面向智能驾驶的高精度多源融合定位综述

随着信息时代各行各业效率的提升，传统的人工驾驶交通系统已逐渐无法满足人们对高效率、低风险交通服务的需求，而智能驾驶技术的出现为这一领域带来了机遇。如今，以自动驾驶为代表的智能驾驶已经成为一种实用的深度交叉技术，其核心模块包括高精度定位、场景感知、决策规划与控制等。定位模块作为智能驾驶系统中最基本、最核心的功能模块，需具备高精度、高可用、低时延的性能特点。当前，结合高精度卫星导航、惯性导航以及环境感知的多源融合技术已成为实现泛在智能驾驶所公认的核心手段，通过充分利用车载传感器的量测信息可以实现精确、可靠的定位服务。从导航定位中常用的传感器技术出发，对当前智能驾驶领域涉及的高精度定位技术进行了全面的回顾，给出了主流的基于滤波和因子图优化的多源融合框架，并对代表性算法进行了整理。最后，总结了现阶段智能驾驶中高精度定位技术的发展现状，并对未来的发展趋势进行了展望。     

融合背景图像信息和多特征压缩的相关滤波跟踪算法

针对相关滤波类跟踪算法目标背景图像信息利用率较低、目标特征表达能力较弱的问题，提出了一种融合背景图像信息的多特征压缩跟踪算法。首先，在上下文感知滤波器的基础上，将背景图像信息加入位置滤波器。其次，提取颜色名(Color Name, CN)特征与梯度直方图(Histogram of Oriented Gradient, HOG)特征，使用最大响应因子及平均峰相关能量(Average Peak-to-Correlation Energy, APCE)评估跟踪结果的可信度，实现两种特征的自适应融合。最后，利用特征降维简化模型的复杂度，实现算法运行速度的提升。实验结果表明，改进后的算法在遮挡、形变、尺度变化等复杂环境下均具有较高的鲁棒性，其跟踪精度和成功率指标均优于DSST及其他主流的跟踪算法，并且仍保持了实时性。     

AIS和光学遥感图像引导的星载SAR舰船目标识别网络

星载SAR作为全天时、全天候的感知手段广泛应用于海洋目标识别任务中,由于SAR图像分辨率低、难解译、样本不均衡导致现有单一模态目标识别算法识别精度低。提出了一种AIS和光学遥感图像引导的星载SAR舰船目标识别网络,针对不同模态数据特征维度不同导致难度量问题,利用特征迁移模块在保留各自模态独有特征属性前提下将异构特征映射到共同的空间中度量;针对不同模态不同类别数据存在样本不均衡问题,利用异构特征对齐模块充分挖掘不同模态的互补信息,以细粒度的方式进一步对齐不同模态的异构特征,同时将各个模态的判别性特征作为先验信息迁移至SAR图像模态中。实验部分利用AIS历史数据和光学遥感数据集作为辅助信息,在2个公开的SAR图像舰船目标数据集中进行测试,实验结果表明所提算法通过迁移不同模态信息,有效提升了SAR图像舰船目标的识别准确率。     

基于多尺度融合的自适应无人机目标跟踪算法

针对无人机（UAV）跟踪过程中目标的尺寸小、尺度变化大和相似物干扰等问题，提出了一种基于多尺度注意力和特征融合的自适应无人机航拍目标跟踪算法。首先，考虑到无人机视角下干扰信息多，构建了深层多样化特征提取网络，提供鲁棒表征目标的语义特征和多样化特征；其次，设计的多尺度注意力模块，抑制干扰信息的同时保留了不同尺度的目标信息；然后特征融合模块将不同层特征进行融合，有效整合了细节信息和语义信息；最后，使用多个基于无锚框策略的区域建议模块自适应感知目标的尺度变化，充分利用整合的特征信息实现对目标的精准定位与稳定跟踪。实验结果表明：该算法在数据集上的成功率和准确率为61.7%和81.5%，速度为40.5 frame/s。该算法对目标的辨别能力、尺度感知能力和抗干扰能力明显增强，能有效应对无人机跟踪过程中的常见挑战。     

