基于异源区域特征匹配的飞行器对地面目标定位方法技术

本申请涉及一种基于异源区域特征匹配的飞行器对地面目标定位方法。所述方法包括：通过先利用SAR成像几何关系直接定位，再用异源图像匹配定位的匹配策略，利用SAR成像几何关系快速求解目标点经纬度坐标，可快速给定目标位置范围，使下一步异源图像匹配能够获取初始位置从而大幅减少计算量，充分利用了SAR成像信息。在本方法中，还利用MIRD特征描述子将SAR实时图和光学基准图进行同源化处理，使用SAD方法作为相似性度量，能够有效获取高精度的异源匹配结果，读取SAR实时图像中任意点对应光学基准图中的经纬度位置信息，从而完成异源图像匹配定位。像匹配定位。像匹配定位。

【技术实现步骤摘要】
基于异源区域特征匹配的飞行器对地面目标定位方法


[0001]本申请涉及计算机视觉及遥感
，特别是涉及一种基于异源区域特征匹配的飞行器对地面目标定位方法。

技术介绍

[0002]飞行器对地面目标定位是实现飞行器精确制导、目标侦察及地理测绘等任务的重要基础和关键技术。现有的飞行器对地面目标定位可通过机载光电吊舱光学成像、激光瞄准或机载合成孔径雷达对地成像实现，其中利用合成孔径雷达（SAR）成像对地定位方式具有抗干扰能力强、穿透性好以及全天时全天候观测等优点，而且其测距信息及成像几何模型可在无地面控制点条件下直接提供地面目标概略位置信息，综合了激光测距（获取距离信息）和光学成像观测（获取目标外形信息）的优点。但在需要获取高精度地面目标位置信息的应用中，由于机载SAR传感器容易受到大气湍流、机身震动等影响，因而利用SAR成像几何关系模型直接确定地面目标位置往往存在较大的误差，无法满足实际应用需求。
[0003]为了实现更高精度的SAR图像目标定位，可利用飞行器实时获取的SAR图像与高分辨率卫星基准图匹配，实现更高精度的对地目标定位结果。考虑到实际应用中的基准数据的获取来源范围及制备保障难度，飞行器对地定位过程所用基准数据源可为光学卫星图像（相比于SAR基准图其来源更广泛，更易获取制备），因而需要进行异源图像匹配，并基于匹配结果获取地面目标经纬度信息。尽管通过机载SAR实时图与光学基准图异源匹配可获得与光学基准图中地理精度相当的定位结果，但成像模态的巨大差异使得SAR图像与可见光图像间的高精度匹配存在巨大的挑战。相比于光学图像的被动成像方式，SAR图像是通过电磁波主动探测成像获得，两者在图像特性上存在巨大差异；SAR图像中的相干斑噪声、非线性灰度变化以及非均匀几何畸变导致其与光学图像的准确匹配十分困难，目前高精度的SAR
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可见光异源图像匹配仍是计算机视觉及遥感领域的难点问题，基于SAR成像几何及异源匹配的高精度飞行器对地面目标定位技术也具有重大的实用意义及工程价值。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够增强实时性的同时进一步提升异源匹配鲁棒性的基于异源区域特征匹配的飞行器对地面目标定位方法。
[0005]一种基于异源区域特征匹配的飞行器对地面目标定位方法，所述方法包括：获取飞行器参数、合成孔径雷达的成像参数，以及由所述合成孔径雷达搭载飞行器在空中探测地面目标得到的SAR实时图像；根据机载SAR成像三维几何关系、飞行器参数以及成像参数计算得到所述目标位置距离所述飞行器的投影距离，以及雷达波束斜视角在地面投影的投影角度；将机载SAR成像三维几何关系投影到地平面后得到成像二维几何关系，基于所述成像二维几何关系，所述投影距离以及投影角度进行计算得到基于地理坐标系进行表达的地面目标与所述飞行器投影点之间的距离矢量；
根据所述飞行器参数，将所述距离矢量转换到地心地固坐标系下以表示所述地面目标的粗略位置坐标，再将所述地面目标的粗略位置坐标转换为WGS
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84坐标系以得到所述地面目标的经度以及纬度；根据所述地面目标的经度以及纬度，在由卫星得到光学图像中裁剪相关区域的光学基准图像；根据距离度量、方差度量以及空间搜索域构建模态独立区域描述子，并根据所述模态独立区域描述子分别提取所述SAR实时图像以及光学基准图像的特征图；利用像素差绝对值作为相似性度量对所述SAR实时图像以及光学基准图像的特征图进行异源图像匹配，得到与SAR实时图像匹配的光学基准图像区域，并根据该区域提取所述目标位置的精准经度及纬度，以完成定位。
[0006]在其中一实施例中，所述飞行器参数包括：飞行器投影到地面的位置以及速度矢量；所述成像参数包括：雷达多普勒中心频率、雷达发射脉冲中心波长以及雷达波束斜视角。
[0007]在其中一实施例中，所述根据机载SAR成像三维几何关系、飞行器参数以及成像参数计算得到所述目标位置距离所述飞行器的投影距离包括：根据所述飞行器、飞行器在地面的投影点以及地面目标构成三角平面，并根据三角几何关系求解得到所述目标位置距离所述飞行器的投影距离，并采用以下公式：在上式中，表示所述飞行器与地面目标之间的距离，表示所述飞行器距离地面的高度。
