基于EKF的无人潜航器航位推算算法

为了解决传感器的安装角偏离误差以及量测误差导致的无人潜航器(AUV)在水下自主航行时不能满足长时间导航定位的要求,对航位推算算法进行了研究.针对AUV在高纬度、长时间航行中曲率半径的变化,采用地球参考椭球体作为地球几何形状的数学描述;针对数据滤波实时性的要求,基于扩展卡尔曼滤波(EKF)对卫星导航系统(GPS)数据进行滤波,并利用AUV湖试数据对传感器的安装偏离误差进行了校正.对提出的导航算法进行了试验验证,结果表明AUV的自主导航定位精度为0.75%,满足设计要求,并优于改进前的航位推算算法.     

改进的人工势场法用于移动机器人导航

利用超声波传感器探测到的距离信息,模拟带电粒子在匀强电场中运动,提出了利用改进的人工势场法解决移动机器人的导航问题.对机器人在直道、弧形弯道和成角度的弯道3种路况下的导航行问题进行了分析,利用机器人与道路边界的距离信息,实时控制机器人的位姿,使机器人能够在避免与道路边界碰撞的前提下沿着道路顺利前进.结合Pioneer 3系列机器人的传感器分布特征,对算法进行了仿真,证明了算法的可行性和有效性.     

基于情景经验与稀疏点云的移动机器人导航

针对稀疏点云地图用于自主导航任务的信息不充分问题,融合情景经验实现环境认知,提出一种基于情景经验与稀疏点云的移动机器人导航系统,获取全局最优路径,提高机器人导航精度.构建点云地图来保存环境显著路标.受人类基于情景经验方式导航启发,模拟经验积累过程,构建封装了场景感知、位姿信息和事件转移集的情景经验地图,实现机器人对环境在拓扑关系上的理解.结合环境稀疏点云地图定位机器人,根据情景经验地图规划路径与控制机器人行为.实验结果表明:该导航系统能够根据不同的导航任务规划出全局最优路径,并且具有较高的导航精度.     

AUV同时定位与跟踪算法研究

为了提高自治水下航行器的水下适应能力,对比目标跟踪与协同导航的概念,并仿照同时定位与制图方法,提出了基于EKF-SLAM框架和FastSLAM框架的自治水下航行器同时定位与跟踪算法.根据装备在携带低精度自定位传感器AUV上的声纳传感器持续探测非合作目标并估计目标航迹的同时,利用探测到的AUV与目标间的相对信息修正其自身航位推算带来的累积估计误差,从而提高AUV的自定位精度,AUV的定位和目标的状态估计同时进行,且要满足一定的精度.仿真比较了所提出的两种算法的精度,并验证了算法的有效性和一致性.     

多自由度机器人位姿稳定性控制方法研究

对于多自由度机器人位姿控制方法来说,机器人位姿稳定性受到各种因素的干扰,容易发生位姿失稳现象,为此,提出一种新的方法来解决此问题.采用扩展卡尔曼滤波算法实现多自由度机器人各个传感器数据的有效融合,获取多方位机器人位姿数据;通过传感器信号处理去除机器人位姿测量噪声,使用自适应扩展技术实现机器人参量与姿态角校正信息融合,通过反演积分项自适应调节姿态参量并弥补稳态误差,实现机器人的位姿稳定控制.仿真实验结果表明,该控制方法能够准确实现多自由度机器人位姿稳定性控制,即使引入扰动机制仍然不会出现控制失衡,具有较好的稳态控制效果.     

一种基于IDDF的多AUV协同导航算法研究

为提高多自主水下航行器(AUV)协同导航效果,克服由于水声通信限制引起的协同更新频率低,进而导致的先验估计误差大、协同导航效果差,以及大初始化误差条件下协同收敛速度慢的问题,提出一种基于迭代插值滤波(IDDF)的多AUV协同导航算法.该算法将迭代滤波技术与插值滤波(DDF)算法相结合,不仅降低了传统EKF(扩展卡尔曼滤波)算法模型截断化误差对滤波精度的影响,而且通过量测信息的迭代更新,保证了系统在弱可观测条件下量测信息的充分融合.仿真结果表明该算法明显改善了系统的协同导航效果,证明了该算法对于多AUV协同导航系统的有效性.     

基于 MEMS 辅助的单基线北斗融合测姿算法

载体的姿态信息是导航的重要参数,随着北斗卫星导航系统（Beidou navigation satellite system,BDS）和微机电系统（micro-electro-mechanical systems,MEMS）惯性传感器的发展与完善,高精度、低成本、自主化的融合测姿技术具有广阔的应用前景,因此,提出MEMS辅助单基线北斗融合测姿算法。根据MEMS惯性传感器解算出的姿态信息确定基线向量的搜索范围,从而辅助模糊度函数法（ambiguity function method,AFM）减小整周模糊度搜索空间,提高整周模糊度快速求解的成功率和计算效率。将BDS输出的姿态角信息作为观测信息,对MEMS陀螺仪解算出的姿态信息进行实时校正,实现BDS和MEMS传感器二者的数据融合算法。通过实测数据仿真验证,该算法能够解决信号失锁带来的整周模糊度求解困难的问题,并且测姿系统能在遮挡和动态等复杂环境下提供高质量姿态测量结果。     

室内机器人导航系统的设计及仿真验证

针对室内机器人在未知环境下的自主导航问题,以机器人操作系统ROS为开发平台,基于Gmapping、Amcl、Move_base等开源功能包设计自主导航系统,使搭载此系统的机器人能够学习未知环境下的地图信息,并基于地图实现定位、路径规划、避障等功能。通过三维物理仿真软件Gazebo模拟环境并加载设计的URDF机器人模型,对自主导航系统进行仿真验证。结果表明,该自主导航系统能够使机器人在未知环境下,实现准确建图、定位、实时避障和路径规划等功能。     

同优先级的多水下机器人避碰控制

根据智能水下机器人(AUV)水下通讯相对困难的特点，在改进势力场法避障的基础上，实现了单机器人的避碰控制，在机器人群体间隐式通讯条件下，应用危险阈值和智能传感器的方法，成功地解决了优先级相同的多水下机器人编队航行过程中的避碰避障问题，并在仿真环境下验证了算法的有效性。     

基于VxWorks的水下机器人嵌入式导航系统的研究

构建了基于VxWorks嵌入式操作系统的智能水下机器人组合导航系统,详细阐述了水下机器人导航系统软、硬件体系结构.硬件采用基于PC104总线的多板卡嵌入式系统,导航系统核心处理器采用Intel公司的PIIX-4芯片处理器以及VxWorks实时嵌入式操作系统.文中还详细阐述了导航系统软件信息流程、数据处理及基于强跟踪卡尔曼滤波的船位推算算法.最后通过自主目标搜索、长距离航行试验等海试验证了该导航系统的可行性与可靠性.