[發明專利]一種快速的多子圖關聯航向角估計方法

有效

• 申請號: 201610815297.6
• 申請日: 2016-09-12
• 公開（公告）號: CN106646490B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 卞紅雨;劉東宇;陳奕名;吳遠峰;楊嘉斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于數字圖像處理與快速導航技術領域，具體涉及一種快速的多子圖關聯航向角估計方法。本發明包括：在多波束測深聲納實時圖像中，從其探測矩形區域內等間距的截取三個圓形匹配子圖；對三張匹配子圖分別與海底基準圖，使用地形參數特征對子圖進行匹配定位，獲取三個位置坐標；根據匹配圖在基準圖的位置關系，判斷位置坐標可用性；如果可用，則連接三個圓形基準圖的圓心，并計算連線斜率，估計航向角；通過計算運行時間，并對比其他算法時效性。本發明雖然使用到了多個子圖的匹配，其運算時間大于單一子圖，然而針對本發明后續的幾何估計，卻能在時間上大大優于原始模板遍歷匹配法。

技術領域

本發明屬于數字圖像處理與快速導航技術領域，具體涉及一種快速的多子圖關聯航向角估計方法。

背景技術

水下地形匹配導航是屬于地球物理屬性導航的一種，是由潛航器采集實時圖，利用海底地形地貌的分布特征而進行的相關匹配運算。其采用的傳統方法一般是遍歷式搜索方法，應用TERCOM算法進行匹配，在已知地形中尋找與實測地形最為相近的子區域作為定位結果。但匹配定位正確率不高，不利于航向角的有效估計。

原始模板全局遍歷，最簡單的直接使用模板進行匹配，首先計算實時圖與基準子圖之間的歐氏距離，并將基準子圖在360°內按一定步長做旋轉，計算每個角度的歐氏距離，并以此步驟遍歷整個基準圖，尋找歐氏距離最小的匹配項。通過此方法能夠十分準確的匹配到準確位置，并能達到估計航向角的目的，但算法本身伴隨的是巨大的計算量，不利于實現。

多子圖位置關聯法，是本發明提出的一種具有更好實時性的一種方法，通過多子圖位置坐標點幾何法確定水下潛器航向角。對三張匹配子圖分別與基準圖進行匹配定位，獲取三個位置坐標；之后，根據匹配圖在基準圖的位置關系，判斷位置坐標可用性，選擇滿足條件的坐標來求取坐標連線斜率，并與基準圖正方向比較，可以得出水下潛器航向角。

本發明主要提出的是一種快速的多子圖位置關聯航向角估計方法。通過與文獻[1]所述方法進行對比，證實了此方法可以更快速的實現水下航向角估計。

與本發明相關的參考文獻包括：地形輔助導航方法和設備，勇楊，王可東，中國專利CNl01339036A。

發明內容

本發明的目的是提供一種快速的多子圖關聯航向角估計方法。

本發明的目的是這樣實現的：

(1)在多波束測深聲納實時圖像中，從其探測矩形區域內等間距的截取三個圓形匹配子圖；

(2)對三張匹配子圖分別與海底基準圖，使用地形參數特征對子圖進行匹配定位，獲取三個位置坐標；

(3)根據匹配圖在基準圖的位置關系，判斷位置坐標可用性；

(4)如果可用，則連接三個圓形基準圖的圓心，并計算連線斜率，估計航向角；

(5)如果不可用，則換取其他位置獲取實時圖，并從(1)處開始重新執行算法；

(6)通過計算運行時間，并對比其他算法時效性。

本發明的有益效果是：

本發明提出了一種快速的基于地形匹配的航向角估計方法，通過取三子圖分別匹配，其共同出錯概率遠遠小于現有技術中的單一子圖匹配。而且利用多子圖定位后的坐標幾何關系來估計航向角的辦法，從原理上增加了系統的容錯機制，只有在多個子圖同時滿足位置關系時，才會通過幾何算法估計，相比其他航向角估計方法，都是只局限于一幅實時圖匹配。從時間上，對于原始模板遍歷匹配，其計算量巨大，對實時性有著很大的影響；傳統的TERCOM算法雖然能體現出較好的實時性，然而準確率缺大大降低；相比之下，本發明雖然使用到了多個子圖的匹配，其運算時間大于單一子圖，然而針對本發明后續的幾何估計，卻能在時間上大大優于原始模板遍歷匹配法。

附圖說明