Application of Discrete Cross-correlation Function for Observational-comparative Navigation System

The article presents navigation system project operating on the principle scene matching area correlation (SMAC), using a digital camera, an MEMS e-compass sensor and an ultrasonic ranging module. Systems of this type are used as a component of advanced integrated navigation systems in view of its autonomy and capability of localizing aircrafts with high accuracy and precision. Steering and display of information are implemented using a computer application designed in Matlab programming environment. The object’s location is fixed, using discrete cross-correlation function through matching of the registered terrain image to digital orthophotomap. The article describes operations directly related to digital image processing, its implementation methods, a structural system design with explanations of each of the functional elements and presents devices used to build a complete integrated measurement unit model. It was used for the effectiveness measurement of determining the location of an object depending on the changes of angle and height of the flight as well as the luminance and noise level in a registered image. The measurements methodology was described which also includes an analysis of the results, an effectiveness evaluation and potential development directions of the designed system.

W artykule przedstawiono projekt systemu nawigacji obserwacyjno-porównawczej wykorzystującej kamerę cyfrową, magnetometr oraz impulsowy miernik odległości. Systemy tego typu znajdują zastosowanie jako elementy zaawansowanych zintegrowanych systemów nawigacyjnych, ze względu na swoją autonomiczność i możliwość lokalizacji statków powietrznych z bardzo dużą dokładnością i precyzją. Sterowanie i zobrazowanie realizowane jest przy użyciu aplikacji komputerowej opracowanej w środowisku Matlab. Miejsce położenia obiektu wyznaczane jest za pomocą dyskretnej funkcji korelacji krzżowej poprzez dopasowanie zarejestrowanego obrazu terenu do wzorca (ortofotomapy cyfrowej). W pierwszej części artykułu opisano operacje bezpośrednio związane z przetwarzaniem obrazów cyfrowych oraz ich zastosowanie dla potrzeb realizowanego projektu. W części drugiej przedstawiono strukturę opracowanego systemu wraz z opisem poszczególnych bloków funkcjonalnych oraz zaprezentowano urządzenia wykorzystane do budowy modelu kompletnej zintegrowanej jednostki pomiarowej. Model wykorzystano do przeprowadzenia pomiarów skuteczności wyznaczania miejsca położenia obiektu w zależności od zmian luminancji, kąta i wysokości lotu oraz poziomu zaszumienia obrazu. Dodatkowo przeprowadzono pomiary częstotliwości pracy systemu w zależności od stopnia rozszerzenia aplikacji o dodatkowe funkcje. Metodyka realizowanych badań została przedstawiona w części końcowej, wraz z analizą uzyskanych wyników, oceną efektywności oraz potencjalnymi kierunkami rozwoju opracowanego systemu.