飞行器前视红外视觉导航基准图制备的理论与方法研究

The Forward Looking Infrared (FLIR) vision-based navigation technology has a very attractive application prospect in the autonomous and intelligent navigation of aircraft. This project focuses on the mission planning of the aircraft FLIR vision-based navigation, and studies the selection role for the FLIR vision-based navigation area, the approach and strategy of the navigation reference image generation, and the suitability evaluation of navigation reference image, and so on fundamental problems. Firstly, according to the mission of aircraft navigation, the typical scene field information fusion and character analysis will be systemicly studied with the multi-source support data of typical scene field, such as satellite image, terrain elevation, and 3D model,etc.Secondly, considering the scene field characters and the flight route constraint conditions, the role parameters will be designed, which can be used for the aerial vehicle FLIR navigation areas selection.Furthermore, based on milti-source data, the novel algorithms will be proposed for high robust template, feature and knowledge refercenc image generation,which can deal with different target and scene field in navigation area.Finally, in term of aircraft dynamic characteristic and infrared real-time image character, reference image suitabiliy evaluation parameters will be designed, and the reference image suitability will be evaluated by multi-mode navigation simulation experiments. The theory research will play a foundation role in the study of path planning methods and navigation algorithms for aircraft FLIR vision-based navigation. Some research works will promote the application of FLIR vision-based navigation technology in aircraft.

前视红外视觉导航技术在飞行器的自主、智能导航领域体现出诱人的应用前景。项目以飞行器前视红外视觉导航为背景，从任务规划层面入手，研究导航区选取准则、导航基准图生成的方法与策略、导航基准图适配性评价等基础性问题。首先，依据飞行器导航任务性质，基于典型场景多源保障数据，如卫星影像、地形高程、三维模型等，进行典型场景信息融合及特性分析；其次，结合场景特性及飞行航迹约束条件，研究设计有效的准则参数，选定适合航空飞行的前视红外视觉导航区域；然后，针对导航区不同的场景或目标，研究利用多源数据生成高稳健性的模板、特征或知识基准图的方法；最后，结合飞行器动态特性及红外实时图特点，设计基准图适配性评价指标参数，进行多种模式下的导航仿真试验，对基准图的适配性进行评价。相关研究成果为飞行器前视红外视觉导航航迹规划及导航算法的研究奠定基础，对于推进前视红外视觉导航技术在飞行器中的应用具有重要意义。

前视红外视觉导航技术在飞行器的自主、智能导航领域体现出诱人的应用前景。基准图制备是实现飞行器视觉匹配导航的关键基础环节。项目从任务规划层面入手，研究导航区选取准则、导航基准图生成的方法与策略、导航基准图适配性评价等基础性问题。主要研究内容及创新点如下：.（1）结合飞行器实际飞行情况和任务规划基本方法，分析了无人飞行器前视红外视觉导航的典型导航任务以及不同导航任务需要计算的导航参数。研究建立了前视红外视觉导航成像模型，解决了前视成像条件下导航参数的变换与修正问题。首先建立了飞行器坐标系、基准坐标系和图像坐标系，并求解变换矩阵G；然后通过求解投影棱边直线方程，得到前视实时图成像位置，实现前视状态下导航参数的获取。.（2）针对连续跟踪导航任务，提出了一种实用的导航区选取与基准图制备方法。首先对连续跟踪导航基本原理进行了分析；然后以图像方差、连续特征检测和Frieden灰度熵为参数指标，设计了一种粗选与精选相结合的导航区选取方法；定义了“跟踪导引线”及其参数组成，解决了连续跟踪导航区知识基准图制备的问题。最后通过仿真实验验证了该方法的有效性。.（3）针对定点修正导航任务，提出了一种基于多特征参数分析的基准图制备方法。通过选取独立像元素、边缘密度和图像自匹配系数为指标，设计了一种有效的导航区分级选取方法和一种实用的红外实时图与可见光基准图匹配仿真方法。针对多个导航任务情况，提出了一种组合任务基准图模式，为任务规划系统多样化发展提供参考。针对连续定点修正时存在误匹配点与随机误差的问题，提出了一种基于位置差分滤波与最小二乘估计的连续定点修正位置融合算法。.（4）设计了基于算法仿真实验的基准图评估方法，包括仿真方法、指标参数、实验数据等要素。构建了前视红外视觉导航基准图制备软件平台，集成了项目研究成果以及视觉导航图像分析的相关方法，为基准图的制备及算法评估实验提供了有效的技术支持，有力推动了研究工作的深入开展。.同时，在项目研究任务的牵引与支持下，课题组在飞行器景像匹配制导、典型目标特征检测与识别、多成像飞行器一致性建模与分析，以及机器视觉智能状态监测等方面取得了重要进展和研究成果。.项目研究成果为飞行器前视红外视觉导航航迹规划及导航算法的研究奠定基础，对于推进前视红外视觉导航技术在飞行器中的应用具有重要意义。