[发明专利]多相机辅助的机载分布式POS柔性基线测量方法和装置

说明书

本发明公开了一种多相机辅助的机载分布式POS柔性基线测量方法，该方法包括：使用高精度主惯性测量单元(主IMU)借助相机测量的主子IMU之间相对位置姿态信息对低精度子惯性测量单元(子IMU)进行传递对准，完成柔性多基线测量。本发明具有精度高、抗干扰能力强的特点，可用于测量载机存在挠曲变形时多载荷之间的柔性基线长度，提高多载荷之间相对的位置姿态精度。本发明还公开了一种多相机辅助的机载分布式POS柔性基线测量装置。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体而言，涉及一种多相机辅助的机载分布式POS柔性基线测量方法和装置。

背景技术

高精度POS由惯性测量单元(Inertial measurement Unit,IMU)、导航计算机系统(POS Computer System，PCS)和GPS组成。高精度POS可以为高分辨率航空遥感系统提供高频、高精度的时间、空间及精度信息，通过运动误差补偿提高成像精度和效率，是实现高分辨率成像的关键。我国在单POS成像方面取得了一定进展，但是由于对地观测载荷的需求牵引，如集成高分辨测绘相机、全谱段成像光谱仪、SAR于同一载体的多任务载荷，机载分布式阵列天线SAR和柔性多基线干涉SAR以及舰载稀疏阵列成像雷达等，多个或多种载荷安装在飞机不同位置，采用传统的单一POS系统无法实现多点的高精度位置姿态测量以及各载荷数据的时间统一。

同时对于集成多个载荷的航空遥感系统和阵列载荷，由于飞机机体和柔性杆臂的挠曲变形、振动等因素，单个POS无法测量分布在飞机不同位置多个载荷的位置速度姿态信息。如果每个载荷都安装一个POS，不仅重量、成本增加，而且不同POS之间存在不同系统误差，使得多个载荷之间的数据难以融合，因此迫切需要建立高精度分布式时空基准系统，为高性能航空遥感系统中所有载荷提供高精度的时间、空间信息。

现有的柔性杆臂测量方法(公开号：CN 102322873)搭建了一种柔性杆臂测试环境并给出柔性杆臂测量精度验证方法，没有提供详细的柔性杆臂测量算法，会直接限制子系统的位置姿态测量精度。针对柔性基线测量特性对测量精度要求较高的问题，在使用高精度主IMU对子系统进行传递对准的同时，使用相机对主/子系统之间的相对位置姿态关系进行测量，作为量测信息辅助传递对准，提高整体系统的实时导航精度，实现柔性多基线的精确测量。

发明内容

为了解决现有技术中，没有提供详细的柔性杆臂测量算法，会直接限制子系统的位置姿态测量精度的问题，本发明实施例提供了一种多相机辅助的机载分布式POS柔性基线测量方法和装置，克服传统挠曲变形建模的不确定性，传统初始对准方法动态条件下对准精度低的缺点，使得具有精度高、抗干扰能力强的特点，可用于测量载机存在挠曲变形时多载荷之间的柔性基线长度，提高多载荷之间相对的位置姿态精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种多相机辅助的机载分布式POS柔性基线测量装置，包括：第一构建模型模块，用于建立单目视觉模型；第二构建模型模块，用于建立取像装置与激光测距装置之间的模型，对所述取像装置与所述激光测距装置之间的所述模型进行标定；获取模块，用于通过多个所述取像装置和主IMU之间测量的相对关系，以及多个所述取像装置和子IMU之间测量的相对关系，获取任意主IMU和子IMU之间的位姿关系，其中，所述位姿关系包括：柔性基线绕着主系统空间三个轴向产生的挠曲变形位移矢量以及子节点绕着主系统三个轴向的挠曲变形角；测量模块，用于通过多参数结合的匹配方法进行传递对准，获取子系统组合导航信息，并通过所述导航信息解算出主/子IMU之间准确的基线长度，完成柔性多基线测量。

在其中一个实施例中，所述第一构建模型模块，包括：结合单元，对所述取像装置坐标系与图像坐标系进行结合；标定单元，用于通过预设标定板对所述取像装置进行标定。

在其中一个实施例中，所述标定单元，还用于通过相邻两个所述预设标定板之间的关系，标定相邻两个所述取像装置之间的相对关系，完成多个所述取像装置的标定。