CN105184776A - 目标跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种目标跟踪方法。该方法包括以下步骤：获取目标的高精度三维空间坐标；利用高精度定位定姿系统实时获取载荷的高精度三维空间坐标及姿态；根据载荷的移动速度以及高精度定位定姿系统中的GNSS天线与相机之间的几何位置关系，计算相机投影中心三维空间坐标；根据相机投影中心三维空间坐标及目标三维空间坐标计算目标的目标方位角及目标姿态角；根据目标方位角及目标姿态角计算相机的预测姿态；调整相机的姿态到预测姿态；在曝光位置对目标进行拍照。其提前调整好相机的预测姿态，保证相机在曝光过程中保持姿态稳定，拍摄图像清晰。且相机的方位角与姿态角与目标相对应，保证目标在相机所拍摄图像的中间位置。

Description

目标跟踪方法

技术领域

本发明涉及导航定位及目标跟踪技术领域，尤其涉及一种目标跟踪方法。

背景技术

目标跟踪是一项融合图像处理、模式识别、人工智能、自动控制、传感器及导航定位等多种不同领域先进成果综合性应用技术，是军事、民用领域一项广泛应用的技术。

现阶段对目标物的跟踪主要是基于视觉的目标识别与跟踪和基于GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球卫星导航系统)的跟踪两种手段。

通常基于视觉的目标跟踪是指对图像序列中的运动目标或是特征单一的物体进行检测、识别和跟踪，通过获取目标的位置、速度等参数或是目标的形状和颜色等特征，然后对其进一步处理，实现对运动目标物的准确跟踪。哈尔滨工业大学的姜运宇等人采用视觉传感器(相机)采集运动物体目标的图像信息，对地面目标跟踪问题进行了研究。南京航空航天大学的朱玮等人首先利用图像匹配的方法对目标进行识别，然后结合Camshift和粒子滤波这两种跟踪算法各自存在的优缺点，提出了一种结合两者优点的跟踪算法。跟踪过程中，首先确定跟踪窗口的初始位置和大小，然后对目标物体的颜色特征，边缘特征和SIFT特征进行融合，以Camshift来优化粒子的传播，从而完成了目标在相似颜色干扰和被遮挡的情况下都能对某一类物体进行很好的跟踪。而浙江大学的张志飞等人则利用视觉定位与地面已知移动目标自动识别跟踪系统进行了全面的设计，研究和开发。与以往不同的是，他的研究增强了目标识别算法在恶劣气象条件下的自适应性，如出现雾霾，阴天等天气。中国科学院的金炫等人就复杂场景下的目标跟踪监测提出了一种基于生物视觉的思路来进行跟踪。利用颜色显著图，方向显著图，灰度显著图建立了静态显著图，利用运动信息和视频帧间的连续性建立了运动显著图，并且通过超频傅立叶变换对显著图进行集成，形成目标在运动过程中的一个分布权重图用以反映目标出现在各个位置的概率，最后通过视觉暂留模型和重新检测模型建立了一个基于生物视觉的跟踪模型。该方法可以有效的对不同目标进行自动检测跟踪。

基于GNSS的跟踪技术方面，东北林业大学的刘治彬等人以GNSS定位技术为基础，结合计算机技术、通信技术、伺服控制技术、单片机技术等，研究设计了一套能够对移动目标实现自动跟踪的控制系统。利用GNSS接收机实时捕获移动载体的位置信息，并将此信息通过数传电台发出，地面站通过数传电台将数据接收，数据从数传电台由串口传送给单片机，在单片机内，接收数据与基站数据进行比较，产生差值，通过复杂的计算与判断，由单片机的串口输出控制信息，经过转换，由RS一485到达伺服机构入口；在云台内，数据再经解码、功放等一系列过程,转换成可驱动步进电机工作的电压信号，使云台进行水平、垂直旋转，驱动跟踪天线实现跟踪。电子科技大学的安然等人提出了一种基于GNSS的飞行目标跟踪系统。该系统在移动载体上安放GNSS接收装置，利用GNSS接收装置实时捕获移动物体的位置信息，通过数传电台的远程数据传送，到达地面接收站并送往单片机；在单片机内，送来的数据与基站数据进行比较，产生差值，根据差值的大小，产生不同的驱动信号，送给云台以调节方位和转速，并带动跟踪天线实施对移动目标的跟踪。而大连海事大学的何虎等人采用GNSS定位，罗盘、滑动变阻器反馈和步进电机控制等数字化引导方式，利用嵌入式系统设计的思想实现了天线自动跟踪系统，具有更强的稳定性和可靠性。

上述方法基本都能对目标物进行不同程度的识别与自动跟踪，但存在可靠性较低、静态目标跟踪效果不佳、难以保证窄视场下目标在所拍摄图片的中心位置等问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够解决此问题的新的目标物跟踪方法。

为实现本发明目的提供的一种目标跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取待跟踪目标的高精度目标三维空间坐标；

利用高精度定位定姿系统实时获取载荷的高精度三维空间坐标和姿态；

根据所述载荷的移动速度以及所述高精度定位定姿系统中的全球卫星导航系统接收机天线与相机之间的几何位置关系，计算相机投影中心三维空间坐标；

根据所述相机投影中心三维空间坐标及所述目标三维空间坐标计算所述目标的目标方位角及目标姿态角；

根据所述目标方位角及所述目标姿态角计算所述相机的曝光位置的预测姿态；

调整所述相机的姿态到所述预测姿态；

使用所述相机在所述曝光位置对所述目标进行拍照；

所述高精度载荷三维空间坐标为所述全球卫星导航系统接收机天线的相位中心的坐标。

作为一种目标跟踪方法的可实施方式，所述利用高精度定位定姿系统实时获取载荷的高精度载荷三维空间坐标，包括以下步骤：

在距地面测控站预设距离范围内利用差分全球导航卫星系统、连续运行卫星定位服务综合系统或者精密单点定位技术精确测量基站点的坐标；

在所述基站点架设实时动态控制系统基站，并通过数据链路保持所述实时动态控制系统基站与载荷之间差分定位信号的畅通；

高精度定位定姿系统接收所述差分定位信号，并进行位置及姿态的组合解算，输出组合解算后的高精度位置及姿态数据；

所述载荷控制系统对接收的所述高精度位置及姿态数据进行误差补偿校正，及全球卫星导航系统接收机天线的偏心分量改正，得到最终的相机投影中心三维空间坐标的定位结果。

作为一种目标跟踪方法的可实施方式，还包括判断所述载荷与所述目标之间的距离是否在预设距离范围内的步骤，若是，则执行根据所述载荷的移动速度以及所述高精度定位定姿系统中的全球卫星导航系统接收机天线与相机之间的几何位置关系，计算所述相机投影中心三维空间坐标的步骤；若否，则等待下一个循环周期继续判断所述距离。

