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水下地形匹配导航研究综述
1
作者 丁鹏 杨申申 +1 位作者 王磊 沈丹 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第14期5690-5706,共17页
地形辅助导航系统以地形高程特征为定位信息源,可为水下航行器提供有界的定位误差,并能显著地抑制捷联惯性导航系统的误差漂移。而地形匹配算法是地形辅助导航系统的关键技术,其输出的匹配位置可作为组合导航滤波器的观测值以修正导航参... 地形辅助导航系统以地形高程特征为定位信息源,可为水下航行器提供有界的定位误差,并能显著地抑制捷联惯性导航系统的误差漂移。而地形匹配算法是地形辅助导航系统的关键技术,其输出的匹配位置可作为组合导航滤波器的观测值以修正导航参数,地形匹配精度直接决定了整个导航系统性能。首先概述了现有水下导航定位技术,然后阐述了地形辅助导航基本原理与组成,最后详细总结了中外地形辅助导航系统和地形匹配算法的研究进展,为中国地形辅助导航系统的开发和研制提供有益参考和支撑。 展开更多
关键词 水下航行器 惯性导航 地形辅助导航 地形匹配 组合导航
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基于测速测距激光雷达的飞行器地形匹配导航方法
2
作者 桑洋 纪新春 +3 位作者 魏东岩 尤逸轩 张文超 袁洪 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期8-15,共8页
针对中低空飞行器地形匹配与惯导组合中惯导误差累积导致高程图变形限制地形匹配精度、二维地形匹配运算量大和地形匹配失效时定位可用性差的问题,提出一种基于测速测距激光雷达的地形匹配导航方法。利用激光测速信息辅助构建高程图,减... 针对中低空飞行器地形匹配与惯导组合中惯导误差累积导致高程图变形限制地形匹配精度、二维地形匹配运算量大和地形匹配失效时定位可用性差的问题,提出一种基于测速测距激光雷达的地形匹配导航方法。利用激光测速信息辅助构建高程图,减小高程图变形从而提高匹配精度,同时降低匹配结果与惯导的相关性;设计集成尺度不变特征变换(SIFT)特征与分步核验的地形匹配算法,提高匹配的实时性;采用激光测速信息辅助校正惯导,提高地形匹配失效时定位的可用性。典型场景地形数据的测试结果表明,基于激光测速辅助构建的高程图较基于惯导构建的高程图的地形匹配定位精度提高了36.6%,所提的卡方初始化随机抽样一致性地形特征误匹配检测算法(TCI-RANSAC)相比于RANSAC算法缩短了55.6%的核验时间,且测速信息的引入将组合定位精度提高了65.9%,具备较高的工程应用价值。 展开更多
关键词 飞行器 测速测距激光雷达 地形匹配导航 组合导航 高程图构建 特征匹配核验
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基于3D Zernike矩的快速地形匹配算法
3
作者 王可东 周俊杰 《全球定位系统》 CSCD 2023年第6期58-66,共9页
针对当前基于3D Zernike矩的地形匹配算法存在计算量大、实时性差的问题,通过分析3D Zernike矩的计算过程和构成地形特征向量的奇偶阶描述子的性能,提出了适用于地形匹配的3D Zernike矩快速计算方法和只使用奇数阶描述子构成特征向量的... 针对当前基于3D Zernike矩的地形匹配算法存在计算量大、实时性差的问题,通过分析3D Zernike矩的计算过程和构成地形特征向量的奇偶阶描述子的性能,提出了适用于地形匹配的3D Zernike矩快速计算方法和只使用奇数阶描述子构成特征向量的匹配方式.仿真实验表明:本文所提快速算法不仅能大幅降低计算量,还提高了匹配精度. 展开更多
关键词 3D Zernike矩 地形匹配 快速算法 奇数阶描述子 偶数阶描述子
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基于TERCOM-ICP联合算法的水下地形匹配方法研究 被引量：1
4
作者 程建华 丁惠倩 +1 位作者 常乐 葛靖宇 《导航定位与授时》 CSCD 2023年第2期39-46,共8页
