本文關(guān)鍵詞：基于激光掃描測(cè)距的室內(nèi)飛行定位與避障技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 室內(nèi)定位導(dǎo)航 激光測(cè)距掃描 同步定位與建圖 特征點(diǎn)提取 ICP匹配 避障 RRT算法

【摘要】：本文以微小型四旋翼飛行器完成未知室內(nèi)環(huán)境探索為應(yīng)用背景,針對(duì)同步定位與建圖(SLAM)算法計(jì)算復(fù)雜度大的問(wèn)題,以能夠在微小型四旋翼飛行器ARM嵌入式飛行控制系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)為目標(biāo),研究了基于激光掃描測(cè)距的室內(nèi)定位與避障技術(shù)。本文采用迭代最近點(diǎn)(ICP)匹配算法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位,為了降低匹配過(guò)程的計(jì)算復(fù)雜度,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)ICP算法進(jìn)行了改進(jìn)。首先,用環(huán)境中的真實(shí)特征點(diǎn)代替激光測(cè)距掃描儀采集的掃描點(diǎn)完成匹配過(guò)程。其次,限定了對(duì)應(yīng)點(diǎn)的搜索范圍。為了獲取環(huán)境中的真實(shí)特征點(diǎn),對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)濾波、區(qū)域分割、特征線段提取、特征點(diǎn)提取,并給出了一種真實(shí)特征點(diǎn)篩選機(jī)制�？紤]到兩次掃描間微小型四旋翼飛行器的偏航角變化范圍,在搜索一個(gè)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)時(shí),無(wú)需搜索點(diǎn)集中所有點(diǎn),只要搜索一定角度范圍的點(diǎn)。為了使微小型四旋翼飛行器能夠在未知環(huán)境完成避障飛行,本文給出了一種基于滾動(dòng)窗口規(guī)劃的室內(nèi)避障策略,使用快速擴(kuò)展隨機(jī)樹(shù)(RRT)算法實(shí)現(xiàn)未知室內(nèi)環(huán)境下的避障與路徑規(guī)劃。由于全局環(huán)境信息未知,將全局避障規(guī)劃視作局部避障規(guī)劃,通過(guò)反復(fù)多次的局部避障規(guī)劃來(lái)模擬一次完成的全局避障規(guī)劃。給出了局部子目標(biāo)點(diǎn)的確立方法,利用區(qū)域分割獲得的區(qū)域邊界點(diǎn)信息計(jì)算得出兩個(gè)區(qū)域間相鄰邊界點(diǎn)的連線長(zhǎng)度,以最長(zhǎng)的邊界點(diǎn)連線的中點(diǎn)作為局部子目標(biāo)點(diǎn)。最后,本文搭建了用于驗(yàn)證室內(nèi)定位與避障算法的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),并進(jìn)行了室內(nèi)定位與避障的離線實(shí)驗(yàn)。離線實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文給出的算法可以完成在未知環(huán)境下的室內(nèi)定位和障礙躲避。
【關(guān)鍵詞】：室內(nèi)定位導(dǎo)航 激光測(cè)距掃描 同步定位與建圖 特征點(diǎn)提取 ICP匹配 避障 RRT算法
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V249
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注釋表10-11
• 縮略詞11-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 課題研究背景和意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 室內(nèi)飛行定位技術(shù)研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.2 室內(nèi)避障技術(shù)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 微小型四旋翼飛行器室內(nèi)導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)18-19
• 1.3.1 特征檢測(cè)與提取18
• 1.3.2 地圖構(gòu)建與定位18-19
• 1.3.3 避障與航跡規(guī)劃19
• 1.4 本文的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排19-21
• 第二章 激光掃描數(shù)據(jù)的處理與特征提取21-39
• 2.1 激光測(cè)距掃描儀21-22
• 2.2 坐標(biāo)系定義22-23
• 2.2.1 局部掃描坐標(biāo)系22-23
• 2.2.2 全局定位坐標(biāo)系23
• 2.3 激光掃描數(shù)據(jù)濾波23-24
• 2.4 特征線段提取24-35
• 2.4.1 基于動(dòng)態(tài)閾值的區(qū)域分割25-31
• 2.4.2 線段特征提取31-35
• 2.5 特征點(diǎn)提取與篩選35-38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 第三章 室內(nèi)地圖構(gòu)建與定位算法39-55
• 3.1 基于激光掃描測(cè)距的匹配問(wèn)題39-42
• 3.1.1 激光掃描測(cè)距匹配問(wèn)題的描述39-40
• 3.1.2 位姿變換參數(shù)解析40-42
• 3.2 標(biāo)準(zhǔn)ICP匹配算法分析42-47
• 3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)ICP算法簡(jiǎn)述43-45
• 3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)ICP匹配算法的發(fā)展45-47
• 3.3 本文對(duì)ICP匹配算法的改進(jìn)47-49
• 3.3.1 在控制點(diǎn)選取上的改進(jìn)48
• 3.3.2 在特征度量上的改進(jìn)48-49
• 3.4 改進(jìn)ICP匹配算法的驗(yàn)證49-51
• 3.5 室內(nèi)全局定位與地圖構(gòu)建51-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 第四章 室內(nèi)飛行避障規(guī)劃策略研究55-64
• 4.1 避障方法研究55-57
• 4.2 RRT算法分析57-59
• 4.3 基于滾動(dòng)窗口規(guī)劃的RRT算法59-60
• 4.4 室內(nèi)避障策略60-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第五章 實(shí)驗(yàn)分析64-75
• 5.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)搭建64-68
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成64-65
• 5.1.2 激光測(cè)距掃描儀選型與性能65-67
• 5.1.3 飛行控制電路板67-68
• 5.2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景構(gòu)建68-69
• 5.3 改進(jìn)ICP匹配算法的性能分析69-70
• 5.4 室內(nèi)全局定位與建圖實(shí)驗(yàn)70-72
• 5.5 基于滾動(dòng)窗口規(guī)劃RRT算法的室內(nèi)局部避障離線實(shí)驗(yàn)72-74
• 5.6 基于RRT算法的室內(nèi)全局路徑規(guī)劃離線實(shí)驗(yàn)74
• 5.7 本章小結(jié)74-75
• 第六章 總結(jié)與展望75-77
• 6.1 工作總結(jié)75-76
• 6.2 展望76-77
• 參考文獻(xiàn)77-83
• 致謝83-84
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文84

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 肖支才;姜鵬;戴洪德;康宇航;;室內(nèi)四旋翼無(wú)人飛行器定位導(dǎo)航的研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J];飛航導(dǎo)彈;2014年08期

2 杭義軍;劉建業(yè);李榮冰;孫永榮;;基于混合特征匹配的微慣性/激光雷達(dá)組合導(dǎo)航方法[J];航空學(xué)報(bào);2014年09期

3 汪紹華;楊瑩;;基于卡爾曼濾波的四旋翼飛行器姿態(tài)估計(jì)和控制算法研究(英文)[J];控制理論與應(yīng)用;2013年09期

4 倪磊;曾慶化;莊f，

本文編號(hào)：550859