[发明专利]基于从运动恢复结构的飞行器位置确定方法

说明书

本发明公开了一种基于从运动恢复结构的飞行器位置确定方法。首先利用所述成像设备对航迹下地形连续成像，以获取运动序列图像；然后基于所述运动序列图像恢复实时三维地形图并获取实时三维地形图上各点在飞行器本体姿态坐标系下的空间三维坐标。其次将所述实时三维地形图上各点在飞行器本体姿态坐标系下的空间三维坐标转化到飞行器平行坐标系下。再次将所述实时三维地形图上各点在飞行器平行坐标系下的空间三维坐标转化到所述地面基准地形坐标系下，最后反向求解飞行器在所述地面基准地形坐标系下的位置。所述基于从运动恢复结构的飞行器位置确定方法可以低成本低能耗精准地测量飞行器的位置。

技术领域

本发明涉及航天技术领域，特别涉及一种基于从运动恢复结构的飞行器位置确定方法。

背景技术

航天器、无人机等飞行器的导航与控制过程中，飞行器的位置和姿态是安全飞行及执行任务的关键信息。飞行器的飞行位置姿态确定方法中常用的有基于惯性导航、基于GPS导航及基于激光地形测量与景像匹配导航等方法。

惯性导航方法是利用加速度计和陀螺仪等导航传感器对运动信息进行测量，该方法利用加速度计的实时加速度测量并进行积分运算，从而得到飞行过程中的位置与姿态信息。存在如下缺点：采用积分运算进行位姿确定，存在积累误差的问题，尤其在长时间应用时误差积累较大，常常需要采用其他定位准确的方法对惯性导航计算结果进行校正。

GPS导航定位方法利用飞行器安装的GPS组件接收运行于轨道上的GPS导航卫星的信号，根据接收到的多个卫星的信号进行综合计算，获取飞行器的位置信息，是航空飞行器、汽车等运动工具常用的导航方法之一。存在如下缺点：由于GPS卫星信号为国外导航卫星提供，通常无法获取高精度数据，因此计算结果精度较差，而且信号能否正常获取也受制于人；由于接收GPS卫星信号受在轨运行卫星“视线”遮挡的影响，GPS导航方法计算的位置信息精确性和更新频率都会下降。

基于激光地形测量与景象匹配导航方法包括地形匹配定位与景象匹配定位。

地形匹配利用飞行器装载的激光高度计实时测量飞行轨迹的地形高度，将实时测量结果与飞行器预先装载的基准地形图进行匹配计算，确定飞行器的位置从而实现飞行导航。存在如下缺点：激光高度计属于专用设备，能耗较大，并且这类精密仪器价格昂贵，难以在一般飞行器上安装使用，这种一维匹配导航适合于山丘地形的飞行。

景象匹配导航是以地表图像作为特征，采用实时摄像方法录取飞行轨迹周围或目标附近地区地貌，与存储在飞行器上的基准景象图比较，进行匹配定位与导航。该景象匹配属于二维匹配导航,可以确定飞行器两个坐标的偏差,只适合于平坦地区导航。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于从运动恢复结构的飞行器位置确定方法，可以低成本低能耗精准地测量飞行器的位置。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于从运动恢复结构的飞行器位置确定方法，所述飞行器具有惯性导航设备和成像设备。基于从运动恢复结构的飞行器位置确定方法包括以下步骤：利用所述成像设备对航迹下地形连续成像，以获取运动序列图像；基于所述运动序列图像恢复实时三维地形图并获取实时三维地形图上各点在飞行器本体姿态坐标系下的空间三维坐标，所述飞行器本体姿态坐标系是基于飞行器飞行时的姿态而建立的坐标系；将所述实时三维地形图上各点在飞行器本体姿态坐标系下的空间三维坐标转化到飞行器平行坐标系下，所述飞行器平行坐标系是与地面基准地形坐标系相平行的飞行器原点坐标系；将所述实时三维地形图上各点在飞行器平行坐标系下的空间三维坐标转化到所述地面基准地形坐标系下，以及反向求解飞行器在所述地面基准地形坐标系下的位置。