基于激光雷達(dá)的月球車(chē)同時(shí)定位與制圖方法研究.pdf

1、自主導(dǎo)航技術(shù)是月球車(chē)在未知環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行的根本保證，定位與制圖是該技術(shù)的核心問(wèn)題。月球車(chē)確定自身位置與姿態(tài)需要借助環(huán)境地圖模型，同時(shí)，環(huán)境地圖需要在車(chē)體位姿確定的前提下創(chuàng)建。因此，針對(duì)未知的月球環(huán)境，同時(shí)進(jìn)行定位與制圖是一個(gè)彼此相關(guān)的過(guò)程。本文以基于激光雷達(dá)的月球車(chē)同時(shí)定位與制圖(SLAM)方法為主要研究?jī)?nèi)容。 論文設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一套激光雷達(dá)——月球車(chē)高速三維激光成像雷達(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由Acuity系列激光測(cè)距儀AR4000與掃描機(jī)

2、電系統(tǒng)組成，具備體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、適合月球環(huán)境中工作等特點(diǎn)。首先介紹了AR4000的工作原理，給出了測(cè)量數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)方法，然后介紹了整套激光雷達(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理，并提出了成像方法。室內(nèi)環(huán)境建模實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，利用該套激光雷達(dá)系統(tǒng)可成功建立掃描環(huán)境的基于激光點(diǎn)云的三維模型。 論文選用一種基于Rao-Blackwellized粒子濾波器的同時(shí)定位與制圖(RBPF—SLAM)算法作為理論基礎(chǔ)，并對(duì)傳統(tǒng)RBPF—SLAM算法加以

3、改進(jìn)：第一，建議概率分布在月球車(chē)運(yùn)動(dòng)模型基礎(chǔ)上考慮當(dāng)前時(shí)刻激光雷達(dá)測(cè)量值及此前的全局地圖模型，根據(jù)改進(jìn)的建議分布采用了一種基于可行方向法的位姿估計(jì)方法；第二，將自適應(yīng)機(jī)制引入重采樣方法；第三，提出了一種基于柵格的增量式制圖方法，該方法采取多個(gè)粒子共同創(chuàng)建一幅柵格地圖的策略，以最小信息熵為依據(jù)對(duì)各個(gè)粒子創(chuàng)建的局部地圖進(jìn)行選擇，以此建立工作環(huán)境的全局柵格地圖。 論文最后采用三種月球車(chē)同時(shí)定位與制圖方法進(jìn)行仿真，一種方法直接在利用捷聯(lián)