作为一种目标跟踪方法的可实施方式，在步骤根据所述目标方位角及所述目标姿态角计算所述相机的预测姿态之后，还包括判断所述相机的方位角和姿态角分别与所述目标方位角和所述目标姿态角之间的差值是否均在预设差值范围内，若是，则继续执行所述在所述曝光位置对所述目标进行拍照的步骤；若否，则返回执行计算所述相机投影中心三维空间坐标的步骤。

作为一种目标跟踪方法的可实施方式，所述相机设置在吊舱中，所述吊舱通过稳定平台与运行载体相连接；所述高精度定位定姿系统设置在所述吊舱中，且所述高精度定位定姿系统包括惯性测量单元和具有所述天线的全球卫星导航系统接收机；所述载荷中的高精度定位定姿系统中的全球卫星导航系统接收机天线与所述相机之间有预设位置差；

所述根据所述载荷的移动速度以及所述高精度定位定姿系统中的全球卫星导航系统接收机天线与相机之间的几何位置关系，计算所述相机投影中心三维空间坐标，包括以下步骤：

根据下面的公式计算全球卫星导航系统接收机天线的相位中心在吊舱坐标系中的坐标，即全球卫星导航系统吊舱坐标系坐标；

$\left[\begin{array}{c}{x}_g^p\\ y_g^p\\ z_g^p\end{array}\right]=R_w^p\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_g^w\\ {\mathrm{\Δy}}_g^w\\ {\mathrm{\Δz}}_g^w\end{array}\right],$

其中， $R_w^p=\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\γ}& -sin\mathrm{\γ}& 0\\ sin\mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\γ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\β}& 0& sin\mathrm{\β}\\ 0& 1& 0\\ -sin\mathrm{\β}& 0& \cos \mathrm{\β}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\α}& -\sin \mathrm{\α}& 0\\ sin\mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$ 为全球卫星导航系统接收机天线的相位中心从稳定平台参考坐标系到吊舱坐标系的转换矩阵， ${\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\Δx}}_g^w& {\mathrm{\Δy}}_g^w& {\mathrm{\Δz}}_g^w\end{array}\right]}^T$ 为全球卫星导航系统接收机天线的相位中心与稳定平台参考中心的偏心分量；

利用下面的公式根据所述全球卫星导航系统吊舱坐标系坐标计算所述全球卫星导航系统接收机天线的相位中心在惯性测量单元坐标系中的坐标，即全球卫星导航系统惯性坐标系坐标；

$\left[\begin{array}{c}{x}_g^I\\ y_g^I\\ z_g^I\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_g^p\\ y_g^p\\ z_g^p\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_I^p\\ {\mathrm{\Δy}}_I^p\\ {\mathrm{\Δz}}_I^p\end{array}\right],$

其中， ${\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\Δx}}_I^p& {\mathrm{\Δy}}_I^p& {\mathrm{\Δz}}_I^p\end{array}\right]}^T$ 为惯性测量单元几何参考中心与吊舱中心的偏心分量；

利用下面的公式根据所述全球卫星导航系统惯性坐标系坐标计算相机投影中心在导航系中的坐标，即相机导航坐标；

$\left[\begin{array}{c}{x}_c^n\\ y_c^n\\ z_c^n\end{array}\right]=R_I^n\[\left[\begin{array}{c}{x}_c^I\\ y_c^I\\ z_c^I\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{x}_g^I\\ y_g^I\\ z_g^I\end{array}\right]\]$

其中， $R_I^n=\left[\begin{array}{ccc}\cos H& -\sin H& 0\\ \sin H& \cos H& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos P& 0& \sin P\\ 0& 1& 0\\ -\cos P& 0& \sin P\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos R& -\sin R\\ 0& \sin R& \cos R\end{array}\right]$ 为全球卫星导航系统接收机天线的相位中心从惯性测量单元本体坐标系到导航坐标系的转换矩阵， ${\left[\begin{array}{ccc}{x}_c^I& y_c^I& z_c^I\end{array}\right]}^T$ 为相机投影中心在惯性测量单元坐标系中的坐标；

根据发出相机曝光指令到所述相机曝光完成的时间延迟，结合所述载体的移动速度根据下面的公式计算所述相机投影中心在导航系内的相机坐标增量；

$\left[\begin{array}{c}dx\\ dy\\ dz\end{array}\right]=t_0\·\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\\ v_z\end{array}\right],$

其中，v_x，v_y，v_z为惯性测量单元测量的在导航系的速度矢量，t₀为相机曝光延迟时间；

将所述相机导航坐标和所述相机坐标增量之和作为相机投影中心在导航系内的最终坐标，并根据所述相机在导航系内的最终坐标值根据下面公式计算所述相机投影中心在地心坐标系中的坐标作为预测的所述相机投影中心三维空间坐标；

$\left[\begin{array}{c}{x}_c^e\\ y_c^e\\ z_c^e\end{array}\right]=R_n^e\[\left[\begin{array}{c}{x}_c^n\\ y_c^n\\ z_c^n\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}dx\\ dy\\ dz\end{array}\right]\]+\left[\begin{array}{c}{x}_e\\ y_e\\ z_e\end{array}\right],$