基于测地线距离的空间非合作目标点云配准

针对局部结构相似及翻滚遮挡下目标动态特性辨识问题，提出一种融合疏密度指标与全局测地线距离的空间非合作目标点云配准方法。首先，引入球面投影法，将不规则的空间目标点云映射到规则的球面流形上。然后，设计基于点云离散程度的疏密度评价指标，将球面点云划分为不同的局部点云子集，在此基础上构建全局测地线距离矩阵以增强点云局部形状信息的感知能力。最后，依据全局测地线距离矩阵推导建立了场景点云与模型点云间配准矩阵，实现空间非合作目标的动态特性辨识。仿真与试验结果表明：提出的算法在目标局部结构相似及点云缺失下的配准精度优于最近迭代点（ICP）算法与基于凸包粗配准的改进ICP算法。     

基于IGA算法优化的RBF神经网络应用

提出了一种基于改进遗传算法(Improved Genetic Algorithm,IGA)优化的径向基函数(RBF)神经网络,将实数编码的自适应交叉和变异操作的遗传算法与梯度下降法混合交互运算,作为RBF网络的学习算法,并应用于非线性函数的逼近和导弹故障模式的识别问题。仿真结果表明,基于IGA算法的RBF神经网络不仅结构简单,而且具有较好的网络泛化性能。     

一种民航发动机滚动轴承故障预警方法

为了提前感知滚动轴承故障,避免民用航空发动机非计划维护带来的损失,提出了一种故障预警方法.对轴承振动信号进行特征工程,提取其时域和频域特征,引入梯度提升决策树(Gradient boosting decision tree,GBDT)算法,量化了特征重要度;在特征相关性分析的基础上,利用核主成分分析(Kernel pr...     

基于改进YOLOv5的无人机实时密集小目标检测算法

无人机航拍图像与自然场景图像相比背景更复杂,存在大量密集小目标,对检测网络提出了更高的要求。在保证目标检测实时性的前提下,针对无人机视角下密集小目标检测精度低的问题,提出一种基于YOLOv5的无人机实时密集小目标检测算法。首先,将空间注意力(SAM)与通道注意力(CAM)相结合,改进CAM中特征压缩后的全连接层,降低计算量。另外,改变CAM与SAM的连接结构,提高空间维度特征捕获能力。综上,提出一种空间-通道注意力模块(SCAM),提高模型对特征图中小目标聚集区域的关注程度;其次,提出一种基于SCAM的注意力特征融合模块(SC-AFF),根据不同尺度特征图自适应分配注意力权重,增强小目标的特征融合效率;最后,在主干网络中引入Transformer模块,并利用SC-AFF模块改进原有的残差连接处的特征融合方式,更好地捕获全局信息和丰富的上下文信息提高复杂背景下密集小目标的特征提取能力。在VisDrone2021数据集上进行实验,YOLOv5s基准下,改进后模型的mAP₅₀提高了6.4%,mAP₇₅提高了5.8%,对高分辨率图像的FPS可达到46...     

基于局部几何特征的稠密点云配准方法

针对现有的稠密点云配准方法依赖初始位置设定、计算成本高、配准成功率不高等问题，提出了一种基于点云局部几何特征的稠密点云配准方法。采用深度卷积网络模型提取点云的局部几何特征，从而减少了三维点云数据的噪声、低分辨率和不完备性等带来的影响。在此基础上，使用K维树搜索完成局部几何特征描述子的关联工作。最后，通过随机采样一致算法对点云的相对位姿进行鲁棒的估计。通过对开源数据集上5个典型场景中的数据测试表明，该方法的配准成功率达到92.5%，配准精度达到0.0434m，配准时间相对最邻点迭代配准算法缩短了74.7%，实验结果验证了该方法的有效性、实时性和鲁棒性。     

