[发明专利]一种基于位姿信息测量的海天线定位方法

说明书

本发明涉及一种基于位姿信息测量的海天线定位方法，利用GPS/INS组合导航系统及双轴云台测量信息解算相机姿态及海拔高度，进而计算出海面图像中海天线的位置，并利用Rüeger公式对大气折射效应造成的海天线定位误差进行修正。本发明定位精度高，并且不涉及图像处理过程，对气象、水文条件变化具有抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及一种海洋背景图像标定技术领域，具体地说是一种基于位姿信息测量的海天线定位方法。

背景技术

在海洋监控、海洋资源调研等应用场合，经常要利用飞机搭载相机在空中对海面进行拍摄操作，所得图像中常包含海面与天空。如果能够快速、准确的定位海面与天空的分界位置(即海天线)，则有助于对海面图像进行后续的分析、处理。

现有的海天线定位方法基于各种图像处理技术，在获取的海面图像中计算、定位海天线。此类方法的问题是图像中经常包含云雾、船只、海水分层、鱼鳞光等多种场景，一些极端情况下甚至无法在图像中观察到海天线，造成海天线定位结果误差大，可信度低。

发明内容

针对现有方法存在的问题，本发明的目的在于提供一种准确、鲁棒的海天线定位方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种基于位姿信息测量的海天线定位方法，包括以下步骤：

步骤1：利用GPS/INS组合导航系统及双轴云台获得相机的海拔高度并解算出相机的姿态；

步骤2：计算海面图像中海天线的位置；

步骤3：对大气折射效应造成的海天线定位误差进行修正。

所述的利用GPS/INS组合导航系统及双轴云台测量值解算相机姿态基于公式P＝R₄R₃R₂R₁P'，其中

可得：

相机俯仰角

相机横滚角

其中

by＝cos(y_angle)sin(d_roll_angle)，

x_angle为双轴云台方位角，y_angle为双轴云台俯仰角，d_down_angle为GPS/INS系统俯仰角，d_roll_angle为GPS/INS系统横滚角。

所述计算海面图像中海天线的位置：

其中，P″为海天线上点坐标，(x″₀,y″₀)为光轴与像平面交点在O″X″Y″坐标系下坐标，β＝down_angle+alpha_angle，height为相机海拔高度，R_e为地球半径，hor为相机水平视场角，ver为相机竖直视场角，im_width为相机图像宽度，im_height为相机图像高度，down_angle为相机光轴俯仰角，roll_angle为相机光轴横滚角。

对大气折射效应造成的海天线定位误差进行修正为：采用Rüeger公式估计大气折射率，确定大气折射曲率半径，并将alpha_angle修正为其中R_r为大气折射曲率半径。

所述大气折射率为：