一种基于多站测量的无人机高精度目标定位方法，包括以下过程：确定无人机装备卫星接收机、惯性测量单元、摄像机云台、摄像机；在无人机起飞前，标定摄像机的内参数；在无人机飞行中，选择感兴趣的目标点，调节摄像机云台的方位角和高低角，保证在设定的时间内，目标点在摄像机视场内；提取出不同时刻所拍摄图像中目标同名点的坐标；计算出目标点在世界坐标系中的坐标 ；将转换为经纬度和大地高，完成目标定位过程。本发明专利技术基于多目视觉的无人机目标定位方法不需要搭载光电侦察平台，无需进行激光测距，有效的保证了自身安全，也降低了测量设备的成本。同时，该方法具有较高的定位精度，适用范围广，对高精度无人机目标定位领域具有重要的实际意义。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，包括以下过程：确定无人机装备卫星接收机、惯性测量单元、摄像机云台、摄像机；在无人机起飞前，标定摄像机的内参数；在无人机飞行中，选择感兴趣的目标点，调节摄像机云台的方位角和高低角，保证在设定的时间内，目标点在摄像机视场内；提取出不同时刻所拍摄图像中目标同名点的坐标；计算出目标点在世界坐标系中的坐标 ；将 转换为经纬度和大地高，完成目标定位过程。本专利技术基于多目视觉的无人机目标定位方法不需要搭载光电侦察平台，无需进行激光测距，有效的保证了自身安全，也降低了测量设备的成本。同时，该方法具有较高的定位精度，适用范围广，对高精度无人机目标定位领域具有重要的实际意义。【专利说明】
本专利技术涉及一种高精度无人机无源目标定位，具体是一种基于多站测量的无人机 局精度目标定位方法。
技术介绍
无人机与载人飞机相比，具有体积小、造价低、使用方便、对环境要求低等优点。随 着技术水平的提高，无人机已被广泛应用于各个领域，包括侦察监视、抢险救灾、地形勘测、 目标打击等。目标定位是无人机重要功能之一，其目的为求取目标在大地坐标系下的H维 坐标。目前，高精度无人机目标定位已成为国内外无人机研究领域的热点。 无人机目标定位主要可分为有源定位和无源定位。有源定位W基于姿态测量/激 光测距定位模型为主，该种定位模型下，无人机需要装备光电侦察平台W完成目标跟踪、激 光测距等功能。有源定位测量精度一般较高，但激光属于可见光范畴，不利于自身的隐蔽， 同时配备光电侦察平台成本开销较大。无源定位通过摄像机采集目标图像，利用图像分析 算法获取目标位置，主要有：基于图像匹配模式的目标定位，该种方法利用可获取的多源图 像资源，在建立预先基准图像条件下，将经过校正的无人机电视图像与基准图片进行匹配， 从而实现目标定位，该方法目标定位精度较高，但实时性差，且受数据获取的限制，适用性 不高；基于成像模型的目标定位，是在获取载体高程、摄像机焦距、摄像机外方位元素等参 数的条件下，利用共线条件方程计算地面目标与载体的相对位置。在实际使用中，该方法需 要假定待测目标区域为平坦地面，目标定位精度较低。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于多目视觉的无人机高精度目标定位方法。通过对同一目标 点的多次观测，达到类似于多目视觉定位测量的效果。 本专利技术的技术方案是；一种，其特征 在于，包括W下过程： 第一步、确定无人机装备卫星接收机、惯性测量单元（IMU)、摄像机云台、摄像机，其中 摄像机云台能够实现二自由度运动； 第二步、在无人机起飞前，标定摄像机的内参数； 第H步、在无人机飞行中，选择感兴趣的目标点，调节摄像机云台的方位角和高低角， 保证在设定的时间内，目标点在摄像机视场内； 第四步、提取出不同时刻所拍摄图像中目标同名点的坐标； 第五步、基于加权最小二乘估计的多站目标定位模型计算出目标点在世界坐标系中的 坐标(义r，巧； 第六步、W第一个测量点的地理坐标系作为世界坐标系，将转换为经缔度 和大地高，完成目标定位过程。 所述的第二步中，标定摄像机内参数的具体标定方法包括W下步骤： (1) 准备摄像机标定祀标； (2) 利用摄像机拍摄不同方位的15幅图像，确保获取的图像在视场各个范围内均有分 布，同时摄像机的拍摄距离和祀标的放置角度要有充分变化； (3) 提取拍摄图像的角点坐标，使用张正友标定方法标定摄像机内参数。 本专利技术的技术效果是：本专利技术基于多目视觉的无人机目标定位方法不需要搭载光 电侦察平台，无需进行激光测距，有效的保证了自身安全，也降低了测量设备的成本。同时， 该方法具有较高的定位精度，适用范围广，对高精度无人机目标定位领域具有重要的实际 意义。