原文传递
面向自主水下航行器中末端接驳的多传感器数据融合定位技术研究
| 论文题名： | 面向自主水下航行器中末端接驳的多传感器数据融合定位技术研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;接驳技术;单目视觉SLAM;多传感器融合;导航定位 |
| 摘要： | 水下接驳技术是一种通过接驳基站（DOCK）对自主式水下航行器（AutonomousUnderwaterVehicle,AUV）进行能源补给和信息传输，提高AUV的续航能力的技术。技术的关键在于接驳过程中对AUV精确导航。本文在研究了国内外的接驳导航方案的基础上，深入展开了面向AUV中末端接驳的多传感器融合定位技术研究。 现有的接驳导航主要采用超短基线（UltraShortBaseline,USBL）和光学导引的组合导航方式，在远端回航阶段采用USBL导航，进入光学导引区域后，在末端入坞阶段采用光学导引导航。这种方案缺点是USBL定位更新频率较低，存在异常值，可能导致AUV偏离光学导引区域，尤其当海面光照较强时，末端光学导引区域缩小，增加了AUV进入光学导引区域难度。现有的通过耦合AUV动力学模型的单目视觉里程计来提高回航和接驳过渡阶段的定位精度的方案，容易受水下洋流和光线变化影响。 针对这些问题，本文提出了一种将水下单目视觉里程计和USBL等传感器基于非线性优化进行融合定位的解决方案，这种方案并不依赖AUV动力学模型求解单目视觉里程计的尺度。在该方案中，本文首先提出了一种适用于水下接驳的单目视觉即时定位与地图构建（SimultaneousLocalizationandMapping,SLAM）技术，该技术包含基于词袋跟踪前一帧特征点的跟踪方法，额外的剔除误匹配步骤和冗余的多层跟踪框架，提高了水下单目视觉SLAM在具有洋流和光线变化的水下环境的运行能力。然后本文提出了一种基于非线性优化，利用单目视觉里程计、USBL、深度计和十轴姿态传感器（AttitudeandHeadingReferenceSystem,AHRS）进行多传感器融合定位的方法，将AUV位姿和单目视觉里程计的尺度同时进行优化求解，不仅提高了中末端接驳的定位精度和定位更新频率，同时解决了单目视觉的尺度问题。 最后设计并搭建了一个小型通用AUV试验平台，并进行了泳池接驳试验。泳池试验结果证明，本文提出的方案在接驳成功率和接驳末端横向偏差上表现均优于现有的方案。 |
| 作者： | 周耿力 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 李德骏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2020 |
检索历史
应用推荐
