[發明專利]一種強實時雙構連續景象融合匹配導航定位方法及系統

有效

• 申請號: 202110663125.2
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113418527B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 胡玉龍;劉品;陳皓;唐藝菁
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種強實時雙構連續景象融合匹配導航定位方法及系統，采用改進的序列實時圖幀間匹配方法，基于實時圖的幀間特征變換增量式的估計導航位姿；采用改進的實時圖與衛星遙感基準圖匹配方法，基于估計的增量式導航位姿，優化衛星遙感基準圖，對實時圖和優化衛星遙感基準圖進行絕對式導航位姿估計，得到絕對式導航位姿；采用純視覺的導航位姿融合估計方法，將增量式導航位姿和絕對式導航位姿進行融合處理，利用當前時刻導航位姿預測值對導航位姿進行優化更新，得出當前實時圖對應的導航位姿并輸出。本方法可有效提高景象匹配的配準效率、精度及成功率，實現無人飛行器位姿的連續、實時解算，適用于各種類型的連續圖像匹配實時導航定位需求。

技術領域

本發明屬于景象匹配導航技術領域，具體涉及一種強實時雙構連續景象融合匹配導航定位方法及系統。

背景技術

面向日益多現的GPS拒止環境，無人飛行器的自主導航需求快速增長，高精度且自成體系的景象匹配導航已成為實現自主導航的重要選擇之一。

現有景象匹配輔助導航方法常采用地標式匹配定位模式，根據任務需求通過衛星或無人機提前采集定制基準圖，針對基準圖進行導航適配性分析，規劃飛行航跡。這導致現有景象匹配輔助導航方法與航跡規劃耦合緊密，變更任務或遭遇突發空情時，由于航線偏離會直接失去導航定位能力，面對復雜對抗環境的適應能力極差；同時，現有無人機飛行器的嵌入式計算能力有限，且基準圖與實時圖間普遍存在時間、光照、拍攝角度等方面的差異，景象匹配導航定位能力受到衛圖適配區離散化與匹配算法抗尺度變換/抗旋轉能力的限制，難以滿足自主飛行狀態下實時、連續的導航定位需求；而且，現有匹配定位算法為保證可靠性，需要任務區域的基準圖盡可能即刻采集，然而可靠、準確、及時的廣域基準圖數據獲取往往十分困難。

以上問題，僅依靠提升計算設備能力或算法效率精度難以真正解決。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種強實時雙構連續景象融合匹配導航定位方法及系統，克服現有景象匹配輔助導航與航跡規劃耦合程度高、受限于離散化地標無法連續實時輸出導航數據以及可靠/準確/及時的廣域基準圖數據獲取困難等問題，實現GPS拒止環境下，與規劃航跡解耦的漫游式強實時自主導航定位。

本發明采用以下技術方案：

一種強實時雙構連續景象融合匹配導航定位方法，包括以下步驟：

S1、采用改進的序列實時圖幀間匹配方法，基于實時圖的幀間特征變換增量式的估計導航位姿；

S2、采用改進的實時圖與衛星遙感基準圖匹配方法，基于步驟S1估計的增量式導航位姿，優化衛星遙感基準圖，對實時圖和優化衛星遙感基準圖進行絕對式導航位姿估計，得到絕對式導航位姿；

S3、采用純視覺的導航位姿融合估計方法，將步驟S1得到的增量式導航位姿和步驟S2得到的絕對式導航位姿進行融合處理，利用當前時刻導航位姿預測值對導航位姿進行優化更新，得出當前實時圖對應的導航位姿并輸出，實現強實時雙構連續景象融合匹配導航定位。

具體的，步驟S1具體為：

S101、采集并傳輸實時圖，準備飛行區域的衛星遙感基準圖；

S102、將步驟S101采集的實時圖與前一幀實時圖進行幀間特征匹配，獲得實時圖與前一幀實時圖的位姿透視變換矩陣；

S103、基于步驟S102獲得的實時圖與前一幀實時圖的位姿透視變換矩陣，進行實時圖基于前一幀實時圖的相對位姿估計，得到實時圖的相對位姿；

S104、基于步驟S103得到的實時圖的相對位姿，結合前一幀實時圖的導航位姿，對當前實時圖進行增量式導航位姿估計，得到當前實時圖的增量式導航位姿。

進一步的，在步驟S101采集當前實時圖之前，先進行初始化，具體為：