其中，为相机投影中心从导航坐标系到地心坐标系的转换矩阵,[x_ey_ez_e]^Τ为全球卫星导航系统接收机天线的相位中心在地心坐标系的坐标。

作为一种目标跟踪方法的可实施方式，所述根据所述目标方位角及所述目标姿态角计算所述相机的预测姿态，包括以下步骤：

将所述相机投影中心三维空间坐标转换成地理坐标；

将所述目标三维空间坐标转换成相对所述相机投影中心的站心坐标；

根据所述站心坐标构造相机的相机姿态矩阵。

作为一种目标跟踪方法的可实施方式，通过惯性测量单元的参数调整所述相机的姿态；

在调整所述相机的姿态到所述预测姿态之前还包括以下步骤：

获取所述惯性测量单元与所述相机之间的安置角误差，并根据所述安置角误差及所述相机姿态矩阵计算得到所述惯性测量单元的姿态矩阵；

求解所述姿态矩阵得到所述惯性测量单元的横滚角、俯仰角及航向角。

作为一种目标跟踪方法的可实施方式，使用公式：将所述相机投影中心三维空间坐标转换成地理坐标；其中，(b,l,h)为相机投影中心的大地坐标，T_e ^d为所述相机投影中心三维空间坐标转为大地坐标的转换函数，为所述相机投影中心在地心坐标系中的投影中心三维空间坐标；

使用公式：将所述目标三维空间坐标转换成相对所述相机投影中心的站心坐标；其中，

${\left[\begin{array}{ccc}{x}_t^l& y_t^l& z_t^l\end{array}\right]}^T$ 为目标在以相机投影中心为原点的站心坐标系中的坐标， ${\left[\begin{array}{ccc}{x}_t^e& y_t^e& z_t^e\end{array}\right]}^T$ 为目标点在地心坐标系中的目标三维空间坐标；

构造的相机姿态矩阵如下：

$r_0=arcsin(z_t^l/\sqrt{x_t^{l2}+y_t^{l2}+z_t^{l2}});$

p₀＝0；

$R_c^g=\left[\begin{array}{ccc}\cos h_0& -\sin h_0& 0\\ \sin h_0& \cos h_0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cosr}}_0& -{\mathrm{sinr}}_0\\ 0& {\mathrm{sinr}}_0& {\mathrm{cosr}}_0\end{array}\right];$

所述惯性测量单元与所述相机之间的安置角误差为Δr,Δp,Δh，所述安置角误差构成的从像空间坐标系到惯性测量单元本体坐标系的旋转矩阵为： $R_c^I=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\Δ}h& -\sin \mathrm{\Δ}h& 0\\ \sin \mathrm{\Δ}h& \cos \mathrm{\Δ}h& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\Δ}p& 0& \sin \mathrm{\Δ}p\\ 0& 1& 0\\ -\cos \mathrm{\Δ}p& 0& \sin \mathrm{\Δ}p\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\Δ}r& -\sin \mathrm{\Δ}r\\ 0& \sin \mathrm{\Δ}r& \cos \mathrm{\Δ}r\end{array}\right],$ 所述惯性测量单元的姿态矩阵为：且 $R_I^g=\left[\begin{array}{ccc}{\cosh }_I& -{\sinh }_I& 0\\ {\sinh }_I& {\cosh }_I& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cosp}}_I& 0& {\mathrm{sinp}}_I\\ 0& 1& 0\\ -{\mathrm{cosp}}_I& 0& {\mathrm{sinp}}_I\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cosr}}_I& -{\mathrm{sinr}}_I\\ 0& {\mathrm{sinr}}_I& {\mathrm{cosr}}_I\end{array}\right];$

对所述惯性测量单元的姿态矩阵进行反算，得到惯性测量单元的横滚角r_I、俯仰角p_I及航向角h_I。

作为一种目标跟踪方法的可实施方式，在所述曝光位置对所述目标进行拍照后，还包括以下步骤：

查询任务列表中是否有下一目标需要跟踪，若是，则继续获取下一目标的新目标三维空间坐标；若否，则结束目标跟踪。

作为一种目标跟踪方法的可实施方式，所述相机对所述目标进行拍照过程中所述载荷保持所述预测姿态不变。

本发明的有益效果包括：本发明提供的目标跟踪方法，获取目标的三维空间坐标及载荷的三维空间坐标之后，预测相机的曝光位置，并计算预测的相机投影中心三维空间坐标，并以所述相机投影中心的三维空间坐标为基准，计算目标的方位角、俯仰角，从而根据目标的方位角和俯仰角预测相机的预测姿态，并提前调整好相机的预测姿态。保证相机在曝光过程中保持姿态稳定，使拍摄图像清晰。且相机的姿态角与目标的相对应，能够更好的保证目标在相机所拍摄图像的中间位置。本方法能够对静态目标进行有效的跟踪。

附图说明

图1为本发明一种目标跟踪方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明一种目标跟踪方法的一具体实施例实施过程中硬件之间相互关系示意图；

图3为本发明一种目标跟踪方法的一具体实施例中吊舱结构示意图；

图4为本发明一种目标跟踪方法应用在电力巡检中抽样图片水平方向偏差分析结果图；

图5为本发明一种目标跟踪方法应用在电力巡检中抽样图片垂直方向偏差分析结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的目标跟踪方法的具体实施方式进行说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明一实施例的目标跟踪方法，如图1所示，包括以下步骤；

S100，获取待跟踪目标的高精度目标三维空间坐标。

需要说明的是，本方法主要是应用在使用无人机对地面目标进行跟踪和拍摄。无人机中设置有相机及定位系统。且为了灵活的调整相机的拍照角度，一般在无人飞机的底部或者侧面设置一个吊舱，将拍照用的相机安装在吊舱中。

而目标三维空间坐标一般是事先通过机载激光雷达等技术获取，并进行存储。在进行目标跟踪时，可直接调取已经存储的目标的数据进行跟踪。当然，进行目标跟踪的无人机可实时通过通讯设备获取所要跟踪目标的目标三维空间坐标。也可事先将要跟踪的目标以任务列表的方式存储到无人机跟踪系统中，从而在进行目标跟踪时，可直接从内部调取所述目标三维空间坐标。

获取了目标三维空间坐标后，继续执行步骤S200，利用高精度定位定姿系统(PositioningandOrientationSystem，POS)获取载荷的高精度载荷三维空间坐标。采用高精度定位定姿系统能够实时精确确定载荷的具体位置。

