基于ROS的室内导航机器人设计研究

采用基于机器人操作系统（ROS）的设计方案开展了机器人在自主导航中的应用研究,设计了一款集定位、SLAM建图、路径规划、驱动控制于一体的机器人综合系统。系统利用激光雷达扫描获取环境实时数据和里程采集信息,通过Gmapping算法对数据进行融合,以及采用自适应蒙特卡洛定位（AMCL）方法实现了环境地图绘制与定位。通过matlab对路径规划算法进行对比研究发现,路径规划任务中Djakarta算法更适应在室内多障碍物场景。而实验结果显示在模拟环境中利用Dijkstra算法和DWA算法进行避障更加有效。仿真实验结果也表明,该系统可构建高精度环境地图,并对机器人进行定位和导航,实现了在实时路径规划中成功避开障碍物到达目标点。以上研究表明在室内定位和导航任务中该机器人系统框架具有良好的可行性和稳定性。     

半P集合（XF,X）与F-导航数据的路径匹配

在海上台风预警搜救系统中,存在数据丢失现象,为了能够正确地、实时地显示船舶在电子海图上的当前位置,应用半P-集合,提出F-导航数据与F-匹配度概念,给出辨识F-导航数据的定理、F-导航数据的恢复定理、导航数据的稳态匹配度定理、导航数据在电子海图路径上的匹配准则,最后给出F-导航数据在电子海图上的路径匹配应用。     

无人机航路规划问题初步研究

本文通过对无人机航路规划的研究,概括和总结了无人机航路规划问题的几个重要方面,构建了航路规划的基本框架。文章重点介绍了航路规划的约束条件、威胁模型的建立以及航路规划的算法,并对今后无人机航路规划的发展提出了展望。     

半P集合(X~■,X)与■-导航数据的路径匹配

在海上台风预警搜救系统中,存在数据丢失现象,为了能够正确地、实时地显示船舶在电子海图上的当前位置,应用半P-集合,提出■-导航数据与■-匹配度概念,给出辨识■-导航数据的定理、■-导航数据的恢复定理、导航数据的稳态匹配度定理、导航数据在电子海图路径上的匹配准则,最后给出■-导航数据在电子海图上的路径匹配应用。     

一种多无人机协同定位与稠密地图构建算法

针对VINS-Mono(monoculor visual-inertial state)算法定位精度较低且构建的稀疏点云地图包含的信息较少无法用于无人机的自主导航的问题,提出了一种集中式多无人机协同定位与稠密地图构建算法。该算法通过提高回环闭合中特征点匹配准确度以优化多无人机之间的定位精度,为了建立多个无人机之间的连接约束,使用四种不同类型的坐标系进行坐标转换优化,采用双向检测匹配法对关键帧进行特征点匹配,结合PROSAC(progressive sampling consensus)算法剔除误匹配,通过对有回环闭合约束的多无人机的位姿与全局地图进行全局位姿图优化,结合Voxblox构建了可供五架无人机协同导航的全局稠密地图。在EuRoc数据集的五个序列中,提出的多无人机协同定位与稠密地图构建算法与VINS-MONO算法相比,绝对轨迹误差分别降低了34%、26%、42%、24%、19%。实验证明,改进算法有效提高了多无人机之间的定位精度,并且构建的全局一致稠密地图包含距离信息与梯度信息,可以用于多无人机的自主导航。     

一种改进ICCP水下地形匹配算法

针对水下地形最近等值线迭代（ICCP）匹配算法的原理缺陷和惯性导航累积误差对匹配精度的影响,提出了一种利用粒子群算法优化估计航路的改进ICCP算法．分析了ICCP算法的不足,利用估计航路、惯性导航定位误差和数字地图确定误差椭圆和参考航路,用豪斯多夫距离表征参考航路与实际航路的位置差异,并利用粒子群优化算法实现参考航路的快速寻优．仿真结果证明改进算法具有更好的定位精度和鲁棒性,湖上试验验证了算法的工程可行性．     

基于WI-FI的北斗卫星导航客户端关键技术

为解决某些网络无法覆盖区域,仍然可以通过手机客户端查看北斗信息,实现海图定位,基于Android 平台,采用Java 语言,利用Eclipse 开发集成环境,对基于Wi-Fi 的北斗卫星导航客服端关键技术进行了研究,包括系统设计、北斗定位信息解析与显示、海图定位等。测试结果显示客户端可与服务器端进行有效通信,实现信息显示和海图定位。     

