[发明专利]基于单个相机辅助的分布式POS主子节点相对位姿测量方法

说明书

本发明涉及基于单个相机辅助的分布式POS主子节点相对位姿测量方法，包括如下技术步骤：将主POS及子IMU安装在柔性杆臂结构架两端对应的安装节点上，将两个靶标分别粘贴在主POS和子IMU一侧的表面，定义主POS表面的靶标为主靶标；子IMU表面的靶标为子靶标；完成单目相机的内外参数标定：利用得到的主子节点之间的位姿关系，与主POS导航信息进行信息融合，实现主子节点高精度位姿测量，最终得到较精确的子IMU导航信息，本发明针对子IMU精度低的问题，采用视觉辅助手段，提高主子之间位姿测量精度，得到子惯性测量单元较高精度的导航结果。

技术领域

本发明专利涉及POS成像技术领域，尤其是一种基于单个相机辅助的分布式POS主子节点相对位姿测量方法，适用于测量载机存在弹性变形时载荷之间的基线长度，提高载荷之间相对位置的姿态精度。

背景技术

高精度POS可以为高分辨率航空遥感系统提供高精度的时间和空间信息，通过运动补偿提高成像质量，是实现高分辨率成像的关键；我国在单POS成像方面取得了一定进展，但由于对地观测载荷的需求牵引，如集成高分辨测绘相机、全谱段成像光谱仪，机载分布式阵列天线SAR和柔性多基线干涉SAR以及舰载稀疏阵列成像雷达等，多个或多种载荷安装在飞机不同位置，采用传统单POS系统无法实现多点的高精度位置姿态测量，因此迫切需要建立高精度分布式POS系统，为航空遥感系统中多个载荷提供高精度的运动参数；

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于单个相机辅助的分布式POS主子节点相对位姿测量方法，克服传统初始对准动态条件下对准精度低的缺点，使其具有精度高、抗干扰能力强的特点，可用于测量载机存在挠曲变形时载荷之间的基线长度，提高载荷之间相对位置姿态精度。

一种基于单个相机辅助的分布式POS主子节点相对位姿测量方法，包括如下技术步骤：

步骤一、将主POS及子IMU安装在柔性杆臂结构架两端对应的安装节点上，将两个靶标分粘贴在主POS及子IMU一侧的表面，定义主POS表面的靶标为主靶标；子IMU表面的靶标为子靶标；

进一步的，所述主POS包括GPS和主IMU；

进一步的，所述分布式POS包括：一个高精度的主POS和一个低精度的子IMU；

作为一种应用举例说明，所述主靶标粘贴在所述主POS的表面，子靶标粘贴在子IMU的表面；

步骤二、完成单目相机的内外参数标定：通过位姿解算得到主靶标和相机之间的相对位姿关系，同理通过位姿解算得到子靶标和相机之间的相对位姿关系，进而得到主靶标和子靶标的位姿关系；由于靶标坐标系和IMU坐标系不重合，所以需坐标转换将主子靶标位姿关系转化为主子节点位姿关系；

作为一种应用举例说明，所述参数标定采用张正友标定法，完成单目相机的内外参数标定；

作为一种举例说明，所述相机位姿解算：是利用靶标上的特征点之间的位置关系、图像中提取的特征点的中心位置和相机内参数来共同解算相机坐标系和靶标坐标系之间的相对位置和姿态关系的方法；因此，单目视觉测量之前首先要对相机进行内外参标定；

进一步的，所述相机标定基本原理如下：

假定靶标平面在世界坐标系Z_w＝0的平面上，靶标平面上的点P的齐次坐标为P＝(X_w,Y_w,0,1)^T，P点投影到像平面上对应的齐次坐标为p＝(u,v,1)^T。R＝[r₁,r₂,r₃]，R和t分别为摄像机坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵和平移矢量；