水下地形辅助导航一直是应用于AUV的热点和前沿问题,有助于修正惯导随时间积累的定位误差,以实现精确的导航定位。对经典地形匹配方法TERCOM算法进行了简单的介绍,引入点云配准领域的ICP算法,针对多波束测深系统可以获取地形剖面的特点... 水下地形辅助导航一直是应用于AUV的热点和前沿问题,有助于修正惯导随时间积累的定位误差,以实现精确的导航定位。对经典地形匹配方法TERCOM算法进行了简单的介绍,引入点云配准领域的ICP算法,针对多波束测深系统可以获取地形剖面的特点,提出了一种TERCOM-ICP联合匹配算法。首先使用TERCOM算法粗匹配,将粗匹配后的大致位置作为指示输入ICP算法中进行精匹配,通过仿真实验对TERCOM算法的匹配结果和ICP算法的匹配时间作对比分析。仿真结果表明:TERCOM-ICP算法可以有效提高水下地形匹配精度,经过仿真实验测试,平均匹配误差可以达到20 m以内,所用时间在160 s以内,验证了该算法应用在水下地形匹配领域的可行性,更好地满足了水下辅助导航的要求。 展开更多
关键词 地形匹配 ICP TERCOM 水下地形
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基于熵差的海底地形匹配导航算法
5
作者 晏泽翌 沈体雁 于家成 《全球定位系统》 CSCD 2023年第6期67-71,共5页
利用信息熵原理进行海底地形匹配导航,建立地形差异熵,设计了包括搜索和定位两个阶段的地形熵差匹配算法,通过搜索与定位的转换逻辑,省却传统算法的跟踪阶段,提高匹配速度,利用粗匹配和精匹配两个阶段的匹配,以及设计误差匹配处理策略,... 利用信息熵原理进行海底地形匹配导航,建立地形差异熵,设计了包括搜索和定位两个阶段的地形熵差匹配算法,通过搜索与定位的转换逻辑,省却传统算法的跟踪阶段,提高匹配速度,利用粗匹配和精匹配两个阶段的匹配,以及设计误差匹配处理策略,以校正惯性导航系统(inertial navigation system,INS)随时间积累的位置误差,提高匹配效率及匹配定位精度,并使用实际海底数据进行仿真.结果表明,经度和纬度的位置匹配都具有较快的收敛速度,能够有效校正INS的位置误差,有精度高,稳定性好的优点,具有一定实用价值. 展开更多
关键词 惯性导航系统(INS) 差异熵 地形匹配 组合导航 算法
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地形匹配辅助导航中匹配区域的选择 被引量：21
6
作者 郑彤 蔡龙飞 +1 位作者 王志刚 边少锋 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第2期191-196,共6页
利用海底地形匹配辅助导航是水下载体导航技术致力研究的新方向。通过多波束测深系统测量获得的真实地形数据,采用ICCP算法为对准匹配算法,分析了实测地形的统计特征对相关匹配性能的影响,给出了地形匹配区域选择准则,并在实测地形图上... 利用海底地形匹配辅助导航是水下载体导航技术致力研究的新方向。通过多波束测深系统测量获得的真实地形数据,采用ICCP算法为对准匹配算法,分析了实测地形的统计特征对相关匹配性能的影响,给出了地形匹配区域选择准则,并在实测地形图上利用匹配算法对此进行了仿真研究,从而得到水下载体的最佳匹配位置,提高水下载体的导航精度。 展开更多
关键词 水下载体 多波束测深系统 ICCP算法 地形匹配 导航 匹配区域
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基于Hausdorff距离的海底地形匹配算法仿真研究 被引量：15
7
作者 徐遵义 晏磊 +1 位作者 宁书年 刘光军 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2007年第9期7-9,21,共4页
地形匹配算法是海底地形辅助导航系统的关键技术之一。根据海底地形的特殊特性,传统地形匹配算法直接应用于STAN时,易出现定位精度大幅降低和算法不稳定性问题。该文提出一种基于地形轮廓匹配原理的新算法,该算法利用改进的Hausdorff距... 地形匹配算法是海底地形辅助导航系统的关键技术之一。根据海底地形的特殊特性,传统地形匹配算法直接应用于STAN时,易出现定位精度大幅降低和算法不稳定性问题。该文提出一种基于地形轮廓匹配原理的新算法,该算法利用改进的Hausdorff距离作为水深实时测量曲线与海底地形图水深曲线之间的度量函数。改进的Hausdorff距离对匹配对象存在的小误差不敏感,在一定程度上还可反映空间两条曲线的方位关系,该算法定位精度高、稳定性好。利用某海域地形图进行的仿真实验表明:该算法是可行的,定位精度比现有算法提高一倍左右。 展开更多
