【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电吊舱误差标定，特别是涉及一种无需已知地面位置的吊舱系统误差标定方法。
技术介绍
1、在机载光电吊舱对地面目标进行定位或地理引导时，系统误差（一般来说就是飞机和吊舱间的安装误差和吊舱光轴的零位误差）对精度的影响非常大。以往采用的方法，如利用gps差分设备或者对应区域的卫星地图提前获取飞行时所要观测的地面目标点的精确地理位置信息，当飞机在规划好的复杂的绕飞路线上飞行时对标定好的地面目标点进行定位，通过与真值比较获取系统误差的方法，都需要提前采集已知目标点的准确的地理位置信息，同时辅以相应的绕飞路线。这类方法需要在吊舱安装在飞机上并开始执行任务前就完成辅助工作，包括携带设备专门前往或通过搜集卫星地图进行目标点标定、规划绕飞路线等，因此便捷性和时效性都较差。且以往方法中的多数方案都需要激光测距的参与，这也容易使飞机在飞行时暴露位置，不满足隐蔽飞行的需求。考虑到上述问题，亟需一种无需已知地面目标位置、无需复杂的绕飞路线且无需激光测距的光电吊舱系统误差标定方法。
技术实现思路
1、本专利技术目的是为了解决以往方法需要复杂的航线规划和长时间的观测及数据采集的问题，提出了一种无需已知地面位置的吊舱系统误差标定方法。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种无需已知地面位置的吊舱系统误差标定方法，所述方法包括以下步骤：
3、步骤一、吊舱安装及时序对准：将吊舱安装在飞机的安装基座上，随后，通过协议导出飞机惯导和吊舱编码器的时间戳信息，以此对齐
4、步骤二、对任意目标开启图像跟踪：当飞机处于平稳飞行状态时，锁定俯仰编码器为-30°，依次调整方位轴角度，对视场内任意目标进行图像跟踪；在对目标跟踪一定时间之后将俯仰编码器锁定为-60°，依照角度调整编码器方位，对视场内任意目标进行图像跟踪操作；
5、步骤三、获取多组空间指向角误差：完成多次图像跟踪操作后，通过飞机惯导的位置姿态数据、编码器角度数据和当前图像中的目标相对于第一帧图像中的像素偏移量，解算出多组空间指向角误差，其中，和分别表示第次图像跟踪得到的空间方位指向角误差和空间俯仰指向角误差；
6、步骤四、计算得到姿态角补偿值：将每次图像跟踪时飞机惯导的位置姿态信息和吊舱编码器信息，与空间指向角误差代入到最小二乘法程序中，得到五个姿态角补偿值，并将其代入到后续的目标定位和地理跟踪解算中。
7、进一步地，在步骤二中，依次调整方位轴角度为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。
8、进一步地，所述一定时间为5分钟。
9、进一步地，步骤二中，当编码器转动到指定角度后视场内无合适进行图像跟踪的目标时，吊舱方位轴和俯仰轴移动±1°，也就是在当前视场的相邻八个视场区域寻找合适目标，如移动后视场内仍无合适目标，放弃此次图像跟踪操作。
10、进一步地，步骤三中，开启图像跟踪后，利用lucas-kanade光流法获得目标的像素偏移量，并将其转换成编码器的角度：
11、
12、其中，表示第次图像跟踪时的时刻时的图像中的目标相对于其在时刻0时的图像中的像素偏移量，和表示图像的宽和高，表示当前图像的视场角，表示计算得到的角度偏移量。
13、进一步地，步骤三中，多组空间指向角误差的计算方法为：当第次对任意一个目标进行图像跟踪时，将飞机惯导的位置数据、姿态数据、编码器的角度数据和目标的角度偏移量数据代入到最优化函数求解的程序中，求出此次图像跟踪的目标的地理位置真值；上述数据中，、、、、、、、、和分别表示第次图像跟踪时的时刻时的飞机纬度、经度、高度、航向角、俯仰角、横滚角、编码器方位角、俯仰角、目标在视场中x轴的相对偏移量和y轴的相对偏移量。
14、进一步地，在步骤三中，利用带有最优化函数的程序求解图像跟踪的目标的地理位置真值，具体为：构建一个最优化函数：
15、
16、通过求解得到此次图像跟踪的目标的真值，同时求出空间指向角的误差。
17、进一步地，在步骤四中，将每张图像中心的真实经纬高和同一时刻的飞机经纬高转换到大地坐标系下的坐标并相减得到差值：
18、
19、其中，为地理坐标系到大地直角坐标系ecef的坐标转换，
20、
21、将飞机与吊舱的安装误差的航向分量、、，与吊舱光轴的零位误差、写进误差标定算法中的相应的矩阵中：
22、
23、其中，为北东地坐标系到ecef坐标系的转换矩阵，为飞机的机体坐标系到北东地坐标系的转换矩阵，为吊舱与飞机间的安装误差矩阵，在此处代入、、；为理想状态下的吊舱坐标系到机体坐标系的转换矩阵，为吊舱内部光轴的零位误差矩阵，在此处代入、；的表达式为：
24、
25、
26、其中，表示函数cos，表示函数sin；进一步地，利用如下的等式：
27、
