激光雷达微惯性室内自主建图与导航技术研究

《激光雷达微惯性室内自主建图与导航技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：V249.32论文编号：102870316-SZ080学科分类号：085210硕士学位论文激光雷达/微惯性室内自主建图与导航技术研究研究生姓名廖自威专业类别工程硕士专业领域控制工程指导教师李荣冰副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationResearchonAutonomousMappingandNavigationTechnolo

2、gyinIndoorEnvironmentBasedonLidarandMEMSInertialComponentsAThesisinControlEngineeringbyZiweiLiaoAdvisedbyAssociateProf.RongbingLiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书本人声明所呈交的博/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

3、成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文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：南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要近年来，自然灾害频发，反恐形式依然严峻。未知的室内环境探知与室内营救、室内反恐侦察等任务顺利完成，对于微小型无人机提出了极大的

4、应用挑战。室内自主建图与导航技术是完成上述任务的关键技术，同时也是微小型无人机实现室内飞行控制、航迹规划等功能的重要支撑。本文研究基于激光雷达/微惯性的室内建图与导航技术，主要工作如下：首先，针对室内环境中激光雷达实现同时定位与建图问题，本文研究了基于完备端点特征关联的室内扫描匹配SLAM算法。采用完备端点特征提取算法，解决特征点因相对运动而变化的问题。姿态角收敛是位姿解算的关键，本文采用基于直线拟合认知的姿态角加权解算方法优化姿态角收敛。针对地图特征管理及闭环检测问题，采用备用特征地图数据库方法进行优化。实验结

5、果表明，本文算法能有效实现较高精度的室内定位与几何建图。同时避免了已有基于概率的SLAM算法存在计算复杂度增大和依赖闭环检测的问题。针对激光雷达和微惯性系统的组合导航问题，改进了捷联微惯性导航系统随机误差参数识别方法。采用α-β滤波器对激光雷达的速度和位置观测量进行滤波处理，抑制了速度观测量的噪声。基于激光雷达/微惯性松组合实现方案，给出了无人机的状态估计。结合微惯性随机误差参数识别方法和微惯性状态推算方法给出了短时间内微惯性导航解算结果，满足室内导航要求。最后，以微小型无人机为应用平台，综合导航系统成本、性能、

6、负载等因素，搭建了导航系统的硬件平台并设计开发软件系统。通过设计合理的实验方案，在硬件平台上，验证了本文所提出激光雷达完备端点特征匹配SLAM方法以及激光雷达/微惯性室内组合导航实现方法的有效性。论文成果具有一定的实际应用参考价值。关键词：SLAM，激光雷达，扫描匹配，特征提取与匹配，微惯性系统，室内导航I激光雷达/微惯性室内自主建图与导航技术研究ABSTRACTInrecentyears,naturaldisastersoccurredfrequentlyandterrorismformisstillgrim.

7、Itisabigchallengeformicrosmallunmannedaerialvehicle(UAV)whetherthetasksofunknowndetectionofindoorenvironmentandindoorrescue,indooranti-terrorismreconnaissancecouldbesolvedsmoothly.Autonomousmappingandnavigationinindoorenvironmentisthekeytechnologytothosetasks

8、mentionedabove.Meanwhile,itisanimportantsupportformicrosmallUAVstoimplementindoorflightcontrolandpathplanning.MainworkisdonebasedontheLidar/IMUforindoormappingandnavigationtechnology.Firs