自主导航

摘要： 高轨航天器自主导航技术是中国迫切需要发展的航天新技术之一,广泛应用于通信、导航、气象、预警等领域。高轨导航接收机为高轨航天器自主导航定位提供了便捷有效的手段。在高动态环境下,载波频率和相位、伪码相位均随载体运动发生较大变化。由于载体动态引入的多普勒频率变化对伪码跟踪环的影响可通过载波辅助消除,接收机的动态性能主要取决于载波跟踪模块的性能。高轨高动态信号由于传播路径的增加,导致高轨导航接收机出现接收信号路径损耗大和信号微弱的问题。通过开展高轨弱信号跟踪技术专项研究及多次仿真分析、合理设计环路噪声带宽和调整预检积分时间等措施,能够有效稳定地处理跟踪–173 dBw导航弱信号。该技术成功应用于嫦娥五号卫星,并为后期高轨卫星导航、绕月飞行等深空探测项目提供技术指导和指标参考。

摘要： 该文主要是设计了一种可扩展式移动机器人,提出了基于Levenberg-Marquardt方法优化的EKF-SLAM算法、基于势场蚁群算法的移动机器人全局路径规划,并探索了一种新的最优路径搜索方法,即有机地将移动机器人局部路径规划融入全局路径规划中,并且通过机器人仿真实验完成室内移动机器人的自主导航,相比传统方法能够提高KEF算法的定位精度以及稳定性,并结合仿真实验验证改进后的有效性,得出了位置预测结果更加准确,从而得到更优的路径规划。

摘要： 针对智能移动机器人在执行室内任务或者存在遮挡情况时,可能会出现机器人自主定位不准确和区域位置难以识别等问题,项目小组设计了一款基于ROS系统的SLAM视觉智能勘察小车。利用激光雷达和深度相机,实现小车对环境数据的采集,通过ROS系统来对智能小车进行环境的模拟和仿真;并通过激光雷达和深度相机所采集的数据来对智能小车所处的环境进行勘察并构建地图,小车可以根据自身构建的高精度环境地图,自动完成定位导航和系统任务。仿真结果证明:1)小车能够在完成视觉勘察后进行实时地图的数据采集,将地图图像加载成功,加载成功之后通过对实时环境的扫描,智能小车即可在自主移动的过程中建立环境地图,再将地图信息上传到控制界面,最终实现将地图信息进行实时上传和对地图的完善。2)通过实验仪器探究机器人控制算法和ROS操作系统,并通过各方面的学习与运用,不断地进行实验测试,尽量减小实验误差。3)该小车可完成视觉智能勘察方案,能够检测路面,完成指定路线的行进。

摘要： 针对基于深度强化学习(deep reinforcement learning, DRL)的激光导航系统的安全性进行研究,首次提出了对抗地图的概念,并在此基础上提出了一种物理对抗攻击方法.该方法使用对抗样本生成算法计算激光测距传感器上的对抗扰动,然后修改原始地图实现这些扰动,得到对抗地图.对抗地图可以在某个特定区域诱导智能体偏离最优路径,最终使机器人导航失败.在物理仿真实验中,对比了智能体在多个原始地图和对抗地图的导航结果,证明了对抗地图攻击方法的有效性,指出了目前DRL技术应用在导航系统上存在的安全隐患.

摘要： 针对当前水面清漂船自主导航算法,未考虑构建水面环境模型,导致清漂船自主导航路径规划长度较长、规划效率较低、转折角度较大的问题,提出考虑最优路径的水面清漂船自主导航算法。通过分析水面环境信息,构建水面环境模型,形成清除点路径连通网络,编码清除点连接顺序,求解清漂船作业路径规划的最小化目标函数。利用蚁群算法,计算清漂船在下一节点转移概率,采用禁忌表记录路径全部节点与障碍,全局更新信息素,分析各项参数对路径规划的影响,输出高质量最优路径,实现水面清漂船最优路径自主导航。实验结果表明,所提算法的最优路径规划长度较短,能够有效提高路径规划效率,减小路径转折角度。

摘要： 针对医护人员配送药品时容易造成交叉感染并费时费力的问题,拟设计一种基于激光SLAM技术的智慧医疗服务机器人。该设计包括显示模块、电源模块、传感模块、控制模块、驱动模块、监测模块和通信模块。通过激光SLAM技术将各种传感模块采集的数据融合后进行实时建图,全局路径规划后,利用自动避障导航算法与传感模块采集的数据实现药品定点送达;采用监测模块与通信模块实现对前方图像的获取与传输;通过监测模块扫描二维码确定用户身份以免取错药品;通过显示模块显示目前机器人运行的状况与药品等信息。本设计实现了医疗物资的无接触配送,提高了医院的日常运营和服务效率,为现在疫情期间实现无接触配送提供了一种切实可行的方案。