基于属性引导的多源遥感舰船目标可解释融合关联网络

多源遥感舰船目标关联作为前期大范围预警探测的重要手段为海上态势研判提供重要情报支撑,现有关联算法面临关联结果可解释性差,异构特征难度量,多源目标关联精度低等问题。提出了一种基于属性引导的可解释融合网络用于解决多源遥感舰船目标的关联问题。首先,提出全局关联模块,利用跨模态度量损失函数将图像特征映射到共同空间中度量,用于解决多源图像内容差异大,特征难对齐问题。然后,提出包含多头注意力模型和属性监督函数的可解释模块,提升关联精度并输出可解释的关联结果。其中多头注意力模型让网络关注到舰船目标显著性区域,属性监督函数引导模型关注舰船图像中判别性属性特征,利用属性特征帮助网络解释输出关联结果的决策依据,并以量化的形式可视化属性特征对关联结果的贡献度。最后,利用知识蒸馏的思想减小全局关联模块和可解释模块输出特征距离的差异,使得网络实现精准关联并提供可解释的关联结果。在实验部分,构建了首个多源遥感舰船目标数据集,在该数据集上的测试结果显示本文算法不仅在关联精度上优于现有算法,同时能够为关联过程提供清晰和直观的可视化关联结果。     

航空发动机直纹叶片的线形特征点云构造算法

针对航空领域形状复杂、高精度的直纹叶片曲面的逆向设计问题,借助该类叶片曲面的几何特征,提出一种线形特征点云的构造算法.在对叶片散乱点云边界进行快速识别的基础上,采用反投影法提取直纹母线矢量,利用退火算法求解边界数据点配准的多目标优化问题,以实现边界点云数据的非刚性配准.根据配准结果构造等分点,进而得到规则有序的线形特征点云,达到快速生成高质量叶片曲面的目的.本算法在处理直纹叶片点云数据方面具有较好的效果.对直纹叶片的曲面重建具有一定的理论意义和应用价值,通过实验验证了该算法的可行性.     

无人车基于激光雷达/视觉的目标体积自动测量方法

近些年，基于激光雷达和视觉的目标感知在无人系统中得到了广泛应用。目标的体积测量在很多应用场景可以发挥极其重要的作用，然而对识别感知目标的体积测量，目前尚无大量研究。首次提出了一种基于激光雷达/视觉的无人车目标体积自动测量方法，实现了无人车与目标体积测量功能的结合。通过在LeGO-LOAM算法中加入点云畸变补偿，相较于原始LeGO-LOAM算法，无人车在高速情况下的构图精度得到提升；通过将激光雷达与视觉进行深度融合，实现了目标的自动识别与全局定位；通过基于平面拟合的地面分割与欧式聚类，实现了目标点云轮廓的实时获取；通过设计一种基于切片法的不规则物体体积测量方法，实现了无人车在运动情况下对目标体积的自动估计。最终，分别通过Gazebo仿真和实际试验验证了算法的有效性。试验结果表明，所提算法在无人车运动的情况下对静态目标物的实时体积测量精度优于3%，具有较好的工程应用价值。     

支线飞机装配序列规划的研究

为了提高支线飞机的装配效率,提出了基于二进制编码的并行装配序列规划方法,实现产品的并行装配.通过二进制编码来描述产品各零件之间的装配优先关系,定义了带时间约束的装配特征表,使用二进制运算操作来更新装配过程中零件间的优先关系,提出了以缩短装配时间为目标的并行装配序列的生成算法.该算法能缩短产品的装配时间,适用于支线飞机的并行装配规划.国产某型号支线飞机总装实例验证结果表明了该方法的可行性和有效性.     

基于迁移学习的SAR目标超分辨重建

针对合成孔径雷达(SAR)目标超分辨重建问题,提出了一种基于迁移学习的超分辨方法。在光学图像梯度域中联合训练超完备字典与稀疏编码映射,利用半耦合字典联系SAR图像与光学图像,寻找SAR图像在半耦合字典下的稀疏编码,并在高分辨率字典下完成重建。结合SAR图像的先验信息,使用正则化方法对SAR目标进行特征增强。所提方法在TerraSAR-X数据和MSTAR数据上进行了仿真实验,重建结果表明,相比目前的插值方法和稀疏表示方法,所提方法空间分辨率可提高0.5~1.5个像素。正则化增强结果表明,引入稀疏先验的正则化增强能够进一步提高空间分辨率并抑制杂波比,最后分析了正则化参数的选取对图像质量的影响。     