S300，根据所述载荷的移动速度以及所述高精度定位定姿系统中的GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球导航卫星系统)天线与相机之间的几何位置关系，计算所述相机投影中心三维空间坐标。为了保证目标在拍摄图像的中心位置，需要对相机的曝光位置进行预测，并计算相机投影中心三维空间坐标。其中，步骤S200获取的高精度载荷三维空间坐标即为全球卫星导航系统接收机天线的相位中心的坐标。

S400，根据所述相机投影中心三维空间坐标及所述目标三维空间坐标计算所述目标的目标方位角及目标姿态角。步骤S300得到相机投影中心的投影中心三维空间坐标后，以相机的投影中心为参考，计算目标方位角和目标姿态角。

S500，根据所述目标方位角及所述目标姿态角计算所述相机的预测姿态。此步骤即为将载荷或者说相机的方向对准目标，从而使目标能够更准确的出现在拍摄图像的中心。

S600，调整所述相机的姿态到所述预测姿态。确定了拍照时相机需要处在的预测姿态后，载荷需要对相机的姿态进行调整，此时，若相机安装在吊舱中，可通过伺服系统调整吊舱整体的姿态达到调整相机姿态的目的。

更佳地，在吊舱中设置惯性测量单元，载荷中的伺服系统能够通过获取惯性测量单元的参数对吊舱进行相应的调整，直至惯性测量单元输出的参数满足所需要求。

S700，在所述曝光位置对所述目标进行拍照。

本发明实施例的目标跟踪方法，获取目标的三维空间坐标及载荷的三维空间坐标之后，预测相机的曝光位置，并计算相机投影中心的坐标，并以所述相机投影中心的三维空间坐标为基准，计算目标的方位角、俯仰角，从而根据目标的方位角和俯仰角预测相机的预测姿态。并对相机的姿态进行预测，提前调整好相机的预测姿态，保证相机在曝光过程中目标落在相机视场的中间位置，且能够保持姿态稳定，使拍摄图像清晰。

作为一种可实施方式，所述利用高精度定位定姿系统获取载荷的载荷三维空间坐标，包括以下步骤：

S210，在距地面测控站预设距离范围内利用差分GNSS、CORS(ContinuouslyOperatingReferenceStations，连续运行卫星定位服务综合系统)或者精密单点定位技术精确测量基站点的坐标。

如图2所示，S220，在所述基站点架设RTK(Real-timekinematic，实时动态控制系统)基站，实时播发差分定位信号，并通过数据链路保持所述RTK基站002与载荷(无人直升机)001之间差分定位信号的畅通。

其中，RTK基站与无人机之间的通讯可通过无人机测控移动方舱003实现。

S230，载荷中的高精度定位定姿系统接收所述差分定位信号，并进行位置及姿态的组合解算，输出组合解算后的高精度位置及姿态数据。

S240，所述载荷控制系统对接收的所述高精度位置及姿态数据进行误差补偿校正，及GNSS天线偏心分量改正，得到最终的载荷三维空间坐标的定位结果。

为了保证实时跟踪效果，在载荷实时坐标解算过程中，载荷中的POS系统接收GNSS差分信号并参与位置及姿态的组合解算，并输出组合解算的高频率(大于50Hz)、高精度位置及姿态数据(三维坐标位置精度优于0.3m、姿态精度优于0.1°)，传感器控制系统对接收的组合定位定姿数据进行实时动态位置改正得到载荷三维坐标定位结果，当定位结果与当前任务的目标位置间的差异达到指定阈值范围、且稳定平台的姿态与当前任务点规划的目标姿态的差异达到指定阈值范围时执行当前任务。

较佳地，为了节省相机预测姿态调整时间及拍摄照片清晰度更高，在其中一个目标跟踪方法的实施例中，在进行步骤S300之前，还包括判断所述载荷与所述目标之间的距离是否在预设距离范围内的步骤，若是，则执行步骤S300，根据所述载荷的移动速度以及所述高精度定位定姿系统中的GNSS天线与相机之间的几何位置关系，计算所述相机投影中心的三维空间坐标的步骤；若否，则等待下一个循环周期继续判断所述距离。

其中，目标和载荷之间的距离可通过目标三维空间坐标和载荷三维空间坐标进行计算。而预设距离可根据无人机的飞行高度及照片清晰度的要求进行设置。

另外，伺服系统对吊舱进行方位调节后，本发明的目标跟踪方法中，在步骤根据所述目标方位角及所述目标姿态角计算所述相机的预测姿态之后，还包括判断所述相机方位角和相机姿态角分别与所述目标方位角和所述目标姿态角之间的差值是否均在预设差值范围内，若是，则继续执行所述在所述曝光位置对所述目标进行拍照的步骤；若否，则返回执行计算所述相机相机投影中心三维空间坐标的步骤。本发明实施例的方法中对调节结果进行再次判断，避免由于计算或者参数误差导致相机预测姿态计算错误导致相机拍摄图像不准确的问题。

作为一种可实施方式，如图3所示，吊舱010可通过稳定平台005与无人飞机等运行载体主体相连接。还在吊舱中还安装有惯性测量单元(IMU，InertialMeasurementUnit)006，其(IMU)和GNSS接收机 均为高精度定位定姿系统的组成部分。同时，相机007也设置在吊舱中，如图中所示，相机007中心与IMU006的中心之间一般存在一定的距离。且一般在定位定姿系统中的GNSS天线与所述相机之间有预设位置差。

在伺服控制系统驱动下，稳定平台不断调整吊舱姿态，使相机能够准确跟踪目标。驱动稳定平台方位、俯仰轴电机(两轴平台，对于三轴稳定平台，还包括侧滚轴电机)分别执行水平、垂直(及侧滚)旋转动作，从而实现目标指向和跟踪。由于相机焦距长视场窄，为达到高精度自动跟踪的目的，需要准确测定相机投影中心的三维空间位置及姿态。吊舱与载体为非固连关系，吊舱不断调整姿态使相机投影中心与GNSS天线的相位中心之间的相对位置关系不断发生变化。因此，需要结合GNSS、IMU、相机、稳定平台之间的几何安置关系及IMU姿态、稳定平台相对载体的姿态进行实时动态改正，准确计算相机投影中心的三维空间位置。

