基于空间关系几何约束的无人机景象匹配导航*

针对GPS的信号强度较弱、易受各种电磁干扰,提出一种基于空间关系几何约束的景象匹配导航算法。首先基于空间关系几何约束的多匹配区选择方法,将实时图划分为多个分区;然后采用基于边缘响应的加权Hausdorff距离景象匹配算法对各个匹配区进行定位计算;最后,通过最优配准点坐标估计策略,解算出无人机实时图中心在基准图上的精确定位坐标。多区域景象匹配采用并行计算方法,利用历史导航信息来辅助修正景象匹配导航误差。实验结果表明,该算法可较好地满足无人机对景象匹配导航算法实时性、精确性的性能要求。     

一种基于区域特征的景象匹配算法研究

景象匹配技术是飞行器匹配定位辅助导航系统的核心,如何提高其正确匹配率一直是研究的热点与难点。提出一种基于区域特征的景象匹配算法。首先,提取基准景象和实时景象的稳定极值区域,并计算出区域的灰度、形状、纹理以及起伏程度特性作为相似性度量的主要因素构造相似性度量函数;然后,计算区域对的Hausdorff距离,决定是否是对应区域。大量的模拟实验表明,该算法的匹配时间能达到0.138 s,正确匹配率达到92.67%,不仅能满足景象匹配的要求,且大大提高了匹配的时间与正确率,对导航系统的定位具有实用价值。     

基于分支特征点的导航用实时图像匹配算法

为了满足景象匹配辅助导航系统需要同时获取飞行器位置和航向偏差的需要, 提出了一种基于分支特征点提取的图像匹配算法. 传统的图像匹配算法需要全局搜索匹配特征点, 耗时巨大, 而只提取分支特征点来匹配能满足导航系统实时性的要求. 在匹配算法方面, 提出了采用加权 Hausdorff 距离算法来进行匹配. 同时, 根据分支特征点的特性, 推导了相应的权值求解公式. 仿真结果表明, 本文提出的匹配算法耗时较短, 能满足导航系统实时性的要求, 且定位参数的求解也完全正确.     

基于分块双向2DPCA及ResNet的景象区域适配性分析

基准图的适配性是影响景象匹配辅助导航系统性能的重要因素,通过景象区域适配性分析可以筛选出匹配性能较高的基准图进而保证导航系统的精度和可靠性。本文提出了基于分块双向2DPCA及ResNet的适配性分析方法：通过分块双向2DPCA提取图像的局部降维信息,再将图像的局部降维信息输入ResNet并训练神经网络得到适配性评估模型。实验结果表明该方法在图像适配性的预测方面表现优异。     

一种基于小波分析的景象匹配算法研究

对于一些领域的景象匹配,传统的匹配算法已经无法满足要求.提出了一种基于小波分析分层搜索的景象匹配方法,它采用由粗到细的分层匹配方法,在每个层上采用不同的方法,并基于MATLAB实验平台对方法进行了仿真实验并与传统的匹配算法进行了比较.结果表明基于小波分析分层搜索的景象匹配方法较传统的匹配方法无论在速度上还是在精度上都具有明显的优势.提出的算法可以有效地改善传统匹配算法中的不足之处,在景象匹配领域,具有一定的可行性.     

实时图像匹配辅助无人机导航研究

针对GPS/INS组合导航系统在抗干扰性和精度上不能完全满足无人机导航系统要求的问题,利用实时图像匹配辅助无人机导航的方法进行仿真研究.首先,对输入图像进行目标识别定位,为了满足系统的实时性要求,研究采用光电混合联合变换相关器进行实时图像匹配,仿真结果表明,目标的识别定位精度小于两个像素,能够为无人机提供精确的导航信息;再根据摄影测量原理计算导航信息中的位置和姿态角信息;最后,将匹配定位得到的导航信息通过Kalman滤波器与惯导系统解算的导航信息进行信息融合,仿真结果表明,滤波后导航信息的误差均获得了较明显的收敛,提高了无人机导航系统的抗干扰性和导航精度.     

