第6章-图形匹配导航(2课时)

图像匹配导航图像匹配是指将两个不同传感器对同一景物摄取下来的两幅图像在空间上对准，以确定出这两幅图像之间相对平移的过程。随着科学技术的进步,图像匹配技术已经成为信息图像处理领域中极为重要和基本的技术。1图像匹配导航2在军事上,图像匹配普遍应用于地形匹配制导、飞机的导航等。图像匹配导航地球表面的山川、平原、森林、河流、海湾、建筑物等构成了地表特征性状，这些信息一般不随时间和气候的变化而变化，也难以伪装和隐蔽。利用这些地表特征信息进行的导航方式称为图像匹配导航。3图像匹配导航预先将飞行器经过的地域，通过大地测量、航空摄影、卫星摄影或已有的地形图等方法将地型数据（主要是地形位置和高度数据）制作成数字化地图，储存在飞行器的计算机中，这种地图称为原图。4图像匹配导航飞行器在飞越已经数字化的预定空域时，其上的探测设备再次对该区域进行测量（录取），取得实际的地表特征图像，将实时图与预先存储的原图进行比较，由此可以确定飞行器实际飞行的地理位置与标准位置的偏差，用以对飞行器进行导航。5图像匹配导航图像匹配导航可分为地形匹配导航景象匹配导航6图像匹配导航是地形匹配导航和景象匹配导航的关键数据原图，地形匹配时由计划飞行航线的地形轮廓高度形成，景象匹配时由计划飞行航迹或目标附近的二维网格地图形成。7数字地图图像匹配导航把实际的地形图分成若干个小方块，称为网络划分。通常按照经纬度方向划分成等间隔网格，网格越小精度越高，同时数据量也越大，对计算机的要求也越高。但网格不能划分得太大，至少能分辨出地表的地物或自然起伏，如公路、小河、房屋等。8数字地图图像匹配导航网格的位置包含了x、y两个坐标，网格中的数字表示这一格中的地面高度的平均值，这样每一个格就表示了x、y、z三维坐标，存储在计算机中的是各种的数字和每个数字对应的x、y坐标。地形匹配用的航线地形轮廓，是从这样的数字地图中沿航线提取一组数据组成的。9数字地图图像匹配导航网格的位置包含了x、y两个坐标，网格中的数字表示这一格中的地面高度的平均值，这样每一个格就表示了x、y、z三维坐标，存储在计算机中的是各种的数字和每个数字对应的x、y坐标。地形匹配用的航线地形轮廓，是从这样的数字地图中沿航线提取一组数据组成的。10数字地图图像匹配导航以地形高度轮廓为匹配特征，通常用无线电高度表测量沿航迹的高度数据，与预先获得的航道上的区域地形数据比较，若不一致，表明偏离了预定的飞行航迹。这种方式是一维匹配导航，适合于山丘地形的飞行。111）地形匹配导航图像匹配导航单纯的地形数据不能提供地理坐标位置，匹配导航必须与其他导航方式进行组合，如地形/惯性组合导航，就是由惯性导航系统提供地理位置信息，利用地形匹配修正惯性导航的误差，以提高定位精度。12图像匹配导航主要由以下硬件设备组成：惯性导航系统，提供全部导航信息；无线电高度表，提供真实高度；气压式高度表或大气数据系统，提供绝对高度；导航计算机和大容量存储器，进行匹配计算和存放数字地图。13地形匹配导航辅助导航系统图像匹配导航在一维的地形匹配导航中，地形跟踪是主要的飞行方式，它由大气数据系统提供绝对高度，由无线电高度表探测航路上的真实高度，绝对高度减真实高度得到地形高度，沿飞行航迹的地形高度序列数据组成了高度实时图。14图像匹配导航将实时图与存储的数字地图按一定的算法进行数据处理，找出原图中与实时图最为接近的区域，则这个区域就是飞行器估计的地理位置，地形/惯性组合导航系统根据这个估计值去修正惯性导航系统的指示误差。15图像匹配导航匹配算法是相当复杂的，它对计算机由很高的要求。一般讲，实时图与原图几乎找不到完全一致的区域，通常是以一定的误差范围来判断匹配的接近程度，满足所要求的误差精度，就认为达到了匹配，原图中的相应位置既飞行器当时的地理位置。16图像匹配导航利用地形匹配导航可以使飞行器进行地形跟踪，保持一定的真实高度。也可利用数字地图中相同地形高度进行地形回避飞行，绕过高山，在山谷中穿行。地形跟踪和地形回避是军用飞机低空突防的隐蔽飞行方式，并可保证低空飞行的安全高度。17图像匹配导航18地形辅助导航TAN地形轮廓匹配TERCOM惯性地形辅助导航SITAN地形参考导航TRN地形剖面匹配TERPROM图像匹配导航以一定匹配的地表特征，采用摄像等图像成像装置录取飞行轨迹周围或目标附近地区地貌，与存储在飞行器上的原图比较，进行匹配导航。景象匹配属于二维匹配导航，可以确定飞行器两个坐标的偏差，适合于平坦地区。192）景象匹配导航图像匹配导航原理与地形匹配是类似的，两者的差别在于，景象匹配是在一定范围内，将实时图与网络化的数字地图逐格进行匹配，找出原因与实时图相似度最大的部分区域，来估计飞行器的地理位置。20图像匹配导航原理与地形匹配是类似的，两者的差别在于，景象匹配是在一定范围内，将实时图与网络化的数字地图逐格进行匹配，找出原因与实时图相似度最大的部分区域，来估计飞行器的地理位置。21图像匹配导航景象匹配导航通常用在导弹的制导中。巡航导弹和弹道导弹在经过远距离飞行，到达目标区后，通过从高空摄取地面的实时图像，并将所摄取的实时图像与弹上计算机中事先存储的地面图像比较，采用景象匹配技术进行末制导，修正飞行轨迹和偏差。22图像匹配导航景像匹配导航需要在使用前预先制作大量数字化地图。对于导弹这样的武器系统，在出厂时是无法预先知道在哪里使用的，必须在使用前临时安装航线和目标附近的数字化地图。23图像匹配导航图像匹配导航需要在使用前预先制作大量数字化地图。对于导弹这样的武器系统，在出厂时是无法预先知道在哪里使用的，必须在使用前临时安装航线和目标附近的数字化地图。24图像匹配导航导弹可以从水面舰艇发射，也可以从潜艇发射。导弹在海面上采用惯性制导系统，按程序控制飞行。进入陆地后巡航高度在60m以下，在崎岖山区可增至150m，这时采用地形匹配导航，进行航线修正和地形回避。25图像匹配导航进入目标区后，采用景象匹配确定出导弹的当前位置,或者偏离预定位置的纵向和横向偏差,从而完成导弹的寻的导航和目标末制导，精确修正飞行轨迹，提高命中精度。26图像匹配导航27长剑10陆基巡航导弹