地形辅助导航匹配误差研究

地形辅助导航系统中最重要、研究也最深入的部分就是匹配算法,除了算法本身构建 之外,匹配精度与应用条件之间的关系也是算法研究的重要内容。以TERCOM算法为研究 对象,将研究地形特征、地图分辨率、初始误差、惯性导航系统精度、载体运行速度和匹配 序列长度等因素对匹配精度的影响,为匹配算法的工程应用提供理论基础。     

基于互相关的多源遥感图像匹配的改进算法

基于互相关的图像匹配算法是图像匹配中最经典的算法之一.本文主要从理论上分析了互相关用于多源图像匹配中可能导致出现误匹配的若干问题,提出了基于负指数的图像变换方法,增强提供精确匹配信息的像素的权重,并针对互相关曲面的特性,定义了新的匹配度量,来选取准确的图像匹配位置.利用星栽光学和星载SAR图像对算法进行了验证,实验表明,改进的算法用于多源图像的粗匹配的性能较原算法有大幅的提升,使得相关匹配算法具有更广的应用范围.     

惯性组合导航系统中的快速景象匹配算法研究

在景象匹配辅助导航中,特征点的选取是提高图像匹配速度、精度和鲁棒性的关键之 一。景象匹配中要求提取出的特征是那些可靠性高、辨别性强、计算量小的不变特征。提出 了基于SIFT特征的导航用快速景象匹配算法。算法首先针对惯性组合导航的工作特点, 对SIFT特征点检测及特征点匹配进行了优化设计,然后用RANSAC方法过滤掉错误匹配点,最 后,进行最小二乘精确匹配算法获取航向和位置偏差信息。实验分析了算法对不同分辨率图 像和不同区域的匹配适应性,抗噪声性能,匹配精度以及实时性,并与基于部分Hausdorff 距离的边缘特征景象匹配算法进行了对比。实验结果表明,算法的性能优越,在匹配速度、 精度和鲁棒性方面都优于部分Hausdorff距离算法,可以满足景象匹配导航系统匹配修正的 高性能要求。
     

用于飞行器导航的边缘匹配方法研究

地图匹配制导由于具有良好的自主性而成为飞行器导航的一种重要方式。本文首先从飞行器导航的应用出发，对于可用于地图匹配制导的匹配方法的特点进行了分析；然后，提出了一种基于二值边缘新的匹配度量，并给出了基于距离变换的边缘二值图像匹配方法；通过采用航片与卫片、可见光图像与合成孔径雷达图像等所进行的大量实验，结果表明本文所提出的方法比常用的平均绝对算法和归一化互相关算法速度更快、匹配定位精度更高     

一种基于SIFT和KLT相结合的特征点跟踪方法研究

在目标发生明显姿态和大小变化条件下,为了利用基于特征点的跟踪算法实现对目标可靠、稳定跟踪,提出了一种SIFT算法和KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)匹配算法相结合的特征点跟踪方法。通过对SIFT算法进行优化,使得到特征点分布相对均匀,同时不存在聚集现象;通过对KLT匹配算法进行分层迭代设计,提高了目标作快速运动时的匹配精度;最后根据特征点匹配结果,结合Greedy算法得到目标的准确位置。实验结果表明：该算法能够很好地适应目标姿态和大小的变化,实现对结构复杂目标的稳定跟踪;比KLT跟踪算法具有更好的鲁棒性和稳定性,能得到更加准确的目标位置。      

用于地图匹配的多谷快速寻优方法

当失配度量函数定义之后,地图匹配问题就变为了二维随机多谷函数的寻优问题。多谷快速寻优方法是作者提出的解决失配度量寻优的一种新方法。本文应用这种方法,变地图匹配中的穷举搜索为定向局部搜索,从而节省了计算,保证了匹配定位精度。本文还针对平均绝对差算法推导了门限与漏警概率的关系,给出了保证一定漏警概率的门限系数分布区间。最后,使用本文的方法在三幅航空照片上进行了大量的匹配实验,并与序贯相似性检测算法进行了比较,验证了方法的正确性,同时表明多谷快速寻优方法用于地图匹配具有定位精度高,计算量小,参数易于选择等优点。     