关键词 地形匹配 海底地形辅助导航 HAUSDORFF距离
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基于三维地形匹配的月球软着陆导航方法研究 被引量：14
8
作者 崔平远 冯军华 +1 位作者 朱圣英 崔祜涛 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期470-476,共7页
针对月球探测器定点着陆任务的需要,研究了基于三维地形匹配的导航方法。对三维地形匹配问题,将高程方差图局部极值点作为三维地形特征,在构建地形特征之间的相对位置与角度不变量的基础上,提出了基于投票的三维地形匹配策略。针对测量... 针对月球探测器定点着陆任务的需要,研究了基于三维地形匹配的导航方法。对三维地形匹配问题,将高程方差图局部极值点作为三维地形特征,在构建地形特征之间的相对位置与角度不变量的基础上,提出了基于投票的三维地形匹配策略。针对测量噪声统计特性的不确定性,将Sage-Husa噪声估计算子与迭代卡尔曼滤波相结合,通过对测量噪声进行在线估计有效避免滤波精度下降甚至滤波发散的出现。数字仿真结果表明所研究的导航方法能够有效地实现探测器相对位置和姿态的精确估计。 展开更多
关键词 月球软着陆 视觉导航 地形匹配 位姿估计
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基于3D Zernike矩的三维地形匹配算法及性能分析 被引量：9
9
作者 叶斌 胡修林 +1 位作者 张蕴玉 陈海峰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期1241-1245,共5页
提出了一种基于面特征的三维地形匹配算法。在算法中,与三维地形具有一一对应关系的3D Zernike矩用来描述参考高程图(DEM)和恢复地形高程图(REM),三维地形匹配转化为基于3D Zernike矩的特征向量匹配。匹配按先粗后精两步进行,在粗匹配中... 提出了一种基于面特征的三维地形匹配算法。在算法中,与三维地形具有一一对应关系的3D Zernike矩用来描述参考高程图(DEM)和恢复地形高程图(REM),三维地形匹配转化为基于3D Zernike矩的特征向量匹配。匹配按先粗后精两步进行,在粗匹配中,匹配窗口滑动步长设定为5个象素,采用较低阶数的3D Zernike矩。在精匹配中,只对3个最优粗匹配位置的邻近区域进行精匹配,匹配窗口滑动步长为1个象素,采用较高阶数的3DZernike矩。两块地形的相似度以它们的3D Zernike矩间Camberra距离来度量,距离越小越相似,反之亦然。本算法属于特征面匹配,相对于基于特征点和特征线的地形匹配,理论和实验证明该算法具有更高的匹配概率、匹配精度和更强的抗噪声能力。 展开更多
关键词 三维地形匹配 3D ZERNIKE矩 面特征 Camberra距离
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海底地形匹配技术研究 被引量：18
10
作者 刘准 佀文芳 陈哲 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2004年第4期700-701,739,共3页
对海底地形匹配算法进行了研究,分别用两种常用的地形匹配算法:SITAN算法和TERCOM算法分别在海底地图上进行了仿真.并对传感器噪声对地形匹配概率的影响进行了批量仿真试验.试验结果表明,当传感器噪声的均方根小于10米时,TERCOM算法可... 对海底地形匹配算法进行了研究,分别用两种常用的地形匹配算法:SITAN算法和TERCOM算法分别在海底地图上进行了仿真.并对传感器噪声对地形匹配概率的影响进行了批量仿真试验.试验结果表明,当传感器噪声的均方根小于10米时,TERCOM算法可以获得大于90%的匹配概率,SITAN算法也可以达到60~70米的CEP圆概率误差. 展开更多
关键词 地形匹配 SITAN TERCOM 仿真
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一种基于地形匹配的自适应道路建模方法 被引量：9
