本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種用于無(wú)人機(jī)的地形比對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、地形匹配導(dǎo)航是一種利用地形輪廓信息進(jìn)行導(dǎo)航的技術(shù)。地形匹配導(dǎo)航依賴于詳細(xì)的地形數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)庫(kù)包含了地面高度、地形輪廓和其他地理信息。在地形匹配導(dǎo)航中，通常使用雷達(dá)或其他傳感器來(lái)測(cè)量飛行器實(shí)際飛行路徑上的地形輪廓，然后將傳感器收集到的實(shí)際地形數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，據(jù)比較結(jié)果，計(jì)算出飛行器的當(dāng)前位置和預(yù)期路徑之間的偏差，并進(jìn)行相應(yīng)的導(dǎo)航修正。地形匹配導(dǎo)航允許飛行器在沒(méi)有外部導(dǎo)航信號(hào)的情況下進(jìn)行自主導(dǎo)航。

2、對(duì)于飛行路線固定的兩個(gè)地點(diǎn)之間的航線，除了使用gps來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航之外，還可以生成航線下方的地形輪廓數(shù)據(jù)庫(kù)，使得無(wú)人機(jī)能夠有備份的導(dǎo)航方式。

3、在地形匹配導(dǎo)航中，高度數(shù)據(jù)是一項(xiàng)非常重要的數(shù)據(jù)，通過(guò)高度對(duì)比，無(wú)人機(jī)能夠判斷自身是否偏離預(yù)定的飛行高度，從而能夠在高度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以確保飛行安全。但是，無(wú)人機(jī)通常都是根據(jù)gps或氣壓計(jì)來(lái)確定自身的高度。當(dāng)氣壓計(jì)和gps都無(wú)法進(jìn)行工作時(shí)，無(wú)人機(jī)通常只能夠在將拍攝到的地形圖像中的地形輪廓與地形數(shù)據(jù)庫(kù)中存在的地形輪廓進(jìn)行比對(duì)的過(guò)程中，地形圖像的縮放比例來(lái)估算出航行高度。當(dāng)無(wú)人機(jī)的高度無(wú)法準(zhǔn)確確定時(shí)，在將地形圖像的輪廓與地形數(shù)據(jù)庫(kù)的輪廓進(jìn)行對(duì)比的過(guò)程中，通常需要對(duì)地形圖像進(jìn)行多種比例的縮放，以從縮放得到的不同圖像中，獲得與地形數(shù)據(jù)庫(kù)中的地形輪廓匹配程度足夠高的地形輪廓。但是，現(xiàn)有技術(shù)通常都是直接按照縮放比例從小到大或者從大到小的順序進(jìn)行縮放，這就導(dǎo)致當(dāng)縮放的范圍設(shè)置得比較大時(shí)，可能需要比對(duì)較多的不同縮放比例的圖像才能夠獲得地形的匹配結(jié)果，顯然，這樣會(huì)使得需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)獲得定位結(jié)果，使得無(wú)人機(jī)只能以較低的飛行速度進(jìn)行飛行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于公開一種用于無(wú)人機(jī)的地形比對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)，解決無(wú)人機(jī)在使用地形匹配導(dǎo)航時(shí)，在gps和氣壓計(jì)都無(wú)法工作的狀況下，如何提高基于較少的不同縮放比例的圖像便能夠成功估算出飛行高度的速度的事件的出現(xiàn)概率，從而能夠在較短時(shí)間內(nèi)得到定位結(jié)果，以提高無(wú)人機(jī)的飛行速度的問(wèn)題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種用于無(wú)人機(jī)的地形比對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)，包括拍攝裝置、地形比對(duì)裝置和導(dǎo)航裝置；

4、拍攝裝置用于在無(wú)人機(jī)的飛行過(guò)程中，獲取地形圖像；

5、地形比對(duì)裝置用于獲取縮放比例有序集合，基于縮放比例有序集合將地形圖像與地形輪廓數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配，確定無(wú)人機(jī)的位置；

6、導(dǎo)航裝置用于根據(jù)無(wú)人機(jī)的位置對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航；

7、其中，獲取縮放比例有序集合，包括：

8、用表示飛行過(guò)程中拍攝得到的第k張地形圖像，用u表示所有縮放比例的集合；

9、則對(duì)于u中的縮放比例z，其在對(duì)進(jìn)行處理的過(guò)程中，排序值的計(jì)算公式如下：

10、;

11、表示z的排序值，和分別表示第一權(quán)重和第二權(quán)重，表示縮放比例z的判斷值，若且，則為1；若且，則為1；若且，則為1，其余情況下，為0；表示u中的縮放比例的最大值，和分別表示第k-1張和第k-2張地形圖像最終確定的縮放比例；

12、按照排序值從高到低的順序?qū)中的縮放比例進(jìn)行排序，得到縮放比例有序集合。

13、優(yōu)選地，基于縮放比例有序集合將地形圖像與地形輪廓數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配，確定無(wú)人機(jī)的位置，包括：

14、s1，對(duì)于縮放比例有序集合中的第i個(gè)縮放比例，使用第i個(gè)縮放比例對(duì)地形圖像進(jìn)行縮放，得到縮放圖像，，n表示縮放比例有序集合中的縮放比例的總數(shù)；

15、s2，從縮放圖像中獲取地形輪廓的特征數(shù)據(jù)；

16、s3，將特征數(shù)據(jù)與地形輪廓數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配，獲得特征數(shù)據(jù)的相似度；

