[发明专利]一种基于遥感地图辅助的无人机自主定位方法及系统

权利要求书

1.一种基于遥感地图辅助的无人机自主定位方法，其特征在于，包括：

根据无人机飞行任务，载入无人机飞行区域的遥感地图并对所述遥感地图进行离线预处理，获得所述遥感地图的特征描述向量；

利用机载相机输出的相机图和惯性测量单元的输出，构建惯性/视觉组合里程计，利用所述惯性/视觉组合里程计求解无人机的位置和姿态，并估计所述相机图中视觉特征在导航坐标系中的三维坐标，根据所述三维坐标建立所述相机图视觉特征的特征描述向量；

利用匹配定位算法将所述相机图视觉特征的特征描述向量与所述遥感地图的特征描述向量进行特征匹配，并根据匹配关系解算出无人机的位置和姿态；

利用所述惯性/视觉组合里程计求解的无人机的位置和姿态，以及根据匹配关系解算出的无人机的位置和姿态，构建无人机位姿图优化目标函数，从而对无人机的位置和姿态进行优化，包括：

将无人机在每一个相机图采样时刻的位置和姿态描述为一个节点，利用所述惯性/视觉组合里程计求解的无人机的位置和姿态，建立两个节点之间的连通边残差；

利用所述根据匹配关系解算出的无人机的位置和姿态，构建匹配定位残差；

根据所述连通边残差和匹配定位残差，构建位姿图优化目标函数；

采用非线性优化算法对所述位姿图优化目标函数进行求解，获得使所述位姿图优化目标函数最小化的节点状态向量，所述节点状态向量即为无人机的位置和姿态。

2.如权利要求1所述的基于遥感地图辅助的无人机自主定位方法，其特征在于，根据无人机飞行任务，载入无人机飞行区域的遥感地图并对所述遥感地图进行离线预处理，包括：

根据无人机飞行任务，载入无人机任务轨迹沿途的遥感地图，所述遥感地图为无人机飞行任务的全程区域或者无人机飞行任务的局部区域；

采用特征检测算法对所述遥感地图中的视觉特征进行探测，获得所述遥感地图的视觉特征，并记录所述视觉特征在所述遥感地图中的位置；

根据所述视觉特征在所述遥感地图中的位置，建立所述遥感地图视觉特征的特征描述向量。

3.如权利要求1所述的基于遥感地图辅助的无人机自主定位方法，其特征在于，利用机载相机输出的相机图和惯性测量单元的输出，构建惯性/视觉组合里程计，利用所述惯性/视觉组合里程计求解无人机的位置和姿态，并估计所述相机图中视觉特征在导航坐标系中的三维坐标，根据所述三维坐标建立所述相机图视觉特征的特征描述向量，包括：

定义导航坐标系的原点和方向；

对机载相机输出的相机图中的视觉特征进行跟踪，得到同一视觉特征在不同相机图中的位置；

利用惯性测量单元的输出，计算两帧相机图采集时间间隔内的惯性预积分量；

根据所述同一视觉特征在不同相机图中的位置以及所述惯性预积分量，构建惯性/视觉组合里程计，利用所述惯性/视觉组合里程计求解无人机的位置、速度和姿态，并估计所述相机图中视觉特征在导航坐标系中的三维坐标，根据所述三维坐标建立所述相机图视觉特征的特征描述向量。

4.如权利要求3所述的基于遥感地图辅助的无人机自主定位方法，其特征在于，对机载相机输出的相机图中的视觉特征进行跟踪，得到同一视觉特征在不同相机图中的位置，包括：

利用特征检测算法检测机载相机输出的相机图中的视觉特征；

采用特征跟踪方式对相机图中的视觉特征进行特征跟踪，得到同一视觉特征在不同相机图中出现的位置。

5.如权利要求3所述的基于遥感地图辅助的无人机自主定位方法，其特征在于，利用惯性测量单元的输出，计算两帧相机图采集时间间隔内的惯性预积分量，包括：

利用惯性测量单元，获取无人机的比力和角速率；

根据无人机的比力和角速率，计算两帧相机图采样时刻和之间的惯性预积分量。