11
作者 王晨昊 汤晓安 +1 位作者 陈敏 陈鸿 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期2824-2826,共3页
道路建模是虚拟战场及数字城市等领域的重要研究内容之一。以横截面道路模型结构[1]为基础,给出了一种基于地形匹配的自适应道路模型的构建方法。通过引入道路控制点结构,为四种主要道路现象建立了模型,然后提出一种“预测-判断”匹配法... 道路建模是虚拟战场及数字城市等领域的重要研究内容之一。以横截面道路模型结构[1]为基础,给出了一种基于地形匹配的自适应道路模型的构建方法。通过引入道路控制点结构,为四种主要道路现象建立了模型,然后提出一种“预测-判断”匹配法,用来在各个控制点之间实时生成地形匹配的非均匀截面串。算法可以较好的解决道路与地形的匹配问题,同时可以有效的降低道路模型的复杂度,提高渲染效率。 展开更多
关键词 道路建模 数字城市 地形匹配 几何建模
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鲁棒性地形匹配/惯性组合导航算法 被引量：11
12
作者 程传奇 郝向阳 +1 位作者 张振杰 马智刚 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期202-207,共6页
基于传统平均绝对差算法引入了选取搜索区域和匹配运算的改进策略,使得算法在匹配定位时允许载体灵活机动,提高了实时性;针对桑迪亚算法易发散的问题,分析了组合滤波算法的特点,建立了地形匹配/惯性组合导航的数学模型;针对地形匹配&qu... 基于传统平均绝对差算法引入了选取搜索区域和匹配运算的改进策略,使得算法在匹配定位时允许载体灵活机动,提高了实时性;针对桑迪亚算法易发散的问题,分析了组合滤波算法的特点,建立了地形匹配/惯性组合导航的数学模型;针对地形匹配"虚定位"影响滤波结果的问题,引入了一种基于新息向量的鲁棒检测算法,采用最小二乘对误匹配点进行拟合改正。仿真研究表明:与传统算法相比,组合滤波算法精度更高、稳定性更强,能高频率(200 Hz)输出高精度导航参数,误差保持在一个格网间距(90 m)以内;鲁棒检测算法能有效抵御粗差影响,在经纬度方向各加入0.05°粗差的情况下,仍可保持较高精度。 展开更多
关键词 地形匹配 组合导航 扩展卡尔曼滤波 新息向量 鲁棒性
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基于等高线图与小波变换的3D地形匹配算法研究 被引量：7
13
作者 于秋则 程辉 +1 位作者 田金文 柳健 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期262-268,共7页
提出一种新的基于边缘的3D地形匹配算法。在算法中,一种结构紧凑的特征"等高线图",用于表示参考高程图(DEM)及从实时数据恢复的高程图,这样3D地形匹配转化为基于等高线的匹配,即边缘(平面曲线)匹配问题。在边缘匹配过程中,首... 提出一种新的基于边缘的3D地形匹配算法。在算法中,一种结构紧凑的特征"等高线图",用于表示参考高程图(DEM)及从实时数据恢复的高程图,这样3D地形匹配转化为基于等高线的匹配,即边缘(平面曲线)匹配问题。在边缘匹配过程中,首先用一种具有平移,旋转,尺度不变性的规范化小波描述子描述边缘。其次提出了一种基于小波系数域的快速边缘匹配算法,并分析了运算复杂性。由匹配成功的边缘对提取控制点的坐标。讨论了图像变换模型及基于最小均方根误差准则的图像变换参数估计方法。用真实地形实验表明该算法匹配精度高,计算速度快。最显著的特点是该算法抗噪声能力强。 展开更多
关键词 DEM 3D地形匹配 REM IECM 规范化小波描述子 归一化边缘距离
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基于迭代最近点算法的地形匹配算法可靠性分析 被引量：8
14
作者 刘承香 阮双琛 +1 位作者 刘繁明 张敏 《深圳大学学报（理工版）》 EI CAS 北大核心 2005年第1期22-26,共5页
根据迭代最近点算法的原理,从几何直观的角度研究了地形辅助导航系统匹配的可靠性,推导了旋转和平移的可靠性公式,并进行了数字仿真,结果表明,本文推导的可靠性结论是正确的.
