[發(fā)明專利]一種基于遙感地圖輔助的無人機自主定位方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110222597.4
• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN112577493B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 毛軍;屈豪;胡小平;何曉峰;潘獻飛;范晨;毛登科;謝嘉;吳雪松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G01C21/00
• 代理公司: 長沙國科天河知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

1.一種基于遙感地圖輔助的無人機自主定位方法，其特征在于，包括：

根據(jù)無人機飛行任務(wù)，載入無人機飛行區(qū)域的遙感地圖并對所述遙感地圖進行離線預(yù)處理，獲得所述遙感地圖的特征描述向量；

利用機載相機輸出的相機圖和慣性測量單元的輸出，構(gòu)建慣性/視覺組合里程計，利用所述慣性/視覺組合里程計求解無人機的位置和姿態(tài)，并估計所述相機圖中視覺特征在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，根據(jù)所述三維坐標(biāo)建立所述相機圖視覺特征的特征描述向量；

利用匹配定位算法將所述相機圖視覺特征的特征描述向量與所述遙感地圖的特征描述向量進行特征匹配，并根據(jù)匹配關(guān)系解算出無人機的位置和姿態(tài)；

利用所述慣性/視覺組合里程計求解的無人機的位置和姿態(tài)，以及根據(jù)匹配關(guān)系解算出的無人機的位置和姿態(tài)，構(gòu)建無人機位姿圖優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，從而對無人機的位置和姿態(tài)進行優(yōu)化，包括：

將無人機在每一個相機圖采樣時刻的位置和姿態(tài)描述為一個節(jié)點，利用所述慣性/視覺組合里程計求解的無人機的位置和姿態(tài)，建立兩個節(jié)點之間的連通邊殘差；

利用所述根據(jù)匹配關(guān)系解算出的無人機的位置和姿態(tài)，構(gòu)建匹配定位殘差；

根據(jù)所述連通邊殘差和匹配定位殘差，構(gòu)建位姿圖優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；

采用非線性優(yōu)化算法對所述位姿圖優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進行求解，獲得使所述位姿圖優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)最小化的節(jié)點狀態(tài)向量，所述節(jié)點狀態(tài)向量即為無人機的位置和姿態(tài)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于遙感地圖輔助的無人機自主定位方法，其特征在于，根據(jù)無人機飛行任務(wù)，載入無人機飛行區(qū)域的遙感地圖并對所述遙感地圖進行離線預(yù)處理，包括：

根據(jù)無人機飛行任務(wù)，載入無人機任務(wù)軌跡沿途的遙感地圖，所述遙感地圖為無人機飛行任務(wù)的全程區(qū)域或者無人機飛行任務(wù)的局部區(qū)域；

采用特征檢測算法對所述遙感地圖中的視覺特征進行探測，獲得所述遙感地圖的視覺特征，并記錄所述視覺特征在所述遙感地圖中的位置；

根據(jù)所述視覺特征在所述遙感地圖中的位置，建立所述遙感地圖視覺特征的特征描述向量。

3.如權(quán)利要求1所述的基于遙感地圖輔助的無人機自主定位方法，其特征在于，利用機載相機輸出的相機圖和慣性測量單元的輸出，構(gòu)建慣性/視覺組合里程計，利用所述慣性/視覺組合里程計求解無人機的位置和姿態(tài)，并估計所述相機圖中視覺特征在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，根據(jù)所述三維坐標(biāo)建立所述相機圖視覺特征的特征描述向量，包括：

定義導(dǎo)航坐標(biāo)系的原點和方向；

對機載相機輸出的相機圖中的視覺特征進行跟蹤，得到同一視覺特征在不同相機圖中的位置；

利用慣性測量單元的輸出，計算兩幀相機圖采集時間間隔內(nèi)的慣性預(yù)積分量；

根據(jù)所述同一視覺特征在不同相機圖中的位置以及所述慣性預(yù)積分量，構(gòu)建慣性/視覺組合里程計，利用所述慣性/視覺組合里程計求解無人機的位置、速度和姿態(tài)，并估計所述相機圖中視覺特征在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，根據(jù)所述三維坐標(biāo)建立所述相機圖視覺特征的特征描述向量。

4.如權(quán)利要求3所述的基于遙感地圖輔助的無人機自主定位方法，其特征在于，對機載相機輸出的相機圖中的視覺特征進行跟蹤，得到同一視覺特征在不同相機圖中的位置，包括：

利用特征檢測算法檢測機載相機輸出的相機圖中的視覺特征；

采用特征跟蹤方式對相機圖中的視覺特征進行特征跟蹤，得到同一視覺特征在不同相機圖中出現(xiàn)的位置。

5.如權(quán)利要求3所述的基于遙感地圖輔助的無人機自主定位方法，其特征在于，利用慣性測量單元的輸出，計算兩幀相機圖采集時間間隔內(nèi)的慣性預(yù)積分量，包括：

利用慣性測量單元，獲取無人機的比力和角速率；

根據(jù)無人機的比力和角速率，計算兩幀相機圖采樣時刻和之間的慣性預(yù)積分量。