一種視覺輔助衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種視覺輔助衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)方法，包括步驟一：通過對(duì)視覺采集的圖像進(jìn)行處理，采用高精度的視覺導(dǎo)航模型獲得導(dǎo)航觀測(cè)量，并對(duì)視覺導(dǎo)航觀測(cè)量的誤差進(jìn)行估計(jì)。步驟二：采用進(jìn)近階段高空相對(duì)較好的衛(wèi)星信號(hào)對(duì)視覺觀測(cè)量進(jìn)行標(biāo)定，抑制視覺觀測(cè)量誤差。步驟三：將被標(biāo)定后的視覺偽距信息與衛(wèi)星觀測(cè)信息進(jìn)行組合，對(duì)RAIM可用性進(jìn)行判斷。步驟四：對(duì)存在故障星的情況進(jìn)行故障識(shí)別，從而確定并排除故障衛(wèi)星。步驟五：采用排除過故障衛(wèi)星后的衛(wèi)星數(shù)據(jù)與視覺觀測(cè)量進(jìn)行融合，獲得最終的組合定位結(jié)果。本發(fā)明通過利用視覺傳感器提供的觀測(cè)量作為輔助，豐富導(dǎo)航觀測(cè)量，從而提高衛(wèi)星完好性檢測(cè)性能，提高導(dǎo)航定位結(jié)果的可靠性。
【專利說明】一種視覺輔助衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，具體地說，是指一種視覺輔助衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)(RAM)是衛(wèi)星導(dǎo)航中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它通過對(duì)接收到的衛(wèi)星信號(hào)的完好性進(jìn)行判斷，在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)報(bào)警。因此，RAM對(duì)保證衛(wèi)星導(dǎo)航定位結(jié)果的可靠性具有重要作用。
[0003]當(dāng)前，RAM技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于空管導(dǎo)航中，其采用冗余觀測(cè)信息來檢測(cè)衛(wèi)星故障。通常，在較好的飛行環(huán)境下，可見衛(wèi)星數(shù)量充足且信號(hào)質(zhì)量較好，此時(shí)，RA頂技術(shù)可以得到可信的完好性告警，可靠保障飛行安全。然而，在復(fù)雜進(jìn)近著陸等惡劣環(huán)境下，例如被山群環(huán)繞的中國林芝機(jī)場(chǎng)，脆弱的衛(wèi)星信號(hào)容易因遮擋或干擾而出現(xiàn)遮蔽角度較大或衛(wèi)星信號(hào)丟失的現(xiàn)象，這將導(dǎo)致可見衛(wèi)星幾何分布較差或?qū)Ш叫畔⑷哂喽炔蛔?，降低RA頂算法的性能。隨著復(fù)雜機(jī)場(chǎng)、復(fù)雜低空等的不斷開辟，復(fù)雜進(jìn)近著陸環(huán)境下的RA頂技術(shù)將成為未來研究的重要課題。
[0004]在復(fù)雜進(jìn)近著陸環(huán)境下，由于衛(wèi)星信號(hào)本身質(zhì)量下降，傳統(tǒng)僅基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的RAIM算法性能將無法滿足導(dǎo)航性能需求。因此，一個(gè)很自然的想法是利用其他傳感器提供的導(dǎo)航信息來輔助提高RAM。目前，傳感器輔助RAM采用的輔助傳感器包括氣壓高度表，慣導(dǎo)，以及其他衛(wèi)星系統(tǒng)，該類方法采用其他傳感器觀測(cè)量來增加導(dǎo)航信息冗余度，實(shí)現(xiàn)完好性增強(qiáng)。氣壓高度表輔助RAM方法往往采用氣壓高度表提供的垂向距離分量，將衛(wèi)星幾何定位方程與測(cè)高方程進(jìn)行組合，豐富導(dǎo)航參數(shù)信息，從而提高完好性監(jiān)測(cè)效果。然而，氣壓高度表測(cè)高的準(zhǔn)確性受氣流影響很大，而氣壓強(qiáng)劇變?cè)趶?fù)雜進(jìn)近著陸環(huán)境，尤其是高原機(jī)場(chǎng)，很是常見，此時(shí)的氣壓高度表測(cè)量值很可能因精度較差而無法輔助RAIM。慣導(dǎo)輔助RAIM方法通常利用慣導(dǎo)提供的速度與姿態(tài)信息，在Kalman濾波的框架下建立慣導(dǎo)/衛(wèi)導(dǎo)組合觀測(cè)方程，獲得動(dòng)態(tài)條件下的RAIM增強(qiáng)算法。