而本发明中所述的载荷是指设置在无人机等运行主体上的用于目标跟踪的设备，包括吊舱、吊舱中的装置，以及直接设置在无人机主体上的全球卫星导航系统接收机天线等。

相机投影中心三维空间坐标可以表示为GNSS天线的相位中心与稳定平台参考中心的偏心分量 ${\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\Δx}}_g^w& {\mathrm{\Δy}}_g^w& {\mathrm{\Δz}}_g^w\end{array}\right]}^T,$ IMU几何参考中心与吊舱中心的偏心分量 ${\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\Δx}}_I^p& {\mathrm{\Δy}}_I^p& {\mathrm{\Δz}}_I^p\end{array}\right]}^T,$ 相机投影中心与IMU几何中心的偏心分量 ${\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\Δx}}_c^I& {\mathrm{\Δy}}_c^I& {\mathrm{\Δz}}_c^I\end{array}\right]}^T,$ 曝光延迟时间t₀、飞行速度(v_x,v_y,v_z)、GNSS测量值[x_ey_ez_e]^Τ、IMU姿态测量值(R,P,H)的函数，即：

$S(x_c^e,y_c^e,z_c^e)=F(x_e,y_e,z_e,R,P,H,{\mathrm{\Δx}}_g^w,{\mathrm{\Δy}}_g^w{\mathrm{\Δz}}_g^w,{\mathrm{\Δx}}_I^p,{\mathrm{\Δy}}_I^p,{\mathrm{\Δx}}_c^I,{\mathrm{\Δy}}_c^I,{\mathrm{\Δz}}_c^I,t_0,v_x,v_y,v_z)---\left(1\right)$

具体地，步骤S300根据所述载荷的移动速度以及所述高精度定位定姿系统中的GNSS天线与相机之间的几何位置关系，计算所述相机的曝光位置的投影中心三维空间坐标，包括以下步骤：

S310，计算GNSS天线的相位中心在吊舱坐标系中GNSS吊舱坐标系坐标。此步骤将未定平台参考坐标转换到吊舱坐标系中。

稳定平台测角系统记录了每一时刻平台绕X轴、Y轴、Z轴的旋转角度α，β，γ，结合GNSS天线的相位中心与稳定平台参考中心的偏心分量 ${\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\Δx}}_g^w& {\mathrm{\Δy}}_g^w& {\mathrm{\Δz}}_g^w\end{array}\right]}^T,$ 通过下式可以计算出GNSS天线的相位中心在吊舱坐标系中的坐标 ${\left[\begin{array}{ccc}{x}_g^p& y_g^p& z_g^p\end{array}\right]}^T.$

$\left[\begin{array}{c}{x}_g^p\\ y_g^p\\ z_g^p\end{array}\right]=R_w^p\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_g^w\\ {\mathrm{\Δy}}_g^w\\ {\mathrm{\Δz}}_g^w\end{array}\right]---\left(2\right)$

式中， $R_w^p=\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\γ}& -sin\mathrm{\γ}& 0\\ sin\mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\γ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\β}& 0& sin\mathrm{\β}\\ 0& 1& 0\\ -sin\mathrm{\β}& 0& \cos \mathrm{\β}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\α}& -sin\mathrm{\α}& 0\\ sin\mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$ 为GNSS天线的相位中心从稳定平台参考坐标系到吊舱坐标系的转换矩阵。

S320，根据所述GNSS吊舱坐标系坐标，通过下式计算GNSS天线的相位中心在IMU本体坐标系中的GNSS惯性坐标系坐标 ${\left[\begin{array}{ccc}{x}_g^I& y_g^I& z_g^I\end{array}\right]}^T.$ 此步骤将吊舱坐标系转换到IMU坐标系。

$\left[\begin{array}{c}{x}_g^I\\ y_g^I\\ z_g^I\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_g^p\\ y_g^p\\ z_g^p\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_I^p\\ {\mathrm{\Δy}}_I^p\\ {\mathrm{\Δz}}_I^p\end{array}\right]---\left(3\right)$

S330，根据所述GNSS惯性坐标系坐标，通过下式计算相机投影中心在导航系中的相机导航坐标 ${\left[\begin{array}{ccc}{x}_c^n& y_c^n& z_c^n\end{array}\right]}^T.$ 本步骤将IMU本体坐标系转换到导航坐标系。

$\left[\begin{array}{c}{x}_c^n\\ y_c^n\\ z_c^n\end{array}\right]=R_I^n\[\left[\begin{array}{c}{x}_c^I\\ y_c^I\\ z_c^I\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{x}_g^I\\ y_g^I\\ z_g^I\end{array}\right]\]---\left(4\right)$

式中， $R_I^n=\left[\begin{array}{ccc}\cos H& -\sin H& 0\\ \sin H& \cos H& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos P& 0& \sin P\\ 0& 1& 0\\ -\cos P& 0& \sin P\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos R& -\sin R\\ 0& \sin R& \cos R\end{array}\right]$ 为GNSS天线的相位中心从IMU本体坐标系到导航坐标系的转换矩阵， ${\left[\begin{array}{ccc}{x}_c^I& y_c^I& z_c^I\end{array}\right]}^T$ 为相机投影中心在IMU坐标系中的坐标。

S340，根据发出相机曝光指令到所述相机曝光完成的时间延迟，结合所述载体的移动速度计算所述相机投影中心在导航系内的相机坐标增量。

从发出相机曝光指令到相机曝光完成需要一定的时间间隔，即时间延迟。为了准确获取相机曝光位置，需要根据相机运动速度矢量及时间延迟间隔对曝光位置进行预测。相机预测模型为：

$\left[\begin{array}{c}dx\\ dy\\ dz\end{array}\right]=t_0\·\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\\ v_z\end{array}\right]---\left(5\right)$

式中，v_x，v_y，v_z为惯性测量单元IMU测量的在导航系的速度矢量，t₀为相机曝光延迟时间，[dxdydz]^Τ为曝光延迟导致的相机投影中心在导航系内的坐标增量。

S350，将所述相机导航坐标和所述相机坐标增量之和作为相机投影中心在导航系内的相机导航最终坐标，并根据所述相机导航最终坐标计算所述相机投影中心在地心坐标系中的坐标作为所述相机投影中心三维空间坐标。

