一种复杂环境下母平台与子平台相对位姿测量方法技术

本发明专利技术涉及一种复杂环境下母平台与子平台相对位姿测量方法，步骤为：1、构建惯性/视觉相对位姿测量系统：在母平台顶部布设视觉测量单元，每组视觉测量单元不少于2台视觉测量相机；建立以母平台为中心为基准的测量坐标系统，为母、子平台配置光学合作标识；每组视觉测量相机工作前，对母平台光学合作标识成像；最后进行“相机

【技术实现步骤摘要】
一种复杂环境下母平台与子平台相对位姿测量方法


[0001]本专利技术属于母/子平台相对位姿测量领域，适用于通视条件下，水面大型母平台同作业子平台进行动态相对定位，支撑母平台(如大型水面勘探平台、作业平台)对子平台(由母平台搭载、控制的作业平台，部署于母平台上或工作于水面)进行定位校准信息传递、任务路径规划等方面，尤其涉及一种复杂环境下母平台与子平台相对位姿测量方法。

技术介绍

[0002]为进一步拓展海洋空间、利用海洋资源、维护海洋权益，我国海洋工程、海防工程将由近岸区域向远海海洋拓展，工程作业范围不断拓展、精度要求不断提升。在需求牵引下，伴随着科学技术与控制理论的发展，“有人
‑
无人协作”、“无人集群”等形式的海洋母/子平台协同作业，已成为促进生产效率提升的有效措施，母平台携带传感器、通信发挥环境感知、任务规划、任务评估等任务，子平台在母平台指挥下，完成区域化作业任务。
[0003]在海洋工程作业中，定位导航信息对高质量完成作业任务至关重要，精确的母/子平台相对位置、姿态信息，可有效支持母平台对子平台实现精确调度，连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂环境下母平台与子平台相对位姿测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、构建惯性/视觉相对位姿测量系统；1.1在母平台顶部布设视觉测量单元，一组视觉测量单元对应一个子平台，每组视觉测量单元不少于2台视觉测量相机；1.2建立以母平台为中心为基准的测量坐标系统，为母平台、子平台配置光学合作标识；1.3每组视觉测量相机工作前，需对母平台光学合作标识成像；1.4进行“相机
‑
母平台”相对位置解算，利用光学合作标识同母平台中心相对关系，获得相机同母平台相对关系；步骤2、利用步骤1构建的惯性/视觉相对位姿测量系统获得子平台相对于母平台的位姿态，并进行位姿态补偿；2.1、利用两部视觉测量相机对子平台进行定位，利用配置在子平台首端、尾端光学合作标识，获得子平台中轴线三维姿态；2.2对测量延时进行补偿，利用光学合作标识前N帧空间位置，获得子平台运动模型，推断补偿至子平台时刻母/子光学合作标识相对空间位置，使母平台、子平台同步获得各平台间相对空间位置；基于母平台导航定位信息计算子平台位姿补偿，将补偿后的运动状态信息发送至子平台，辅助子平台惯导进行校正。2.根据权利要求1所述的复杂环境下母平台与子平台相对位姿测量方法，其特征在于：步骤1.1中视觉测量相机的布设参数如下：每组视觉测量单元的两相机光心距离B不少于最远监控距离d的1/20；被监控子平台尺寸为L0，并排作业条件下最小监控数量要求为N，要求相机视场角α满足3.根据权利要求1所述的复杂环境下母平台与子平台相对位姿测量方法，其特征在于：步骤1.2中，建立坐标系统如下：导航坐标系N
‑
XYZ取当地地理坐标系；母平台坐标系M
‑
XYZ与母平台惯导坐标系MINS
‑
XYZ中心重合，原点位于母平台中心，X、Y轴指向母平台右舷和艏向，X、Y、Z轴相互垂直且符合右手定则；子平台坐标系S
‑
XYZ与子平台惯导坐标系SINS
‑
XYZ中心重合，原点位子平台中心，X、Y轴指向子平台右舷和艏向，X、Y、Z轴相互垂直且符合右手定则；建立视觉测量坐标系W
‑
XYZ，原点同测量相机1光心重合，坐标轴方向同母平台坐标系保持一致；建立相机坐标系C
i
‑
XYZ和I
i
‑
uv图像坐标系，C
i
I和I
i
I分别为相机、图像空间坐标系原点。4.根据权利要求1所述的复杂环境下母平台与子平台相对位姿测量方法，其特征在于：步骤1.4中，按照视觉测量原理，母平台合作标识P
i
I在测量相机C
i
I坐标系、母平台坐标系位置(x
i1
,y
i1
,
‑
f1)、(X
i
,Y
i
,Z
i
)满足共线条件方程，如式(1)所示；将不少于3组共线条件方程联立，可以计算出母平台坐标系、相机坐标系相对位姿关系
MINS
T
C
、
MINS
R
C
，如式(2)所示。
其中，其中，
MINS
T
C
、
MINS
R
C
为母平台坐标系、相机坐标系相对位姿关系；为母平台坐标系、相机坐标系相对位姿关系；为母平台坐标系、相机坐标系相对位姿关系；b1＝cosω sinκ，b2＝cosκ cosω，b3＝
‑
sinω，sinω，sinω，为测量相机的方位余弦；κ、ω为测量相机的方位余弦角。5.根据权利要求1所述的复杂环境下母平台与子平台相对位姿测量方法，其特征在于：步骤2.1包括如下步骤：2.1.1、对子平台合作标识进行定位，具体为：对测量相机采集的图像序列进行图像预处理、二值化、特征提取以及目标中心定位处理，提取子平台合作标识在图像中的坐标(x
ij
,y
ij
)；通过在至少2部相机采集的图像中提取标识点并进行匹配，结合各相对姿态关系，基于共线方程组，计算出子平台合作标识空间位置(X,Y,Z)，如式(3)所示，i为相机编号，j为标识点编号。其中，(x
ij
,y
ij
)为像点坐标，i为第i部相机获取的图像，j为每幅图像中为各标识点编号；(X
i
,Y
i
,Z
i
)、(a
ij
,b
ij
,c
ij
)分别为各测量相机安装位置与方向余弦；f
i
——相机焦距；2.2.2、建立子平台合作标识同母平台间相对位姿关系，具体为：设定子平台载体坐标系同子平台惯导坐标系基本重合，相对位姿关系
S
T
SINS
≈[0，0,0]
T
,
S
R
SINS
≈I3×3；母平台载体坐标系同母平台惯导坐标系基本重合，相对位姿关系
MINS
T
\M
≈[0，0,0]
T
,
MINS
R
M
≈I3×3；在投入使用前，通过专用工装，获得子平台合作标识在子平台坐标系下坐标
S
P1、
S
P2、
S
P3；视觉测量系统启动后，获得子平台合作标识...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丞，杨涛，舒东亮，邓福建，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：