一种基于环扫雷达图像匹配的速度误差修正方法及系统与流程

本发明涉及速度误差修正领域，尤其涉及基于环扫雷达图像匹配的速度误差修正。

背景技术：

雷达景象匹配技术由于受天气影响小，精度高的特点，广泛应用于航空器导航和导弹制导领域。在成像过程中，惯导速度误差会导致实时图中景象发生位移，因此在图像配准的情况下，由于不知道惯导速度误差，因此其引起的匹配误差无法修正。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明目的在于提供一种基于雷达图像匹配的速度误差修正方法，解决雷达图像匹配过程中惯导速度误差引起的匹配误差无法修正的问题。

一种基于环扫雷达图像匹配的速度误差修正方法具体步骤为：

s1、搭建基于环扫雷达图像匹配的速度误差修正系统；

s2、使用雷达卫星图像、高程数据、航迹数据仿真生成环扫雷达实时图；

s3、根据航迹信息截取子区，对子区进行匹配并判断其匹配结果有效性；

s4、计算速度误差估计因子，并判断能否进行速度误差修正；

s5、当满足速度误差修正条件时对匹配结果进行修正。

进一步地，所述步骤s1中的速度误差修正系统包括雷达实时图仿真模块、图像匹配模块、速度误差估计因子计算模块和速度误差修正模块。

进一步地，所述步骤s2中仿真生成环扫雷达实时图具体为，由所述速度误差修正系统中的雷达实时图仿真模块根据输入的雷达卫星图像、高程数据、航迹数据生成回波，采用合成孔径成像方法生成仿真环扫雷达实时图。

进一步地，所述步骤s3由所述速度误差修正系统中的图像匹配模块完成，具体为：

在仿真环扫雷达实时图中，以图像中心为原点，航迹水平方向为坐标轴建立坐标系，与坐标轴夹角±30°、±45°、±60°、±90°，按照与原点中心对称的原则截取出14个子区，进行匹配计算；

对得到的14个匹配结果计算均值和标准差σ，若某一匹配结果与均值的距离之差大于3σ，则认为该子区匹配无效，对剩余子区重新计算均值和标准差并进行有效性判断，直到剩余子区均匹配有效。

进一步地，进行有效性判断时，若有效子区少于3个，将不进行速度误差估计。

进一步地，所述步骤s4由所述速度误差修正系统中的速度误差估计因子计算模块执行。

进一步地，所述计算速度误差估计因子具体为：

令式中：i＝1,…,14；(xi0,zi0)为第i个子区匹配计算得到的载体位置；

令速度误差对定位误差影响系数矩阵为g，

式中：(axi,azi)为第i个子区δvx引起的定位误差影响系数；(bxi,bzi)为第i个子区δvy引起的定位误差影响系数；(cxi,czi)为第i个子区δvz引起的定位误差影响系数；(axj,azj)为第j个子区δvx引起的定位误差影响系数；(bxj,bzj)为第j个子区δvy引起的定位误差影响系数；(cxj,czj)为第i个子区δvz引起的定位误差影响系数；其中i,j＝1,…,14；δvx，δvy，δvz为速度误差在坐标系x、y、z方向上的分量；

令速度误差矩阵为，

由于g·x＝b，则速度误差x＝(g^tg)^-1g^tb，

匹配误差对速度误差估计的影响为δx＝(g^tg)^-1g^tδb。

进一步地，判断是否满足速度误差修正条件具体为：

令状态矩阵h＝(g^tg)^-1g^t，通过判断矩阵h主对角线元素大小判断是否满足速度误差修正条件。

进一步地，所述步骤s5中修正速度误差对匹配结果的影响由所述速度误差修正系统中的速度误差修正模块执行，具体为：

若判断矩阵h满足速度误差修正条件，对每一个匹配有效的子区匹配结果进行修正xid＝xi0+δvxaxi+δvybxi+δvzbxi,zid＝zi0+δvxazi+δvybzi+δvzbzi，对所有修正后的子区匹配结果求平均获取最终匹配结果。