首先，将相机投影中心从导航坐标转换到地心坐标系中。相机投影中心在地心坐标系中的坐标为：

$\left[\begin{array}{c}{x}_c^e\\ y_c^e\\ z_c^e\end{array}\right]=R_n^e\[\left[\begin{array}{c}{x}_c^n\\ y_c^n\\ z_c^n\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}dx\\ dy\\ dz\end{array}\right]\]+\left[\begin{array}{c}{x}_e\\ y_e\\ z_e\end{array}\right]---\left(6\right)$

式中，

为相机投影中心从导航坐标系到地心坐标系的转换矩阵，[x_ey_ez_e]^Τ为天线的相位中心在地心坐标系的坐标。

最后，由式(2)-(6)式，可以得到相机投影中心三维空间位置实时解算模型为：

$\left[\begin{array}{c}{x}_c^e\\ y_c^e\\ z_c^e\end{array}\right]=R_n^e\[\[R_I^n\[\left[\begin{array}{c}{x}_c^I\\ y_c^I\\ z_c^I\end{array}\right]-\[R_w^p\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_g^w\\ {\mathrm{\Δy}}_g^w\\ {\mathrm{\Δz}}_g^w\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_I^p\\ {\mathrm{\Δy}}_I^p\\ {\mathrm{\Δz}}_I^p\end{array}\right]\]\]\]+\[t_0\·\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\\ v_z\end{array}\right]\]\]+\left[\begin{array}{c}{x}_e\\ y_e\\ z_e\end{array}\right]---\left(7\right)$

式中， ${\left[\begin{array}{ccc}{x}_c^e& y_c^e& z_c^e\end{array}\right]}^T$ 即为预测的相机投影中心三维空间坐标。

步骤S500，根据所述目标方位角及所述目标姿态角计算所述相机的预测姿态，包括以下步骤：

S510，将所述投影中心三维空间坐标转换成地理坐标。

S520，将所述目标三维空间坐标转换成相对所述预测的相机投影中心的站心坐标。

S530，根据所述目标相对预测的相机投影中心的站心坐标构造相机的姿态矩阵。

而有前面所述可知，在其中一个实施中，伺服系统通过稳定平台005调整吊舱的姿态从而达到调整相机姿态的目的。相应的，在这一实施例中，在调整所述相机的姿态到所述预测姿态之前还包括以下步骤：

S540，获取所述惯性测量单元与所述相机之间的安置角误差，并根据所述安置角误差及所述相机姿态矩阵计算得到所述惯性测量单元的姿态矩阵。

S550，根据所述惯性测量单元的姿态矩阵反求所述惯性测量单元的横滚角、俯仰角及航向角，确定所述惯性测量单元的预测姿态。

具体的，可使用公式：

$(b,l,h)=T_e^d(x_c^e,y_c^e,z_c^e)---\left(8\right)$

将所述预测的相机投影中心三维空间坐标转换成地理坐标；其中，(b,l,h)为所述预测的相机投影中心的大地坐标，T_e ^d为所述预测的相机投影中心三维空间坐标转为大地坐标的转换函数，为所述预测的相机投影中心在地心坐标系中的三维空间坐标；

使用公式：将所述目标三维空间坐标转换成相对所述预测的相机投影中心的站心坐标；其中，

${\left[\begin{array}{ccc}{x}_t^l& y_t^l& z_t^l\end{array}\right]}^T$ 为目标在以预测的相机投影中心为原点的站心坐标系中的坐标， ${\left[\begin{array}{ccc}{x}_t^e& y_t^e& z_t^e\end{array}\right]}^T$ 为目标点在地心坐标系中的目标三维空间坐标；

构造的相机姿态矩阵如下：

$r_0=arcsin(z_t^l/\sqrt{x_t^{l2}+y_t^{l2}+z_t^{l2}})$

p₀＝0；

$R_c^g=\left[\begin{array}{ccc}{\cosh }_0& -{\sinh }_0& 0\\ {\sinh }_0& {\cosh }_0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cosr}}_0& {\mathrm{sinr}}_0\\ 0& -{\mathrm{sinr}}_0& {\mathrm{cosr}}_0\end{array}\right];$

所述惯性测量单元与所述相机之间的安置角误差为Δr,Δp,Δh，所述安置角误差构成的从像空间坐标系到惯性测量单元本体坐标系的旋转矩阵为： $R_c^I=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\Δ}r& -\sin \mathrm{\Δ}r& 0\\ \sin \mathrm{\Δ}r& \cos \mathrm{\Δ}r& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\Δ}r& 0& \sin \mathrm{\Δ}r\\ 0& 1& 0\\ -\cos \mathrm{\Δ}r& 0& \sin \mathrm{\Δ}r\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\Δ}r& -\sin \mathrm{\Δ}r\\ 0& \sin \mathrm{\Δ}r& \cos \mathrm{\Δ}r\end{array}\right],$ 惯性测量单元的姿态矩阵为：且 $R_I^g=\left[\begin{array}{ccc}{\cosh }_I& -{\sinh }_I& 0\\ {\sinh }_I& {\cosh }_I& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cosp}}_I& 0& {\mathrm{sinp}}_I\\ 0& 1& 0\\ -{\mathrm{cosp}}_I& 0& {\mathrm{sinp}}_I\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cosp}}_I& -{\mathrm{sinp}}_I\\ 0& {\mathrm{sinp}}_I& {\mathrm{cosp}}_I\end{array}\right];$

对所述惯性测量单元的姿态矩阵进行反算，得到预测的惯性测量单元的横滚角r_I、俯仰角p_I及航向角h_I。伺服系统根据反算的惯性测量单元姿态调整吊舱，使惯性测量单元的横滚角、俯仰角及航向角达到预测的惯性测量单元姿态，从而也就使相机调整到预测姿态，完成目标跟踪。

另外，为了适用于多个目标的跟踪，在所述曝光位置对所述目标进行拍照后，还包括以下步骤：

查询任务列表中是否有下一目标需要跟踪，若是，则继续获取下一目标的新目标三维空间坐标；若否，则结束目标跟踪。实现多目标跟踪。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程可以通过计算机程序控制相关硬件完成，所述的程序可存储于一可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

