运动视觉平台点目标定位误差分析和平台最优运动轨迹设计*张红良，俞先国，王梓(国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073)摘要：对运动视觉平台点目标定位问题进行了研究，介绍了基于视觉共线方程的目标定位方法，分析了共线方程关于视线约束的实质，在观测视线相关坐标系推导了视线方向角矢量对目标定位误差的影响规律，分析了多观测对定位误差的影响，并基于最小化目标定位误差推导了视觉平台的最优运动轨迹，利用简单明了的分析方法得到了与已有文献优化Fisher信息矩阵方法一致的结论。利用仿真和试验对定位误差和最优轨迹进行了验证，证实了定位误差理论分析和最优运动轨迹设计的正确性。关键词:目标定位；视觉；误差分析；最优运动轨迹中图分类号:V557文献标志码:A文章编号:ErroranalysisandoptimalmaneuvertrajectorydesignofthepointtargetlocationbasedonamovingvisualplatformZHANGHongliang,YUXianguo,WANGZi(CollegeofAerospaceScienceandTechnology,NationalUniversityDefenseTechnology,Changsha,410073,China)Abstract:Thepointtargetlocationbasedonamovingvisualplatformisconcerned・Afterintroducingthevisuallocationmethod,thispaperanalyzesthesight-linerestrictionofthecollinearequation.Errorimpactofview-lineanglevectortothepointtargetlocationisdeducedintheview-lineassociatedcoordinatesystem・Multi-timemeasurementsarealsoconcernedinthelocationerroranalysis・Basedontheminimizationofthetargetlocationerror,theoptimalmaneuvertrajectoryoftheobserverplatformisdesigned.Usingamethodthatissimplerandeasiertounderstand,TispapergetsresultssamewiththemethodbymaximizingthedeterminantoftheFisherinformationmatrix.Simulationsandtestswereperformed,andresultsshowthatthetargetlocationerroranalysisandtheplatformoptimalmaneuvertrajectorydesignarevalid.Keywords:targetlocation;visual;erroranalysis;optimalmaneuvertrajectory视觉平台指安装了视觉、红外、电视等视觉传感器的平台。基于运动视觉平台对目标定[1-3]、卫星遥感和位广泛应用于无人机对地测量侦察⑷、机器人目标抓取⑸和空间任务视觉测⑹等场合。本文考虑小型侦察无人机对目标量定位的典型应用，假设观测目标为点目标，仅能通过图像处理、目标识别和跟踪等获取目标相对运动视觉平台的方向信息。当目标为静止或准静止吋，对目标定位可[7-9]采用计算机视觉领域的“三角测量法”，其本质与被动侦察领域的“测向交叉法”相同，即利用视觉成像模型建立目标视线方向的约束，多个时刻光学平台的视线方向交叉优化测葷目标位置。当目标为运动目标时，定位较为复杂，一般需假设目标运动满足一定条件[9_11]本文仅考虑对静止或准静止目标定位情形。视觉平台目标定位误差源一般包括标定误差(包括像机内外参数误差)、匹配误差和结构参数误差等多种因素[4/已有文献对航空平台姿态和位置引起的定位误差分析一般借助蒙特[13,14]卡洛方法。但对于简单的小型无人机平台，姿态精度不高，目标方向测量误差将成为主要误差源。本文仅分析目标方向测量误差其对目标定位的影响，采用矢量偏导方法推导了误差理论公式，并采用数值仿真方法进行了验证。目标定位平台最优运动轨迹在被动侦察目标运动分析(TMA,TargetMotionAnalysis)领域有[15,16]较多的研究，比较经典的方法是优化收稿日期：2017-06-12资助项目：国防科技大学科研计划项目(ZK16-03-27),作者简介：张红良(1981-),男，江苏沛县人，讲师，国家重大科学仪器设备开发专项(2013YQ140517)E-mail:mrzhanghongliang@163.comFisher信息矩阵(FIM,Fisherinformationmatrix)的行列式或CRLB(Cramer-Raolowbound)的迹。本文则从误差分析结果出发，依(p-Rct)=ZtRtT|=ztL据误差最小建立目标函数，最后推导得到最优轨迹，结论与文献口6]采用Fisher信息矩阵优化得到的结论根本上完全一致。1运动视觉平台对目标定位方法1.1共线方程根据视觉成像原理【7]，一般定义视觉测量坐标系(C系)原点为视觉传感器光心，Zc轴与视觉传感器光轴重合，Xc、W...