[发明专利]一种基于单目视觉辅助惯性组合导航方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于单目视觉辅助惯性组合导航方法，包括建立基于惯性导航坐标系下的状态模型；建立基于卫星导航系统、惯性导航系统和单目视觉系统的量测模型；基于所述状态模型和量测模型，获得载体当前状态信息。该方法是建立在传统的GNSS/INS组合导航方法的基础上，将单目视觉系统融入到组合导航算法中，有效的改善了在卫星信号有遮挡等复杂情况下由于惯导系统存在误差随时间累计的问题，很大限度的提升组合导航的精准性和应对复杂环境的能力。此外，由于单目摄像头价格比较低，而且计算机视觉算法相对比较简单，因此对原有系统成本和开销没有太大的影响。

技术领域

本发明涉及导航技术领域，尤其涉及一种基于单目视觉辅助惯性组合导航方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在社会经济不断提升和信息化建设脚步加快的情况下，卫星导航定位技术为社会的建设和安全提供了有力的支持与保障。

针对全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)和惯性导航系统(InertialNavigationSystem,INS)而言，GNSS具有全球、全天候、高精度、实时定位等优点，它的误差不随时间积累，但是定位终端存在信号容易被遮挡的缺陷，特别是当车辆行驶到高大建筑物下或者隧道里面等场景，定位终端接收到的定位信号差或者干脆接收不到卫星信号，从而使定位误差瞬间增大甚至不能获得定位信息。而INS具有自主导航能力，不需要任何外界电磁信号的情况下根据惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)就可以独立推算出载体的姿态、速度和位置信息，抗外界干扰能力强。但INS存在定位精度与IMU性能强相关的问题，如，IMU的积分效应会导致定位误差随时间的延续不断增大，即误差积累、漂移大，即定位存在误差无限累积的缺点。而在现有的导航系统中，最常用的技术就是基于GNSS/INS组合导航方法设计的卫星组合导航系统。

但随着组合导航的应用场景复杂度日益提高，这对组合系统的鲁棒性有了更加严格的要求，单纯的GNSS与INS组合的方式已经不适用于所有工程应用场景。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于单目视觉辅助惯性组合导航方法及系统，本发明通过增加单目相机信息来辅助组合导航过程中的Kalman滤波过程，提升了组合导航算法在信息融合过程中的鲁棒性，提升了导航精度和稳定性。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种基于单目视觉辅助惯性组合导航方法，包括：

获取惯导系统参量数据；

根据获取的惯导系统参量数据，基于状态模型和量测模型，获得载体当前状态信息；

其中，基于状态模型和量测模型，采用Kalman滤波估计载体的姿态、速度和位置信息，对惯性器件的误差进行修正。

进一步地，所述建立基于卫星导航系统、惯性导航系统和单目视觉系统的量测模型，包括利用卫星导航系统、惯性导航系统解算获取载体的位置、速度、姿态信息以及位置增量信息。

进一步地，所述建立基于卫星导航系统、惯性导航系统和单目视觉系统的量测模型，还包括利用单目视觉系统获取关键帧之间载体的相对位移和航向变化量。

进一步地，所述利用卫星导航系统、惯性导航系统解算获取载体的位置、速度、姿态信息以及位置增量信息，包括利用卫星导航系统计算获取载体的位置、速度信息，对惯性导航系统进行初始化和校准。

进一步地，所述利用卫星导航系统、惯性导航系统解算获取载体的位置、速度、姿态信息以及位置增量信息，还包括利用IMU采集到的原始数据进行惯导更新，计算获取载体的位置、速度、姿态以及位置增量信息。