[發(fā)明專利]一種機(jī)載光學(xué)魯棒景像匹配導(dǎo)航定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110215505.6
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102322864A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙龍;段勇勇;龍佳
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 李新華;賈玉忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)載景像匹配導(dǎo)航定位方法，特別是一種機(jī)載光學(xué)魯棒景像匹配導(dǎo)航定位方法，適用于機(jī)載景像匹配導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)

景像匹配技術(shù)是利用飛行器裝載圖像傳感器在飛行過程中采集的實(shí)時(shí)景像圖與預(yù)先制備的基準(zhǔn)景像圖進(jìn)行實(shí)時(shí)匹配計(jì)算而獲得精確定位信息的技術(shù)。從海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭和伊拉克戰(zhàn)爭中可以看出，歐美等先進(jìn)國家將景像匹配技術(shù)應(yīng)用在戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)和無人機(jī)上取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和軍事效益。目前，我國利用景像匹配技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)精確導(dǎo)航定位以及對地精確攻擊的應(yīng)用研究才剛剛起步，尚未系統(tǒng)地、深入地開展機(jī)載景像匹配關(guān)鍵技術(shù)問題研究，與國外先進(jìn)水平差距很大，嚴(yán)重制約了我國機(jī)載景像匹配系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用。在當(dāng)前的嚴(yán)峻形式下，特別是在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)尚未建成(預(yù)計(jì)2020年建成)的情況下，我國應(yīng)大力發(fā)展機(jī)載景像匹配導(dǎo)航技術(shù)，以提高我國軍用飛機(jī)的導(dǎo)航定位精度和精確對地攻擊精度。景像匹配技術(shù)在巡航彈等精確制導(dǎo)武器上應(yīng)用時(shí)，其在低空以勻速直線運(yùn)動穿過匹配區(qū)，航線以及匹配區(qū)的位置和大小都是預(yù)先確定的。然而在飛機(jī)上應(yīng)用時(shí)，受飛機(jī)飛行高度、機(jī)動性以及飛行航線(除民航客機(jī))等不確定因素的影響，飛機(jī)的運(yùn)動不再是直線運(yùn)動，因此導(dǎo)致景像匹配技術(shù)在飛機(jī)上應(yīng)用時(shí)產(chǎn)生了諸多新問題。由于基準(zhǔn)圖像和實(shí)時(shí)圖像拍攝的時(shí)間、季節(jié)以及天氣條件不同等因素使得實(shí)時(shí)圖像與基準(zhǔn)圖像存在差異，而且飛機(jī)的機(jī)動飛行、飛行高度變化以及環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致實(shí)時(shí)圖像間的差異較大，雖經(jīng)自適應(yīng)處理和校正，但和基準(zhǔn)圖像相比還存在差異，因此利用不同條件下獲取的實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行匹配定位，不同算法的匹配成功率是不一樣的。在充分分析現(xiàn)有景像匹配算法適應(yīng)性和相關(guān)性的基礎(chǔ)上，研究在不同實(shí)時(shí)圖像與基準(zhǔn)圖像條件下景像匹配算法的適應(yīng)性，獲得復(fù)雜飛行過程和飛行環(huán)境與匹配算法可靠性間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上提出適應(yīng)性強(qiáng)的魯棒景像匹配算法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：克服現(xiàn)有景像匹配算法在飛機(jī)上應(yīng)用時(shí)匹配系統(tǒng)可靠性降低，提出一種機(jī)載光學(xué)魯棒景像匹配導(dǎo)航定位方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：建立復(fù)雜飛行條件下各種匹配算法與系統(tǒng)匹配概率間的關(guān)系模型，根據(jù)關(guān)系模型建立景像匹配算法的使用條件和適用范圍，形成算法的使用規(guī)則，根據(jù)圖像的先驗(yàn)信息基于知識推理自適應(yīng)選擇算法或算法組合完成景像匹配導(dǎo)航定位，提高機(jī)載景像匹配系統(tǒng)的魯棒性和可靠性。具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

(1)分析現(xiàn)有景像匹配算法在復(fù)雜飛行條件下的適應(yīng)性，具體特征為

(1.1)所述現(xiàn)有景像匹配算法為像素級匹配算法和特征級匹配算法；

(1.2)所述復(fù)雜飛行條件為飛機(jī)的機(jī)動飛行導(dǎo)致圖像產(chǎn)畸變，或者受天氣因素的影響導(dǎo)致圖像噪聲大或?qū)Ρ榷鹊停蛘呤軞饬鞯挠绊憣?dǎo)致圖像模糊，甚至不能成像，所述天氣因素包括云、雨、霧及煙塵。

(2)建立復(fù)雜飛行條件下各種匹配算法與系統(tǒng)匹配可靠性間的關(guān)系模型的步驟為：

(2.1)建立復(fù)雜飛行條件下的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)庫和基準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)包括計(jì)算機(jī)仿真生成圖像數(shù)據(jù)，半實(shí)物仿真系統(tǒng)仿真生成數(shù)據(jù)以及試飛實(shí)驗(yàn)采集的實(shí)際實(shí)時(shí)圖像；

(2.2)構(gòu)建像素級匹配算法和特征級匹配算法，像素級匹配算法為基于灰度相關(guān)運(yùn)算的算法和灰度級變換的算法，特征級匹配算法包括基于點(diǎn)特征、線特征、面特征以及點(diǎn)、線和面特征相結(jié)合的匹配算法；

(2.3)利用復(fù)雜飛行條件下的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)對每一種匹配算法進(jìn)行匹配運(yùn)算，統(tǒng)計(jì)分析每一種匹配算法的匹配概率與實(shí)時(shí)圖像先驗(yàn)信息間的關(guān)系，以及與基準(zhǔn)圖像的先驗(yàn)信息間的關(guān)系，所述先驗(yàn)信息間包括統(tǒng)計(jì)信息、相關(guān)運(yùn)算信息和紋理信息；

(2.4)根據(jù)實(shí)時(shí)圖像先驗(yàn)信息和基準(zhǔn)圖像先驗(yàn)信息與算法匹配概率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果建立實(shí)時(shí)圖像與系統(tǒng)可靠性間的關(guān)系模型。

(3)根據(jù)匹配算法與系統(tǒng)匹配可靠性間的關(guān)系模型建立景像匹配算法的使用條件和使用范圍，形成算法使用規(guī)則庫和算法庫的步驟為：

(3.1)根據(jù)匹配算法與系統(tǒng)匹配可靠性間的關(guān)系模型建立每一種匹配算法的使用條件和適用范圍；

(3.2)根據(jù)匹配算法與系統(tǒng)匹配可靠性間的關(guān)系模型，匹配算法的使用條件和適用范圍以及實(shí)時(shí)圖像和基準(zhǔn)圖像的先驗(yàn)信息將各種匹配算法進(jìn)行分類，建立匹配算法庫和算法使用規(guī)則庫。

(4)根據(jù)圖像的先驗(yàn)信息基于知識推理自適應(yīng)選擇算法或算法組合完成機(jī)載景像匹配定位的步驟為：