基于天空偏振光的SLAM方法的研究.pdf

1、20世紀以來具有高度智能和實際應(yīng)用價值的機器人逐漸進入到人們的生產(chǎn)與生活當(dāng)中，這極大的方便了人們的生產(chǎn)生活，它們可以在有障礙的環(huán)境中自主移動，并通過傳感器感知周圍的環(huán)境。
　　這些自主式移動機器人能進行自主移動的關(guān)鍵在于導(dǎo)航定位，它主要需要解決三個方面的問題:精確的導(dǎo)航定位、高精度的地圖創(chuàng)建以及實時的路徑規(guī)劃，而導(dǎo)航定位技術(shù)是移動機器人實現(xiàn)自主移動探索未知環(huán)境的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。
　　目前移動機器人的應(yīng)用環(huán)境相對來說非常復(fù)雜，需要

2、面對的往往是一些人煙稀少或不能難以到達的地方，如沙漠、海洋、太空等一些特殊的環(huán)境，同時對移動機器人的功能需求也在不斷增加，所以與之相應(yīng)的導(dǎo)航定位這一研究領(lǐng)域的研究也呈現(xiàn)出一些新的發(fā)展特點。如:多種方法的組合導(dǎo)航定位、分布式的智能結(jié)構(gòu)、信息通信的網(wǎng)絡(luò)化、多種傳感器的信息融合，不同領(lǐng)域的技術(shù)交叉等。自然界有很多生物，它們具有特殊的導(dǎo)航定位能力，比如沙蟻、蜜蜂等一些昆蟲生物有利用天空散射光偏振特性進行導(dǎo)航定位的能力，此外還有一些其他的生物的導(dǎo)

3、航定位能力更加奇特，這些仿生導(dǎo)航定位的能力極大的激發(fā)了研究人員的靈感為移動機器人導(dǎo)航定位的研究提供了一種新的思路。
　　本文在中國科學(xué)院合肥研究院先進制造技術(shù)研究所智能車輛中心的支持下，從生物利用偏振光導(dǎo)航的仿生學(xué)機理出發(fā)，開展了一系列基于天空偏振光研究和導(dǎo)航定位方法的研究:
　　(1)通過對太陽光進入大氣層發(fā)生散射的原理，對國內(nèi)外的研究成果進行分析，了解偏振光的三種數(shù)學(xué)描述方法，了解了天空散射光的偏振分布的特點以及規(guī)律，了

4、解偏振光的兩種不同的檢測方法及其各自的優(yōu)點和不足，了解了哪些因素會影響到對偏振特性的測量，并歸納出在實際工作中獲取到理想的天空散射光偏振檢測數(shù)據(jù)的方法與規(guī)律。
　　(2)研究分析導(dǎo)航定位領(lǐng)域中的方法、規(guī)律以及研究現(xiàn)狀，分析阿克曼運動模型和車輛運動微分模型的不同，研究航跡推算方法和同步定位與地圖創(chuàng)建算法，并針對EKF-SLAM、粒子濾波SLAM等SLAM算法的不同特點進行了詳細的分析。
　　(3)通過對國內(nèi)外目前已經(jīng)開發(fā)出來的

5、偏振光檢測裝置的測量原理以及性能的分析，設(shè)計了三代我們自己研發(fā)的具有一定精度的天空偏振光測量裝置，特別是針對第Ⅱ代偏振光檢測裝置開發(fā)和設(shè)計了一整套設(shè)備的標(biāo)定方法，該設(shè)備目前已經(jīng)可以實現(xiàn)對天空散射光偏振特性的高精度測量。
　　(4)針對現(xiàn)有不同導(dǎo)航定位技術(shù)的優(yōu)點和不足提出改進的導(dǎo)航定位方法，并研究將偏振光傳感器獲取的檢測數(shù)據(jù)與該導(dǎo)航定位方法相結(jié)合的方法。分別從航跡推算和同步定位與地圖創(chuàng)建的角度分析如何實現(xiàn)基于天空散射光偏振測量數(shù)據(jù)的

6、高精度導(dǎo)航定位，并提出了一種可以在晴朗天氣下進行基于天空散射光偏振特性檢測的定位和同時創(chuàng)建天空散射光的偏振測量數(shù)據(jù)庫的方法，最后對實驗的結(jié)果進行分析，結(jié)果表明所提出的這種方法是有效的，不僅可以提高基于天空散射光偏振特性的導(dǎo)航定位精度，同時可以提高對天空偏振光檢測的精度。
　　本文在安裝有GPS、INS傳感器、里程計以及偏振光傳感器的“智能先鋒Ⅰ號”上做了大量基于天空散射光偏振特性的導(dǎo)航定位實驗。由于作者自身能力所限，因此對天空散射