[发明专利]一种微小型无人机全捷联下视相机的目标定位方法

说明书

本发明公开了一种微小型无人机全捷联下视相机的目标定位方法，由相机视场角和相机方形像素阵列的宽度计算相机焦距，再由相机焦距和目标在像素阵列上的位置得到像素位置到坐标原点的距离长度，由像素位置到坐标原点的距离长度和目标在像素阵列的上的位置得到目标在相机坐标系中的单位坐标向量，并结合和卡尔曼滤波算法估算目标到飞行器的相对距离，通过坐标转换得到目标的地理位置信息与目标到飞行器的相对距离之间的关系，并由目标到飞行器之间的距离、卫星导航系统测量得到的飞行器位置信息量以及目标在相机坐标系中的单位坐标向量，计算目标的地理位置信息。本发明提供的目标定位方法，可以获得较高的定位精度，消除部分测量误差。

技术领域

本发明属于飞行器导航、制导和控制技术领域，更具体地，涉及一种微小型无人机全捷联下视相机的目标定位方法。

背景技术

微小型无人机作为信息化特征显著的新型作战装备，已经成为局部战争和军事行动不可或缺的重要作战力量，在执行火力打击、侦察监视、干扰欺骗、战场评估等作战任务中均得到了成功应用，为低空或近距离侦察与监视提供了良好的平台，具有广阔的军用和民用前景。

侦察监视、攻击干扰等是军用微小型无人机的主要功能，这些都离不开无人机对地面目标的定位。目前无人机定位导航主要使用以下三种定位技术：1.惯性导航系统(INS)，通过加速计来确定无人机的加速度，通过陀螺仪来确定角速度；2.全球卫星定位导航系统(GPS)，系统由近地轨道的卫星组成，定位的精度由三角测量的几何关系确定；3.图像辅助定位导航系统，这类系统需要实现在无人机的系统内存中存储地形资料图，通过无人机实时拍摄的三维地形图与存储的地形资料图做相关操作，从而实现无人机的定位。

视觉导航定位技术在此基础上发展而来，视觉导航定位借助光学传感器能够探测周围环境，通过机载光学成像传感器采集周围的图像，将摄像信息传递给飞行器进行信息分析处理，根据目标图像的特征，得到每个特征点在图像中的对应点，经过数字图像处理后得到无人机自身相对目标信息。视觉导航定位技术可以使无人机具有目标相对定位和自主导航能力。但是，传统的机载平台式随动摄像相机视觉导航定位方式中，相机的体积和质量较大，成本较高；并且平台式随动相机无法满足弹射、炮射或高空抛撒等方式发射时发射过载的要求；同时，GPS和机载惯性导航装置测量存在噪声，导致定位存在误差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种微小型无人机全捷联下视相机的目标定位方法，利用导航系统测量无人机自身的飞行姿态、相对地面的高度、速度和地理三维地标，在根据全捷联下视相机获取目标的特征信息，通过数据坐标变换等处理技术确定目标在惯性坐标系中的位置。

为了实现上述目的，本发明提供一种微小型无人机全捷联下视相机的目标定位方法，包括如下步骤：

S1根据相机视场角和相机方形像素阵列的宽度计算相机焦距；

S2根据相机焦距和目标在像素阵列上的位置获取相机坐标系中像素位置到坐标原点的距离长度；

S3由像素位置到坐标原点的距离长度和目标在像素阵列的上的位置得到目标在相机坐标系中的单位坐标向量；

S4根据目标在相机坐标系中的单位坐标向量，并结合和卡尔曼滤波算法估算目标到飞行器的相对距离；

S5通过坐标转换得到目标的地理位置信息与目标到飞行器的相对距离之间的关系，并由目标到飞行器之间的距离、卫星导航系统测量得到的飞行器位置信息量以及目标在相机坐标系中的单位坐标向量，计算目标的地理位置信息。

进一步地，相机的焦距P_f根据得出，像素阵列的宽度为M和相机的视场角为η。

进一步地，取像素位置到坐标原点的距离长度P_L根据得出，目标在像素阵列上的位置为(P_x,P_y)通过测量得到。