摘要： 针对无人机在未知环境中的实时避障,提出一种局部规划方法。该方法根据传感器实时探测到的障碍点信息,随时构建出一个狄利克雷边值问题。采用有限差分法求解该问题,即得到一个局部地图的拉普拉斯势场。随着传感器信息的更新,不断更换新构建的势场。这种构建势场的方法对各种障碍物形态适应程度高,且势场中不存在局部极小点。以势场的负梯度方向作为参考方向,并以此生成参考速度,采用PID控制器进行速度跟踪以实现无人机的自主导航。最后,使用MATLAB进行不同场景下的仿真实验,结果表明本方法可以有效实现无人机在不同未知环境下的实时避障导航。

摘要： 通过对非放射性废弃碱金属台架拆除、搬运与存储的功能需求分析,提出一种搬运机器人的总体方案,并阐述其系统组成及关键技术。为提升机器人的工作能力和安全性,本文从其关键技术入手,分别针对机器人的整体外形、导航控制、上下料方式等提出相应的适应高危废弃碱金属容器搬运的解决方法[1]。本文的研究成果不仅具有现实的应用价值,而且设计思想和方法对其他高危环境下智能装备的研发具有指导意义。

摘要： 动态环境复杂多变,机器人如何在动态环境下实现自主移动是一个难题。本文以麦克纳姆轮底盘为对象,基于机器人操作系统(ROS),设计并实现了开放性好和代码复用率高的全向移动自主导航系统。首先,先对麦轮底盘进行URDF建模,运动学分析,根据得到速度关系重写新的底盘ROS节点;其次结合MOVE_BASE框架,搭建自主导航系统,利用SLAM技术构建二维栅格地图,结合AMCL和路径规划算法的融合导航算法开展自主导航测试。实验结果表明,该方法可以实现机器人的自主移动和避障要求,提升路径规划效果,验证了机器人自主导航的可行性。

摘要： 为了提高割草智能机器人控制系统的效率,实现自主导航功能,将英语语言理解系统引入到了控制系统的设计上,采用英语语言指令设计控制系统,可以降低计算机编程的难度,提高程序语言设计的灵活性。基于三边测量法,采用英语语言指令理解识别系统,设计了割草机器人的自主导航系统,并对系统的功能进行了测试。测试结果表明:机器人可以准确地完成指令,并实现自主导航,且导航的精度较高,可以满足自动化作业的设计需求。

摘要： 北斗三号星座首次配备了间链路,卫星间相互精密测距和通信,自主导航利用星间链路数据修正地面上传长期预报参考轨道,并完成下行导航电文的自主更新,保持星历精度在一定时间内不显著降低.由此为北斗三号卫星提供长期高精度的预报轨道,作自主导航参考轨道.而参考轨道的误差主要来源于太阳光压模型,本文将围绕如何提高长期预报参考轨道的精度,开展光压模型参数变化特性研究,建立导航卫星的光压参数长期预报模型,提高长期参考轨道的预报精度,为卫星自主导航提供精确的参考基准.根据建立的长期光压模型,设计了3个算例,通过分析轨道面定向参数长期预报精度,验证长期光压模型的精化的效果.采用本文提出的长期光压模型建模方法预报光压参数,卫星在60天弧段内的轨道面定向参数的预报精度高,MEO卫星为10mas,IGSO卫星为20mas,同时精度随着时间的推移下降更慢.

摘要： 随着星敏感器在导航卫星上的工程应用,如何标定星敏感器的系统安装误差,提高测量数据精度,制定适合导航卫星轨道特点的自主导航计算修正方法,对于卫星高精度的姿态保持和确保自主导航计算准确性具有十分重要的意义.在某系列装备星敏感器的中高轨卫星管理过程中,出现以下问题.一是姿态测量基准由地球或太阳敏感器切换至星敏感器的过程中,由于星敏感器安装矩阵的系统误差补偿不准确,出现姿态波动幅度大于在轨管理要求的情况,影响卫星正常在轨应用;二是基于平均修正逻辑的星敏感器自主导航算法在卫星实施南北控制后有可能升交点赤经计算不正确,影响自主导航精度.针对上述工程实际问题,本文主要研究内容有,一是研究了基于卫星高精度星历和多源姿态测量数据的星敏感器安装矩阵系统误差补偿修正方法,验证了星敏感器安装矩阵误差修正方法;二是在确保星敏感器测量数据精度的基础上,研究了基于平均滤波法的自主导航计算修正策略.通过在轨实际验证,经过系统误差修正后的星敏感器测量数据应用于基于平均滤波法的卫星自主导航计算,精度满足长期管理要求,对后续卫星的在轨管理具有积极地技术借鉴作用.

摘要： 北斗导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)已于2020年7月正式提供全球服务.本文为了进一步研究北斗全球导航系统为中高轨航天器提供自主导航服务的热点问题,以中轨道(Medium earth orbit,MEO)上GNSS导航接收机为例,对BDS信号接收技术进行研究,并使用专业仿真软件分析利用BDS星座完成自主导航任务的可行性,分析结果表明,在MEO轨道上BDS可见星数量及可见星时长均可满足单BDS模式自主导航的使用条件.使用基于高灵敏度捕获技术和基于动力学模型补偿的扩展卡尔曼滤波自主定轨算法设计的GNSS导航接收机,在半物理仿真平台上进行试验,验证依靠单BDS自主定轨的可行性及其达到的精度.结果表明,GNSS导航接收机在单BDS模式下可以完成自主定轨且精度与单GPS自主定轨精度相当,即定轨位置优于50m,定轨速度精度0.1m/s.