竞争量子进化算法的巡航导弹航路规划与重规划方法

针对巡航导弹航路规划问题,提出了一种竞争量子进化算法(CQEA),算法通过双方向进化及自适应变异避免其陷入局部最优解。同时,鉴于航路重规划对实时性的高度要求,借助最小威胁曲面及搜索竖线将三维搜索空间降到一维,并引入功能区域簇初始化思想来保证初始种群皆为非劣个体,从问题的几何本质上提升航路重规划效率。最后利用CQEA算法进行了航路规划与重规划仿真实验,结果表明,与PAQEA相比,CQEA搜索效率更高,稳定性更好;与原三维搜索空间相比,通过削减搜索空间及引入功能区域簇初始化思想后算法搜索速率更快,符合航路重规划对实时性的高度要求。     

基于SuperMap GIS的车载导航系统的设计与实现

阐述了基于SuperMap GIS平台的车载导航定位系统的设计与实现过程,重点介绍了导航电子地图、实时定位显示、地图匹配、路径规划、车辆轨迹回放、信息查询等功能的实现。特别利用距离投影算法实现了电子地图的匹配,修正了车辆在电子地图中的位置。     

动态环境下智能轮椅的路径规划与导航

针对智能轮椅应用的动态环境,提出了一种自主规划和导航算法.采用分层递阶体系结构,设计了基于地图匹配的自定位方法,将路径全局预规划和在线重规划相结合,获得动态环境下导航的次优路径,并且设计了基于局部观测地图的行为控制与行为选择算法.智能轮椅样机的实验结果表明,所提出的方法在动态环境下具有较好的路径优化特性和安全性.     

SIFT算法在不同维数下的图像匹配效率

 在移动机器人视觉定位领域中,SIFT（Scale Invariant Feature Transform）算法由于具有尺度、旋转和光照不变等特性被得到广泛应用。图像匹配效率与SIFT算法中所取维数有关,使用多少维数来表示一个特征点,满足不同的图像匹配精度和实时性的要求,还没有明确定义。为解决这个问题,针对不同维数的SIFT算法的匹配效率做了实验分析,得到了不同应用场合下使用维数的指导范围。以室内场馆导航机器人视觉定位为例,选取了16维作为匹配维数,实验结果能够满足移动机器人实时定位的需要。     

地磁匹配导航算法综述

地磁导航在军事和民用领域上具有广阔的应用前景,地磁匹配导航算法是地磁匹配导航的核心技术。本文综合分析了地磁匹配导航算法的研究现状,针对目前存在的主要问题,指出了研究高效、实时的匹配算法的关键技术,分析了匹配算法的发展趋势并进行了展望。     

室外区域充满运行机器人导航定位的一种策略

该文根据在室外非结构化环境中实现区域充满运行的一类移动机器人的工作特点，提出了利用组合定位系统和数字地图匹配算法对机器人进行导航定位的一种策略。利用基于环境特征位置探测和数字地图信息匹配相结合对定位误差进行修正的方法来提高机器人导航定位精度。该方法克服了传统导航定位方法存在累积误差和系统复杂、成本高等缺点。经实验验证：该文提出的定位系统和误差修正的方法能满足移动机器人区域充满运行的定位精度要求。     

一种结合匹配区选择和障碍物探测的水下路径规划方法

水下动态航路规划不仅需要考虑适配区的选择,还需要进行实时目标探测和有效避障,这样才能保证潜器的导航安全。文中提出一种同时考虑适配区选择和目标探测的水下航路规划方法,在重力梯度特征空间中基于支持向量机进行适配区的选择,利用重力梯度反演进行目标探测。该方法使潜器既能在适配区航行时进行有效定位,又能避免触碰暗礁和运动潜器等障碍物。仿真分析证明此方法有效。     

