双星定位/捷联惯导组合导航技术

针对双星定位系统采用两颗地球同步卫星进行有源定位和存在定位位置滞后的特点,提出了双星定位／捷联惯性导航系统（SINS）组合的最优预测模型。该模型首先利用双星定位系统提供的滞后定位信息对组合系统进行最优预测,然后校正惯导。通过实际动态试验表明,利用本文提出的方法可有效地对组合系统进行较好的滤波与校正,定位精度较高。     

基于捷联惯导的蛇形管道机器人定位算法

为解决蛇形管道探测机器人因处于地下管道,难以定位的问题,基于牛顿第二定律为蛇形管道探测机器人设计了一种高精度的捷联式惯性导航定位系统(strapdown inertial navigation system, SINS)。系统搭载九轴惯性测量器件(inertial measurement unit, IMU)对蛇形机器人的加速度及角速率信息进行测量,融合卡尔曼滤波算法对定位系统进行误差补偿,采用四元数法构造捷联式惯性导航系统姿态矩阵进行姿态更新,再积分得到速度和位移。利用MATLAB软件根据上述算法对机器人的速度、位移进行分析计算,并与机器人真实的速度位移做比较,验证算法的可靠性。实验结果表明：所提算法的定位误差最大不超过4.7%,能够为管道探测机器人提供准确地速度和位置信息,具有较高的实用价值和意义。     

多天线GPS和微机械惯导组合进行姿态确定

描述了一种多天线GPS和微机械惯导系统组合来进行姿态确定的系统.目的是设计和装配一种具有可靠的高精度姿态确定性能、而且具有高输出率、低耗、快速初始化、通过数据合成而具备坚固和冗余性的多天线GPS和MEMS惯导组合的系统.这个系统在一段时间内没有GPS测量信息也能提供姿态以及其他的导航信息.性能分析显示在200 Hz状态下姿态、位置、速度、加速度以及角速率可以达到0.08o/s、1.5 m、0.1 m/s、0.12 m/s2和0.1o/s.     

单轴旋转捷联惯导系统姿态和航向角在线组合校正

为了提高工作在水下环境下的单轴旋转捷联惯导系统的导航定位精度,给出了惯导系统姿态和航向角在线组合校正流程,提出了一种基于速度信息的旋转式捷联惯导系统二次对准方法.利用速度信息和Kalman滤波技术进行姿态和航向角误差最优估计,同时周期性转动惯性测量单元以提高系统的可观测性.计算机仿真和转台验证实验结果表明,系统经过二次对准后,后续纯惯性模式下的定位精度明显提高,仿真实验中定位误差由4.52 n mile减小为2.19 n mile,转台实验中定位误差由4.28 n mile减小为2.06 n mile.     

老年服务机器人视觉定位方法研究

提出一种视觉定位方法对影响老年服务机器人的视觉定位精度的摄像机标定、手眼系统标定以及三维重建3个部分进行优化.首先对多幅标定图像的结果进行最小二乘处理,剔除大权重的误差样本以减小标定的统计误差;通过建立过渡空间坐标系的方法来对手眼系统进行标定,减少多次计算转移矩阵所造成的累积误差;利用最小二乘拟合精确确定目标的匹配点,...     

捷联惯导系统姿态算法误差的频域分析

从频域角度分析了捷联惯导系统在姿态解算过程中误差产生的原因，并在典型圆锥运动情况下进行了定量计算．结果表明，由于采样和量化过程中的误差，使惯导系统输出的姿态角出现了耦合误差，并提出了对采样信号进行预处理即设计滤波函数以减小采样信号失真的观点．     

捷联惯导系统姿态算法误差的频域分析

从频域角度分析了捷联惯导系统在姿态解算过程中误差产生的原因,并在典型圆锥运动情况下进行了定量计算.结果表明,由于采样和量化过程中的误差,使惯导系统输出的姿态角出现了耦合误差,并提出了对采样信号进行预处理即设计滤波函数以减小采样信号失真的观点.     

