[发明专利]利用视觉影像和GNSS测距信号紧耦合定位系统与方法

权利要求书

1.一种利用视觉影像和GNSS测距信号紧耦合定位的方法，其特征在于，所述利用视觉影像和GNSS测距信号紧耦合定位的方法包括以下步骤：

步骤一，对至少3个世界坐标已知特征点进行识别，获得所述已知特征点在像平面坐标中的坐标(x,y)；

步骤二，利用求解的相机近似坐标和相片目标点在世界坐标系下的已知坐标，计算相机至目标点的近似距离；

步骤三，利用步骤二计算得到的近似距离与GNSS测距观测值进行紧耦合联合定位，求解用户坐标。

2.如权利要求1所述的利用视觉影像和GNSS测距信号紧耦合定位的方法，其特征在于，步骤一中，采用相机与GNSS接收机的组合，或GNSS与一台或多台相机组合进行图像特征点的世界坐标定位，图像特征点的世界坐标定位中采用GNSS定位、全站仪定位或三维城市模型提取方式；

步骤一中，对世界坐标已知特征点进行识别中，采用高斯拉普拉斯算子检测的方法、Hessian矩阵行列式法、尺度不变特征变换算法、加速鲁棒特征法、Harris角点检测法或FAST角点特征提取法进行识别。

3.如权利要求1所述的利用视觉影像和GNSS测距信号紧耦合定位的方法，其特征在于，所述步骤二利用求解的相机近似坐标和相片目标点的准确坐标计算相机至目标点的距离，如下式所示：

式中ρ_i为相机到第i个视觉基站的距离。

4.如权利要求1所述的利用视觉影像和GNSS测距信号紧耦合定位的方法，其特征在于，所述步骤三联合相机计算得到的距离观测值和GNSS观测信号求解用户坐标的求解过程包括：

P_G＝ρ+δ_orb+c(δt^S-δt^R)+I_i+δ_trop+∈_Pi

P_C＝ρ+∈_C；

式中，P_G和P_C分别是GNSS测量的伪距和相机测量的距离，ρ是卫星或者视觉基站和接收机之间的几何距离，δ_orb是GNSS卫星轨道误差,c是真空中的光速，δt^S和δt^R分别是卫星和接收机的时钟误差I_i和δ_trop分别是第i个频率信号的电离层延迟和对流层延迟；

相机距离观测值和用户坐标有关，不估计钟差参数，将几何距离ρ按泰勒级数展开，得：

式中ρ₀是用户接收机到卫星或视觉基站的近似几何距离，ε是非线性误差；[x_i,y_i,z_i]是第i个卫星或视觉基站的坐标，[dx,dy,dz]是用户接收机坐标的增量；忽略掉非线性误差项，表达为：

利用泰勒级数线性化后，GNSS观测信号和相机观测数据紧耦合的联合定位问题可近似地转化为一个线性问题，该线性化系统表示为：

E(y)≈Ax；

式中设计矩阵A表示为：

观测值向量表示为：

式中前m个观测值为GNSS距离观测值，后n个观测值为相机距离观测值，用户坐标近似值的改正数最小二乘解表示为：

利用坐标近似解修正用户的初始坐标，并根据改正数大小判断是否继续迭代计算。

5.一种如权利要求1～4任意一项所述利用视觉影像和GNSS测距信号紧耦合定位的方法在静态用户上的应用，其特征在于，所述应用包括：拍照时刻与GNSS信号跟踪时刻在仅耦合定位时，采用的方式包括：同步方式或不同步方式。

6.一种如权利要求1～4任意一项所述利用视觉影像和GNSS测距信号紧耦合定位的方法在动态用户上的应用，其特征在于，所述应用包括：

在相机和GNSS接收机之间添加时间同步装置，用于相机拍照时刻和GNSS信号跟踪时刻的时间同步，获得正确的用户位置。