CN109540173A - 一种视觉辅助的传递对准方法 - Google Patents
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Abstract
一种视觉辅助的传递对准方法，利用视觉感知系统获取视觉影像，通过对视觉影像的解算修正子惯导捷联解算信息，获得高精度惯导姿态，实现惯导高精度传递对准。
Description
技术领域
本发明属于导航、制导与控制领域，特别涉及一种视觉辅助的传递对准方法。
背景技术
现代机载武器发射前，通常要通过动基座传递对准技术获取机载武器精确初始姿态、速度等信息。该技术为机载武器系统的关键技术之一。传递对准技术分为粗对准和精对准两个过程，粗对准过程中，机载惯导将自身的姿态、速度、位置信息对子惯导进行一次装订，子惯导以此装订值为基础进行精对准，精对准通过建立主子惯导之间的误差模型，进行卡尔曼滤波，估计出子惯导误差，并对子惯导进行误差补偿。
目前机载武器惯导动基座传递对准时间通常需要30s～180s之间，该技术指标无法满足现代机载武器对快速响应的指标要求。亟需研究与实际工程适用的快速对准技术，目前快速传递对准技术，基本以动基座传递对准技术为基，通过研究不同的观测量或观测量的组合，载机做特定机动达到快速传递对准的目的。该快速传递对准技术，一方面卡尔曼滤波需要一定时间达到稳定状态，耗费较长时间，另一方面需要载机做特定的机动，或保持某种运动状态，影响机载武器的发射，难以满足未来机载武器发现目标即发射的要求。
近年来，越来越多的基于其他传感器例如GPS、大气数据系统等辅助的动基座传递对准方法被研究，其中摄像机作为一种功耗低、体积小、获取信息丰富的传感器，在导航定位及动基座传递对准领具有较大优势。
发明内容
本发明的目的：为了满足未来机载武器发现目标即发射的需求，设计一种视觉辅助的传递对准方法。
本发明的技术方案：
一种视觉辅助的传递对准方法，利用视觉感知系统获取视觉影像，通过对视觉影像的解算修正子惯导捷联解算信息，获得高精度惯导姿态，实现惯导高精度传递对准。
所述的一种视觉辅助的传递对准方法，进行对准前还包括以下准备工作：
1)视觉感知系统标定；
2)视觉感知系统与IMU相对姿态标定；
3)机场跑道布置，对机场跑道布置航向角确定的多条线条，使视觉感知系统可以对布置好的线条进行特征匹配，获取视觉感知系统姿态。
所述的一种视觉辅助的传递对准方法，包括以下步骤：
步骤1视觉感知系统解算；
利用视觉感知系统对布置好的机场跑道视场场景连续成像，同时匹配并提取多帧图像的机场跑道的线条的特征，根据特征点变化进行前后帧图像特征跟踪，通过前后方交会解算得到视觉感知系统姿态，根据视觉感知系统与IMU相对姿态标定结果得到子惯导的姿态；
步骤2子惯导捷联解算得到子惯导导航信息；
步骤3建立传递对准子惯导和视觉传感器共同的量测方程及系统误差方程；
步骤4进行传递对准的卡尔曼滤波；
根据视觉感知系统解算得到的姿态信息及子惯导捷联解算得到的姿态信息作为观测量，根据建立的传递对准子惯导和视觉传感器共同的量测方程及系统误差方程进行卡尔曼滤波，计算出子惯导姿态误差、陀螺漂移及加计零偏，对子惯导进行误差补偿，实现高精度传递对准。
所述的一种视觉辅助的传递对准方法，在所述步骤1视觉感知系统解算中，还包括：进行平差处理，所述平差处理具体包括：
a根据每条线条计算得到的姿态，进行同帧影像的姿态平差；
b选取关键特定线条，形成区域网，进行平差解算，提高姿态解算精度。
本发明的优点：
本发明能够充分利用固定翼载机在军用机场起飞前的滑翔时间，利用事先布置好的线条，弹载视觉感知系统对线条特征进行匹配跟踪，感知自身姿态，根据前期标定好的与惯导之间的相对姿态，推算出惯导实际姿态，并通过卡尔曼滤波，进一步提高惯导对准精度，完成高精度传递对准，以此满足机载武器的发现目标即打击的需求。
附图说明：
图1是典型机场跑道特征线条布置图；
图2是姿态线条平差及区域网平差法示意图。
具体实施方式：
本发明主要适用于机载发射的精确制导武器，特别是适用于固定翼有人或无人机发射的具有红外导引或电视导引的机载精确制导武器。如果机载精确制导武器无红外或电视导引头，可在弹体下前方安装摄像头并固定。本发明在实行快速传递对准前，需要做以下准备工作：
1)弹载视觉感知系统标定
关于弹载视觉感知系统的标定主要指系统成像系统的内方位元素与外方位元素等相机参数的标定，该工作一般由系统设计生产厂家在产品出厂前完成，并将标定结果写入内部处理器，用于视觉解算，该工作也可由使用单位在标定场完成。
2)弹载视觉感知系统/IMU相对姿态标定
如果机载精确制导武器配备有电视或红外导引头，可直接用导引头视觉感知系统作为视觉快速对准传感器，如果武器无上述电视或红外导引头，可在弹体前部或底部安装单目相机或双目相机。弹载视觉感知系统/IMU的标定工作一般在全弹装配完成后，由总体单位在标校场完成相对姿态的标定，获取IMU载体坐标系和视觉感知系统坐标系的旋转矩阵。
