激光雷达/微惯性室内自主建图与导航技术研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 23次 | 上传用户:lxg888
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近年来,自然灾害频发,反恐形式依然严峻。未知的室内环境探知与室内营救、室内反恐侦察等任务顺利完成,对于微小型无人机提出了极大的应用挑战。室内自主建图与导航技术是完成上述任务的关键技术,同时也是微小型无人机实现室内飞行控制、航迹规划等功能的重要支撑。本文研究基于激光雷达/微惯性的室内建图与导航技术,主要工作如下:首先,针对室内环境中激光雷达实现同时定位与建图问题,本文研究了基于完备端点特征关联的室内扫描匹配SLAM算法。采用完备端点特征提取算法,解决特征点因相对运动而变化的问题。姿态角收敛是位姿解算的关键,本文采用基于直线拟合认知的姿态角加权解算方法优化姿态角收敛。针对地图特征管理及闭环检测问题,采用备用特征地图数据库方法进行优化。实验结果表明,本文算法能有效实现较高精度的室内定位与几何建图。同时避免了已有基于概率的SLAM算法存在计算复杂度增大和依赖闭环检测的问题。针对激光雷达和微惯性系统的组合导航问题,改进了捷联微惯性导航系统随机误差参数识别方法。采用α-β滤波器对激光雷达的速度和位置观测量进行滤波处理,抑制了速度观测量的噪声。基于激光雷达/微惯性松组合实现方案,给出了无人机的状态估计。结合微惯性随机误差参数识别方法和微惯性状态推算方法给出了短时间内微惯性导航解算结果,满足室内导航要求。最后,以微小型无人机为应用平台,综合导航系统成本、性能、负载等因素,搭建了导航系统的硬件平台并设计开发软件系统。通过设计合理的实验方案,在硬件平台上,验证了本文所提出激光雷达完备端点特征匹配SLAM方法以及激光雷达/微惯性室内组合导航实现方法的有效性。论文成果具有一定的实际应用参考价值。
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