[发明专利]一种基于视觉误差补偿的地质灾害未知环境组合导航方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉误差补偿的地质灾害未知环境组合导航方法，属于导航定位及信息融合应用技术领域。本发明利用单目视觉获取救援场景的关键帧信息，实时解算姿态变换矩阵，为救援平台提供高精度相对定位结果，实现了卫星导航定位失效状态下的定位维持，同时，基于一阶马尔科夫模型利用视觉姿态变换为卫星导航进行实时误差补偿，最终给出高精度、可信的定位结果。本发明方法简单易行，能够在地质灾害环境下为救援平台提供高精度的可信定位技术手段。

技术领域

本发明涉及一种基于视觉误差补偿的地质灾害未知环境组合导航方法，属于导航定位及信息融合应用技术领域。

背景技术

目前，面向未知、复杂环境的高精度定位服务需求与日俱增。在山区、沟谷等地质灾害频发地带，受卫星信号遮挡、多径等影响，工程机械装备等车辆面临卫星导航定位失效的状况，致使车辆行驶和作业安全面临严重威胁。传统的基于单一传感的定位技术受适用环境的影响，其可靠性和精度均无法满足复杂环境下的高精度定位的需求，因此，亟需引入基于多源传感融合互补的高精度、可信定位技术手段。

导航与定位技术的发展同传感信源息息相关。卫星导航定位技术是依靠导航卫星的无线电导航系统，可以为车辆等平台提供全天候、实时、连续的绝对位置信息和时间信息。但是，作为一种无线电信号，信号遮挡、环境干扰等也将直接导致接收机丧失定位能力。基于单目视觉的定位技术，通过连续图像序列的快速精确匹配，构建关键帧里程计，获取相对姿态，可为运动平台提供高精度的相对姿态变换。随着传感器成本的降低和多源融合技术的发展，运用多源信息融合的高精度定位技术将实现不同传感器的优势互补和误差修正。但是，现有技术中尚没有相关应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于视觉误差补偿的地质灾害未知环境组合导航方法，该方法突破了单一传感器环境适用性能力限制，实现了高精度、可信的稳健定位。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于视觉误差补偿的地质灾害未知环境组合导航方法，该方法利用单目视觉求解救援平台相对运动姿态，融合相对定位信息进行卫星导航定位误差补偿，最终得出高精度、可信定位结果；该方法具体包括如下步骤：

(1)基于连续序列图像特征跟踪获取候选关键帧，利用候选关键帧计算相机姿态变换矩阵；

(2)构建一阶马尔科夫模型，基于一阶马尔科夫模型进行视觉辅助北斗误差补偿；

(3)构建卫星导航信号观测信息的可信区间，基于信任函数对观测量权重取值。

进一步的，所述步骤(1)的具体方式如下：

(101)利用基于梯度的运动统计方法获取图像序列特征匹配，依次统计序列图像特征匹配跟踪数目，也就是视图中某一特征点在序列图像中连续匹配的数目，记录视图中最大的跟踪特征数目，选取连续序列中包含最多特征跟踪数目的视图作为候选的关键帧；

(102)相机的内参数为{f_x,f_y,s,c_x,c_y}，其中，s表示相机的扭曲，f_x,f_y表示相机的焦距，c_x,c_y表示图像主点；相机的外参数为{R,t}，其中，R为旋转矩阵，t为平移向量；

(103)选用针孔模型进行相机姿态变换求解，它由一个限定尺度的3×4投影矩阵表示；将3×4的投影矩阵P分解成一个3×3的上三角矩阵K和一个3×4的转移矩阵[R|t]的乘积：