[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

说明书

本发明属于导航定位技术领域，公开了一种利用视觉影像和GNSS测距信号紧耦合定位系统与方法，利用相机拍摄3个及以上世界坐标已知的特征点来计算相机至特征点的距离；利用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。本发明能够在复杂地理和电磁环境下提升GNSS定位的可用性，可靠性和抗干扰性；本发明能够利用GNSS测距信号反过来提升相机定位的精度；本发明将影像特征点视作“视觉基站”，无需基站布设成本，适用于手机等便携设备，用户终端成本低，可用于解决城市峡谷等复杂环境定位问题；本发明所述的方法能够在GNSS无法单独定位的条件下提供定位服务，从而提升定位服务的可用性。

技术领域

本发明属于导航定位技术领域，尤其涉及一种利用视觉影像和GNSS测距信号紧耦合定位系统与方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

卫星导航技术能够在大部分户外情况下提供定位结果，但是受到遮挡和电磁干扰等情况下，仍旧无法获得可靠的定位结果。另一方面，随着电子站，导航战等电子对抗形式的出现，仅依赖卫星导航定位技术获得位置的可靠性逐渐降低，近年来开展GNSS干扰和GNSS欺骗的事件时有发生。虽然目前GPS,Beidou,GLONASS,Galileo等四大全球卫星导航系统已经投入运营或正在建设，在人类活动密集的城市区域受到建筑物的遮挡等，定位的可用性和可靠性都不高。另一方面，利用视觉影像进行定位的方法能够实现短距离，小范围的定位，典型的应用如视觉里程计，同步定位与地图构建(SLAM),光流技术等。视觉定位的定位精度主要受被摄物体距离相机远近的影响。如果被摄物体距离相机较远，则受分辨率和相机姿态确定精度等影响，相机的定位精度会显著下降，因此视觉定位主要应用与机器人，无人机导航，无人车避障等近距离场景的应用。目前也有一些视觉与GNSS融合的方案，主要是通过松耦合的方式，即GNSS和视觉分别提供定位结果，再利用互补滤波，联邦滤波等数据融合技术，对两种技术手段提供的定位结果进行融合。松耦合技术能够一定程度上提升定位性能，但是一旦其中一种技术失效，则无法继续利用松耦合进行数据融合。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)卫星导航技术受到遮挡和电磁干扰等情况，无法获得可靠的定位结果；在人类活动密集的城市区域受到建筑物的遮挡等，定位的可用性和可靠性都不高。

(2)仅依赖卫星导航定位技术获得位置的可靠性逐渐降低，近年来开展GNSS干扰和GNSS欺骗的事件时有发生。

(3)目前视觉与GNSS融合通常是松耦合方案，一旦GPS或者相机无法单独定位，则无法继续利用松耦合进行数据融合，只能依赖有效工作的定位技术单独工作。

解决上述技术问题的难度：

卫星导航定位技术在复杂环境下的可用性和可靠性一直是其最大的技术弱点。为了弥补这一弱点提出了很多方法，主要是通过布设更多的导航信号源的方式来解决，而布设和维护这些导航信号源都需要很高的成本，目前还没有价格低廉，便于实现的方式解决复杂环境下定位服务可用性问题和抗干扰问题。

解决上述技术问题的意义：

目前卫星导航定位技术最大的瓶颈就是其可用性，脆弱性和可靠性问题。在开阔环境，卫星导航技术可以提供准确可靠的定位，但是在复杂环境下，卫星定位技术不佳，而与人类活动最频繁的城市等区域本来就属于复杂区域，因此单独卫星导航技术还不能满足准确可靠的定位需求。只能通过惯性传感器，或者布设其他导航信号源来提升导航性能，这些方法硬件成本和布设代价都比较高。本发明所述的GNSS与视觉紧耦合的定位方式不但能在复杂环境下提升定位服务的可用性和准确性，还无需额外布设信号源，摄像头传感器价格低廉，从效果和价格上都具有一定技术优势。

发明内容

针对GNSS被遮挡或者干扰导致定位性能和可用性下降的问题，本发明提供了一种利用视觉影像和GNSS测距信号紧耦合定位系统与方法。