基于主动视觉的机器人末端姿态测量

采用平面校准形及移动摄像机到不同形位摄取图像的方法来进行摄像机校准，由灭点正交性和单对应矩阵的固有特征估计摄像机内、外参数初值，通过非线性优化来最小化投影误差；利用遗传算法求解机器人手眼矩阵，避免了初值估计，可容易地得到机器人执行器末端相对于绝对坐标系的姿态．实验和计算验证表明，这种测量方法是有效的，可以用于机器人校准、机器人辅助测量以及机器人辅助手术等领域．     

基于捷联惯导系统的船舶姿态测量与三维可视化研究

为使姿态数据能够直观、逼真地展现船舶运动状况,利用串口通信、Creator建模和OpenSceneGraph(OSG)场景管理技术,实现船舶姿态三维可视化.采用OSG三维渲染引擎创建三维场景,利用解析捷联惯导系统串口输出的姿态数据来控制Creator建模软件建立的船舶模型,并创建场景漫游器,实现从任意位置观察船舶运动的目的.以VisualStudio2008和OSG场景管理软件为开发平台,完成船舶运动姿态三维显示系统的开发,将船舶运动姿态实时、直观地显示给驾引人员,为船舶姿态显示提供了一种新的方法,并可应用到船舶综合船桥系统中.     

里程计组合的捷联惯导系统运动基座对准研究

研究利用里程计(DTU)辅助实现惯性导航系统(SINS)运动基座下初始对准.利用分段线性定常系统分析方法,提取了不同运动基座情况下SINS/DTU组合系统的可观测性矩阵;通过计算可观测性矩阵奇异值的大小,定量分析了SINS/DTU组合系统的可观测度;比较了SINS/DTU组合系统和SINS/GPS组合系统的对准机理;并进行了系统仿真.结果表明,这种基于SINS/DTU组合的方法能够实现SINS系统的自主式初始对准;但与SINS/GPS组合系统相比,系统的可观测度稍弱,所需对准时间稍长.     

一种角速率输入的捷联惯导姿态算法

为提高角速率输入的捷联惯导系统姿态解算圆锥补偿精度,给出一种新的角速率输入的圆锥补偿结构,该结构中引入了角速率拟合的角增量.然后在圆锥运动条件下推导出圆锥误差分析表达式,并采用频域泰勒方法进行圆锥误差补偿系数的优化设计.最后定义了圆锥运动环境下的姿态算法性能评价模型,并将新的姿态算法与传统算法通过仿真进行了对比分析.仿真结果表明,新的五子样算法的中低频规范化圆锥精度比传统五子样算法高出1个数量级以上,在圆锥运动环境下,增加子样数和提高采样频率能够显著提高新算法的性能优势.     

室内移动机器人的视觉惯性组合定位研究

针对在室内环境下移动机器人无法利用全球定位系统(global positioning system,GPS)进行精确的定位问题,提出一种紧耦合的视觉惯性组合定位方法,运用了预积分、联合初始化、边缘化等关键技术,并提出一种新的基于Vicon的惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)内参标...     

一种角速率激光陀螺惯导系统高精度姿态算法

在分析圆锥误差补偿通式的基础上,提出了利用角速率求取角增量的拟合算法,并给出了该算法的数学证明.详细推导了基于纯角速率输入的圆锥误差补偿算法的补偿系数和误差主项通式,并从理论上对精度进行了分析.结合激光陀螺频谱特性的仿真对比结果表明,纯角速率输入圆锥误差补偿算法优于常规的四阶龙格库塔算法,能够提高纯角速率输出的捷联惯性导航系统的姿态精度.     

基于双目视觉的机器人自定位方法研究

研究了一种利用双目立体视觉的机器人自定位方法.首先提取双目图像序列的Harris角点特征,并计算其水平与垂直方向上的Sobel响应,基于此响应,采用绝对误差累计的最小窗口查找(SAD)原理进行立体匹配.将改进的RANSAC算法用于特征匹配点优化中,利用高斯牛顿迭代法求解机器人位姿,实现了机器人的自定位.室内、外实验,及与BoofCV视觉库中的立体视觉定位算法的对比分析,证明该方法在运算速度、定位精度和稳定性等方面均能满足实际应用需求.     