连续景象匹配的后处理算法

下视景象匹配是各类巡航飞行器实现导航误差修正的关键技术。由于基准图和实时图存在差异，配准点往往落在相关阵的次峰上，导致匹配的失败。提出了N帧连续景象匹配决策的图论算法。该算法利用单帧匹配后形成的相关阵中的主次峰信息以及惯导的位移信息，进行多帧景象匹配的一致性决策。由于引入了相关阵中的次峰信息并结合惯导位移的一致性判断，使得匹配算法能有效剔除误匹配点，从而提高算法的鲁棒性和匹配概率。     

关于太阳耀斑观测的地图匹配算法实现

利用海洋的镜面反射进行太阳耀斑观测,要求以星下点为中心的卫星视场必须落在海洋区内。针对如何判定卫星视场和海岸线地图的位置关系问题,文章将卫星视场构成的矩形区域与海岸线地图构成的不规则多边形区域等效为多条线段集合,并提出一种把判断矩形与不规则多边形位置关系转化成判断等效线段之间位置关系的算法。该算法与传统的线段裁剪法或多边形裁剪法比较,具有无需求取线段交点、判断次数大幅减小等优点,能够达到快速判断能否进行耀斑观测的目的。     

小天体探测器着陆图像匹配改进算法

针对小天体探测器着陆图像匹配信息存在数据量大、计算机存储空间有限等问题,提出一种基于改进BRISK和RANSAC的小天体探测器着陆图像匹配算法。首先,在Harris角点检测算法中引入尺度估计和尺度空间,在特征描述子建立阶段改进BRISK算法,提出降低相关性的采样点对选择策略,以减少计算量;然后,利用改进的RANSAC算法去除误匹配。在图像旋转、光照强度、高斯噪声、尺度因子的干扰影响下,仿真分析改进算法与基于BRISK的经典算法的匹配结果。分析结果表明:改进算法减少了计算量和存储空间,并在一定干扰情况下具有鲁棒性,可为后续视觉导航提供有效的陆标信息。     

基于改进ORB的月面着陆视觉导航的配准方法

月球探测器在下降着陆过程中探测到的月面图像灰度均匀,缺少纹理信息,而视觉辅助导航采用传统ORB算法对灰度均匀的月面图像检测出的特征点数量较少,容易出现团簇现象,因此提出一种基于改进ORB算法的图像特征提取与匹配算法。首先对月面图像构建金字塔尺度空间模型,设置自适应阈值并构建掩膜逐一分块检测特征点;然后采用非极大值抑制使特征点分布均匀,消除聚集现象再进行特征匹配;最后结合渐进一致采样算法剔除误匹配,并计算下降序列图像间的位置变换关系。实验结果表明:该方法对于存在大尺度、旋转变化情况下的月面图像,在匹配精度方面比ORB提高10%～13%,在月面着陆视觉导航应用方面具有较好的适用性。     

ICP算法在地磁辅助导航中的应用

利用地磁信息进行辅助导航是组合导航技术研究的新方向。文中对地磁辅助导航的原理和发展现状进行了介绍,并在分析地磁特征的基础上,研究了利用地磁异常特征进行ICP匹配定位的方法。根据应用环境,对ICP算法进行了以下改进:首先,受模拟退火法的启发,提出采用扇形扫描法搜索最优匹配,推动ICP算法向全局最优迭代;其次,结合RANSAC法,有效地剔除了地磁测量中的野值点,提高了算法的鲁棒性。仿真结果证实了改进算法的良好性能。     

基于哈特莱变换的快速图像模板匹配算法

去均值归一化模板互相关(ZNCC)是工程中应用最多的图像匹配算法,但过高的计算复杂度严重限制了其在实时系统中的应用.针对这一问题,提出了基于快速哈特莱变换的快速模板图像匹配算法,首先推导了该算法在哈特莱域的表达式,利用可分离的快速哈特莱变换对相关面进行高效率整体计算,然后在空间域对获取的相关面进行快速归一化处理和极值搜索,并通过空间换取时间和积分图的策略进一步加快算法的计算速度.对算法计算量的定量分析和仿真实验结果表明,算法计算效率高,并且可以完全重构,加速比与图像内容无关,综合性能全面优于现有算法,具有良好的工程应用前景.     

