[发明专利]一种无人机位姿计算方法、电子设备及存储介质

权利要求书

1.一种无人机位姿计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、提取卫星地图中与无人机航拍图像相匹配的特征点；

步骤2、根据相匹配的特征点及坐标系变换关系，建立无人机的位姿与特征点高度的求解方程，即可求解得到无人机位姿与地面特征点高度；

其中，步骤2中求解方程的建立过程为：将卫星地图中特征点的坐标依次变换到地心直角坐标系、东北天坐标系，再通过东北天坐标系到相机坐标系的相对变换关系，将坐标变换到相机坐标系下；无人机航拍图像中的特征点投影到相机坐标系的深度归一化平面上，投影点与相机光心连线构成一个三维方向向量在零空间中得到两个与所述三维方向向量正交的方向向量r和s；相机坐标系下的卫星地图中特征点与相机光心连线构成的方向向量，满足分别与两个正交方向向量r和s的内积为零，从而建立求解方程。

2.根据权利要求1所述的无人机位姿计算方法，其特征在于，所述步骤2中，东北天坐标系以飞机起飞点为站点建立。

3.根据权利要求1或2所述的无人机位姿计算方法，其特征在于，所述步骤2中，东北天坐标系下的卫星地图中特征点坐标为：

其中，为卫星地图中特征点在地心直角坐标系下的坐标，为特征点p_i在卫星地图中获取的经纬高坐标，经纬度坐标由卫星地图像素坐标计算得到，是地面上特征点的高度，为待求解的变量；N是在处的地球基准椭球高度，a和b分别是地球经度切平面椭圆的长半轴和短半轴；R^enu和t^enu表示地心直角坐标系到东北天坐标系的相对变换关系，由起飞点的经纬度高坐标计算得到，将其表示为：

。

4.根据权利要求3所述的无人机位姿计算方法，其特征在于，所述步骤2中，东北天坐标系到相机坐标系的相对变换关系为：

其中，θ_yam为相机的航向角，由无人机的地磁计获取。

5.根据权利要求4所述的无人机位姿计算方法，其特征在于，所述步骤2中，东北天坐标系下的卫星地图中特征点坐标变换到相机坐标系下得到：

其中，为相机的位置，是待求解的变量。

6.根据权利要求5所述的无人机位姿计算方法，其特征在于，所述步骤2中，在航拍图像中与卫星地图中特征点p_i相匹配的特征点q_i，通过相机的内参矩阵变换到相机坐标系下的深度归一化像平面上，得到：

其中，K^-1为内参矩阵的逆矩阵；在的零空间中得到与之正交的两个方向向量r和s：

7.根据权利要求6所述的无人机位姿计算方法，其特征在于，所述步骤2中，求解方程为：

。

8.根据权利要求1所述的无人机位姿计算方法，其特征在于，在求解过程中，共有n对匹配特征点，随机选择其中一个点，将其高度设为0，作为飞机飞行高度和其他特征点高度的基准，对其余n-1个特征点进行高度计算；在求解方程组中，未知量包括相机的三自由度相对平移，n-1个特征点相对于基准点的高度，共n+2个未知量；每对匹配特征点提供两条等式约束，方程组满足约束：2*(n-1)≥n+2，即，n≥4，表示匹配特征点的数量大于等于4即可进行求解，大于4时用最小二乘法求解线性方程组。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1至8中任一项所述的无人机位姿计算方法对应的计算机程序。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其中，所述程序指令被处理器执行时用于实现权利要求1-8中任一项所述的无人机位姿计算方法对应的过程。