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术所使用的无人机目标定位系统； 图2是本专利技术摄像机标定祀标； 图3是交叉目标定位方法示意图； 图4是多站目标定位方法7]^意图； 图5是坐标转换流程图。 【具体实施方式】 本专利技术一种，包括W下过程： 第一步、确定无人机装备卫星接收机、惯性测量单元（IMU)、摄像机云台、摄像机，其中 摄像机云台可实现二自由度运动(方位旋转和高低旋转)。 第二步、在无人机起飞前，使用本专利技术中的摄像机标定方法，确定摄像机的内参 数。 第H步、在无人机飞行中，选择感兴趣的目标点，调节摄像机云台的方位角和高低 角，保证一定时间内，目标点在摄像机视场内。 第四步、提取出不同时刻所拍摄图像中目标同名点的坐标。 第五步、根据本专利技术中的基于加权最小二乘估计的多站目标定位模型计算出目标 点在世界坐标系中的坐标C又。 第六步、W第一个测量点的地理坐标系作为世界坐标系，将（乂，转换为经 缔度和大地高，完成目标定位过程。 W下对上述流程进行进一步详细说明。 1系统构成与坐标定义 1. 1系统总体结构 本专利技术讨论的无人机目标定位系统包括卫星接收机1、惯性测量单元（IMU) 2、摄像机 云台3和摄像机4,摄像机4安装在摄像机云台3上，摄像机云台3可实现二自由度运动(方 位旋转和高低旋转)，如图1所示（IMU用来测量无人机姿态，卫星接收机用来获取无人机位 置，摄像机云台用来调整摄像机的指向）。摄像机云台3和摄像机4采用吊舱式结构安放在 飞机上。在目标定位过程中，侦察视频和遥测信息经数据链传输至地面站显示，操纵手通过 操纵杆及其它指令控制摄像系统搜索侦察目标，当感兴趣的目标出现在画面上时，通过对 目标同名点的多次拍摄，结合飞机的姿态测量数据、卫星接收机1位置信息、摄像机云台3 的方位角和高低角等数据，通过一系列的计算，获取目标的H维坐标，完成定位过程。 1.2坐标定义 首先，定义如下坐标系： (1)世界坐标系 也称全局坐标系，本专利技术W无人机对目标定位时第一个测量点的地理坐标系为世界 坐标系。 (2)摄像机坐标系 摄影机坐标系的原点为摄像机光也，X轴与Y轴与图像的X，Y轴平行，Z轴为摄像机光 轴，它与图像平面垂直。 [001引 （3)图像坐标系 图像物理坐标系是W光轴与像平面的交点为原点（称为图像主点)，W实际物理尺度 (毫米、微米等)为单位的直角坐标系。其中X轴、Y轴分别与图像像素坐标系的X、Y轴平行。 图像像素坐标系是W图像左上角点为原点，W像素为坐标单位的直角坐标系。X、 Y分别表示该像素在数字图像中的行数与列数。 2无人机目标定位关键技术 2. 1摄像机内参数标定 摄像机标定实质上是确定摄像机内外参数的一个过程，其中内部参数的标定是指确定 摄像机固有的、与位置参数无关的内部几何与光学参数，包括图像中也坐标、焦距、比例因 子和镜头崎变等。无人机航拍搭载的传感器一般为高分辨率大视场数码摄像机，存在较为 明显的镜头崎变，且无人机航拍过程中存在飞行平台姿态不稳定W及发动机引起的机体振 动，同时为了满足不同摄影环境还需要频繁变焦。因此，为了提高定地目标定位的精度，摄 像机标定十分必要。 摄像机内部参数包括线性变换参数和非线性崎变参数。线性变换是指经典的中也 透视模型，线性透视变换表达了图像坐标系与摄像机坐标系的映射关系。成像过程不服从 中也透视模型的称为摄像机的非线性崎变，由于透镜设计的复杂性和工艺水平本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于多站测量的无人机高精度目标定位方法，其特征在于，包括以下过程：第一步、确定无人机装备卫星接收机、惯性测量单元（IMU）、摄像机云台、摄像机，其中摄像机云台能够实现二自由度运动； 第二步、在无人机起飞前，标定摄像机的内参数； 第三步、在无人机飞行中，选择感兴趣的目标点，调节摄像机云台的方位角和高低角，保证在设定的时间内，目标点在摄像机视场内； 第四步、提取出不同时刻所拍摄图像中目标同名点的坐标；第五步、基于加权最小二乘估计的多站目标定位模型计算出目标点在世界坐标系中的坐标；第六步、以第一个测量点的地理坐标系作为世界坐标系，将转换为经纬度和大地高，完成目标定位过程。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马传焱，时荔蕙，王春龙，郝博雅，孙宇翔，高洪兴，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九六一部队，
类型：发明
国别省市：北京;11
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