但是，慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差會(huì)隨時(shí)間漂移，其很可能污染RAM結(jié)果。Stanford大學(xué)研究者采用GL0NASS衛(wèi)星系統(tǒng)與GPS衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，在模式識(shí)別中經(jīng)典的RANSAC算法的基礎(chǔ)上，提出了 GNSS下的RANCO算法提高了故障檢測(cè)尤其是多故障檢測(cè)的性能。但是，在復(fù)雜進(jìn)近著陸環(huán)境下，由于信號(hào)遮擋或干擾造成較大的遮蔽角，因此很難獲得如此多的可見衛(wèi)星。
[0005]考慮到現(xiàn)有方法存在不足之處，因此有必要研究引入其他傳感器來輔助RAM。本發(fā)明提出了一種新的視覺輔助完好性監(jiān)測(cè)方法來提高復(fù)雜進(jìn)近著陸環(huán)境下的RAM性能?？紤]到視覺系統(tǒng)具有信息量大、無源性、體積小以及易裝載等優(yōu)點(diǎn)，極具潛力輔助提高RAIM性能。
[0006]然而，視覺輔助RAIM是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的工作。用于輔助RAIM的視覺導(dǎo)航觀測(cè)量必需是準(zhǔn)確可靠的。然而，盡管現(xiàn)有的視覺信息提取技術(shù)表現(xiàn)得很好，但是由于背景干擾或平臺(tái)抖動(dòng)等不確定因素，視覺觀測(cè)量將不可避免地存在誤差?？紤]到視覺系統(tǒng)本質(zhì)上是測(cè)角系統(tǒng)，視覺誤差有可能隨著視線長度的增加而被放大到導(dǎo)航誤差中。例如，視覺檢測(cè)誤差在圖像上可能只有幾個(gè)像素，但映射到三維空間中可能是幾十米甚至更大的導(dǎo)航誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為了解決原有衛(wèi)星完好性檢測(cè)算法的用于復(fù)雜環(huán)境時(shí)，冗余信息降低而導(dǎo)致算法性能不足的問題，提出了一種視覺輔助衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)方法。本方法通過利用視覺傳感器提供導(dǎo)航冗余信息，以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)性能的提高。
[0008]本發(fā)明的一種視覺輔助衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)方法，具體包括以下步驟:
[0009]步驟一:通過對(duì)視覺采集的圖像進(jìn)行處理，采用高精度的視覺導(dǎo)航模型獲得導(dǎo)航觀測(cè)量，并對(duì)視覺導(dǎo)航觀測(cè)量的誤差進(jìn)行估計(jì)。
[0010]步驟二:采用進(jìn)近階段高空相對(duì)較好的衛(wèi)星信號(hào)對(duì)視覺觀測(cè)量進(jìn)行標(biāo)定，從而進(jìn)一步抑制視覺觀測(cè)量誤差。
[0011]步驟三:將被標(biāo)定后的視覺偽距信息與衛(wèi)星觀測(cè)信息進(jìn)行組合，對(duì)RAM可用性進(jìn)行判斷。若不可用時(shí)，輸出不可用告警，結(jié)束。否者，采用視覺輔助RAM方法中，獲得檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量。當(dāng)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量大于門限值時(shí)，認(rèn)為存在故障，并進(jìn)行報(bào)警，執(zhí)行步驟四。否則，執(zhí)行步驟五。
[0012]步驟四:對(duì)存在故障星的情況進(jìn)行故障識(shí)別，從而確定并排除故障衛(wèi)星，轉(zhuǎn)至步驟
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[0013]步驟五:采用排除過故障衛(wèi)星后的衛(wèi)星數(shù)據(jù)與視覺觀測(cè)量進(jìn)行融合，獲得最終的組合定位結(jié)果。
[0014]本發(fā)明通過利用視覺傳感器提供的觀測(cè)量作為輔助，豐富導(dǎo)航觀測(cè)量，從而提高衛(wèi)星完好性檢測(cè)性能，提高導(dǎo)航定位結(jié)果的可靠性。