关键词 迭代最近点算法 地形匹配 可靠性 旋转和平移可靠性
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面向二维GIS矢量数据三维可视化的地形匹配技术研究 被引量：7
15
作者 康来 赵健 +1 位作者 宋汉辰 吴玲达 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2009年第11期262-265,292,共5页
提出一种二维GIS矢量数据三维可视化过程中地物与地形的快速匹配方法。结合矢量所代表地物的特性,对基于矢量信息的三维地物进行了分类,综合采用了地物匹配地形和地形匹配地物两种方法。地物匹配地形算法通过实时调整地物的位置和姿态... 提出一种二维GIS矢量数据三维可视化过程中地物与地形的快速匹配方法。结合矢量所代表地物的特性,对基于矢量信息的三维地物进行了分类,综合采用了地物匹配地形和地形匹配地物两种方法。地物匹配地形算法通过实时调整地物的位置和姿态实现与地形的匹配,地形匹配地物算法以不同的距离度量为基础,对矢量约束域内地形进行变形操作实现匹配。本算法还讨论了原始地形数据分辨率较低以及多个地形匹配影响域相交等特殊情况的处理方法。试验结果表明,本方法能满足基于点、线、面矢量信息的三维地物与地形的匹配需求,实现地物与地形无缝结合及平滑过渡,从而达到改善视觉效果的目的。 展开更多
关键词 矢量 三维可视化 地形匹配 虚拟环境
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混沌优化水下地形匹配算法研究 被引量：9
16
作者 张涛 徐晓苏 李佩娟 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第2期156-158,164,共4页
为了解决迭代最近点算法的定位精度和实时性问题,提出了一种基于混沌优化搜索的迭代最近点算法。在该算法中,以参考导航系统测量位置为中心规划真实位置的搜索范围,从参考地形图上提取相应的地形高程数据,与对应经纬度位置一起定义成模... 为了解决迭代最近点算法的定位精度和实时性问题,提出了一种基于混沌优化搜索的迭代最近点算法。在该算法中,以参考导航系统测量位置为中心规划真实位置的搜索范围,从参考地形图上提取相应的地形高程数据,与对应经纬度位置一起定义成模式类,将模式识别的过程转化成函数优化问题,然后运用混沌优化算法搜索目标函数最小值进行全局寻优,从而获得匹配最近点。仿真结果表明,在保证寻优性能的情况下,可以减少匹配次数,提高识别速度,满足地形匹配精度和实时性的要求。 展开更多
关键词 地形匹配 迭代最近点算法 混沌优化 实时性 函数优化
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基于Haar小波的地形匹配技术 被引量：5
17
作者 王广君 王巍 +3 位作者 汪文 尤克非 田金文 柳健 《电波科学学报》 EI CSCD 2002年第3期240-244,共5页
在传统相关地形匹配的基础上 ,提出了一种基于Haar小波的多尺度地形匹配方法。这种方法用Haar小波对地形作多尺度分解 ,然后 ,利用分解后的HL和LH分量分别进行相关匹配 ,对匹配后的结果用Dempster Shafer证据理论进行融合 ,得到正确匹... 在传统相关地形匹配的基础上 ,提出了一种基于Haar小波的多尺度地形匹配方法。这种方法用Haar小波对地形作多尺度分解 ,然后 ,利用分解后的HL和LH分量分别进行相关匹配 ,对匹配后的结果用Dempster Shafer证据理论进行融合 ,得到正确匹配结果。由于Haar小波分解后减少了数据量 ,保留了原始地形的主要几何特征 ,所以 。 展开更多
关键词 HAAR小波 地形匹配技术 计算速度 匹配精度 飞行器 制导 导航
