[发明专利]无GPS情况下的复杂区域巡视机器人定位、导航及授时方法

权利要求书

1.一种无GPS情况下的复杂区域巡视机器人定位导航及授时方法，其特征在于，步骤如下：S1，构建精确的地磁图；

S2，INS惯性导航系统进行航迹推测；巡视机器人所携带地磁传感器测得当前位置地磁场数据；并从地磁图中找出相应区域的地磁数据；

S3，将标准化后的当前位置地磁场数据与匹配区域的地磁特征量数据进行地磁匹配，并运用扩展卡尔曼滤波对惯性导航系统和地磁匹配导航的状态过程进行融合得到较为精确的位置信息；

S4，进行视觉导航定位，得到巡视机器人的位置和姿态；

利用安装在巡视机器人的预先精确标定的双目导航相机，在不同位置拍摄序列图像，通过图像匹配与图像特征点的三维空间关系结算，获得巡视机器人的位置和姿态；

S5，将步骤S3得到的巡视机器人当前位置的较为精确定位与步骤S4中得到的巡视机器人的位置进行无迹卡尔曼滤波融合，得到更为精确可信的位置信息；

S6，将步骤S5得到的精确地位置信息反馈给惯性导航系统进行数据更新，用以修正惯性导航系统的累积误差。

2.根据权利要求1所述的无GPS情况下的复杂区域巡视机器人定位导航及授时方法，其特征在于，在步骤S1中，具体步骤为：

S1.1，巡视机器人携带的地磁传感器对待巡视区域进行地磁检测，并将得到的地磁特征量进行存储；

S1.2，对待巡视区域进行网格划分，得到网格地图；

S1.3，对得到的地磁特征量进行基于Kriging插值的局部地磁图构建，构建后与网格地图进行匹配，得到精确的地磁图；

局部地磁图的构建是采用空间自协方差最佳插值方法，局部地磁场中的地球主磁场、地磁异常场及扰动磁场3个主要成分与克里金法的3成分假设具有一一对应关系，因此克里金法较为准确地反映局部地磁场的分布空间相关特性规律，用于局部地磁场的空间插值；

具体过程如下：在X处的某一磁场要素值Z(X)的表达式为：

Z(X)＝m(X)+ε'(X)+ε”；

其中，m(X)是描述Z(X)中地球主磁场结构性成分的确定函数；ε'(X)是描述地磁异常场与空间变化有关的随机变化项；ε″是与空间无关的扰动磁场；

由于局部地区的地球主磁场随空间变化平缓，通过对实测的地磁数据进行多项式曲面拟合而获得，在局部地磁场中去除主磁场后，剩余的磁场要素值Z'(X)为地磁区域性变量和扰动磁场之和；

结构性成分确定后，剩余的差异变化属于同质变化，不同位置之间的差异仅是距离的函数，

Z(X)表达式修订为：

Z(X)＝m(X)+λ(h)+ε”；

其中半方差的估算公式为：

其中，h是控制点间的距离，常用于作为滞后系数；k为相距为h的控制点对的数量；

将m个估算用的测点进行编号，依次为1、2、…、m，差值点编号为0；为差值点X₀去趋势项后的地磁要素估计值；ω_i为第i个控制点的权重；Z_i′为第i个测点去趋势项后的地磁要素值；

而克里金法估算未知点属性值的通用方程为：

当权重满足下式时，可得Z₀′的最小方差：

式中：γ(h_ij)为控制点i和j间的半方差；γ(h_i0)为控制点i和未知点0的半方差；λ为拉格朗日系数；

的最小方差S²用来反映在整个研究区域内插值结果的可靠性；

3.根据权利要求1所述的无GPS情况下的复杂区域巡视机器人定位导航及授时方法，其特征在于，在步骤S2中，具体步骤为：

S2.1，INS惯性导航系统进行航迹推测；

S2.2，巡视机器人所携带地磁传感器测得当前位置地磁场数据；

巡视机器人通过自身所携带的地磁传感器，获取当前时刻当前位置的地磁特征量(X,Y,Z)，并进行标准化处理，得到标准化地磁数据；

S2.3，从地磁图中找出与巡视机器人当前位置地磁场数据相应区域的地磁数据。