態(tài)的差異達到指定閾值范圍時執(zhí)行當前任務。
[0089] 較佳地，為了節(jié)省相機預測姿態(tài)調整時間及拍攝照片清晰度更高，在其中一個目 標跟蹤方法的實施例中，在進行步驟S300之前，還包括判斷所述載荷與所述目標之間的距 離是否在預設距離范圍內的步驟，若是，則執(zhí)行步驟S300,根據所述載荷的移動速度以及所 述高精度定位定姿系統(tǒng)中的GNSS天線與相機之間的幾何位置關系，計算所述相機投影中 心的三維空間坐標的步驟；若否，則等待下一個循環(huán)周期繼續(xù)判斷所述距離。
[0090] 其中，目標和載荷之間的距離可通過目標三維空間坐標和載荷三維空間坐標進行 計算。而預設距離可根據無人機的飛行高度及照片清晰度的要求進行設置。
[0091] 另外，伺服系統(tǒng)對吊艙進行方位調節(jié)后，本發(fā)明的目標跟蹤方法中，在步驟根據所 述目標方位角及所述目標姿態(tài)角計算所述相機的預測姿態(tài)之后，還包括判斷所述相機方位 角和相機姿態(tài)角分別與所述目標方位角和所述目標姿態(tài)角之間的差值是否均在預設差值 范圍內，若是，則繼續(xù)執(zhí)行所述在所述曝光位置對所述目標進行拍照的步驟；若否，則返回 執(zhí)行計算所述相機相機投影中心三維空間坐標的步驟。本發(fā)明實施例的方法中對調節(jié)結果 進行再次判斷，避免由于計算或者參數(shù)誤差導致相機預測姿態(tài)計算錯誤導致相機拍攝圖像 不準確的問題。
[0092] 作為一種可實施方式，如圖3所示，吊艙010可通過穩(wěn)定平臺005與無人飛機等 運行載體主體相連接。還在吊艙中還安裝有慣性測量單元（IMU，Inertial Measurement Unit) 006,其(IMU)和GNSS接收機善組詢?yōu)楦呔榷ㄎ欢ㄗ讼到y(tǒng)的纟目成部分。同 時，相機007也設置在吊艙中，如圖中所示，相機007中心與頂U006的中心之間一般存在一 定的距離。且一般在定位定姿系統(tǒng)中的GNSS天線與所述相機之間有預設位置差。
[0093] 在伺服控制系統(tǒng)驅動下，穩(wěn)定平臺不斷調整吊艙姿態(tài)，使相機能夠準確跟蹤目標。 驅動穩(wěn)定平臺方位、俯仰軸電機（兩軸平臺，對于三軸穩(wěn)定平臺，還包括側滾軸電機）分別 執(zhí)行水平、垂直（及側滾）旋轉動作，從而實現(xiàn)目標指向和跟蹤。由于相機焦距長視場窄， 為達到高精度自動跟蹤的目的，需要準確測定相機投影中心的三維空間位置及姿態(tài)。吊艙 與載體為非固連關系，吊艙不斷調整姿態(tài)使相機投影中心與GNSS天線的相位中心之間的 相對位置關系不斷發(fā)生變化。因此，需要結合GNSS、頂U、相機、穩(wěn)定平臺之間的幾何安置關 系及頂U姿態(tài)、穩(wěn)定平臺相對載體的姿態(tài)進行實時動態(tài)改正，準確計算相機投影中心的三 維空間位置。
[0094] 而本發(fā)明中所述的載荷是指設置在無人機等運行主體上的用于目標跟蹤的設備， 包括吊艙、吊艙中的裝置，以及直接設置在無人機主體上的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)接收機天線 等。
[0095] 相機投影中心三維空間坐標可以表示為GNSS天線的相位中心與穩(wěn)定 平臺參考中心的偏心分量Δ.ι$ IMU幾何參考中心與吊艙中心的偏心分量
[Arf Ayf Azf 、相機投影中心與頂U幾何中心的偏心分量Ag Δζ/>曝光延 遲時間t。、飛行速度（vx，vy，vz)、GNSS測量值[x e ye zj τ、頂U姿態(tài)測量值（R，Ρ，Η)的函數(shù)， 即：
[0097] 具體地，步驟S300根據所述載荷的移動速度以及所述高精度定位定姿系統(tǒng)中的 GNSS天線與相機之間的幾何位置關系，計算所述相機的曝光位置的投影中心三維空間坐 標，包括以下步驟：
[0098] S310,計算GNSS天線的相位中心在吊艙坐標系中GNSS吊艙坐標系坐標。此步驟 將未定平臺參考坐標轉換到吊艙坐標系中。
[0099] 穩(wěn)定平臺測角系統(tǒng)記錄了每一時刻平臺繞X軸、Y軸、Z軸的旋轉角度α，β，Υ， 結合GNSS天線的相位中心與穩(wěn)定平臺參考中心的偏心分量
>通過下式
可以計算出GNSS天線的相位中心在吊艙坐標系中的坐標
[0
[0 為GNSS天線 的相位中心從穩(wěn)定平臺參考坐標系到吊艙坐標系的轉換矩陣。
[0102] S320,根據所述GNSS吊艙坐標系坐標，通過下式計算GNSS天線的相位中心在頂U 本體坐標系中的GNSS慣性坐標系坐標此步驟將吊艙坐標系轉換到頂U坐 〇 標系。
