一种鲁棒的多目视觉惯性即时定位与建图方法

针对深空环境下机器人精确自定位的大视野和防抖性要求,提出了一种基于多图像匹配和惯性约束的即时定位与建图(SLAM)方法。基于对多目情况下SLAM系统的像素投影与位姿跟踪过程的分析,引入紧耦合视觉惯性约束,以降低轨迹估计的累计漂移误差,增强系统的鲁棒性,使其在快速运动时定位不易丢失;针对鲁棒初始化的需求,提出了一种稳定的自动静止初始化方法。搭建了多目相机视觉惯性定位的仿真试验平台,在V-REP中搭建仿真试验场景,仿真结果验证了本方法的定位准确性和鲁棒性。     

多智能体协同视觉SLAM技术研究进展

多智能体的协同视觉SLAM系统在地面机器人或空中飞行器梯队中应用得越来越广泛。由于不同的智能体之间会交换或共享信息,协同视觉SLAM系统不同于应用在单个智能体上的典型的视觉SLAM系统,具有更好的鲁棒性、准确性和高效性。阐述了多智能体协同视觉SLAM的发展历史和现有的研究方法,描述了协同视觉SLAM系统实现所涉及的关键技术,包括协同姿态估计和地图构建,以及新兴的分布式架构。此外,对多智能体协同视觉SLAM技术的发展趋势进行了展望。     

基于双目视觉的类脑三维认知地图构建方法

基于大脑导航神经细胞机理的类脑认知地图构建方法,为发展智能同步定位与地图构建(SLAM)技术提供了新思路.针对现有类脑认知地图构建精度不高的问题,提出了一种基于双目视觉的类脑三维认知地图构建方法.首先阐述了类脑三维认知地图系统的工作原理,然后论述了不同视觉里程计对认知地图精度的影响,研究了基于双目视觉里程计的类脑三维认知地图精度优化方法,最终完成了基于视觉数据集的类脑三维认知地图构建试验.试验结果表明,所提方法构建的视觉里程计地图的三维位置误差为总行程的2.14％,认知地图的三维位置误差为1.56％;认知地图精度与里程计精度呈正相关;系统通过模板匹配进行回环检测与校正,提高了认知地图的精度.     

RGB-D SLAM综述

RGB-D SLAM是指使用RGB-D相机作为视觉传感器,进行同时定位与地图构建(SLAM)的技术。RGB-D相机是近几年推出的能够同时采集环境RGB图像和深度图像的视觉传感器。首先对主流RGB-D相机,RGB-D SLAM算法框架流程做了介绍,然后对RGB-D SLAM算法的国内外主要标志性成果,以及RGB-D SLAM的研究现状进行介绍,并对RGB-D SLAM方法前端视觉里程计中特征检测与匹配、后端位姿图优化、回环检测等关键技术进行介绍总结。最后,对RGB-D SLAM算法的优缺点进行了分析,并对RGB-D SLAM算法的研究热点及发展趋势进行了讨论。     

惯性/视觉/激光雷达SLAM技术综述CSCD

同时定位与建图(SLAM)技术已广泛应用于各类自主移动平台中,其中视觉SLAM和激光雷达SLAM是两种主要的SLAM技术方案。然而,视觉SLAM系统易受视觉环境变化的影响,而激光雷达SLAM系统则在结构单一等环境中会出现精度退化甚至失效的情况。随着智能移动平台应用场景的不断拓展,对SLAM系统的精度和鲁棒性等提出了更高要求,将多种具有互补性的传感器进行融合是提升SLAM系统性能的有效途径。据此,聚焦惯性/视觉/激光雷达多传感器融合SLAM技术,从多传感器标定和多源数据融合两个主要方面进行综述,最后对多传感器融合SLAM技术的发展趋势进行了展望。     

月面环境三维激光SLAM技术

同步建图与定位（SLAM）可实现月球车在未知复杂月面环境下的定位与导航,月球表面由陨坑、石头等起伏地形构成,缺乏树木、建筑物等地面存有的显著特征,大量特征不显著的点云数据会对月球车定位精度和实时性造成影响。本文提出了一种针对月面环境的显著特征点云提取方法以及基于曲面定位能力估计的增量式优化算法,通过Fisher信息矩阵计算曲面定位能力指标,获取机器人位姿估计的不确定性测量,利用增量式的SLAM方案进行优化,用于提高定位精度与实时性。通过在Gazebo （物理仿真平台）仿真场景下的测试,验证了算法性能。     

基于几何特征关联的室内扫描匹配SLAM方法

为实现室内结构化环境中仅依靠激光雷达数据进行实时自定位并创建精确的特征地图,提出了一种基于几何特征关联的室内扫描匹配SLAM方法.几何特征关联与匹配方法的优劣很大程度上影响SLAM的实时性和精度.结合室内结构化环境的特点,提出了一种完备端点定义与提取方法,将直线段特征与完备端点进行关联,优化几何特征扫描匹配过程.此外,姿态角收敛是SLAM进行机器人位姿估计和求解一致性的关键.为确保姿态角准确收敛,采用了基于直线拟合认知的姿态角加权几何平均求解方法.实验证明,提出的SLAM方法得到的定位精度在100mm内,建图精度也较高,能胜任室内SLAM.     

