基于在线标校的无人机遥测参数修正方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字视频图像处理技术领域，具体涉及一种基于在线标校的无人机遥 测参数修正方法。
【背景技术】
[0002] 无人机在军事和民用方面都具有广泛的应用价值，长期以来都是国内外很多机构 和组织的热点研究项目。
[0003] 侦察是无人机与生倶来的使命，无人机侦察图像已成为快速有效获取情报的重要 手段，在历次局部战争中发挥着越来越重要的作用。虽然利用无人机侦察图像能够发现和 识别目标，但是由于成像时刻受各种外在因素的影响，导致无人机的各个遥测参数存在误 差，且不具有精确的地理坐标，从而不能限值了之后的目标定位等操作的精度。因此，为充 分发挥无人机的作战效能，需要采取某种技术手段对获取的侦察图像进行有效处理，修正 无人机的各个遥测参数的误差，从而为后续的计算提供较为准确的测量参数。
【发明内容】
[0004] 本发明提出了基于在线标校的无人机遥测参数修正方法，目的是修正无人机的遥 测参数的误差，从而为后续的计算提供较为准确的测量参数。首先在无人机执行任务前按 照既定航线进行飞行，并获得多张包含地面控制点的图像，再利用单像后方交会的思想，对 无人机的经炜度，高度，飞机姿态角和平台姿态角进行误差分析，从而达到修正各个遥测参 数的目的。
[0005] 基于在线标校的无人机遥测参数修正方法，包括以下几个步骤：
[0006] 第一步，根据地面控制点的分布情况进行航线规划；
[0007] 根据地面控制点的分布情况，令无人机对包含至少4个地面控制点的地区进行持 续拍摄，从而获取在无人机多角度的情况下的拍摄图像。要求在图像中地面控制点的分布 尽量分散，无人机的各个姿态尽量包含整个跨度。
[0008] 1)控制点分布：
[0009] 由于在相同高度和焦距不变的前提下，无人机在垂直下视的情况下，图像对应的 真实地理范围最小，因此，只要分析出垂直下视的情况下控制点的分布情况就可以保证无 人机在任意姿态下都可以将地面控制点全数拍摄到图片中。为保证控制点的分布较为分 散，现将图像简单的分成九宫格的形式，如图1所示。由于该方法需要至少4个地面控制点， 因此，我们将这4个地面控制点分别放置在1~4个部分中即可。
[0010] 2)规划航线，保证姿态覆盖范围：
[0011] 由于无人机在执行任务的过程中，飞机高度、飞机横滚角和飞机俯仰角都较小，因 此只需要重点考虑飞机航向角以及平台方向角和平台高低角即可。图2给出了一个航带规 划的例子。按照该航线飞行，可以使得飞机航向角和平台方向角均满足360°的变化范围， 平台高低角满足几乎90°的变化范围；
[0012] 第二步，图像选取并记录相应的遥测信息；
[0013] 从规划航带所获得的图像中选取具有代表性的角度的多幅图像。同时需要记录下 获取的每帧图像对应时刻的飞机遥测信息，具体包括飞机的经度、炜度、高度、飞机俯仰角、 飞机横滚角、飞机航向角、平台高低角和平台方位角。值得注意的是飞机遥测参数与图像的 对应关系十分重要，实时性越高，之后的误差测量越准确；
[0014] 第三步，获得控制点的像素坐标；
[0015] 利用图像匹配技术将获得的多帧图像分别与包含地面控制点的基准图像进行匹 配，从而获得地面控制点在侦查图像中对应的像素坐标信息；
[0016] 第四步，基于空间后方交会的误差分析；
[0017] 利用图像相应的飞机遥测参数作为初始值。根据共线方程列出误差方程式，利用 多个控制点得到多组误差方程式，并根据最小二乘法得到法方程，从而求得无人机遥测参 数的改正数。其中误差方程式的系数由焦距、控制点像素坐标以及飞机遥测参数表示；
[0018] 第五步，根据多幅图像得到的误差进行误差预测模型建立；
