[发明专利]一种基于GIS与实时光电视频的导航定位方法

权利要求书

1.一种基于GIS与实时光电视频的导航定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取载机实时位姿传感器数据以及光电瞄准线姿态数据，计算载机的空间位置转换矩阵和空间姿态转换矩阵；

S2：三维静态场景生成；

S3：机载光电系统实时光电图像获取；

S4：合成视觉图像与实时光电图像匹配；

S5：合成视觉图像与实时光电图像相对位姿估计；

S6：高精度载机定位数据解算。

2.如权利要求1所述的基于GIS与实时光电视频的导航定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，位姿传感器数据包括位置参数和姿态参数，位置参数包括经度、纬度、高度，分别记为L、B、H，位置数据以地理坐标系为基准，经度、纬度单位为度，姿态参数包括航向角、俯仰角、横滚角，分别记为a、p、r，单位为度，该角度以东北天坐标系为基准；光电瞄准线姿态数据包括瞄准线的俯仰角和方位角，分别记为al_os、pl_os，该角度以载机坐标系为基准。

3.如权利要求2所述的基于GIS与实时光电视频的导航定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，空间位置转换矩阵的计算过程为：

空间位置转换矩阵记为M_pos：

其中，n,u,v是转换坐标系下的基向量，nx，ny，nz分别是向量n的x，y，z分量，ux、uy、uz分别是向量u的x，y，z分量，vx、vy、vz分别是向量v的x，y，z分量，其计算采用如下公式：

n＝(cosLcosB,sinLcosB,sinB)

vpx是地心坐标下的载机位置vp的x分量，vpy是地心坐标下的载机位置vp的y分量，vpz是地心坐标下的载机位置vp的z分量，计算采用如下公式：

vpx＝(N+H)cos B cos L

vpy＝(N+H)cos B sin L

vpz＝[(N(1-e²)+H]sin B

其中，L，B分别是上述步骤中采集得到的载机位置数据中每一帧的经度和纬度，N为卯酉圈半径，e²为第一偏心率，分别采用如下计算公式：

上式中，a，c分别为地球椭球体模型的长半径和短半径，

a＝6378137.0m

c＝6356752.3142m。

4.如权利要求3所述的基于GIS与实时光电视频的导航定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，空间姿态转换矩阵记为M_atti，计算过程为：

首先根据载机的姿态数据构建四元数，记为q:

其中，a，p，r分别为上述步骤中采集得到的载机的航向角、俯仰角、横滚角；

5.如权利要求4所述的基于GIS与实时光电视频的导航定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，基于载机所在地理区域的地形数据，包含高程数据和卫星纹理影像数据，生成该区域的三维静态地理场景SCENE_stategraph，并根据该场景生成合成视觉图像，具体步骤包括：

4.1根据载机位姿数据构建空间变换矩阵，包括位置空间变换矩阵M_pos和姿态空间变换矩阵M_atti；

4.2根据瞄准线姿态数据构建瞄准线空间变换矩阵M_los，M_los的构建方法与M_atti类似，以瞄准线的方位角和俯仰角替换载机姿态空间变换矩阵航向角和俯仰角，横滚角置零；

4.3根据上述步骤构建复合空间变换矩阵M_composite，M_composite＝M_los*M_atti*M_pos；

4.4以三维静态场景生成的场景节点树为对象SCENE_stategraph，应用复合空间变换矩阵M_composite，生成动态连续的合成视觉图像，记为SVS_sequce，其中某一帧的图像记为f_svs(x,y,z,t)。