基于激光雷達的月球車同時定位與制圖方法研究.pdf

1、自主導(dǎo)航技術(shù)是月球車在未知環(huán)境中穩(wěn)定運行的根本保證，定位與制圖是該技術(shù)的核心問題。月球車確定自身位置與姿態(tài)需要借助環(huán)境地圖模型，同時，環(huán)境地圖需要在車體位姿確定的前提下創(chuàng)建。因此，針對未知的月球環(huán)境，同時進行定位與制圖是一個彼此相關(guān)的過程。本文以基于激光雷達的月球車同時定位與制圖(SLAM)方法為主要研究內(nèi)容。 論文設(shè)計并開發(fā)了一套激光雷達——月球車高速三維激光成像雷達系統(tǒng)。該系統(tǒng)由Acuity系列激光測距儀AR4000與掃描機

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。首先介紹了AR4000的工作原理，給出了測量數(shù)據(jù)的校準方法，然后介紹了整套激光雷達系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與工作原理，并提出了成像方法。室內(nèi)環(huán)境建模實驗的結(jié)果表明，利用該套激光雷達系統(tǒng)可成功建立掃描環(huán)境的基于激光點云的三維模型。 論文選用一種基于Rao-Blackwellized粒子濾波器的同時定位與制圖(RBPF—SLAM)算法作為理論基礎(chǔ)，并對傳統(tǒng)RBPF—SLAM算法加以

3、改進：第一，建議概率分布在月球車運動模型基礎(chǔ)上考慮當(dāng)前時刻激光雷達測量值及此前的全局地圖模型，根據(jù)改進的建議分布采用了一種基于可行方向法的位姿估計方法；第二，將自適應(yīng)機制引入重采樣方法；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)對各個粒子創(chuàng)建的局部地圖進行選擇，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同時定位與制圖方法進行仿真，一種方法直接在利用捷聯(lián)