低纹理环境下月面移动舱视觉-惯性定位技术研究

发布时间：2024-06-08 04:47

　　中国探月工程明确指出未来要建立月球基地、发展太空工业。大规模的月球基地建设要求月面移动舱的探测区域由着陆区附近的小范围探测向远距离大尺度探测转变。受现有月面高程图分辨率不足的制约,难以保障月面移动舱具有较高精度的运动规划能力,故对月面移动舱在大尺度未知复杂环境中仅基于有限传感资源实现高精度定位提出了严苛的要求。随着月面移动舱移动范围的扩大,经过的地形环境复杂多样,相比于纹理较高的环形山环境,在低纹理环境下移动舱的感知系统存在如下难点:(1)可提取的视觉特征点少,数据关联低;(2)特征点描述子相似度高,误匹配严重。这些都直接导致了定位精度不足。故本文为提高低纹理环境下月面移动舱的定位精度,提出了一种高精度视觉-惯性定位方法,为月面移动舱的精确探测提供一种定位方案。针对低纹理环境下特征点提取不足的难点,本文在定位系统视觉前端加入直线特征。首先利用线段检测器(Line Segment Detector,LSD)提取低纹理环境下的直线特征,其次生成二进制线带描述子(Line Band Descriptor,LBD),进行最近邻匹配,并用几何约束删除错误匹配。最后用普吕克坐标对直线特征进行参数化...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 国内外相关领域研究进展及分析
        1.2.1 月面巡视器背景调研
        1.2.2 月面移动舱定位技术研究现状
        1.2.3 低纹理环境下定位技术研究现状
    1.3 论文的研究内容和章节安排
第2章 月面移动舱定位系统建模与分析
    2.1 引言
    2.2 视觉特征点观测模型
        2.2.1 相机模型及特征点匹配
        2.2.2 视觉特征点观测模型建立
    2.3 IMU测量模型
        2.3.1 IMU测量与预积分
        2.3.2 IMU测量模型建立
    2.4 月面移动舱定位系统分析
    2.5 本章小结
第3章 低纹理环境下直线特征观测模型的建立
    3.1 引言
    3.2 直线特征的提取与匹配算法研究
        3.2.1 直线特征的提取与优化
        3.2.2 直线特征的描述与匹配
        3.2.3 实验测试与结果分析
    3.3 直线特征参数化
    3.4 直线特征观测模型
    3.5 本章小结
第4章 低纹理环境下特征点匹配算法研究
    4.1 引言
    4.2 特征点匹配算法设计
    4.3 利用惯性信息确定特征点匹配搜索区域
        4.3.1 对极几何约束
        4.3.2 特征点匹配搜索区域确定
    4.4 改进的基于网格运动统计的外点剔除算法
        4.4.1 根据图像金字塔确定前后帧网格比例
        4.4.2 外点剔除的阈值计算
    4.5 实验测试与结果分析
        4.5.1 特征点匹配结果评估指标
        4.5.2 实验条件
        4.5.3 特征点匹配测试结果与分析
    4.6 本章小结
第5章 低纹理环境下月面移动舱定位系统构建与验证
    5.1 引言
    5.2 定位系统整体框架
    5.3 基于点/线特征的视觉-惯性紧耦非线性优化模型
    5.4 滑动窗口优化
    5.5 定位系统实验验证与结果分析
        5.5.1 在EuRoC数据集下的实验验证与结果分析
        5.5.2 在CAR数据下的实验验证与结果分析
        5.5.3 在NASA月面高程图仿真数据下的实验验证与结果分析
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3991477