28、通过变换得到如下的最小二乘法公式：
29、
30、其中，和分别为等式进行形式转换后的采样数据的输入矩阵和输出向量；经由上述公式即可得到所需的五个误差角度值。
31、本专利技术提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种无需已知地面位置的吊舱系统误差标定方法的步骤。
32、本专利技术还提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述一种无需已知地面位置的吊舱系统误差标定方法的步骤。
33、本专利技术的有益效果：
34、本专利技术所述一种无需已知地面位置的吊舱系统误差标定方法解决了以往方法中需要通过一些手段提取获取地面目标点精确的地理位置的限制，同时也无需复杂的绕飞路线和激光测距的参与，极大地提升了飞行过程中吊舱误差标定的便捷性、时效性和隐蔽性，为当次飞行中后续的高精度目标定位和地理引导及跟踪等功能提供支持。不仅大幅度地降低了标定难度和流程复杂度，也为实际的应用带来了很大的便利。
35、本专利技术所述方法可以应用在光电吊舱误差标定领域及光电吊舱目标定位和地理引导与跟踪领域。
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1.一种无需已知地面位置的吊舱系统误差标定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤二中，依次调整方位轴角度为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一定时间为5分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，当编码器转动到指定角度后视场内无合适进行图像跟踪的目标时，吊舱方位轴和俯仰轴移动±1°，也就是在当前视场的相邻八个视场区域寻找合适目标，如移动后视场内仍无合适目标，放弃此次图像跟踪操作。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中，开启图像跟踪后，利用Lucas-Kanade光流法获得目标的像素偏移量，并将其转换成编码器的角度：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤三中，多组空间指向角误差的计算方法为：当第次对任意一个目标进行图像跟踪时，将飞机惯导的位置数据、姿态数据、编码器的角度数据和目标的角度偏移量数据代入到最优化函数求解的程序中，求出此次图像跟踪的目标的
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤三中，利用带有最优化函数的程序求解图像跟踪的目标的地理位置真值，具体为：构建一个最优化函数：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤四中，将每张图像中心的真实经纬高和同一时刻的飞机经纬高转换到大地坐标系下的坐标并相减得到差值：
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种无需已知地面位置的吊舱系统误差标定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤二中，依次调整方位轴角度为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一定时间为5分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，当编码器转动到指定角度后视场内无合适进行图像跟踪的目标时，吊舱方位轴和俯仰轴移动±1°，也就是在当前视场的相邻八个视场区域寻找合适目标，如移动后视场内仍无合适目标，放弃此次图像跟踪操作。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中，开启图像跟踪后，利用lucas-kanade光流法获得目标的像素偏移量，并将其转换成编码器的角度：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤三中，多组空间指向角误差的计算方法为：当第次对任意一个目标进行图像跟踪时，将飞机惯导的位置数据、姿态数据、...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙伯玉，马天玮，张帅，
申请(专利权)人：长春通视光电技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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