基于NCC的快速匹配算法

景象匹配在地形辅助导航中具有十分重要的地位,归一化互相关(NCC)技术是一种相对抗噪声能力强、匹配准确的匹配算法,因此,在导航制导中广泛应用。但由于其运算量比较大,对于要求实时匹配的地形辅助导航系统来说,其运算速度需要进一步提高。在NCC方法的基础上,把卷积用于景象匹配,大大简化并提高了NCC的匹配速度。仿真实验证明了此方法的快速性和有效性。     

一种有效抑制机载传感器成像畸变干扰的景象匹配算法

电荷耦合器件(CCD)与合成孔径雷达(SAR)是两种最常用的机载传感器,是景象匹配辅助导航系统的关键组成部分.当系统传感器获取的实测图存在严重成像畸变时,传统的基于特征点集间Haus-dorff距离测度的匹配算法精度较低,通过引入多尺度自卷积(MSA)这种具有仿射不变性的局部特征,并将其同图像的尺度不变变换(SIFT)特征串行组合可以得到一种更加鲁棒的匹配算法.采用CCD和SAR传感器获取的图像对算法进行了仿真验证,实验结果表明:引入MSA特征对抑制景象匹配算法中多源传感器成像畸变的干扰十分有效,匹配精度显著提高.     

基于CenSurE特征的SAR/INS组合导航景象匹配算法

在SAR／INS组合导航系统中,所获取的SAR图像可能存在严重的斑点噪声和几何变形,对此,提出一种基于CenSurE特征的SAR／INS组合导航用景象匹配算法．该算法针对惯性组合导航的工作特点进行设计．首先提取CenSurE特征和垂直的SURF描述符,利用夹角余弦相似度量方法进行特征匹配;然后,采用分组一致采样算法和最小二乘精确匹配算法获取高精度的航向和位置偏差信息．景象匹配性能评价实验表明。在匹配适应性、匹配速度、精度和鲁棒性等方面,CenSurE特征都很优越,可以满足SAR／INS景象匹配导航系统匹配修正的高性能要求．     

基于北斗导航系统的无人机飞行监管系统设计

针对无人机空中管理存在的问题,研究开发一种由基于北斗定位的机载监测终端和飞行监管中心构成的无人机飞行监管系统.终端以低成本高可靠的STM32F407为控制单元,采用UM220北斗接收机获取无人机的状态信息,通过GPRS移动通信方式把状态信息回传到监管中心平台.在Visual Studio2010平台上以Visual Basic.NET语言开发监管中心平台,通过调用百度地图API,实现无人机的实时飞行监控,并将回传信息存入MySQL数据库.对利用北斗卫星导航系统实现无人机的监管具有一定的参考价值.     

景像匹配辅助导航系统中的图像匹配算法研究

图像匹配算法是景像匹配辅助导航系统的核心，而且其性能决定了系统的总体性能，为了提高景像匹配辅助导航系统导航的实时性和精度，就必须选用合适的图像匹配算法，为此，给出了一种快速有效的基于图像特征的图像匹配算法，该算法选用部分Hausdorff距离作为图像匹配时的相似性度量，并利用图像特征提取后的二值化图像进行图像匹配，同时在联合了3种图像匹配加速技术的基础上，将邻域技术引入到图像匹配搜索终止条件中，从而大大提高了图像匹配效率。仿真结果表明，该算法可以保证图像匹配的鲁棒性和有效性，同时，能有效克服图像噪声和几何畸变的影响。该算法实施景像匹配能够在5s以内完成，并与GPS输出周期(1s)相当，可以满足景像匹配辅助导航系统匹配导航的准确性和实时性的性能要求。     

加权Hausdorff距离算法在SAR/INS景象匹配中的应用

提出了一种基于特征图像分支点提取的加权Hausdorff距离图像匹配算法,并给出了相应的权值求解公式．为满足景永匹配导航系统实时性的要求,给出了细化处理的预处理方法,减少了特征文件的冗余度,提高了匹配搜索的快速性．同时,基于细化后提取出的分支特征点,应用加权Hausdorff距离算法进行图像匹配,克服了斑点噪声对合成孔径雷达（SAR）图像匹配的影响．仿真分析袭明．该算法能满足SAR／INS景泉匹配辅助导航系统实时性和准确性的要求．     