17、s4，判斷相似度是否高于設(shè)定的相似度閾值，若是，則結(jié)束計(jì)算，根據(jù)第i個(gè)縮放比例估算無(wú)人機(jī)的高度；并將特征數(shù)據(jù)在地形輪廓數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度作為無(wú)人機(jī)的經(jīng)緯度；若否，則進(jìn)入s5；

18、s5，將i的值加1，進(jìn)入s1。

19、優(yōu)選地，從縮放圖像中獲取地形輪廓的特征數(shù)據(jù)，包括：

20、對(duì)縮放圖像進(jìn)行濾波，獲得濾波圖像；

21、對(duì)濾波圖像進(jìn)行特征提取，獲得地形輪廓的特征數(shù)據(jù)。

22、優(yōu)選地，對(duì)縮放圖像進(jìn)行濾波，獲得濾波圖像，包括：

23、對(duì)縮放圖像進(jìn)行灰度化處理，獲得灰度圖像；

24、使用sobel算法分別對(duì)灰度圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，獲取每個(gè)像素點(diǎn)的梯度值，獲取梯度值大于自適應(yīng)梯度值閾值的像素點(diǎn)的集合h；

25、基于集合h對(duì)灰度圖像進(jìn)行濾波，獲得濾波圖像。

26、優(yōu)選地，基于集合h對(duì)灰度圖像進(jìn)行濾波，獲得濾波圖像，包括：

27、基于集合h分別計(jì)算灰度圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)的濾波影響值；

28、基于濾波影響值分別對(duì)灰度圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行濾波，獲得濾波圖像。

29、優(yōu)選地，濾波影響值的計(jì)算公式為：

30、;

31、表示像素點(diǎn)v的濾波影響值，表示與v之間的距離小于d的所有像素點(diǎn)中，屬于集合h中的像素點(diǎn)的數(shù)量，為自適應(yīng)值，若v屬于集合h，則為1，否則為0，表示與v之間的距離小于d的所有像素點(diǎn)的集合，表示中的像素點(diǎn)u的灰度值，表示中的像素點(diǎn)的總數(shù)量，表示中的像素點(diǎn)的灰度值的最大值，、和分別表示第一濾波系數(shù)、第二濾波系數(shù)和第三濾波系數(shù)。

32、優(yōu)選地，基于濾波影響值分別對(duì)灰度圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行濾波，獲得濾波圖像，包括：

33、分別用和表示對(duì)灰度圖像中的像素點(diǎn)的濾波影響值的最小值和最大值；

34、計(jì)算濾波影響值分段間隔：

35、;

36、表示濾波影響值分段間隔，m表示設(shè)置的正整數(shù)；

37、基于將灰度圖像中的像素點(diǎn)分為m個(gè)濾波集合；

38、按照濾波集合中的像素點(diǎn)的濾波影響值的最大值從大到小的順序，分別對(duì)每個(gè)濾波集合中的像素點(diǎn)進(jìn)行濾波，得到濾波圖像。

39、優(yōu)選地，基于將灰度圖像中的像素點(diǎn)分為m個(gè)集合，包括：

40、第1個(gè)濾波集合所對(duì)應(yīng)的濾波影響值的取值范圍為；

41、第m個(gè)濾波集合所對(duì)應(yīng)的濾波影響值的取值范圍為，m∈[2，m]；

42、將像素點(diǎn)存入像素點(diǎn)的濾波影響值所落入的取值范圍所對(duì)應(yīng)的濾波集合。

43、優(yōu)選地，按照濾波集合中的像素點(diǎn)的濾波影響值的最大值從大到小的順序，分別對(duì)每個(gè)濾波集合中的像素點(diǎn)進(jìn)行濾波，得到濾波圖像，包括：

44、s10，按照濾波集合中的像素點(diǎn)的濾波影響值的最大值從大到小的順序?qū)V波集合進(jìn)行排序，得到濾波有序集合；

45、s20，初始化b的值為1，從濾波有序集合中，獲取排在第1位的濾波集合作為當(dāng)前集合；

46、s30，在灰度圖像中，對(duì)當(dāng)前集合中的像素點(diǎn)進(jìn)行濾波處理，得到中繼圖像；

47、s40，將b的值加1，從濾波有序集合中，獲取排在第b位的濾波集合作為當(dāng)前集合，進(jìn)入s50；

48、s50，在中對(duì)當(dāng)前集合中的像素點(diǎn)進(jìn)行濾波處理，得到中繼圖像；

49、s60，判斷b的值是否大于m，若是，則進(jìn)入s70，若否，則進(jìn)入s40；

50、s70，將作為最終得到的濾波圖像。

51、優(yōu)選地，在中對(duì)當(dāng)前集合中的像素點(diǎn)進(jìn)行濾波處理，得到中繼圖像，包括：

52、采用小波變換濾波算法在中對(duì)當(dāng)前集合中的像素點(diǎn)進(jìn)行濾波處理，得到中繼圖像。

53、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在無(wú)人機(jī)使用地形匹配導(dǎo)航的過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算排序值來(lái)對(duì)縮放比例進(jìn)行排序，從而實(shí)現(xiàn)了將屬于最終確定的縮放比例越高的縮放比例排到縮放比例有序集合中的越靠前的位置。有效提高了僅需要對(duì)有序集合中靠前的部分縮放比例所對(duì)應(yīng)的縮放圖像進(jìn)行識(shí)別便能夠確定無(wú)人機(jī)的位置的事件的出現(xiàn)概率，提高了在較短時(shí)間內(nèi)便得到無(wú)人機(jī)的定位結(jié)果的時(shí)間的出現(xiàn)概率。