本发明还提供一种基于环扫雷达图像匹配的速度误差修正系统包括：雷达实时图仿真模块、图像匹配模块、速度误差估计因子计算模块和速度误差修正模块，其中

雷达实时图仿真模块，用于使用雷达卫星图像、高程数据、航迹数据仿真生成环扫雷达实时图；

图像匹配模块，用于根据航迹信息截取子区，对子区进行匹配并判断其匹配结果有效性；

速度误差估计因子计算模块，用于计算速度误差估计因子，并判断能否进行速度误差修正；

速度误差修正模块，用于当满足速度误差修正条件时对匹配结果进行修正。

采用本发明解决了雷达图像匹配过程中惯导速度误差引起的匹配误差无法修正的问题，实现了对惯导速度误差的估计，及对其影响的修正。

附图说明

图1为本发明速度误差修正方法流程图；

图2为本发明速度误差修正系统结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于环扫雷达图像匹配的速度误差修正方法，如图1所示，包括步骤：

s1、搭建基于环扫雷达图像匹配的速度误差修正系统。

速度误差修正系统包括雷达实时图仿真模块、图像匹配模块、速度误差估计因子计算模块和速度误差修正模块。

s2、使用雷达卫星图像、高程数据、航迹数据仿真生成环扫雷达实时图。

雷达实时图仿真模块根据输入的雷达卫星图像、高程数据、航迹数据生成回波，采用合成孔径成像方法生成仿真环扫雷达实时图。

s3、根据航迹信息截取子区，对子区进行匹配并判断其匹配结果有效性。

在仿真环扫雷达实时图中，以图像中心为原点，航迹水平方向为坐标轴建立坐标系，与坐标轴夹角±30°、±45°、±60°、±90°，按照与原点中心对称的原则截取出14个子区，进行匹配计算；

对得到的14个匹配结果计算均值和标准差σ，若某一匹配结果与均值的距离之差大于3σ，则认为该子区匹配无效，对剩余子区重新计算均值和标准差并进行有效性判断，直到剩余子区均匹配有效。若有效子区少于3个，将不进行速度误差估计。

s4、计算速度误差估计因子，并判断能否进行速度误差修正。

令式中：i＝1,…,14；(xi0,zi0)为第i个子区匹配计算得到的载体位置；

令速度误差对定位误差影响系数矩阵为g，

式中：(axi,azi)为第i个子区δvx引起的定位误差影响系数；(bxi,bzi)为第i个子区δvy引起的定位误差影响系数；(cxi,czi)为第i个子区δvz引起的定位误差影响系数；(axj,azj)为第j个子区δvx引起的定位误差影响系数；(bxj,bzj)为第j个子区δvy引起的定位误差影响系数；(cxj,czj)为第i个子区δvz引起的定位误差影响系数；其中i,j＝1,…,14；δvx，δvy，δvz为速度误差在坐标系x、y、z方向上的分量；矩阵中的系数可以根据输入的航迹数据计算得到，计算方法在所有介绍雷达成像的教课书中均有介绍。

令速度误差矩阵为矩阵中三个方向速度误差为待求结果。

建立方程g·x＝b，推出x＝(g^tg)^-1g^tb。由于矩阵b由匹配结果得到，矩阵g由航迹数据得到，故可求出速度误差。

工程上认为图像匹配误差在在3个像素以内为图像配准，因此图像匹配误差方差σwc为1个像素的分辨率。匹配误差对速度误差估计的影响为δx＝(g^tg)^-1g^tδb，其中δb为预先给定的。

令状态矩阵h＝(g^tg)^-1g^t，通过判断矩阵h主对角线元素大小判断是否满足速度误差修正条件。惯导速度误差和雷达图像分辨率的指标要求均为总体给定，用惯导速度误差处以图像分辨率，所得结果即为矩阵h主对角线判断阈值，小于阈值为满足修正条件。

s5、当满足速度误差修正条件时对匹配结果进行修正。

若判断矩阵h满足速度误差修正条件，对每一个匹配有效的子区匹配结果进行修正xid＝xi0+δvxaxi+δvybxi+δvzbxi,zid＝zi0+δvxazi+δvybzi+δvzbzi，对所有修正后的子区匹配结果求平均获取最终匹配结果。

至此完成基于环扫雷达图像匹配的速度误差修正。

本发明还提供一种采用速度误差修正方法的速度误差修正系统，系统的结构图如图2所示。速度误差修正系统包括：雷达实时图仿真模块、图像匹配模块、速度误差估计因子计算模块和速度误差修正模块，其中，

雷达实时图仿真模块，用于使用雷达卫星图像、高程数据、航迹数据仿真生成环扫雷达实时图；

图像匹配模块，用于根据航迹信息截取子区，对子区进行匹配并判断其匹配结果有效性；

速度误差估计因子计算模块，用于计算速度误差估计因子，并判断能否进行速度误差修正；

速度误差修正模块，用于当满足速度误差修正条件时对匹配结果进行修正。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明创造的保护范围之中。