基于机器人操作系统的移动机器人激光导航系统

为了验证激光导航的先进性及机器人操作系统(robot operating system,ROS)的便捷性,进一步对机器人导航机理进行研究,提出了改进粒子滤波算法及改进A*路径规划,分别应用于地图构建和路径规划,并搭建了基于ROS平台的移动机器人导航试验平台,该平台具有低成本、高性能的特点。试验平台由上位机和移动机器人组成,上位机实现对机器人的控制,移动机器人配置有工控机和激光传感器,机器人通过激光传感器采集环境信息,为实现即时定位及地图构建功能提供数据支撑。研究并构建基于ROS的地图构建和自主导航功能包并通过实际环境进行试验验证。试验结果表明:构建功能包可用于机器人的激光导航中,该激光导航系统的可行且具有一定的稳定性与可靠性。     

基于弹道下降方式的无人机风险评估与航路规划

针对无人机系统失效后对地面人员及财产安全的威胁,提出了一种基于弹道下降方式下的无人机风险评估及航路规划方法。分析了无人机失效后的下降特点及规律,采用栅格法划分空域环境,以地面不同属性构建低空空域环境风险评估模型。结合无人机飞行的风险值、路径长度和空域情况,建立了多目标、多约束的无人机飞行航路规划模型。利用改进蚁群算法进行求解：优化转移概率,避免蚂蚁陷入死区间和减少盲目搜索;对信息素的更新进行改进,调整自适应系数增强最优路径的信息素浓度,提高算法收敛速度与稳定性。相比传统蚁群算法的路径规划,运行时间缩短6.7%、最优路径风险值降低41.45%、整体性能提高18.0%。仿真结果表明：本文模型及改进算法可以在提高路径安全性的前提下,缩短规划路径生成时间且保障运行的经济性。     

一种基于贝叶斯估计的地磁辅助惯性导航算法

针对已有算法难以满足实际应用需求的问题,提出一种面向飞行器导航的基于贝叶斯估计的地磁辅助惯性导航算法,其核心思想是将估计区域网格化,将位置估计转化为概率估计。该算法给出了位置修正策略。基于实测地磁数据的仿真实验结果显示,在仿真条件下,平均导航误差为89 m,首次修正惯导的平均时间为156 s,算法性能对初始估计误差的敏感性不显著。     

基于全局优化的无人机编队协同攻击航路规划模型

为使无人机编队协同攻击航路从总体上达到最优,引入一种全局优化方法,分析了该方法在无人机编队协同攻击航路规划中的应用,建立了无人机编队的协同攻击航路规划模型,并对该模型的求解进行了分析,给出了求解的全过程。应用该模型对无人机编队协同航路进行了仿真研究,仿真结果表明,基于全局优化方法建立的模型可以满足约束条件下的航路规划要求,具有较强的工程实用性。     

虚拟导航路径的空战多目标攻击顺序与接敌方向规划

通过分析空战多目标攻击的基本内涵,提出了基于虚拟导航路径的多目标攻击顺序与接敌方向规划方法。阐明了攻击顺序和接敌方向对作战过程和结果的重要影响;将攻击顺序和接敌方向规划等效为虚拟导航路径规划,建立了导航路径规划空间,给出了导航路径规划原理和可行航路评价指标,并基于粒子群优化(PSO)算法给出了具体的编码和求解方法。仿真结果表明,该虚拟导航路径方法可以有效地解决多目标攻击的攻击顺序和接敌方向规划问题,并能确保战斗机在多目标攻击战术执行过程中较高的生存性。     

采用自适应原始对偶迭代的无人机编队协同航路规划方法

针对目标通过机动进入无人机雷达探测盲区、导致雷达跟踪不稳定的问题，提出一种无人机编队协同航路规划方法。首先，根据雷达多普勒速度盲区、雷达探测视角、距离边界区等建立协同航路规划约束条件；然后，以机动目标稳健跟踪为目的建立优化目标函数，并结合约束条件构建协同航路优化模型；最后，设计了一种自适应原始-对偶迭代算法，对建立的航路优化模型进行快速求解，得到无人机飞行实时航路。对比仿真结果表明：所提方法能够实现无人机编队协同航路快速规划，达到对机动目标持续稳定跟踪的目的；与传统的高斯伪谱法和模型预测控制算法相比，所提方法求解速度提升了10%,算法复杂度相对较低；所提方法求解的无人机航路平滑性较好，可减少无人机飞行油耗，便于长时留空探测。