[0015]為了提高視覺導(dǎo)航觀測(cè)量的準(zhǔn)確性，本發(fā)明提出了一個(gè)兩步誤差抑制方法，即誤差形成抑制和誤差標(biāo)定。首先，為了抑制視覺導(dǎo)航誤差的形成，本發(fā)明采用一種具有高精度的視覺導(dǎo)航模型獲得視覺導(dǎo)航信息。隨后，本發(fā)明利用高質(zhì)量的衛(wèi)星信號(hào)來對(duì)視覺導(dǎo)航誤差進(jìn)行標(biāo)定，從而進(jìn)一步減小視覺的誤差。然而，通過以上誤差抑制方法不可能完全去除視覺誤差，尤其是隨機(jī)誤差。因此，為了有效利用視覺輔助RAM，并抑制視覺系統(tǒng)誤差對(duì)視覺/衛(wèi)星融合的負(fù)面影響，本發(fā)明提出了一種基于魯棒估計(jì)的加權(quán)奇偶空間法用于視覺輔助RAIM,最終實(shí)現(xiàn)視覺輔助完好性性能的提聞。
[0016]目前，針對(duì)視覺輔助衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)的問題，還鮮有探討。本發(fā)明首次對(duì)該問題進(jìn)行研究并提出了一種視覺輔助RAIM來提高衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)性能。與本發(fā)明類似的工作為視覺導(dǎo)航，然而，該工作主要考慮的是衛(wèi)星不可用時(shí)的場(chǎng)景。盡管視覺輔助衛(wèi)星在視覺/衛(wèi)星組合定位方面有一些研究，但對(duì)利用視覺輔助衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)問題的關(guān)注相對(duì)較少。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1表示本發(fā)明提供的視覺輔助衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)流程圖；
[0018]圖2表不實(shí)施例中的仿真場(chǎng)景不意圖；
[0019]圖3表示實(shí)施例得到的視覺偽距誤差特性曲線；
[0020]圖4表示實(shí)施例得到的視覺輔助RAM的故障檢測(cè)率曲線；[0021]圖5表示實(shí)施例得到的視覺定位誤差分布；
[0022]圖6表示實(shí)施例得到的衛(wèi)導(dǎo)定位誤差分布；
[0023]圖7表示實(shí)施例得到的視覺/衛(wèi)導(dǎo)組合定位誤差分布；
[0024]圖8表示實(shí)施例得到的視覺信息的引入對(duì)幾何分布的改善。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0026]本發(fā)明的一種視覺輔助衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)方法，方法流程圖如圖1所示，具體包括以下步驟:
[0027]步驟一:通過對(duì)視覺采集的圖像進(jìn)行處理，采用高精度的視覺導(dǎo)航模型獲得導(dǎo)航觀測(cè)量，并對(duì)視覺導(dǎo)航觀測(cè)量的誤差進(jìn)行估計(jì)。
[0028]通過采用特征點(diǎn)檢測(cè)匹配算法獲取地標(biāo)在計(jì)算機(jī)視覺設(shè)備提取的視覺圖像中的二維坐標(biāo)，其中下標(biāo)i為第i個(gè)地標(biāo)點(diǎn)的序號(hào)，上角標(biāo)I代表圖像平面直角坐標(biāo)系(因?yàn)榈貥?biāo)最后會(huì)在圖像中顯示，本發(fā)明獲得的是它在圖像中的位置)。與此同時(shí)，計(jì)算獲
【權(quán)利要求】
1.一種視覺輔助衛(wèi)星完好性監(jiān)測(cè)方法，具體包括以下步驟: 步驟一:對(duì)視覺采集的圖像進(jìn)行處理，采用高精度的視覺導(dǎo)航模型獲得導(dǎo)航觀測(cè)量，對(duì)視覺導(dǎo)航觀測(cè)量的誤差進(jìn)行估計(jì)； 通過采用特征點(diǎn)檢測(cè)匹配算法獲取地標(biāo)在計(jì)算機(jī)視覺設(shè)備提取的視覺圖像中的二維坐標(biāo)
【文檔編號(hào)】G01S19/23GK103454650SQ201310364497
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】張軍, 李銳, 付立 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)