基于改进的SqueezeNet直升机滚动轴承故障诊断

针对现有基于卷积神经网络的故障诊断方法存在模型参数量和计算量大的问题，提出一种改进的SqueezeNet模型应用于直升机滚动轴承故障诊断。该模型借鉴VGG16模型的思想，在经典的SqueezeNet基础上，采用3个3×3卷积核代替1个7×7卷积核，实现了在相同感知野条件下增加网络容量、增强非线性、减少网络参数量，采用卷积层、池化层和Fire模块、池化层两大结构交替的方式组成模型特征提取层，在保障特征提取能力的情况下，进一步减少了网络参数量。通过轴承数据开展模型故障诊断实验，结果表明该模型诊断精度达到99.65%，与传统卷积神经网络及经典的SqueezeNet模型相比诊断精度相当，而计算量与参数量最大缩减约6倍和36倍。     

基于多模态感知与融合的无人车韧性导航系统

针对野外复杂环境下的无人车自主导航需要,建立了一种基于多源融合定位、语义建图与运动规划的智能导航系统.首先,针对IMU、轮式里程计、视觉SLAM与激光雷达SLAM等测量子系统,设计了误差状态扩展卡尔曼滤波器进行融合定位.其次,基于改进的CNN语义分割网络生成环境的语义图像,与3D激光雷达点云融合,并使用最大概率更新算法构建语义3D地图.接着,在语义和几何信息投影获得可通行性代价的基础上,提出了一种语义动态窗口的局部路径规划方法.最后,将以上感知、定位与规划方法整合成完整的智能导航系统,在城市与野外典型场景的测试中,相对定位误差小于0.4％D,具备一定的韧性导航定位和智能感知规划能力.     

采用局部约束线性编码的像素级舰船目标图像融合

为了提升视觉信息在低能见度条件下的适用性,提出了一种采用局部约束线性编码的像素级舰船目标图像融合方法。首先,采用K均值奇异值分解算法从海量的训练样本中完成过完备字典的学习。其次,在考虑着舰导引实时性任务需求的前提下,采用局部约束线性编码完成融合系数的非迭代求解,相较于压缩感知理论架构下的匹配追踪算法,极大地降低了计算复杂度。此外,设计了一种基于融合系数最大绝对值的融合规则,并根据过完备字典和融合后的局部约束线性系数实现融合图像的重建。最后,利用圆周滤波器提取舰船图像的候选区域。大量试验结果表明,在融合图像质量方面,所提方法在保留高频细节的同时将图像中的舰船目标有效增强了,MI、Q_w、Q^AB/F等客观评价指标优于同类算法;在实时性方面,所提算法的计算速度相比于采用匹配追踪算法的图像融合方案有明显提升。     

基于神经网络的机动目标信息融合与并行自适应跟踪

基于“当前”统计模型和 BP神经网络 ,提出一种新的机动目标神经网络信息融合与并行自适应跟踪算法 ( NIFPAT)。该算法采用双滤波器并行结构 ,利用全状态反馈 ,通过 BP网络调整系统方差以适应目标的运动变化 ,具有对目标各种运动状态的良好自适应跟踪能力     

动态环境下融合激光雷达和IMU的激光里程计设计

激光SLAM 通常通过多帧点云配准,完成位姿变换矩阵的估计,而点云中的动态点会降低 激光里程计的定位精度。为了减少动态点引入的误差,提出了一种动态点云识别算法,并结合该 算法改进了传统特征匹配策略,组成了动态环境下融合激光雷达和IMU 的激光里程计。通过约 束范围角与动态中心点,将点云快速分割成多个簇类,再借助IMU 信息,快速建立点云簇类配准 关系,从而去除动态点,最后根据簇类的对应关系进行约束,以提高匹配的精度与速度。使用 KITTI数据集和UGV 在多个情形下进行了实验。实验结果表明,该算法可以成功识别点云中的 多个动态对象,并通过去除动态点,有效地减少了位姿估计的累积误差。     

一种基于散乱点云的铆钉孔孔位提取方法

针对目前铆钉孔特征提取方法的限制多、自动化程度低等问题,提出了一种基于散乱点云的铆钉孔自动识别与特征参数提取算法.通过每个点的k邻域点分布情况提取点云边界点,利用欧式距离聚类对其进行分割得到属于不同边界特征的点云块,随后依据椭圆拟合结果提取铆钉孔边界.借助k近邻搜索算法寻找铆钉孔边界邻域点云,进而构造铆钉孔的实际定位面...