[发明专利]一种具有旋转不变性的海底地形二维匹配辅助导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有旋转不变特性的海底地形二维匹配辅助导航方法，属于水下辅助导航技术领域。

背景技术

地形辅助导航技术的研究始于40多年前，并于上世纪80年代中期通过一架CV-580设备试验机首次进行了应用测试。目前，国内外已经研究并开发了多种地形辅助导航系统，其中几个较为成熟的地形辅助导航系统已在实战中装备武器并得到成功的检验。

目前，国外地形辅助导航技术的成熟应用，还只限于飞机以及低空航行器导航，随着水下潜器应用领域的拓宽，对相关技术的需求不断增加，促进了科学家对水下地形辅助导航技术的研究。国内在水下潜器领域还没有成功应用地形辅助导航技术的例子，国外的水下潜器是否装有地形辅助导航系统也不得而知，但从现有的资料可知，国外在水下地形辅助导航技术的研究方面已取得了阶段性的成果，由于涉及保密性，所以具体使用技术未知。

综上可以看出，国外到目前阶段已经进入水下导航设备及系统的生产和海试阶段，而我国仍停留在理论和算法研究阶段，其中，地形匹配辅助导航算法是研究重点，目前国内最新的相关研究算法有基于单波束测深的ICCP匹配算法，基于海床特征地貌的水下导航方法研究，基于等深线图像的地形匹配算法研究以及基于FFT的海底地形二维匹配技术研究等。但是，上述算法要么是基于单波束序列的一维匹配，在信息丰富度和算法适应性方面较弱；要么是没有考虑潜器的各种方向的运动适配问题，即抗旋转的匹配问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷提出一种具有旋转不变性的海底地形二维匹配辅助导航方法。

技术方案：本发明的具有旋转不变性的海底地形二维匹配辅助导航方法，包括以下步骤：

1)从多波束测深系统获得实时的条带扫测深度值矩阵阵列，并将高程阵列值转化为灰度值得到模板灰度图；读取主导航系统误差范围内区域的地形二维高程阵列值转化为灰度值，以形成背景灰度图；

2)采用旋转不变的图像矩函数作为特征量，将背景灰度图中搜索与模板灰度图特征量匹配的区域、获得多波束测深系统实时扫测时所处的位置。

进一步地，还包括步骤3)：运行步骤1)和步骤2)若干次，利用多次匹配的结果得到精确航迹并返回至主导航系统修正误差。

进一步地，所述的旋转不变图像矩函数为Zernike矩、Hu矩或小波矩。

进一步地，所述在背景灰度图中搜索与模板灰度图特征量匹配的区域的方法具体为，在背景灰度图中取出一系列子图，并在计算子图的图像矩函数特征量与计算得到的模板灰度图的图像矩函数特征量相比较，通过找到与模板灰度图最匹配的子图，然后以该子图在背景灰度图的位置作为模板灰度图的位置，以确定多波束测深系统实时扫描时所处的位置，其中在计算子图和模板灰度图图像矩函数特征量匹配的过程中采用圆窗口化处理后再计算特征量。

进一步地，所述步骤1)具体为：

从多波束测深系统获得实时的条带扫测深度值矩形阵列，根据主惯导误差范围从原始先验数据库得到背景深度值矩阵阵列；

把各个深度值转化成0-255之间的灰度值，通过下述公式归一化灰度转换，使深度值矩阵阵列形成待匹配的背景灰度图和模板灰度图；