星光导航原理及捷联惯导/星光组合导航方法研究

该文在分析星光导航原理的基础上,给出了捷联惯导/星光飞行器组合导航方案;推证了该组合导航系统的状态方程和观测方程,分析了星敏仪量测误差.结合高超声速跨大气层再入飞行体的模拟飞行轨道,进行了组合导航数学仿真.结果证实该方案能够利用星光导航信息对捷联惯导进行即时修正,表明捷联惯导/星光组合导航系统在较精确地获取载体姿态信息方面具有优越性.     

嗅觉搜索机器人的单目视觉室内定位技术研究

针对室内嗅觉搜索机器人定位问题,提出一种基于最小二乘高斯核支持向量机的单目视觉定位算法.首先,利用最小二乘高斯核支持向量机,可将机器人在图片中像素位置与真实场景中位置间的非线性映射转化为带高斯核的线性映射;然后,运用k重交叉验证方法对映射关系模型进行训练,获取优化模型参数;最后,利用单目摄像头采集机器人运动的连续图像,并根据机器人平台与其背景间的灰度差异特征实时识别图像中目标机器人平台,计算得到机器人平台形心在每一帧图像中的像素位置,进而映射出机器人平台在室内环境下的实时动态位置.实验结果表明:此定位方法能够为移动机器人在室内环境下提供高精度和无累积误差的实时定位信息;算法的精确性和可靠性得到了充分验证.     

基于双目视觉的掘进机器人定位定向方法研究

随着煤矿采掘装备智能化需求日益迫切,煤矿掘进装备机器人化关键技术成为重要研究内容,确保掘进机器人的高精度定位定向是实现掘进机器人高效自主运行的重要基础,然而,受到掘进作业空间地质条件复杂、作业环境恶劣等因素影响,使得掘进机器人精确定位定向较为困难。基于双目视觉感知技术的掘进机器人定位定向方法,通过双目视觉传感器获取巷道空间环境特征,基于最大类间方差法建立巷道空间环境图像特征分割处理模型;分析巷道空间图像特征,构建掘进机器人及巷道空间环境特征识别模型;基于巷道空间环境图像识别信息,建立掘进机器人与巷道空间之间的坐标关系模型,推导并解算出掘进机器人在巷道空间中的位姿信息。经过仿真及实验验证表明,在实验室模拟巷道空间环境中,解算出的掘进机器人定位定向参数精度较好,算法误差较小,空间定位定向模型合理,仿真计算可靠,提高了掘进机器人对巷道空间环境信息的获取与特征识别能力,为掘进机器人的定位定向技术提供理论基础。     

单目视觉和惯导松耦合的行人位姿判定

针对室内视觉定位特征稀疏时鲁棒性较低的问题,文章利用惯导元件输出频率大、短期精度高的特点,提出了一种低负载的单目视觉和惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)信息融合方法。该方法在初始化阶段根据位移相似性原理设计算法解算视觉位移尺度信息,在导航阶段将视觉信息输出的状态量通过尺度旋转变换后作为观测量进行卡尔曼滤波。通过实验验证了该方法的有效性,实验结果证明,所设计的视觉惯导组合导航系统在提升处理效率的同时,全过程均方根误差比单一同步定位与制图(simultaneous localization and mapping,SLAM)系统下降了17.1%。     

室内环境仿人机器人快速视觉定位算法

视觉定位是移动机器人视觉导航的关键问题之一。定位的实时性对视觉导航的性能有较大的影响。在确保定位有效性前提下,提出一种快速的视觉定位方法:采用BRISK(Binary Robust Invariant Scalable KeyPoints)特征作为局部不变性特征点,基于集合理论将场景图像简化为物种种群集合,采用种群相似系数索雷申系数测量场景的相似性,避免繁杂的计算过程,力求简洁快速有效地完成视觉定位。仿真和仿人机器人实验结果表明:在非结构化室内环境下,视觉定位有效性达到99%,场景相似性测量的平均时间0.03 s(每秒33幅图像),验证了该方法的有效性、鲁棒性和良好的实时性。