基于序列图像匹配的飞行器全程导航方法

摘要

本发明公开了一种基于序列图像匹配的飞行器全程导航方法，属于飞行器导航领域。利用三个方向的摄像头拍摄连续的序列图像，其中两个方向的摄像头拍摄图获得飞行器的俯仰角和横滚角；利用沿机体坐标系轴向下的摄像头拍摄图获得飞行器航向角，图像平移距离等参数；通过高度计获得的高度信息，将图像坐标系转换到相机坐标系；将飞行器的横滚角、俯仰角、航向角及其角速度，飞行器的高度、位置以及速度一次全部输出，作为飞行器当前的导航参数。本发明具有很高的匹配成功率与实时性，可以获得全程连续的导航参数，大大提升了导航精度；可以在一定程度上代替惯性导航，降低飞行器的导航成本，可广泛应用于中小型飞行器上。

主权项

一种基于序列图像匹配的飞行器全程导航方法，其特征在于：沿机体坐标系分别安装纵轴向前的摄像头A、横轴向右的摄像头B、竖轴向下的摄像头C；在所述摄像头C的位置处安装高度计；1)、在飞行器起飞前，对飞行路径进行航迹规划，生成基准图并标定特征区域；2)、飞行过程中通过摄像头A、摄像头B和摄像头C，以相同的时间间隔Δt，连续拍摄序列图像A、序列图像B和序列图像C；3)、对序列图像A进行地平线提取，并对地平线进行直线拟合，计算所述直线与图像水平方向夹角的绝对值，得到飞行器的横滚角φ的绝对值，取飞行器绕纵轴右滚为正；对序列像B进行地平线提取，并对地平线进行直线拟合，计算所述直线与图像水平方向夹角的绝对值，得到飞行器俯仰角θ的绝对值，取飞行器抬头为正；4)、根据相邻帧间高度计的高度信息变化，对序列图像C进行图像采样，使序列图像C中任意相邻两帧图像景物处于同一尺寸；5)、通过图像匹配得出序列图像C中各帧间图像像素平移向量图像旋转角度和飞行器的航向角ψ，航向角ψ取机头沿纵轴右偏为正；所述飞行器的航向角ψ为序列图像C中各图像旋转角度的累计；6)、利用高度计的高度信息与所述横滚角φ、俯仰角θ和平移向量将平移向量从图像坐标系转换到相机坐标系；7)、判断帧间横滚角φ、俯仰角θ在两帧图像间是否有变化，若有，则对飞行器在相机坐标系飞行距离进行修正，计算飞行器帧间飞行距离与速度；8)、将飞行器的横滚角φ、俯仰角θ、航向角ψ及其角速度，飞行器的高度、位置以及速度输出，作为飞行器当前的导航参数。9)、在飞行器导航过程中重复上述步骤不断计算飞行器位置，当序列图像经过基准图中的特征区域时，将序列图像与所述特征区域进行图像匹配，消除序列图像导航中产生的累积误差。