快速的自适应景象匹配算法

在基于改进Hausdorff 距离的景象匹配辅助导航系统中,为满足系统对实时性的要求,常采用小波多尺度图像分解进行由粗到精的分层匹配,但这种方法对于图像尺寸较小的情况不太适应。基于Hausdorff距离特性,首先提出一种跳跃式的搜索策略,通过对跳跃式搜索及小波多尺度分解两种方法的分析比较,进一步提出一种自适应的快速匹配方法。仿真结果表明,在保证匹配概率的同时,提出的自适应的快速匹配方法比仅采用小波多尺度分层匹配的实时性更好,且在图像尺寸较小时仍能精确定位。     

无人机载荷图像仿真平台的设计与实现

无人机有效载荷图像仿真平台为无人机操作员训练、地面站建设、以及指挥控制和通信系统提供必要的模拟数据和模拟环境，是研制无人机系统及其测控与通信系统的重要部分。该文讨论了如何基于相对低成本的PC机和图像处理与传输技术构建一个完整的无人机有效载荷图像仿真平台。该平台可以接收无人机及其指挥控制系统的各种状态参数以及控制指令，通过图像处理，模拟实际情况生成有效载荷图像数据，并实时下传，以验证无人机及其指挥控制和通信系统的概念结构和工作过程。     

景象匹配区选取方法研究

景象匹配定位是精确制导的重要技术,随着武器系统日益精确化,影响匹配制导精度的匹配区选择得到了广泛的关注。基于景象信息量、稳定性和区域唯一性对景象特征指标进行了分析研究,讨论了各特征参数对匹配性能的影响;给出了由粗到细的分层选取方案,并对特征指标进行了量化;提出了一种由粗到细的分层多尺度匹配区选取方法。实验结果表明该方法具有较大的抗鲁棒性,能够在复杂基准图上有效地选取出满足要求的景象匹配区。     

基于GPS仿真器的无人机导航系统半物理仿真研究

讨论了无人机导航半物理仿真系统中GPS仿真器的设计方法;根据GPS接收机输出信息的特点和WGS-84与各种坐标系的转换关系,将飞机模拟系统解算得到的无人机位置信息转换成与之对应的GPS信号传输到导航链路,用于无人机航迹控制;根据导航飞控系统功能的要求,构建了一个半物理仿真平台来验证此系统,试验结果证明了采用模拟GPS仿真器完全可以对导航软件的功能进行有效的验证,并达到了预期设计要求。     

高性能小型无人机导航计算平台设计

针对小型无人机长航时、高精度的导航要求,研究了一种低成本、高性能小型无人机组合导航系统。构建了由惯性元件、气压高度计和双天线GPS姿态测量系统构成的组合导航计算平台,采用了基于FPGA的SOPC技术,实现了系统功能的高度集成。针对信息融合算法中滤波延时较大的问题,采用了非对称双核的设计,在进行卡尔曼滤波的同时完成了捷联解算,大幅提高了导航信息的更新频率。     

基于SLAM的旋翼无人机组合导航算法研究

在旋翼无人机组合导航中,针对缺乏GPS作为导航信号源的室内飞行环境,为了达到精确定位的目的,提出一种基于SLAM（simultaneous localization and mapping）的旋翼无人机组合导航算法。首先,引入双线性插值算法,实现基于扫描匹配的即时定位与地图构建;其次,对陀螺仪、加速度计和磁罗盘建立捷联惯导系统误差模型,针对旋翼无人机的使用环境对误差模型进行简化;最后,应用联邦卡尔曼滤波算法,设计组合导航系统模型,将SLAM算法和捷联惯导系统估计出的位置数据进行融合。仿真结果表明所设计基于SLAM的旋翼无人机组合导航算法能够进一步提高组合导航系统对旋翼无人机位姿估计的精度。