景象匹配辅助导航系统中的精确图象匹配算法研究

景象匹配辅助导航系统需要在获取飞行器位置偏差的同时获取飞行器相对预定航迹的航向偏差，即获取实测图相对于参考图之间的旋转变换参数。为此，将最小二乘原理引入景象匹配辅助导航系统以获取图象匹配时的旋转变换参数。由于最小二乘原理只能用于一一对应点集的匹配，为此，在给出实时确定图象特征点集一一对应关系方法的基础上引入了最小二乘原理以计算该图象一一对应点集之间的最优相似变换参数，从而构成了应用于景象匹配辅助导航系统的精确图象匹配算法。仿真结果表明，本文研究的精确图象匹配算法在对50个一一对应点对匹配时可以在0．1秒以内完成，且相似参数计算准确，满足了景象匹配辅助导航系统对图象匹配算法准确性和实时性的性能要求。     

不依赖GPS的磁图测绘与校正新方法

针对水下磁场测绘中因载体难以经常上浮修正导航误差而导致的测绘结果坐标误差较大的问题,结合磁场测量的特殊性,并采用边导航边校正的思想,提出了一种不依赖GPS的全新磁图测绘方法。首先以惯性导航系统为标准进行第一次测绘并获得具有一定坐标误差的初始磁图,然后对初始磁图进行图形处理与信息提取,在此基础上进行第二次测绘。在第二次测绘中用从初始磁图获得的特征信息结合磁场传感器与惯性器件的输出构建卡尔曼滤波器,从而达到同时修正自身运动状态与初始磁图的目的。理论分析与仿真结果都证实了本方法可以通过两次误差较大的低精度测绘获得精度高得多的测绘结果。     

Geometric reasoning under uncertainty for map-based localization

Map-based navigation in outdoor terrain lacking man-made structures or other highly distinctive landmarks can produce severe localization problems. This paper presents an approach to navigation which implements high level geometric reasoning and matching strategies based on those used by skilled human navigators. This approach, which is demonstrated on a real example involving imagery of mountainous terrain obtained with a video camera and USGS map data, is designed to avoid many of the pitfalls occurring when an attempt is made to navigate by modeling the environment mathematically. It exploits feature attributes which cannot be easily expressed quantitatively but are central to the successful human navigation process.     

基于模糊控制的组合导航算法

文章提出一种根据信号残差（新息）对导航信息进行自适应噪声协方差调整的算法,由此得到导航参数的最优状态估计。其中重点研究了模糊控制对滤波器的动态调整,建立模糊滤波控制的模型,并与传统卡尔曼算法进行比较。仿真结果表明,基于模糊控制器的卡尔曼滤波器很好地限制了数据的发散,并在很大程度上提高了系统的稳定性。     

等值线匹配算法的地形适应性研究

地形辅助导航匹配算法的性能直接由地形特征所决定,因此,建立地形特征参数与匹
配算法精度之间的定量关系不仅是判断匹配性能的需要,也是进行航迹规划的基础。本文以
ICCP算法为研究对象,首先,运用聚类和回归分析方法挑选出6个与匹配精度密切相关的参
数;然后,采用多重回归、二项Logistics回归和判别分析等三种方法分别得到匹配精度与
地形特征之间的定量关系,其中多重回归分析得到的是匹配精度与地形特征参数之间的精确
对应关系,而二项Logistics回归和判别分析则是建立误差类别与地形特征参数之间的关系
。仿真结果表明,多重回归预测精度基本与实际匹配精度一致,但在少数样本点偏差较大;
二项Logistics回归和判别分析的正确判断概率均优于90％。
     

一种小天体表面阴影区的鲁棒匹配算法

鉴于软着陆小天体过程中自主光学导航的状态估计问题,提出了一种针对小天体表面阴影区的提取与鲁棒匹配算法。首先,提取出阴影区中相对稳定的区域;然后,对提取出的阴影区域进行仿射归一化;最后,对仿射归一化后的阴影区域用多角度尺度不变特征变换（Multiple Angles Sift,MA-SIFT）描述子进行特征提取,并进行匹配与错匹配去除。在试验中,本文算法与SIFT算法进行了对比,结果表明,当图像间出现较大的视角变化时,利用本文算法能得到较高的正确匹配率。