为了验证本发明方法的有效性和可行性，将本方法应用在以绝缘子为跟踪目标的电力巡检中。抽取巡检过程中连续拍摄的100张照片，目测查看所有跟踪的绝缘子都出现在照片中，体现了本方法的精度已经足够高，也证明了本方法的可行性。然而在载荷运动的过程中，由于震动等因素的存在，目标跟踪结果难免存在误差。对跟踪目标在照片中的位置与照片中心的距离进行了统计分析，其中100张抽样照片中有两张出现了遮挡，统计分析时进行了剔除。统计结果如图4和图5所示。

从图4图5中可以看出，多数照片无论水平方向还是垂直方向，距离偏差都在1米以内，只有个别照片的距离偏差大于1米，充分证明了本方法具有很高的精度。并且在有振动的情况下，也能对静态目标进行有效的跟踪。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种目标跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取待跟踪目标的高精度目标三维空间坐标；

利用高精度定位定姿系统实时获取载荷的高精度载荷三维空间坐标和姿态；

根据所述载荷的移动速度以及所述高精度定位定姿系统中的全球卫星导航系统接收机天线与相机之间的几何位置关系，计算相机投影中心三维空间坐标；

根据所述相机投影中心三维空间坐标及所述目标三维空间坐标计算所述目标的目标方位角及目标姿态角；

根据所述目标方位角及所述目标姿态角计算所述相机的曝光位置的预测姿态；

调整所述相机的姿态到所述预测姿态；

使用所述相机在所述曝光位置对所述目标进行拍照；

所述高精度载荷三维空间坐标为所述全球卫星导航系统接收机天线的相位中心的坐标。

2.根据权利要求1所述的目标跟踪方法，其特征在于，所述利用高精度定位定姿系统实时获取载荷的高精度载荷三维空间坐标，包括以下步骤：

在距地面测控站预设距离范围内利用差分全球导航卫星系统、连续运行卫星定位服务综合系统或者精密单点定位技术精确测量基站点的坐标；

在所述基站点架设实时动态控制系统基站，并通过数据链路保持所述实时动态控制系统基站与载荷之间差分定位信号的畅通；

高精度定位定姿系统接收所述差分定位信号，并进行位置及姿态的组合解算，输出组合解算后的高精度位置及姿态数据；

所述载荷控制系统对接收的所述高精度位置及姿态数据进行误差补偿校正，及全球卫星导航系统接收机天线的偏心分量改正，得到最终的载荷三维空间坐标的定位结果。

3.根据权利要求1所述的目标跟踪方法，其特征在于，还包括判断所述载荷与所述目标之间的距离是否在预设距离范围内的步骤，若是，则执行根据所述载荷的移动速度以及所述高精度定位定姿系统中的全球卫星导航系统接收机天线与相机之间的几何位置关系，计算所述相机投影中心三维空间坐标的步骤；若否，则等待下一个循环周期继续判断所述距离。

4.根据权利要求1所述的目标跟踪方法，其特征在于，在步骤根据所述目标方位角及所述目标姿态角计算所述相机的预测姿态之后，还包括判断所述相机的方位角和姿态角分别与所述目标方位角和所述目标姿态角之间的差值是否均在预设差值范围内，若是，则继续执行所述在所述曝光位置对所述目标进行拍照的步骤；若否，则返回执行计算所述相机投影中心三维空间坐标的步骤。

5.根据权利要求1所述的目标跟踪方法，其特征在于：

所述相机设置在吊舱中，所述吊舱通过稳定平台与运行载体相连接；所述高精度定位定姿系统设置在所述吊舱中，且所述高精度定位定姿系统包括惯性测量单元和具有所述天线的全球卫星导航系统接收机；所述载荷中的高精度定位定姿系统中的全球卫星导航系统接收机天线与所述相机之间有预设位置差；

所述根据所述载荷的移动速度以及所述高精度定位定姿系统中的全球卫星导航系统接收机天线与相机之间的几何位置关系，计算所述相机投影中心三维空间坐标，包括以下步骤：

根据下面的公式计算全球卫星导航系统接收机天线的相位中心在吊舱坐标系中的坐标，即全球卫星导航系统吊舱坐标系坐标；

$\left[\begin{array}{c}{x}_g^p\\ y_g^p\\ z_g^p\end{array}\right]=R_w^p\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_g^w\\ {\mathrm{\Δy}}_g^w\\ {\mathrm{\Δz}}_g^w\end{array}\right],$

其中， $R_w^p=\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\γ}& -sin\mathrm{\γ}& 0\\ sin\mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\γ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\β}& 0& sin\mathrm{\β}\\ 0& 1& 0\\ -sin\mathrm{\β}& 0& \cos \mathrm{\β}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\α}& -sin\mathrm{\α}& 0\\ sin\mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$ 为全球卫星导航系统接收机天线的相位中心从稳定平台参考坐标系到吊舱坐标系的转换矩阵， ${\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\Δx}}_g^w& {\mathrm{\Δy}}_g^w& {\mathrm{\Δz}}_g^w\end{array}\right]}^T$ 为全球卫星导航系统接收机天线的相位中心与稳定平台参考中心的偏心分量；

利用下面的公式根据所述全球卫星导航系统吊舱坐标系坐标计算所述全球卫星导航系统接收机天线的相位中心在惯性测量单元坐标系中的坐标，即全球卫星导航系统惯性坐标系坐标；

$\left[\begin{array}{c}{x}_g^I\\ y_g^I\\ z_g^I\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_g^p\\ y_g^p\\ z_g^p\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_I^p\\ {\mathrm{\Δy}}_I^p\\ {\mathrm{\Δz}}_I^p\end{array}\right],$

其中， ${\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\Δx}}_I^p& {\mathrm{\Δy}}_I^p& {\mathrm{\Δz}}_I^p\end{array}\right]}^T$ 为惯性测量单元几何参考中心与吊舱中心的偏心分量；

利用下面的公式根据所述全球卫星导航系统惯性坐标系坐标计算相机投影中心在导航系中的坐标，即相机导航坐标；

$\left[\begin{array}{c}{x}_c^n\\ y_c^n\\ z_c^n\end{array}\right]=R_I^n\[\left[\begin{array}{c}{x}_c^I\\ y_c^I\\ z_c^I\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{x}_g^I\\ y_g^I\\ z_g^I\end{array}\right]\]$