基于二分法的EKF SLAM算法

针对基于点特征的SLAM算法对实际环境描述运算量大的缺陷,提出了基于二分法的线特征SLAM仿真算法。通过判断机器人点到线特征直线的垂足所在位置选择不同的计算顺序,避免了直接求解带来的较大运算量。算法分析表明,该SLAM算法可以减少运算量,提高计算速度,并增强机器人的构图定位能力。基于该算法进行了仿真实验,实验结果表明,该算法有效地提高了运算速度,使得机器人可以更好地完成构图定位任务。     

月面特征稀疏环境下的视觉惯性SLAM方法

月球车在执行科学探测任务过程中,其自身的高精度定位是一项亟需解决的关键问题。针对在特征稀疏的月面环境下的定位问题,提出一种视觉惯性融合的SLAM方法,将视觉测量与惯性传感器的信息利用位姿图优化方法融合,实现高精度的联合定位。针对特征稀疏环境下的前端视觉数据关联误差较大的问题,提出了一种基于四元树的光流跟踪算法,能够有效地跟踪鲁棒的特征点,提升了关键帧之间相对位姿估计的准确性。并且针对月面环境特有的恒星无穷远点干扰问题,提出一种高效的恒星点剔除算法,能够有效改善无穷远点导致的定位精度下降的问题。搭建了一套模拟月面环境的计算机仿真系统,并构建了多个月面环境视觉惯性SLAM仿真数据集,在不同的模拟月面场景下进行定位性能仿真验证,仿真测试结果表明本文算法的鲁棒性更强,具有更高的定位准确度。     

基于以太网的飞机结构应变测试系统

基于我国飞机结构疲劳强度测试系统的实际情况,结合目前网络技术在工业领域中的应用,提出了一种基于以太网的远程控制型分布式应变测试系统,着重论述了采用以太网技术实现多个远程监控端和测试端之间的通信,通过实验验证了命令和数据传输的可靠性与实时性。     

复杂环境下微小飞行器惯性/激光雷达Robust-SLAM方法

针对微小型飞行器在巡检、探测和地图构建等应用中关键的自主导航技术,提出了一种基于惯性辅助的激光雷达Robust-SLAM方法用于微小型飞行器自主导航。相对于传统的激光雷达SLAM方法,该方法在SLAM框架中引入了感知环境突变检测方法,并且加强了惯性与SLAM的组合程度,有效地解决了高程方向感知环境发生突变时激光雷达SLAM定位误差大的问题。室内车库实际飞行实验结果表明,该方法能够实现微小型飞行器在三维空间中实时可靠的自主导航,具有较好的工程应用价值。     

USME:统一SLAM度量与评测技术研究

同时定位与建图(SLAM)技术近年来得到迅速发展,但由于缺乏在统一框架下对算法的度量和比较,对SLAM的客观评估和应用造成障碍。提出了统一SLAM度量与评测(USME)框架,从指标体系、数据集及评测方法三个维度为各种SLAM方法的性能度量及比较研究提供基准。针对不同场景,建立了包括长时间运行漂移量,闭环检测能力,存在相机遮挡、光照变化和运动物体时SLAM方法的鲁棒性,以及多体协同性能等的综合性能指标体系。基于三维仿真平台,以指标体系为基准建立了合成数据序列及对应数据集,以对性能指标进行度量与评估。还建立了平均指标均值的数据处理与评测方法,以综合评价不同参数选择对方法性能的影响。通过典型SLAM方法验证了上述方法的可行性。     

基于显式预测控制的涡扇发动机控制器设计

模型预测控制因其能够较好地处理涡扇发动机约束问题且实现多变量控制而具有较大的应用潜力。为了解决传统模型预测控制算法在实际应用中存在运算量大、实时性较差的问题,基于显式模型预测设计了航空发动机多变量控制器。在控制结构上采用多速率双闭环系统,保证了控制精度;在计算上通过多参数规划将在线优化问题转化为线性函数计算问题,大幅度减少了计算量;在发动机从开环切闭环的过程提出一种增量式切换方法,实现无扰切换。数值仿真和硬件在环仿真结果表明,转速和压比稳态误差分别不超过±0.25%和±1%,控制器在25ms控制周期内能完成计算,满足嵌入式系统实时性要求。     

合作环境下基于惯性/里程计/Lidar融合的UGV导航方法

近年来，无人车在巡检、探测等方面的应用愈发广泛,且应用环境愈发复杂。在这些应用中，无人车必须对自身的位姿进行准确估计，以确保作业安全、高效完成。其中，可在复杂环境下适用的自主导航能力是核心关键技术。提出了一种基于惯性/里程计/激光雷达的地面无人车导航方法，区别于传统的激光雷达SLAM方法，该方法根据已知的几何结构特征进行定位，避免了因有效点数量稀少而导致的匹配误差。同时对惯性/里程计/激光雷达的融合算法进行了研究，提高了自主导航系统的鲁棒性和准确性。最后，在Gazebo中搭建了相应的仿真环境，并进行了算法验证。仿真结果表明，该方法能够实现无人车在巡检过程中实时可靠的自主导航，具有较好的工程应用价值。     