[0019] 根据在规划航带上选取的多幅图像得到无人机的各个姿态在不同取值时对应的 误差。根据多幅图像得到的误差，利用最小二乘法建立无人机的各个遥测参数的误差预测 模型。
[0020] 本发明的优点在于：
[0021] (1)由于是在每次执行任务之前进行误差测量，所以得到的误差对该环境的适用 性强；
[0022] (2)修正了无人机的经炜度和姿态角的误差，从而提高定位精度。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明的地面控制点布置示意图；
[0024] 图2是本发明的规划航线示意图；
[0025] 图3是本发明的方法流程图；
[0026] 图4是本发明的利用空间后方交会求遥测参数误差部分的流程图。
【具体实施方式】
[0027] 下面将结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。
[0028] 本发明是一种基于在线标校的无人机遥测参数修正方法，流程如图3示，首先，当 无人机有飞行航拍任务的时候，先在布置了控制点区域的上空按照事先规划的航路进行飞 行，得到多幅不同姿态下的包含地面控制点的航拍图像。之后该发明将后方交会于飞机信 息结合，从而从飞机垂直下视的情况推广到了更加广泛的飞机飞行和拍摄情况。对于得到 的各遥测参数的误差，该发明利用最小二乘拟合的思想进行回归，从而实现对后续的遥测 参数的误差补偿，本发明包括以下几个步骤：
[0029] 第一步，根据地面控制点的分布情况进行航线规划；
[0030] 根据地面控制点的分布情况，令无人机对包含至少4个地面控制点的地区进行持 续拍摄，从而获取在无人机多角度的情况下的拍摄图像。
[0031] 下面具体说明如何布置地面控制点，并提出一种可以保证飞机各个姿态角覆盖一 定变化范围的航线规划方案：
[0032] 1)控制点布置：
[0033] 由于在相同高度和焦距不变的前提下，无人机在垂直下视的情况下，图像对应的 真实地理范围最小，因此，只要分析出垂直下视的情况下控制点的分布情况就可以保证无 人机在任意姿态下都可以叫地面控制点全数拍摄到图片中。设无人机的相机焦距为f，像元 尺寸为μ，拍摄的图像宽*高为W*L，飞机的工作高度为H。则在垂直下视的情况下，图像所 覆盖的地理范围是（W*H* μ /f) * (L*H* μ /f)。为保证控制点的分布较为分散，现将图像简单 的分成九宫格的形式，如图1所示。由于该方法需要至少4个地面控制点，因此，将这4个 地面控制点分别放置在1~4个部分中即可。反映在真实地面上即，在确定了 1号控制点 的情况下，可以在其东侧
范围内安置2号控制点。同理在1号 控制点南侧
>范围内安置3号控制点。再由2号和3号控制点确 定4号控制点即可。
[0034] 2)规划航线，保证姿态覆盖范围：
[0035] 令飞机航向角和平台方向角均为与正北夹角，顺时针为正，平台高低角为与水平 面夹角，垂直下视时为90°。由于无人机在执行任务的过程中，飞机高度、飞机横滚角和飞 机俯仰角都较小，因此只需要重点考虑飞机航向角以及平台方向角和平台高低角即可。图 2给出了一个航带规划的例子。在从1到5的飞行过程中，飞机航向角基本保持不变，平台 的方位角从接近90°到接近270°，平台高低角从一个小角度到90°又回到小角度。在从 5到14的飞行过程中，飞机航向角从90°经过360°旋转后回到90°，平台方向角从接近 270°经过360°的变化又回到270°附近，平台高低角也从一个小角度变化到接近90°。 因此，按照该航线飞行，可以使得飞机航向角和平台方向角均满足360°的变化范围，平台 高低角满足几乎90°的变化范围；
[0036] 第二步，图像选取并记录相应的遥测信息；
[0037] 从规划航带所获得的图像中选取具有代表性的角度的多幅图像，具体方法可以是 从图像序列中每隔一定帧数获取一帧图像。选取的