3)机场跑道布置
固定翼飞机(含各类有人或无人的可挂载精确制导武器的军用飞机)，在执行任务时，通常在军用机场经过一段时间的滑翔后起飞。且起飞前在机场固定跑道保持直线加速运动，本发明通过对机场精确布置航向角确定的线条，视觉感知系统对布置好的线条进行前后特征点(线条)匹配，获取视觉感知系统姿态。典型的机场布置见图1。机场布置好后，可用于任意具有视觉辅助传递对准的机载武器系统。
当武器系统及机场跑道完成上述相关的标定和布置工作，通过以下技术途径实现机载武器系统快速对准：
1)视觉感知系统解算
根据视觉测量基本原理，利用弹载感知系统对布置好的机场跑道视场场景连续成像，同时匹配并提取多帧图像的机场机场跑道的线条特征，根据特征点变化进行前后帧图像特征跟踪，通过前后方交会解算计算得到弹载视觉感知系统姿态及姿态变化，从而得到子惯导的姿态及姿态变化。
为了进一步提高视觉解算精度，进行平差处理。由于同帧影像跟踪匹配多条线条，根据每条线条计算得到的武器姿态信息，进行同帧影像的姿态平差；由于前后帧图像多条线条同时进行特征匹配追踪，选取关键线条，形成区域网，进行平差解算，提高姿态解算精度。姿态解算流程图见图2。
2)子惯导捷联解算得到子惯导导航信息。
子惯导测得弹体坐标系中各个方向的加速度和角速度，由导航计算机计算的“数学平台”完成坐标变换，实现将加速度和角速度从弹体坐标系到导航坐标系的转换,最终得到导航坐标系中弹体的姿态和航向变化参数。再对加速度信息进行积分,可得到速度信息,再次积分可得到位置信息,实现子惯导捷联解算。
3)建立传递对准子惯导和视觉传感器共同的量测方程及系统误差方程；
根据子惯导和视觉传感器误差特性，推导传递对准系统的系统误差模型，以视觉解算姿态和子惯导解算姿态误差作为观测量，推导系统量测方程。
4)进行传递对准的卡尔曼滤波
根据视觉解算得到的姿态信息及子惯导捷联解算得到的姿态信息作为观测量，根据建立的传递对准系统误差模型进行卡尔曼滤波，估计出子惯导姿态误差、陀螺漂移及加计零偏，对子惯导进行误差补偿，实现视觉辅助的惯导高精度传递对准。
以某型中程机载发射的具有红外成像导引头的空射对地导弹执行打击任务过程为例，对本发明的实施进行说明，该项发明的实施的前提是视觉感知系统标定、视觉感知系统/IMU相对姿态标定、机场布置已经完成：
1)导弹挂载好、飞机准备到位；
2)弹载视觉感知系统上电，惯导上电；
3)飞机转场，并进入标定好的机场跑道；
4)飞机开始滑翔，并下达视觉对准指令，弹载视觉感知系统计算视觉感知系统三维矩阵，并根据前期标定结果解算得到惯导姿态。
5)惯导捷联解算，根据视觉解算结果进行卡尔曼滤波，至载机前轮离地时，完成视觉辅助的快速对准。
Claims (4)
1.一种视觉辅助的传递对准方法，其特征在于，利用视觉感知系统获取视觉影像，通过对视觉影像的解算修正子惯导捷联解算信息，获得高精度惯导姿态，实现惯导高精度传递对准。
2.根据权利要求1所述的一种视觉辅助的传递对准方法，其特征在于，进行对准前还包括以下准备工作：
1)视觉感知系统标定；
2)视觉感知系统与IMU相对姿态标定；
3)机场跑道布置，对机场跑道布置航向角确定的多条线条，使视觉感知系统可以对布置好的线条进行特征匹配，获取视觉感知系统姿态。
3.根据权利要求2所述的一种视觉辅助的传递对准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1视觉感知系统解算；
利用视觉感知系统对布置好的机场跑道视场场景连续成像，同时匹配并提取多帧图像的机场跑道的线条的特征，根据特征点变化进行前后帧图像特征跟踪，通过前后方交会解算得到视觉感知系统姿态，根据视觉感知系统与IMU相对姿态标定结果得到子惯导的姿态；
步骤2子惯导捷联解算得到子惯导导航信息；
步骤3建立传递对准子惯导和视觉传感器共同的量测方程及系统误差方程；
步骤4进行传递对准的卡尔曼滤波；
根据视觉感知系统解算得到的姿态信息及子惯导捷联解算得到的姿态信息作为观测量，根据建立的传递对准子惯导和视觉传感器共同的量测方程及系统误差方程进行卡尔曼滤波，计算出子惯导姿态误差、陀螺漂移及加计零偏，对子惯导进行误差补偿，实现高精度传递对准。
4.根据权利要求3所述的一种视觉辅助的传递对准方法，其特征在于，在所述步骤1视觉感知系统解算中，还包括：进行平差处理，所述平差处理具体包括：
a根据每条线条计算得到的姿态，进行同帧影像的姿态平差；
b选取关键线条，形成区域网，进行平差解算，提高姿态解算精度。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102636081A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-08-15 | 南京航空航天大学 | 一种基于视觉运动建模的传递对准方法及装置 |