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基于改进遗传算法的多波束水下地形匹配方法 被引量：10
18
作者 张涛 张驰 张佳宇 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期485-491,500,共8页
传统地形匹配算法在初始位置误差较大的条件下,由于搜索区域过大,定位精度较低,容易发生误匹配。针对此问题,提出一种基于改进遗传算法(GA)的多波束水下地形匹配方法。首先,根据地形变化特征,在多波束测深数据中自适应选择多条水深数据... 传统地形匹配算法在初始位置误差较大的条件下,由于搜索区域过大,定位精度较低,容易发生误匹配。针对此问题,提出一种基于改进遗传算法(GA)的多波束水下地形匹配方法。首先,根据地形变化特征,在多波束测深数据中自适应选择多条水深数据作为匹配序列,提高在地形相似处的匹配精度;然后,设计适应度函数用于衡量匹配航迹与真实航迹的相似度,加入收敛因子以减小惯导累积误差的影响;最后,利用正余弦算法对遗传算法进行优化,提高算法收敛速度,改善局部收敛的问题。仿真与船载实验结果表明,基于改进GA的多波束匹配方法对初始位置误差的大小不敏感,在分辨率为1 m的地形图上,匹配定位误差小于3 m,相比ICCP方法,在不同初始位置误差的情况下,定位精度分别提高了53%和79%。 展开更多
关键词 地形匹配 改进遗传算法 多波束 正余弦算法
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基于Hausdorff距离的地形匹配 被引量：8
19
作者 徐洪波 彭卫 苏建忠 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2002年第5期375-377,共3页
Hausdorff距离是用于二值图像比较的一种有效的相似度量。利用Hausdorff距离作为图像差异的度量进行地形匹配的算法 ,首先 ,提取地形结构线作为特征 ,计算Hausdorff距离 ,Haus dorff距离的最小值对应最佳匹配。实验结果表明该算法是有... Hausdorff距离是用于二值图像比较的一种有效的相似度量。利用Hausdorff距离作为图像差异的度量进行地形匹配的算法 ,首先 ,提取地形结构线作为特征 ,计算Hausdorff距离 ,Haus dorff距离的最小值对应最佳匹配。实验结果表明该算法是有效的。 展开更多
关键词 地形匹配 地形结构线 山脊线 山谷线 HAUSDORFF距离
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以交叉累积剩余熵为准则的星载激光测高仪大光斑波形数据与地形匹配法 被引量：4
20
作者 岳春宇 邢坤 +2 位作者 鲍云飞 周楠 何红艳 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期346-352,共7页
提出了一种基于交叉累积剩余熵的星载激光测高仪大光斑波形数据与地形匹配方法。根据星载激光测高仪大光斑回波波形信号包含地形结构信息的特性,将激光回波波形数据和数字表面模型(DSM)投影到统计特征空间,建立数据的统计特征向量,消除... 提出了一种基于交叉累积剩余熵的星载激光测高仪大光斑波形数据与地形匹配方法。根据星载激光测高仪大光斑回波波形信号包含地形结构信息的特性,将激光回波波形数据和数字表面模型(DSM)投影到统计特征空间,建立数据的统计特征向量,消除数据间维度差异,以交叉累积剩余熵为相似性测度匹配波形数据与地形的统计特征。试验结果表明,本方法能够较好地实现激光回波波形数据与地形的匹配,匹配精度达到一个像素以内。 展开更多
关键词 星载激光测高仪 大光斑回波信号 地形匹配 统计特征 交叉累积剩余熵
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