[0008]在其中一实施例中，所述根据机载SAR成像三维几何关系、飞行器参数以及成像参数计算得到所述雷达波束斜视角在地面投影的投影角度采用以下公式：数计算得到所述雷达波束斜视角在地面投影的投影角度采用以下公式：在上式中，表示雷达多普勒中心频率，表示雷达发射脉冲中心波长，表示飞行器速度，表示所述飞行器与地面目标之间的距离，表示所述投影距离。
[0009]在其中一实施例中，所述距离矢量表示为：在上式中，表示所述投影距离，角度为飞行器航向角度与所述雷达波束斜视
角在地面投影的投影角度之差。
[0010]在其中一实施例中，裁剪得到的光学基准图像尺寸大于所述SAR实时图像。
[0011]在其中一实施例中，所述距离度量表示为：其中，在上式中，表示高斯卷积核，表示像素点，表示像素点在图像中的坐标，以当前像素点为模板中心，以X轴为0度方向，以45
°
为间隔将像素点邻域划分为8个区域，将对角线方向的两个区域合并为同一区域，合并后共四个区域，标记为和；所述空间搜索区域由当前像素点为中心的所有像素组成。
[0012]在其中一实施例中，所述方差度量表示：。
[0013]在其中一实施例中，根据距离度量、方差度量以及空间搜索域构建模态独立区域描述子表示为：。
[0014]一种基于异源区域特征匹配的飞行器对地面目标定位装置，所述装置包括：数据获取模块，用于获取飞行器参数、合成孔径雷达的成像参数，以及由所述合成孔径雷达搭载飞行器在空中探测地面目标得到的SAR实时图像；投影距离及角度获取模块，用于根据机载SAR成像三维几何关系、飞行器参数以及成像参数计算得到所述目标位置距离所述飞行器的投影距离，以及雷达波束斜视角在地面投影的投影角度；距离矢量获取模块，用于将机载SAR成像三维几何关系投影到地平面后得到成像二维几何关系，基于所述成像二维几何关系，所述投影距离以及投影角度进行计算得到基于地理坐标系进行表达的地面目标与所述飞行器投影点之间的距离矢量；粗略位置获取模块，用于根据所述飞行器参数，将所述距离矢量转换到地心地固坐标系下以表示所述地面目标的粗略位置坐标，再将所述地面目标的粗略位置坐标转换为WGS
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84坐标系以得到所述地面目标的经度以及纬度；光学基准图像得到模块，用于根据所述地面目标的经度以及纬度，在由卫星得到光学图像中裁剪相关区域的光学基准图像；特征图获取模块，用于根据距离度量、方差度量以及空间搜索域构建模态独立区域描述子，并根据所述模态独立区域描述子分别提取所述SAR实时图像以及光学基准图像的特征图；目标位置精准定位模块，用于利用像素差绝对值作为相似性度量对所述SAR实时图像以及光学基准图像的特征图进行异源图像匹配，得到与SAR实时图像匹配的光学基准图像区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于异源区域特征匹配的飞行器对地面目标定位方法，其特征在于，所述方法包括：获取飞行器参数、合成孔径雷达的成像参数，以及由所述合成孔径雷达搭载飞行器在空中探测地面目标得到的SAR实时图像；根据机载SAR成像三维几何关系、飞行器参数以及成像参数计算得到所述目标位置距离所述飞行器的投影距离，以及雷达波束斜视角在地面投影的投影角度；将机载SAR成像三维几何关系投影到地平面后得到成像二维几何关系，基于所述成像二维几何关系，所述投影距离以及投影角度进行计算得到基于地理坐标系进行表达的地面目标与所述飞行器投影点之间的距离矢量；根据所述飞行器参数，将所述距离矢量转换到地心地固坐标系下以表示所述地面目标的粗略位置坐标，再将所述地面目标的粗略位置坐标转换为WGS
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84坐标系以得到所述地面目标的经度以及纬度；根据所述地面目标的经度以及纬度，在由卫星得到光学图像中裁剪相关区域的光学基准图像；根据距离度量、方差度量以及空间搜索域构建模态独立区域描述子，并根据所述模态独立区域描述子分别提取所述SAR实时图像以及光学基准图像的特征图；利用像素差绝对值作为相似性度量对所述SAR实时图像以及光学基准图像的特征图进行异源图像匹配，得到与SAR实时图像匹配的光学基准图像区域，并根据该区域提取所述目标位置的精准经度及纬度，以完成定位。2.根据权利要求1所述的飞行器对地面目标定位方法，其特征在于，所述飞行器参数包括：飞行器投影到地面的位置以及速度矢量；所述成像参数包括：雷达多普勒中心频率、雷达发射脉冲中心波长以及雷达波束斜视角。3.根据权利要求2所述的飞行器对地面目标定位方法，其特征在于，所述根据机载SAR成像三维几何关系、飞行器参数以及成像参数计算得到所述目标位置距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕锡超，刘学聪，李璋，卞一杰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：