基于同步定位与建图的月球车自主定位及速度估计研究

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1、分类号：TP24题目英文并列题目182537．I唧单位代码：学号：密级：北京工业大学硕士学位论文10005S200702132公开RE苎垦丛￡旦Q盟L丛△壁BQ亚B△型!Q丛Q丛Q望曼．-___l●____●l___●●__-_____I___-___-___●______-●__●__l______-————————————————————————一一专导师姓名：副导师：论文报告提交几期职称：职称：授予学位单位名称和地址jB峦王些太堂j丘峦直翅团匡垩丕国!QQ置————————一I．．．．．．．

2、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一独创性声明Ⅲ

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8、II川ⅢY1788913本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文巾特别加以标注和致谢的地方外，论文rfl不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：王遮日期：么迦，墨关于论文使用授权

9、的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：王邀导师签名：幽§z乌日期：三堑堕苎-_摘要摘要自主定位功能是实现月球车巡视探测的基本保证。本文针对月球环境特点(无地磁、慢自旋、强光照、强粉尘、月面纹理单一、无大气)及月球车任务特点(小加速度运动、“运动一探测一数传’’分步执行)等，研究了基于同步定位与地图创建(SL

10、AM)的月球车自主定位及速度估计问题。论文在原有月球车组合导航系统方案基础上，提出了一种基于惯性测量单元、小型激光雷达、里程计、全功能太阳罗盘的月球车组合导航系统方案，给出了位姿、速度确定流程。捷联惯导与太阳罗盘提供车体的姿态信息，通过同步定位与建图过程得到更精确的位置及速度估计。论文选用一种基于Rao-Blackwellized粒子滤波器的同步定位与地图创建(1出PF．SLAM)算法作为理论基础，建立了里程计运动模型与激光雷达观测模型。通过特征环境下的仿真实验验证了重采样的必要性及带来的副作用。

11、探讨了特征环境下影响SLAM滤波一致性的冈素，同绕产生定位估计不一致现象的原因进行改进：第一，采用无迹卡尔曼滤波(切珏)算法计算最优提议分布，避免了扩展卡尔曼滤波(EKF)带来的线性化误差。第二，在重采样算法中加入了MCMC移动步，以抑制粒子贫化问题。并进行了特征环境下的仿真验证。论文实现了非结构化环境下月球车同步定位与地图创建及速度估计。给出了栅格地图表示及激光雷达扫描数据与地图匹配的方法。并对传统RBPF—SLAM中最优提议分布采样方法进行了改进，在先验估计的计算中考虑了最新的观测量。为了减少

12、对内存的需求及计算效率，采取所有粒子共同维护一幅地图的策略。另外，根据定位的结果提出一种速度估计的方法。采用三种月球车同时定位与地图创建方法进行仿真，一种方法直接利用捷联惯导进行定位与速度估计，另外两种方法则将捷联惯导分别与传统及改进的RBPF．SLAM方法相结合进行定位及估计速度。实验结果表明，与其它方法相比，改进的RBPF．SLAM方法不影响最终定位精度，而且使惯性定位及速度估计的累积误差得到有效抑制，得到较好的估计速度并提高了定位与地图创建的效率。关键词同步定位与地图创建；粒子滤波：一致性：

13、速度估计atmosphere)aswellas也echaractersoftherovermission(slowacceleration．movement-exploration-datatransmissionisexecutedinsteps)．Anintegratednavigationsystemispresented，whichconsistsofaninertialunit，aLiDA艮allodometryandasuncompass．Theattitudeinformationi

14、sprovidedbybothoftheStrapdownInertialNavigationSystem(siNs)andthesuncompass．TheaccuracyoflocalizationandvelocityestimateisimprovedbytheSLl6蝴technology．Rao-BlackwellizedParticleFilterSLAM(RSPF—SLAM)isemployedas也e也eorybasisforourresearch．Theodom