基于磁信标的水下SLAM方法

摘要

水下同步定位与构图(SLAM)由于可在未知环境下实现长时间高精度导航估计,已成为近年来UUV自主导航的重要发展趋势之一。无人水下航行器(UUV)在运动过程中,以航行区域的背景地磁图为辅助提取磁信标磁场矢量和梯度特征。为增强SLAM技术在自然特征欠缺环境中的有效性,同时避免水下磁信标磁矩未知性对反演的影响,文中采用人工磁信标作为路标,为SLAM导航系统的状态更新提供观测信息。并采用张量欧拉反褶积(TED)和磁场梯度张量特征分析(EGT)相联合的反演方法对磁信标进行单点反演定位,在此基础上提出连续反演结果收敛性判定准则,准确提取磁信标与UUV之间的相对位置信息,进而构建SLAM系统的线性观测量。最后通过设计的3种磁信标分布场景对基于磁信标反演定位的SLAM系统性能开展了试验验证,基于试验结果分析了磁信标分布状态对系统性能的影响,表明了磁信标辅助方式在水下SLAM研究中的有效性。文中的研究可为UUV长航时水下安全隐蔽作业提供参考。