微小型飞行器室内激光∕INS融合定位方法研究

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1、第32卷第4期2013年8月飞行器测控学报JournalofSpacecraftTT&CTechnologyV01．32No．4Aug．2013微小型飞行器室内激光／INS融合定位方法研究。王平1，鲁可1’2，曹云峰3，王彪1(1．南京航空航天大学自动化学院·南京·210016；2．中国航空工业直升机设计研究所·江西景德镇·333001)3．南京航空航天大学高新技术研究院·南京·210016；摘要：针对激光测距仪精度高、抗干扰能力强等优点，选用二维激光测距仪为外部传感器，辅助MIMU(微惯性测量组合)组成微小型飞行器的室内导航系统；结合留点(ResiduePoints

2、)、Cox和IDC算法特点，设计了R—I-C(留点、IDC和Coxl)匹配算法组合策略(R-I—C激光扫描匹配算法)，采用Kalman(卡尔曼)滤波器进行激光／MIMU融合定位；最后，在以ARM为核心处理器的硬件平台上进行定位仿真。仿真结果表明：R—I—C算法满足设计要求；激光／MIMU融合定位方法具有良好的性能，能实现微小型飞行器的室内高精度定位。关键词：惯性导航系统；室内定位；激光测距仪；扫描匹配；卡尔曼滤波器中图分类号：TN967．2文献标志码：A文章编号：16745620(2013)040340—05I)()I：10．7642／j．issn．1674—5620

3、．2013—04—0340—05MAVIndoorLaser／INSFusionLocationMethodWANGPin91，LUKel”，CAOYunfen93，WANGBia01(1．CollegeofAutomationandEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016；2．AVICHelicopterResearchandDevelopmentInstitute，Jingdezhen，JiangxiProvince333001；3．AcademyofFronti

4、erScience，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016)Abstract：AnindoornavigationsystemisbuiltwithMIMU(Micro-InertialMeasurementUnit)assistedbyanexternalsen—sorofa2D1aserrangefinderforMAVS(MicroAirVehicles)becausealaserfinderhashighaccuracyandanti-interferenceperformance

5、．101一Claserscanmatchingalgorithmisdesignedincorporatingthefeaturesofresiduepoints．CoxandIDCalgorithms．Kalmanfilterisusedinlaser／MIMUfusionlocalization．Finally。thealgorithmistransplantedtOanARMhardwareplatformandsimulationshowsthat10I-Calgorithmmeetsdesignrequirementsand，withexcellentper

6、formance。Iaser／MIMUfusionlocalizationfacilitateshigh-accuracyindoorlocationforMAvS．Keywords：InterialNavigationSystem(INS)；indoorlocation；laserrangefinder；scanmatching；Kalmanfilter0引言微小型飞行器或小型机器人具有机动灵活、便于携带、成本低廉且不受辐射等环境影响的特点，是室内监测的有效平台[1‘2]。但微小型飞行器或小型机器人安装空间小，承载能力弱，一般要求传感器的器件数量少、体积小、重量轻、

7、价格低口]，伴随而来的问题是传感器精度低，不能满足室内近距离定位、导航的需求。另外室内环境空间小，障碍物多等特点要求微小型飞行器必须具有高精度的自主导航能力。所以为微小型飞行器设计一种室内近距离高精度定位方法是目前研究的热点。在室内环境下，由于不能获取GPS(全球定位系统)信号，导航一般通过INS(惯性导航系统)实现。考虑到体积和成本等因素，微小型飞行器上采用MIMU(微惯性测量组合)来实现INS的功能[2]。但是，由于其建立在积分原理基础上，随着时间的增加，测量误差必然不断积累并发散。这种误差的积累导致定位精度的降低对室内飞行来说不能容忍，而且MI