一种基于仿生复眼惯性系统的导航定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于仿生复眼惯性系统的导航定位方法，利用仿生复眼的惯性系统，根据“动态基线+三角测距”的方法对目标物体实现高准确性和高精度的导航定位，使用“复眼+惯性测量单元”耦合的方法对视觉信息和惯性信息进行采集和处理，得到目标物体的高准确度的相对位姿变化，通过“动态基线+三角测距”的方法实现高精度的定姿定位。现高精度的定姿定位。现高精度的定姿定位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿生复眼惯性系统的导航定位方法


[0001]本专利技术涉及导航
，尤其涉及一种基于仿生复眼惯性系统的导航定位方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着无人机、无人车以及机器人的快速发展，导航技术成为了制约无人平台广泛应用的瓶颈技术之一，视觉/惯性组合导航技术，特别是视觉与惯性传感器的组合，逐渐发展成为当前自主导航与机器人领域研究和应用的热点，在国民经济和国防建设中也有广泛应用。其中优势之一就是视觉/惯性能够，相比较单一系统能实现更高精度定位、地图构建。
[0003]在国防建设领域，由于视觉/惯性组合导航技术不依赖于外部人造设施，在卫星领域中有重要应用，美国陆军研发的一种新型联合精确空投系统采用视觉/惯性组合导航技术解决定位问题，嫦娥三号巡视器也采用了视觉/惯性组合导航技术实现高精度的定姿定位。目前，传统视觉惯性组合导航技术根据视觉类型分为：单目视惯系统和双目视惯系统。
[0004]双目视惯系统通过两个摄像机之间的精确空间位置关系得到的视差进行定位，但计算量比较巨大，对应点匹配难度比较大，实时性比较差，不适合快速、高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于仿生复眼惯性系统的导航定位方法，其特征在于，包括：所述仿生复眼惯性系统包括传感器采集系统和系统主板，所述传感器采集系统包括复眼和惯性测量单元，所述系统主板包括视觉处理模块、惯性测量单元数据处理模块和视觉惯性融合处理模块，所述传感器采集系统用于采集位姿信息，所述系统主板用于处理采集的位姿信息，以获得预设的位姿信息；所述复眼和所述惯性测量单元联合标定，建立仿生复眼惯性系统标校模型，对所述仿生复眼惯性系统的时间偏移与坐标变换矩阵进行最优估计；使用复眼物象尺度还原技术，还原图像中物体的尺度；根据逆深度优化技术，利用视觉与惯性测量单元的紧耦合方式，构建整体残差模型，根据基于视觉构造的重投影误差、基于惯性测量单元构造的残差项以及基于先验信息的因子，获得当所述仿生复眼惯性系统的系统误差最小时的逆深度和惯性测量单元优化速度。2.根据权利要求1所述的基于仿生复眼惯性系统的导航定位方法，其特征在于，所述复眼和所述惯性测量单元联合标定，建立仿生复眼惯性系统标校模型，对所述仿生复眼惯性系统的时间偏移与坐标变换矩阵进行最优估计的步骤包括：设置图像物理坐标系的原点在图像像素坐标系中的坐标为(u0,v0)，所述图像物理坐标系与所述图像像素坐标系之间关系的表达式如下：其中，d
x
和d
y
为像素在所述图像物理坐标系中的尺寸，u和v为像素在数字图像中的列数和行数；将表达式(1)转换为齐次坐标和矩阵形式，表达式如下：获得世界坐标系到复眼相机坐标系的转换关系，表达式如下：其中，复眼的光心O
c
为所述复眼相机坐标系的原点，所述复眼相机坐标系的Z
c
轴与复眼光轴重合，所述复眼相机坐标系的Z
c
轴与相机的成像平面垂直，所述复眼相机坐标系的X
c
轴与所述图像物理坐标系的x轴平行，所述复眼相机坐标系的Y
c
轴与所述图像物理坐标系的y轴平行，OO
c
为所述复眼相机坐标系的原点与所述图像物理坐标系原点之间的距离，焦距f为复眼的透镜焦点到透镜中心的距离；将上述变换过程转换为矩阵相乘的形式，表达式如下：
其中，所述世界坐标系的点P＝(X,Y,Z)通过刚体变换转换为所述复眼相机坐标系的点，所述复眼相机坐标系的点通过透视投影转换为所述相机的成像平面上的点p＝(x,y)，所述相机的成像平面上的点p＝(x,y)通过缩放和平移转换为所述图像像素坐标系的点p＝(μ,ν)；获得所述复眼的内参数K，表达式如下：设置P
c
是P在所述复眼相机坐标系的坐标，P
c
是P在所述世界坐标系的坐标，使用旋转矩阵R和平移向量t将P
c
转换为P
w
，表达式如下：R
c
＝RP
w
+t
ꢀꢀꢀꢀ
(6)设置R是3
×
3的旋转矩阵，t是3
×
1的平移向量，获得表达式如下：将所述旋转矩阵R和所述平移向量t带入表达式(7)，获得所述复眼的外参数，表达式如下：利用张正友标定法对所述复眼进行标定，得到所述复眼的内参数、外参数以及畸变系数，利用Allan方差法对所述惯性测量单元进行标定，得到所述惯性测量单元的高斯噪声和随机游走；将标定后的所述复眼和所述惯性测量单元进行固联，对所述仿生复眼惯性系统进行联合标校。3.根据权利要求2所述的基于仿生复眼惯性系统的导航定位方法，其特征在于，所述使用复眼物象尺度还原技术，还原图像中物体的尺度的步骤包括：对视觉信息和惯性信息进行联合初始化，获取尺度因子；根据所述复眼和所述惯性测量单元分别采集数据的频率，对所述惯性测量单元进行预积分处理，获得位置、旋转和速度的变化量；对于所述复眼的采集数据，根据运动恢复结构的预设操作求解滑动窗口内所有帧的位姿和所有路标点的3D位置；使用所述惯性测量单元的预积分获得预设的两个关键帧时刻本体坐标系之间的相对
旋转约束；将所述运动恢复结构的结果与所述惯性测量单元的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张哲，李磊磊，杨伊菲，梁琳，王艺翔，王霞，韩勇强，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：