基于概率迭代匹配的水下机器人定位算法.pdf

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1、第36卷第4期电子与信息学报Vl01．36No．42014年4月JournalofElectronics&InformationTechnologyApr．2014基于概率迭代匹配的水下机器人定位算法方斌丑武胜董明杰马鑫郭晓旗f北京航空航天大学机器人研究所北京100191)摘要：该文针对水下机器人在核电站水池中的位置估计问题，提出基于扫描声呐的概率迭代匹配定位算法进行机器人水下定位。首先分析了扫描声呐的信号特征，对声呐信号进行预处理的方法，通过阈值去噪、距离限定和减少采样来降低信号干扰和剔除多余数据，提高计算效率。然后

2、针对声呐量测存在较大噪声的问题，提出基于概率迭代匹配的算法。利用马氏距离计算声呐扫描图与核电站水池环境地图之间的最近匹配点，同时通过置信度提高匹配的精度，以寻优迭代估计得到水下机器人的绝对位姿。与传统的最近点迭代算法的仿真比较表明该算法提高了水下机器人的估计精度。最后，通过水池实验验证了该算法的有效性。关键词：定位；声呐；水下机器人；概率迭代匹配；马氏距离中图分类号：TP242．6文献标识码：A文章编号：1009—5896(2014)0o993—05DOI：10．3724／SP．J．1146．2013．00282Loc

3、ationAlgorithmofUnderwaterRobotBasedontheProbabilisticIterativeCorrespondenceFangBinChouWu—shengDongMing-jieMaXinGuoXiao—qi(RoboticsInstituteofBeihangUniversity，Beijing100191，China)Abstract：Inordertolocatetheunderwaterrobotinthepoolsofthenuclearpowerplant，thesca

4、nsonarisused．First，thesignalcharacteristicsofthescansonarareanalyzed，andthepreprocessingmethodofsonarisusedtoreducesignalinterferenceandeliminateredundantdata，andthecomputationaleficiencyisimprovedbypreprocessingofthethresholddenoising，distancelimitationandreduc

5、tionofsampling．Then，theprobabilisticiterativecorrespOndencealgorithmisproposedbasedonthemeasurementnoiseofthesonar．ThenearestmatchingpointsbetweensonarimageandthemapofthepoolsofthenuclearpowerplantarecomputedbytheMahalanobisdistance．Meanwhile，thedegreeofconfiden

6、ceisusedtoimprovethematchingaccuracy，andtheabsolutepositionandorientationofunderwaterrobotsisestimatedbytheoptimizationiterations．Thealgorithmiscomparedwiththetraditionaliterativeclosestpointalgorithmandtheresultsshowthattheproposedalgorithmimprovestheestimation

7、accuracyofunderwaterrobots．Finally，experimentscarriedoutinthepoolverifytheeffectivenessoftheproposedalgorithm．Keywords：Location；Sonar；Underwaterrobot；Probabilisticiterativecorrespondence；Mahalanobdistance1引言业关键技术之一。目前导航定位方法主要有惯性导航系统，地形匹配技术，GPS系统，长／短基线定水下机器人能够在水下

8、执行观察、监测、打捞位系统，声呐等，针对不同的工作环境往往会采用和作业等任务，不仅在传统的海洋科学考察、打捞不同的导航定位方法。韩国的KeproVt核电站水下救生、海洋军事等领域有广泛的应用，近年在核电站的安全方面也有了应用[1I2】。水下机器人主要在核机器人是利用堆芯池正上方安置的摄像头和机器人电站的堆芯池、构件池、乏燃料池等场