近年來人類對遠離地球的天體研究逐漸成為研究熱點,尤其是火星。對于探測器,由于距離的限制,遠程遙控通信延遲過大,使得自主導(dǎo)航成為巡游車執(zhí)行任務(wù)的關(guān)鍵,其需要結(jié)合各種傳感器以及相關(guān)算法確定巡游車的位姿,并完成地圖創(chuàng)建,繼而進行路徑規(guī)劃并執(zhí)行相關(guān)科學(xué)任務(wù)。本課題針對此相關(guān)問題,以近期NASA公開改裝的火星車樣機為研究載體,通過融合慣性激光雷達、慣性傳感器和雙目相機,完成巡游過程中行星表面同時定位與地圖構(gòu)建,為巡游車的科學(xué)實驗提供支撐。首先,基于阿克曼運動原理,建立了巡游車的運動控制模型,可以實現(xiàn)對巡游車的6個前進驅(qū)動電機以及4個轉(zhuǎn)角控制電機的速度解算,從而保證巡游車的驅(qū)動能力。其次,研究了基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的同時定位與地圖構(gòu)建。以Lego＿loam算法為基礎(chǔ),進一步融合了雙目相機,以彌補激光雷達信息量不足的缺點。合理融合了激光雷達、慣性傳感器與雙目相機,形成優(yōu)勢互補。在實現(xiàn)準(zhǔn)確定位結(jié)果的同時,完成了對三維點云的分割提取。然后,完成了激光雷達與雙目相機的外參配準(zhǔn),以及基于雙目相機的障礙物檢測。對已有的基于特征點的配準(zhǔn)算法進行改進,修改了對雙目相機特征點的提取方式,以及增加了對多次匹配求取的結(jié)... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院）上海市

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

蘇聯(lián)月球車

引言3（a）月球車1號（b）月球車2號圖1.1蘇聯(lián)月球車Figure1.1Sovietlunarrover（a）月球流浪者（b）“索杰納號”巡游車圖1.2美國月球車和火星車Figure1.2AmericanLunarRoverandMarsRover對于火星的探測，人類迄今共嘗試過44次，這其中包含了56個探測器，多數(shù)以失敗告終，只有19次成功完成任務(wù)（江山，2019）。在1960年10月10日，蘇聯(lián)向火星發(fā)射了探測器，也是人類首次嘗試，但是以失敗告終。到目前為止，順利完成探測任務(wù)的有：“海盜”、“海盜2”、“探路者”、“機遇”、“勇氣”、“鳳凰”、“好奇”、“洞察”，其中包含四輛巡游車，分別為“索杰納號”、“機遇號”、“勇氣號”、“好奇號”（程亦之，2019）。1997年，隨著美國的“火星探測路者”任務(wù)成功實施，“索杰納號”順利著陸�！八鹘芗{號”是首輛在火星上表面上通過巡游考察的方式進行科學(xué)研究的星表巡游車，其采用了六輪搖臂懸吊式結(jié)構(gòu)，可越過15cm的巖石障礙物和小于30度

面向行星表面自主巡游的多源數(shù)據(jù)融合與自主導(dǎo)航研究4的斜坡，如圖1.2（b）所示。它的主要導(dǎo)航方式為慣性導(dǎo)航，通過利用雙目相機輔助導(dǎo)航來矯正航位推算帶來的誤差（MatijevicJ等，1997）。2003年，美國國家航空航天局啟動了“火星探測漫游者計劃”，在這項計劃中，包含勇氣號和機遇號兩輛火星巡游車，對火星星表進行長時間連續(xù)的實地考察，如圖1.3所示。勇氣號和機遇號通過融合視覺和慣性傳感器進行定位：在平坦并且障礙物少的區(qū)域使用慣性傳感器進行導(dǎo)航，在光滑的地形或者斜坡上使用雙目相機進行導(dǎo)航。除此之外，勇氣號和機遇號還結(jié)合了其他定位方式，例如天文導(dǎo)航、無線電定位等，從而滿足巡游車在不同場景、不同條件下的保持定位與導(dǎo)航的精確度（LiR等，2004）。（a）勇氣號（b）機遇號圖1.3勇氣號和機遇號Figure1.3CourageandOpportunity2011年，美國研制出首個以核燃料為動力的火星車——好奇號，并成功將其送往火星，對生命元素進行探測（任秋凌，2013），如圖1.4（a）所示。好奇號所采用的導(dǎo)航定位系統(tǒng)與機遇號和勇氣號基本相同（邸凱昌，2015），但其攜帶了更先進的傳感器以及電子設(shè)備，行駛能力和探測能力都有很大的提高。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3505343