一种基于EPLL技术的自适应正交解调技术研究

针对过零检测实现的全数字锁相环不仅锁相速度慢, 而且过零点的扰动会 直接影响锁相精度以及适合模拟电路实现的相干解调技术,在数字电路中实现则需要设 计高阶数字低通滤波器,将占用大量数字电路资源并且会显著增加系统功耗等问题,在 设计一种新型全数字锁相环(All-digital Enhanced Phase-lock Loop,EPLL)的基础上,结合自 适应正交解调技术,提出了一种基于EPLL 技术的自适应正交解调技术方案,并对该方 案进行了研究与仿真。仿真得到了满意的结果,验证了基于EPLL 技术的自适应正交解 调技术方案的可行性,并研究验证了算法的参数变化对其性能的影响,为今后算法在数 字系统中的实现以及其在各领域的应用研究奠定了坚实的基础。     

Numerical simulation of a cabin ventilation subsystem in a space station oriented real-time system

An environment control and life support system(ECLSS) is an important system in a space station. The ECLSS is a typical complex system, and the real-time simulation technology can help to accelerate its research process by using distributed hardware in a loop simulation system. An implicit fixed time step numerical integration method is recommended for a real-time simulation system with time-varying parameters. However, its computational efficiency is too low to satisfy the real-time data interaction, especially for the complex ECLSS system running on a PC cluster. The instability problem of an explicit method strongly limits its application in the ECLSS real-time simulation although it has a high computational efficiency. This paper proposes an improved numerical simulation method to overcome the instability problem based on the explicit Euler method. A temperature and humidity control subsystem(THCS) is firstly established, and its numerical stability is analyzed by using the eigenvalue estimation theory. Furthermore, an adaptive operator is proposed to avoid the potential instability problem. The stability and accuracy of the proposed method are investigated carefully. Simulation results show that this proposed method can provide a good way for some complex time-variant systems to run their real-time simulation on a PC cluster.     

绝对同相支路输出的GNSS欺骗检测

针对功率随时间变化,载波同步欺骗场景下,传统检测算法的欺骗检测性能不理想的问题,提出了一种基于绝对同相支路输出求和(SAIBO)的欺骗检测算法,为改善欺骗检测性能,进一步提出了SAIBO滑动平均(SAIBO-MA)算法。SAIBO-MA算法的构建过程使用接收机跟踪环的同相支路的输出结果取绝对值后求和形成SAIBO检测量,再做滑动平均处理后得到SAIBO-MA检测量。实验使用德克萨斯大学奥斯汀分校的德州欺骗测试电池(TEXBAT)的场景7(DS7)为数据集,比较并分析所提算法与传统算法的检测概率、欺骗判决数目和稳健性等欺骗检测性能。实验结果表明,SAIBO-MA具有更高的检测概率和检测精度、更好的即时性和稳健性以及更宽的检测范围。提出的SAIBO-MA算法克服了传统算法的缺点,具有更优的欺骗检测性能。     

集群多机器人系统建模研究的发展与展望

凭借高效、鲁棒、应用广泛的特性,集群多机器人系统已经成为当今研究的热点课题之一,具有重要的实用价值。首先简述了自顶而下和自底而上两种多机器人系统研究思路的当前研究概况。然后从拟生物集群系统模型引入,进而引出一致性系统模型,针对低阶、高阶、异质、时延等一致性模型进行分析总结,单独阐述了多智能体强化学习系统模型的研究情况,并分别讨论了三种集群多机器人系统自组织建模方法的研究现状与各自存在的问题,总结与分析了集群多机器人系统运动的发生机理。最后,分析了现有集群多机器人系统模型尚待解决的关键问题和面临的挑战,并对其未来发展进行了展望。     

Closed-loop dynamic control allocation for aircraft with multiple actuators

A closed-loop control allocation method is proposed for a class of aircraft with multiple actuators. Nonlinear dynamic inversion is used to design the baseline attitude controller and derive the desired moment increment. And a feedback loop for the moment increment produced by the deflections of actuators is added to the angular rate loop, then the error between the desired and actual moment increment is the input of the dynamic control allocation. Subsequently, the stability of the closed-loop dynamic control allocation system is analyzed in detail. Especially, the closedloop system stability is also analyzed in the presence of two types of actuator failures: loss of effectiveness and lock-in-place actuator failures, where a fault detection subsystem to identify the actuator failures is absent. Finally, the proposed method is applied to a canard rotor/wing (CRW) aircraft model in fixed-wing mode, which has multiple actuators for flight control. The nonlinear simulation demonstrates that this method can guarantee the stability and tracking performance whether the actuators are healthy or fail.