[0104] S330,根據所述GNSS慣性坐標系坐標，通過下式計算相機投影中心在導航系中的 相機導航坐標M 本步驟將頂U本體坐標系轉換到導航坐標系。 G CN 105184776 A I兄明書 10/13 頁
為GNSS天 線的相位中心從頂u本體坐標系到導航坐標系的轉換矩陣，g 為相機投影中心 在頂U坐標系中的坐標。
[0107] S340,根據發(fā)出相機曝光指令到所述相機曝光完成的時間延遲，結合所述載體的 移動速度計算所述相機投影中心在導航系內的相機坐標增量。
[0108] 從發(fā)出相機曝光指令到相機曝光完成需要一定的時間間隔，即時間延遲。為了準 確獲取相機曝光位置，需要根據相機運動速度矢量及時間延遲間隔對曝光位置進行預測。 相機預測模型為：
[0110] 式中，vx，vy，VzS慣性測量單元IMU測量的在導航系的速度矢量，t。為相機曝光延 遲時間，[dx dy也]"為曝光延遲導致的相機投影中心在導航系內的坐標增量。
[0111] S350,將所述相機導航坐標和所述相機坐標增量之和作為相機投影中心在導航系 內的相機導航最終坐標，并根據所述相機導航最終坐標計算所述相機投影中心在地心坐標 系中的坐標作為所述相機投影中心三維空間坐標。
[0112] 首先，將相機投影中心從導航坐標轉換到地心坐標系中。相機投影中心在地心坐 標系中的坐標為：
為相機 投影中心從導航坐標系到地心坐標系的轉換矩陣，[& I zj τ為天線的相位中心在地心坐 標系的坐標。
[0116] 最后，由式（2)-(6)式，可以得到相機投影中心三維空間位置實時解算模型為： CN 105184776 A 說明書 11/13 頁
[0118] 式中，即為預測的相機投影中心三維空間坐標。
[0119] 步驟S500,根據所述目標方位角及所述目標姿態(tài)角計算所述相機的預測姿態(tài)，包 括以下步驟：
[0120] S510,將所述投影中心三維空間坐標轉換成地理坐標。
[0121] S520,將所述目標三維空間坐標轉換成相對所述預測的相機投影中心的站心坐 標。
[0122] S530,根據所述目標相對預測的相機投影中心的站心坐標構造相機的姿態(tài)矩陣。
[0123] 而有前面所述可知，在其中一個實施中，伺服系統(tǒng)通過穩(wěn)定平臺005調整吊艙的 姿態(tài)從而達到調整相機姿態(tài)的目的。相應的，在這一實施例中，在調整所述相機的姿態(tài)到所 述預測姿態(tài)之前還包括以下步驟：
[0124] S540,獲取所述慣性測量單元與所述相機之間的安置角誤差，并根據所述安置角 誤差及所述相機姿態(tài)矩陣計算得到所述慣性測量單元的姿態(tài)矩陣。
[0125] S550,根據所述慣性測量單元的姿態(tài)矩陣反求所述慣性測量單元的橫滾角、俯仰 角及航向角，確定所述慣性測量單元的預測姿態(tài)。
[0126] 具體的，可使用公式：
[0127] {t'JJi) = 77(a-；,_v；'.z；·) ( g )
[0128] 將所述預測的相機投影中心三維空間坐標轉換成地理坐標；其中，（b，1，h)為所 述預測的相機投影中心的大地坐標，1^為所述預測的相機投影中心三維空間坐標轉為大地 坐標的轉換函數(shù)，為所述預測的相機投影中心在地心坐標系中的三維空間坐標；
[0129] 使用公式
將所述目標三維空間坐標 轉換成相對所述預測的相機投影中心的站心坐標；其中，
為目標在以預測的 相機投影中心為原點的站心坐標系中的坐標，X 為目標點在地心坐標系中的 目標三維空間坐標；
[0132] 構造的相機姿態(tài)矩陣釋如下：
[0137] 所述慣性測量單元與所述相機之間的安置角誤差為ΛΓ，Λρ，Ah， 所述安置角誤差構成的從像空間坐標系到慣性測量單元本體坐標系 的旋轉矩陣為：
慣性測量單元的姿態(tài)矩陣# 為：
且
[0138] 對所述慣性測量單元的姿態(tài)矩陣if進行反算，得到預測的慣性測量單元的橫滾 角A、俯仰角P1及航向角h :。伺服系統(tǒng)根據反算的慣性測量單元姿態(tài)調整吊艙，使慣性測 量單元的橫滾角、俯仰角及航向角達到預測的慣性測量單元姿態(tài)，從而也就使相機調整到 預測姿態(tài)，完成目標跟蹤。
[0139] 另外，為了適用于多個目標的跟蹤，在所述曝光位置對所述目標進行拍照后，還包 括以下步驟：
[0140] 查詢任務列表中是否有下一目標需要跟蹤，若是，則繼續(xù)獲取下一目標的新目標 三維空間坐標；若否，則結束目標跟蹤。實現(xiàn)多目標跟蹤。
[0141] 本領域普通技術人員可以理解，實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程可以通 過計算機程序控制相關硬件完成，所述的程序可存儲于