4，當用戶運行一定距離、經過多個站點后，將多個站點的稀疏無線電測量和視覺測量結果組成多站觀測方程進行聯合求解，新的位姿求解結果作為下一個站點解算的初始值。

2.根據權利要求1所述的視覺輔助稀疏無線電測量的月球導航定位方法，其特征在于，所述進行進一步位置和姿態求解包括如下步驟：

月球導航用戶在每個待定位站點接收月球空間中的稀疏無線電測量信號，通過跟蹤解調處理后獲取偽距信息并建立無線電觀測方程；

在接收無線電測量信號的同時，導航用戶利用雙目相機對周圍環境進行拍攝，建立視覺測量的觀測方程；

對無線電觀測方程和視覺觀測方程分別進行線性化，獲得線性誤差方程；

對線性誤差方程進行迭代求解，直至前后兩次迭代獲取的待求量改正數差異小于閾值要求，求解得到某一待定位站點用戶的位置、姿態和影像特征點對應的物方坐標信息。

3.根據權利要求2所述的視覺輔助稀疏無線電測量的月球導航定位方法，其特征在于：所述無線電觀測方程為其中，Pr為無線電測量得到的偽距值，c為光速，(X_T,Y_T,Z_T)為月球中繼星、軌道器以及信標等無線電測量信號發射設備的絕對位置，(Xr,Yr,Zr)為無線電測量終端天線相位中心所表征的用戶位置，t1和t2分別為無線電信號發射時刻和接收時刻，Δt1為發射裝置的鐘差，Δt2為接收機鐘差。

4.根據權利要求2所述的視覺輔助稀疏無線電測量的月球導航定位方法，其特征在于，所述建立視覺測量的觀測方程包括如下步驟：

通過特征提取算法對影像上的特征點和撞擊坑等信息進行提取，并根據特征匹配建立左右相機影像上特征間的關系，進而根據特征點物方坐標、像方坐標以及相機位置、姿態信息建立視覺測量的觀測方程，每對特征匹配點可以得到兩組共四個觀測方程。

5.根據權利要求4所述的視覺輔助稀疏無線電測量的月球導航定位方法，其特征在于：所述觀測方程為其中，(x_cam,y_cam)為特征點在相機坐標系下的像點坐標值，(X,Y,Z)為特征點在物方坐標系下的物方三維坐標，(Xu,Yu,Zu)為相機攝影中心所表征的用戶位置，focal為相機焦距，a_i,b_i,c_i,i＝1,2,3為像方坐標系到物方坐標系的旋轉矩陣系數，由兩個坐標系間的三個旋轉角組成，其中包含了用戶的姿態信息。

6.根據權利要求2所述的視覺輔助稀疏無線電測量的月球導航定位方法，其特征在于：所述線性誤差方程為其中，(x_p,y_p)為反投影像點坐標，(v_x,v_y)為像方殘差，為像方坐標系到物方坐標系間的三個旋轉角，Pr₀和Pr分別為當前站點根據用戶位置初值估算得到的距離值及實際無線電測量得到的偽距值，v_Pr為距離測量殘差。