[發明專利]基于異源區域特征匹配的飛行器對地面目標定位方法

有效

• 申請號: 202310024723.4
• 申請日: 2023-01-09
• 公開（公告）號: CN115932823B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 滕錫超;劉學聰;李璋;卞一杰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S13/06
• 分類號: G01S13/06;G01S13/90;G06T7/73;G06T3/00;G06V10/44;G06V10/75;G06V10/74;G06V20/17
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 段盼姣

本申請涉及一種基于異源區域特征匹配的飛行器對地面目標定位方法。所述方法包括：通過先利用SAR成像幾何關系直接定位，再用異源圖像匹配定位的匹配策略，利用SAR成像幾何關系快速求解目標點經緯度坐標，可快速給定目標位置范圍，使下一步異源圖像匹配能夠獲取初始位置從而大幅減少計算量，充分利用了SAR成像信息。在本方法中，還利用MIRD特征描述子將SAR實時圖和光學基準圖進行同源化處理，使用SAD方法作為相似性度量，能夠有效獲取高精度的異源匹配結果，讀取SAR實時圖像中任意點對應光學基準圖中的經緯度位置信息，從而完成異源圖像匹配定位。

技術領域

本申請涉及計算機視覺及遙感技術領域，特別是涉及一種基于異源區域特征匹配的飛行器對地面目標定位方法。

背景技術

飛行器對地面目標定位是實現飛行器精確制導、目標偵察及地理測繪等任務的重要基礎和關鍵技術。現有的飛行器對地面目標定位可通過機載光電吊艙光學成像、激光瞄準或機載合成孔徑雷達對地成像實現，其中利用合成孔徑雷達（SAR）成像對地定位方式具有抗干擾能力強、穿透性好以及全天時全天候觀測等優點，而且其測距信息及成像幾何模型可在無地面控制點條件下直接提供地面目標概略位置信息，綜合了激光測距（獲取距離信息）和光學成像觀測（獲取目標外形信息）的優點。但在需要獲取高精度地面目標位置信息的應用中，由于機載SAR傳感器容易受到大氣湍流、機身震動等影響，因而利用SAR成像幾何關系模型直接確定地面目標位置往往存在較大的誤差，無法滿足實際應用需求。

為了實現更高精度的SAR圖像目標定位，可利用飛行器實時獲取的SAR圖像與高分辨率衛星基準圖匹配，實現更高精度的對地目標定位結果。考慮到實際應用中的基準數據的獲取來源范圍及制備保障難度，飛行器對地定位過程所用基準數據源可為光學衛星圖像（相比于SAR基準圖其來源更廣泛，更易獲取制備），因而需要進行異源圖像匹配，并基于匹配結果獲取地面目標經緯度信息。盡管通過機載SAR實時圖與光學基準圖異源匹配可獲得與光學基準圖中地理精度相當的定位結果，但成像模態的巨大差異使得SAR圖像與可見光圖像間的高精度匹配存在巨大的挑戰。相比于光學圖像的被動成像方式，SAR圖像是通過電磁波主動探測成像獲得，兩者在圖像特性上存在巨大差異；SAR圖像中的相干斑噪聲、非線性灰度變化以及非均勻幾何畸變導致其與光學圖像的準確匹配十分困難，目前高精度的SAR-可見光異源圖像匹配仍是計算機視覺及遙感領域的難點問題，基于SAR成像幾何及異源匹配的高精度飛行器對地面目標定位技術也具有重大的實用意義及工程價值。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種能夠增強實時性的同時進一步提升異源匹配魯棒性的基于異源區域特征匹配的飛行器對地面目標定位方法。

一種基于異源區域特征匹配的飛行器對地面目標定位方法，所述方法包括：

獲取飛行器參數、合成孔徑雷達的成像參數，以及由所述合成孔徑雷達搭載飛行器在空中探測地面目標得到的SAR實時圖像；

根據機載SAR成像三維幾何關系、飛行器參數以及成像參數計算得到所述目標位置距離所述飛行器的投影距離，以及雷達波束斜視角在地面投影的投影角度；

將機載SAR成像三維幾何關系投影到地平面后得到成像二維幾何關系，基于所述成像二維幾何關系，所述投影距離以及投影角度進行計算得到基于地理坐標系進行表達的地面目標與所述飛行器投影點之間的距離矢量；

根據所述飛行器參數，將所述距離矢量轉換到地心地固坐標系下以表示所述地面目標的粗略位置坐標，再將所述地面目標的粗略位置坐標轉換為WGS-84坐標系以得到所述地面目標的經度以及緯度；

根據所述地面目標的經度以及緯度，在由衛星得到光學圖像中裁剪相關區域的光學基準圖像；

根據距離度量、方差度量以及空間搜索域構建模態獨立區域描述子，并根據所述模態獨立區域描述子分別提取所述SAR實時圖像以及光學基準圖像的特征圖；

利用像素差絕對值作為相似性度量對所述SAR實時圖像以及光學基準圖像的特征圖進行異源圖像匹配，得到與SAR實時圖像匹配的光學基準圖像區域，并根據該區域提取所述目標位置的精準經度及緯度，以完成定位。