基于Krawtchouk矩的條紋管激光成像雷達地形匹配算法研究.pdf

1、精確導航定位一直是世界各國研究的熱點，激光成像雷達在輔助導航定位系統(tǒng)中的優(yōu)異的性能得到了持續(xù)的關注。激光成像雷達能實時獲取飛行器下方地形的距離像和強度像，相對于傳統(tǒng)的地形輔助導航，基于激光成像雷達的地形匹配導航具有更高的定位精度和較小的匹配區(qū)長度，成為近年來的研究熱點。
　　條紋管激光成像技術是一種新型的閃爍式非掃描激光成像技術，相對傳統(tǒng)的點掃描激光成像技術具有大視場、高幀頻、高分辨率的優(yōu)勢，它能同時獲取目標區(qū)域的距離信息和強度信

2、息，但如何充分利用激光雷達圖像提供的豐富信息是一個難題。另外，對于基于條紋管激光成像雷達(STIL)的輔助導航系統(tǒng)，獲取參考圖和實時圖時可能因掃描高度、掃描方向不一致而存在尺度畸變和旋轉畸變。在有慣性導航系統(tǒng)存在時掃描角度的差別即旋轉角一般在幾度之內。因此提出一套抗尺度畸變和旋轉畸變的用于條紋管激光雷達四維像的地形匹配算法是本課題的主要研究內容。
　　為了解決上述問題，首先，本文首次將Krawtchouk矩引入到激光雷達地形圖像匹

3、配中來，通過提取條紋管激光雷達圖像的Krawtchouk矩不變量和徑向Krawtchouk兩種旋轉不變量來構造抗旋轉匹配算法。其次，通過對實時圖進行插值重建的方法消除實時圖和參考圖之間的尺度畸變，在消除尺度畸變后提取圖像的Krawtchouk矩不變量、徑向Krawtchouk矩以及圓環(huán)不變量等旋轉不變量構造特征矢量，并以實時圖與參考圖子圖的特征矢量間的Camberra距離對圖像進行相似度量，以帶判定條件的全局逐一搜索方式進行搜索，成功的

4、實現(xiàn)了激光雷達圖像的匹配，特別是構造出了一套基于激光雷達圖像的匹配方案。另外，本文用激光雷達圖像的距離像的特征矢量和強度像的特征矢量構造聯(lián)合特征矢量，該方法首次實現(xiàn)了距離信息和強度信息的融合信息的匹配。并在真實條紋管激光雷達圖像中還測試了距離×強度的信息融合方式的圖像匹配效果。
　　編程實現(xiàn)了匹配算法之后，本文首先以仿真條紋管激光雷達地形圖像為實驗數(shù)據(jù)，分別對基于Krawtchouk矩不變量特征矢量、徑向Krawtchouk矩特征