[發明專利]一種具有旋轉不變性的海底地形二維匹配輔助導航方法

在審

• 申請號: 201410394482.3
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN104154911A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 徐曉蘇;岳增陽;李佩娟;張濤;湯郡郡
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李昊

技術領域

本發明涉及一種具有旋轉不變特性的海底地形二維匹配輔助導航方法，屬于水下輔助導航技術領域。

背景技術

地形輔助導航技術的研究始于40多年前，并于上世紀80年代中期通過一架CV-580設備試驗機首次進行了應用測試。目前，國內外已經研究并開發了多種地形輔助導航系統，其中幾個較為成熟的地形輔助導航系統已在實戰中裝備武器并得到成功的檢驗。

目前，國外地形輔助導航技術的成熟應用，還只限于飛機以及低空航行器導航，隨著水下潛器應用領域的拓寬，對相關技術的需求不斷增加，促進了科學家對水下地形輔助導航技術的研究。國內在水下潛器領域還沒有成功應用地形輔助導航技術的例子，國外的水下潛器是否裝有地形輔助導航系統也不得而知，但從現有的資料可知，國外在水下地形輔助導航技術的研究方面已取得了階段性的成果，由于涉及保密性，所以具體使用技術未知。

綜上可以看出，國外到目前階段已經進入水下導航設備及系統的生產和海試階段，而我國仍停留在理論和算法研究階段，其中，地形匹配輔助導航算法是研究重點，目前國內最新的相關研究算法有基于單波束測深的ICCP匹配算法，基于海床特征地貌的水下導航方法研究，基于等深線圖像的地形匹配算法研究以及基于FFT的海底地形二維匹配技術研究等。但是，上述算法要么是基于單波束序列的一維匹配，在信息豐富度和算法適應性方面較弱；要么是沒有考慮潛器的各種方向的運動適配問題，即抗旋轉的匹配問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于針對現有技術存在的缺陷提出一種具有旋轉不變性的海底地形二維匹配輔助導航方法。

技術方案：本發明的具有旋轉不變性的海底地形二維匹配輔助導航方法，包括以下步驟：

1)從多波束測深系統獲得實時的條帶掃測深度值矩陣陣列，并將高程陣列值轉化為灰度值得到模板灰度圖；讀取主導航系統誤差范圍內區域的地形二維高程陣列值轉化為灰度值，以形成背景灰度圖；

2)采用旋轉不變的圖像矩函數作為特征量，將背景灰度圖中搜索與模板灰度圖特征量匹配的區域、獲得多波束測深系統實時掃測時所處的位置。

進一步地，還包括步驟3)：運行步驟1)和步驟2)若干次，利用多次匹配的結果得到精確航跡并返回至主導航系統修正誤差。

進一步地，所述的旋轉不變圖像矩函數為Zernike矩、Hu矩或小波矩。

進一步地，所述在背景灰度圖中搜索與模板灰度圖特征量匹配的區域的方法具體為，在背景灰度圖中取出一系列子圖，并在計算子圖的圖像矩函數特征量與計算得到的模板灰度圖的圖像矩函數特征量相比較，通過找到與模板灰度圖最匹配的子圖，然后以該子圖在背景灰度圖的位置作為模板灰度圖的位置，以確定多波束測深系統實時掃描時所處的位置，其中在計算子圖和模板灰度圖圖像矩函數特征量匹配的過程中采用圓窗口化處理后再計算特征量。

進一步地，所述步驟1)具體為：

從多波束測深系統獲得實時的條帶掃測深度值矩形陣列，根據主慣導誤差范圍從原始先驗數據庫得到背景深度值矩陣陣列；

把各個深度值轉化成0-255之間的灰度值，通過下述公式歸一化灰度轉換，使深度值矩陣陣列形成待匹配的背景灰度圖和模板灰度圖；