基于imu立体相机里程仪的探测车的联邦滤波组合导航定位研究

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1、摘要深空探测车任务中，探测车的高精度导航与定位是探测车路径规划、危险避障及科学目标的接近的重要前提。由于深空探测车处于未知的外太空环境，而外太空环境的不同于地球，使得目前成熟的包括GPS在内的地面导航定位技术不适用于深空探测车。因而依据包括惯性导航单元、里程仪、立体相机等在内的探测车传感器，开发自主、稳定、快速的定位方法对深空探测车任务具有重要意义。本文主要研究内容包括以下三个方面：1.阐述了惯性导航系统的工作原理，推导了捷联惯导的数字迭代算法，重点介绍了四元数毕卡算法、等效旋转矢量算法及圆锥运动时的等效旋转

2、矢量法，并对其进行了仿真。2.阐述了立体相机导航定位的原理，针对多帧序列立体影像上的同名点，通过特征点在多帧影像上的连续追踪，在自适应选取几何关键帧的基础上，构建几何约束强的影像区域网。通过光束法平差方法解求网中影像最优的外方位元素，实现了高精度导航与定位。3.对捷联惯导系统（IMU）、里程仪(Odometer)和立体视觉(VisualStereo)误差进行了分析,建立了以捷联惯导系统为主状态方程和观测方程，并给出了基于立体视觉/IMU/里程仪的深空探测车组合导航系统的联邦滤波组合方案。野外实验结果表明:联邦

3、滤波组合导航系统在反馈校正时能有效地抑制系统定位误差，并保证了在探测车视觉测程定位失败仍然可以输出稳定高精度的导航定位结果，提高了系统定位的容错性与精度。关键词：惯性测量单元；视觉测程；捷联解算；航迹推算；联邦滤波IABSTRACTHighaccuratelocalizationofroveriscrucialforpathplanning,obstacleavoidanceandscienceobjectsdetectioninrovermission.ConventionalmethodsbasedonG

4、PSlocalizationareunavailableforroverduetotheunknownouterspace.So,itismeaningfulforrovermissiontodevelopaautonomous,robustandfastlocalizationmethodwithrover-mountedequipments,includingstereocameras.Themaincontentsofthispaperincludethefollowingthreeaspects:1.

5、Thispaperdescribestheprinciplesoftheinertialnavigationsystem,derivesdigitaliterativealgorithmofSINS:quaternion,rotationvectormethod,andmakesasimulationofattitudeupdatealgorithm.2.Thispaperdescribestheprinciplesofthenavigationofstereocameras.Featuretrackingi

6、nconsecutiveframeswasintroducedtobuildimagenetworkbasedonadaptiveselectionofgeometrickeyframes.Bundleadjustmentwasusedtoobtainhighaccuratelocalizationresults.3.Weanalyzetheerrorequationofstrapdowninertialnavigationsystem(IMU),themileagemeter(Odometer)andSte

7、reovision(VisualStereo),andestablishthesystem'sequationandobservationequationwhichismainlybasedonthestrapdowninertialnavigationsystemforKalmanfiltering,thengivetheFederalfiltercombinedSolutionsofintegratednavigationsystembasedtheprobecar.Fieldexperimentandt

8、hesimulationresultsshowthattheintegratednavigationsystemcaneffectivelyinhibitthenavigationerrorwhenfeedbackcorrectionworks.Thisensuretheintegratednavigationsystemcanstilloutputstableandhighlyaccuratelo