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基于图像跟踪的无人机定位方法研究

王凤娟  
【摘要】: 图像导航是通过对机载传感器获得的图像进行分析和处理来获得导航定位参数的一种技术。信息丰富、成本低廉、完全自主等优越性使得图像导航已成为目前国内外导航技术的研究焦点。 本文在了解了各种常用导航方法的基础上,对无人机图像导航领域的研究现状、算法原理及特点进行了深入分析。最成熟的研究成果是通过一幅实时图像得到多个地标点的同名点信息,然后根据摄影测量原理求解飞行器位置参数和姿态参数。该方法要求导航计算机能够存储大量的匹配地图,并且实时图像上的同名点个数要在三个及三个以上。 针对以上问题,本文提出了基于图像跟踪的单点定位算法。若能利用激光测距仪测得无人机与地标点之间的距离量,利用主动式定位算法就可以解算出精度较高的无人机实时定位参数。但激光测距仪存在易暴露、易受干扰等缺点。 鉴于测距仪使用的局限性,本文又提出了被动式单点定位算法。本算法先对地标点进行跟踪,然后利用实时的像点坐标、光轴平台角、无人机姿态角等信息,根据空间几何关系解算出无人机定位参数。将主动式和被动式单点定位方法相结合,可以扩宽无人机图像导航的范围。本文对基于图像跟踪的单点定位算法进行了算法推导,仿真结果表明了算法的有效性。 最后,将本文提出的单点定位算法与捷联惯导系统一起构成组合导航系统,重点推导了适于该系统的集中式Kalman滤波器的状态方程和量测方程。


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