多旋翼无人机室内同步定位与建图技术研究

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1、中图分类号：V249.1论文编号：102870318-SX214学科分类号：081105硕士学位论文多旋翼无人机室内同步定位与建图技术研究研究生姓名孙朋学科、专业导航、制导与控制研究方向先进飞行控制技术指导教师王新华副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringIndoorexplorationofMAVusings

2、imultaneouslocalizationandmappingAThesisinNavigation,GuidanceandControlbySunPengAdvisedbyProf.WangXinhuaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文

3、中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要利用无人机代替人类对未知的环境进行探索，能够使人免除未知环境中不确定因素带来的威胁，是未来军民用无人机技术发展的热点研究领域。本文以多旋翼无人机进行未知室内环境中的自主探索为应用

4、背景，针对无人机不依靠外界信息的输入实现室内环境中的自定位和自主探索这两个技术难题，重点研究了多旋翼无人机室内同步定位与建图技术，以及在未知环境中的自主探索方法，并进行了初步飞行试验验证，研究成果具有重要的工程应用参考价值。首先，针对无人机依靠自身传感器实现室内定位的要求，采用基于高斯牛顿迭代法的扫描匹配方法求解无人机位姿，并构建了局部地图模型，为自主探索技术研究奠定了基础。其次，针对局部地图构建过程中产生的累积误差，设计了一种用子地图作为关键帧对无人机位姿进行优化的方法，并通过对局部扫描和子地图的匹配进

5、行回环检测。在此基础上，针对激光雷达在长直走廊环境中失效的问题，设计了一种基于光流和IMU补偿的多传感器融合定位算法。接着，为了实现无人机在未知室内环境下的自主探索，对现有SRT算法进行了改进。首先通过加入沿墙导航策略，克服了激光雷达因检测不到环境特征而无法进行定位的缺陷。其次针对SRT算法本身随机性过高的问题，利用边界检测的思想，在选取新节点时尽可能的靠近未探索区域和已探索区域的边界，从而减少算法本身的随机性，提高搜索效率。最后，通过构建多旋翼无人机室内同步定位与建图系统，进行未知环境下的室内定位与自主

6、探索实验。测试结果表明，本文给出的室内定位与建图方法可以在多旋翼无人机上为无人机提供准确的室内定位信息，并可以利用基于改进SRT算法的探索方法实现在不同室内环境中的自主探索。关键词：无人机，室内定位，未知环境探索，同步定位与建图，SRT算法I多旋翼无人机室内同步定位与建图技术研究ABSTRACTUsingMAVstoexploreunknownenvironmentsinsteadofhumancanavoidthethreatfromtheuncertainfactorsinunknownenviron

7、ment.ItwillbethefocusoffuturemilitaryMAVs.InaGPSdeniedindoorenvironment,itisdifficultforMAVtolocateitselfbyusingonboardsensorsonly.ThispapertakestheMAV’sexplorationinanunknownindoorenvironmentastheresearchbackground.,developedamethodforMAV’slocalizationin

8、indoorenvironmentandthestrategyforunknownenvironmentexploration.Thelocalizationmethodandtheexplorationstrategyareprovedtobefeasibleandeffectivebyflighttest.Andtheresearchresultshaveimportantreferencevalueforengineer