| CN105043392A (zh) * | 2015-08-17 | 2015-11-11 | 中国人民解放军63920部队 | 一种飞行器位姿确定方法及装置 |
| CN105571598A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-05-11 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种卫星激光高度计足印相机姿态的测定方法 |
| CN106408650A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-02-15 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 在轨掠飞成像对空间目标三维重建与测量方法 |
| CN107063246A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-08-18 | 齐鲁工业大学 | 一种视觉导航/惯性导航的松散组合导航方法 |
| CN107742311A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-27 | 北京易达图灵科技有限公司 | 一种视觉定位的方法及装置 |
| CN107806874A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-03-16 | 西北工业大学 | 一种视觉辅助的捷联惯导极区初始对准方法 |
| CN107886541A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-04-06 | 天津市勘察院 | 基于反向投影法的单目运动目标位姿实时测量方法 |
| CN108269234A (zh) * | 2016-12-30 | 2018-07-10 | 成都观界创宇科技有限公司 | 一种全景相机镜头姿态估计方法及全景相机 |
-
2018
- 2018-09-17 CN CN201811083921.3A patent/CN109540173A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102636081A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-08-15 | 南京航空航天大学 | 一种基于视觉运动建模的传递对准方法及装置 |
| CN105043392A (zh) * | 2015-08-17 | 2015-11-11 | 中国人民解放军63920部队 | 一种飞行器位姿确定方法及装置 |
| CN105571598A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-05-11 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种卫星激光高度计足印相机姿态的测定方法 |
| CN106408650A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-02-15 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 在轨掠飞成像对空间目标三维重建与测量方法 |
| CN108269234A (zh) * | 2016-12-30 | 2018-07-10 | 成都观界创宇科技有限公司 | 一种全景相机镜头姿态估计方法及全景相机 |
| CN107063246A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-08-18 | 齐鲁工业大学 | 一种视觉导航/惯性导航的松散组合导航方法 |
| CN107742311A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-27 | 北京易达图灵科技有限公司 | 一种视觉定位的方法及装置 |
| CN107806874A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-03-16 | 西北工业大学 | 一种视觉辅助的捷联惯导极区初始对准方法 |
| CN107886541A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-04-06 | 天津市勘察院 | 基于反向投影法的单目运动目标位姿实时测量方法 |
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