其中， $R_I^n=\left[\begin{array}{ccc}\cos H& -\sin H& 0\\ \sin H& \cos H& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos P& 0& \sin P\\ 0& 1& 0\\ -\cos P& 0& \sin P\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos R& -\sin R\\ 0& \sin R& \cos R\end{array}\right]$ 为全球卫星导航系统接收机天线的相位中心从惯性测量单元本体坐标系到导航坐标系的转换矩阵， ${\left[\begin{array}{ccc}{x}_c^I& y_c^I& z_c^I\end{array}\right]}^T$ 为相机投影中心在惯性测量单元坐标系中的坐标；

根据发出相机曝光指令到所述相机曝光完成的时间延迟，结合所述载体的移动速度根据下面的公式计算所述相机投影中心在导航系内的相机坐标增量；

$\left[\begin{array}{c}dx\\ dy\\ dz\end{array}\right]=t_0\·\left[\begin{array}{c}{v}_x\\ v_y\\ v_z\end{array}\right],$

其中，v_x，v_y，v_z为惯性测量单元测量的在导航系的速度矢量，t₀为相机曝光延迟时间；

将所述相机导航坐标和所述相机坐标增量之和作为相机投影中心在导航系内的最终坐标，并根据所述相机在导航系内的最终坐标值根据下面公式计算所述相机投影中心在地心坐标系中的坐标作为预测的所述相机投影中心三维空间坐标；

$\left[\begin{array}{c}{x}_c^e\\ y_c^e\\ z_c^e\end{array}\right]=R_n^e\[\left[\begin{array}{c}{x}_c^n\\ y_c^n\\ z_c^n\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}dx\\ dy\\ dz\end{array}\right]\]+\left[\begin{array}{c}{x}_e\\ y_e\\ z_e\end{array}\right],$

其中，为相机投影中心从导航坐标系到地心坐标系的转换矩阵,[x_ey_ez_e]^Τ为全球卫星导航系统接收机天线的相位中心在地心坐标系的坐标。

6.根据权利要求5所述的目标跟踪方法，其特征在于，所述根据所述目标方位角及所述目标姿态角计算所述相机的预测姿态，包括以下步骤：

将所述相机投影中心三维空间坐标转换成地理坐标；

将所述目标三维空间坐标转换成相对所述相机投影中心的站心坐标；

根据所述站心坐标构造相机的相机姿态矩阵。

7.根据权利要求6所述的目标跟踪方法，其特征在于，通过惯性测量单元的参数调整所述相机的姿态；

在调整所述相机的姿态到所述预测姿态之前还包括以下步骤：

获取所述惯性测量单元与所述相机之间的安置角误差，并根据所述安置角误差及所述相机姿态矩阵计算得到所述惯性测量单元的姿态矩阵；

求解所述姿态矩阵得到所述惯性测量单元的横滚角、俯仰角及航向角。

8.根据权利要求7所述的目标跟踪方法，其特征在于：

使用公式：将所述相机投影中心三维空间坐标转换成地理坐标；其中，(b,l,h)为相机投影中心的大地坐标，为所述相机投影中心三维空间坐标转为大地坐标的转换函数，为所述相机投影中心在地心坐标系中的投影中心三维空间坐标；

使用公式：将所述目标三维空间坐标转换成相对所述相机投影中心的站心坐标；其中，

${\left[\begin{array}{ccc}{x}_t^l& y_t^l& z_t^l\end{array}\right]}^T$ 为目标在以相机投影中心为原点的站心坐标系中的坐标， ${\left[\begin{array}{ccc}{x}_t^e& y_t^e& z_t^e\end{array}\right]}^T$ 为目标点在地心坐标系中的目标三维空间坐标；

构造的相机姿态矩阵如下：

$r_0=arcsin(z_t^l/\sqrt{x_t^{l2}+y_t^{l2}+z_t^{l2}});$

p₀＝0；

$R_c^g=\left[\begin{array}{ccc}\cos h_0& -\sin h_0& 0\\ \sin h_0& \cos h_0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cosr}}_0& -{\mathrm{sinr}}_0\\ 0& {\mathrm{sinr}}_0& \cos r_0\end{array}\right];$

所述惯性测量单元与所述相机之间的安置角误差为Δr,Δp,Δh，所述安置角误差构成的从像空间坐标系到惯性测量单元本体坐标系的旋转矩阵为： $R_c^I=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\Δ}h& -\sin \mathrm{\Δ}h& 0\\ \sin \mathrm{\Δ}h& \cos \mathrm{\Δ}h& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\Δ}p& 0& \sin \mathrm{\Δ}p\\ 0& 1& 0\\ -\cos \mathrm{\Δ}p& 0& \sin \mathrm{\Δ}p\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\Δ}r& -\sin \mathrm{\Δ}r\\ 0& \sin \mathrm{\Δ}r& \cos \mathrm{\Δ}r\end{array}\right],$ 所述惯性测量单元的姿态矩阵为： $R_I^g=R_c^g\·{\[R_c^I\]}^T;$ 且 $R_I^g=\left[\begin{array}{ccc}\cos h_I& -\sin h_I& 0\\ \sin h_I& \cos h_I& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cosp}}_I& 0& {\mathrm{sinp}}_I\\ 0& 1& 0\\ -{\mathrm{cosp}}_I& 0& {\mathrm{sinp}}_I\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cosr}}_I& -{\mathrm{sinr}}_I\\ 0& {\mathrm{sinr}}_I& {\mathrm{cosr}}_I\end{array}\right];$

对所述惯性测量单元的姿态矩阵进行反算，得到惯性测量单元的横滚角r_I、俯仰角p_I及航向角h_I。

9.根据权利要求1所述的目标跟踪方法，其特征在于，在所述曝光位置对所述目标进行拍照后，还包括以下步骤：

查询任务列表中是否有下一目标需要跟踪，若是，则继续获取下一目标的新目标三维空间坐标；若否，则结束目标跟踪。

10.根据权利要求1所述的目标跟踪方法，其特征在于，所述相机对所述目标进行拍照过程中所述载荷保持所述预测姿态不变。