摘要： 近年来,随着GNSS在高轨道应用验证和推广,利用GNSS进行月球航天器自主导航已成为国内外研究的热点,实时的、准确的获得月球航天器的位置、速度和时间信息非常重要.目前,针对月球航天器的导航手段主要有天文导航、甚长基线干涉测量技术(VLBI)、地面测控网等.如果在月球附近能够进行基于GNSS的自主导航,利用其GNSS系统复杂度小、成本低、无需地面干预、易于数据融合等优点,无疑成为我国深空导航位置服务体系中一条重要手段.本文以环月轨道航天器GNSS自主导航技术为研究对象,采用官方正式发布的发射天线方向图,对GNSS信号特征及可用性开展分析.仿真分析表明在优于-195dBW的接收功率,通过接收GNSS主瓣及旁瓣信号可实现GNSS月球航天器自主导航应用.并针对高轨道航天器GNSS信号微弱的特点,设计GNSS接收机及高增益天线,为我国月球航天器提供一条有效的解决途径.

摘要： 小卫星具有很强的星上自主处理能力,可广泛应用于商业通信和空间探测,目前各国已经发射了各种用途的小卫星并提出了一系列新的研制和发射计划.核磁共振陀螺仪利用原子核自旋敏感载体转动信息,能够兼顾高精度和小体积,可满足小卫星对微小型、高精度惯性导航系统的发展需求.本文以小卫星自主导航应用为背景,介绍核磁共振陀螺仪的工作原理、国内外研究现状、关键技术和发展趋势,重点介绍北京航天控制仪器研究所核磁共振陀螺仪的最新研制进展,并结合核磁共振陀螺仪的特点,讨论其潜在应用方式.

摘要： 航行环境特别是近距离环境的感知能力是无人或智能船舶自主导航和避障的基础.激光雷达(LiDAR)由于具有测距精度高、全天候工作、抗干扰能力强等优点,使其在船舶近距离目标感知、航行避障和靠离泊等场景的应用得到了越来越多的关注.本文在归纳传统感知传感器局限性的基础上,对激光雷达在船舶感知领域的应用现状进行了介绍;分析了目前激光雷达在船舶感知上应用存在的问题;综述了基于激光雷达的船舶障碍物检测方法;最后,对未来激光雷达在船舶感知层面的应用与发展进行了展望.

摘要： 通过光学传感器对环境感知进行导航是一种新兴的自主导航方式,但目前主流的基于特征点的位姿估计方法需提取影像特征点作为位姿估计的输入,不适用于特征匮乏场景.针对这一问题,提出了一种特征点法与直接法相结合的位姿估计方法,综合考虑重投影误差及光度误差最小化,以提高位姿估计对环境的适应性.详细推导了能量函数关于李代数位姿表达的Jacobian矩阵,为提高算法对噪声的稳健性,采用Huber函数定权;最后通过非线性优化算法进行迭代求解,实现相机的稳健位姿估计.实验结果表明:提出的算法更加稳健,在特征点法无法处理的场景内仍可保证实时高精度位姿输出,相对定位精度为厘米级,可满足实时自主导航的需求.

摘要： 本文主要研究无人机的室内外精确定位和导航控制方法.在探索未知区域时,先在区域上空飞行建立全局地图,然后根据具体任务,结合全局信息,在室内时使用滤波后的IMU信息,在室外时使用GPS信息与无人机IMU信息融合进行精确定位控制.本文提出的方法在AirSim虚拟场景中显示出了良好的鲁棒性,无人机能够自主地进行全局地图建立,识别地面停机坪数字与障碍圈,并按照编号依次完成停机坪的起飞、降落和障碍圈的穿越,并自动搜索和识别散落在场景中的二维码,最后回到起点处.本文的方法对无人机的智能感知和精准导航有重要价值.

摘要： 本文主要研究无人机的室内外精确定位和导航控制方法.在探索未知区域时,先在区域上空飞行建立全局地图,然后根据具体任务,结合全局信息,在室内时使用滤波后的IMU信息,在室外时使用GPS信息与无人机IMU信息融合进行精确定位控制.本文提出的方法在AirSim虚拟场景中显示出了良好的鲁棒性,无人机能够自主地进行全局地图建立,识别地面停机坪数字与障碍圈,并按照编号依次完成停机坪的起飞、降落和障碍圈的穿越,并自动搜索和识别散落在场景中的二维码,最后回到起点处.本文的方法对无人机的智能感知和精准导航有重要价值.

摘要： 本文主要研究无人机的室内外精确定位和导航控制方法.在探索未知区域时,先在区域上空飞行建立全局地图,然后根据具体任务,结合全局信息,在室内时使用滤波后的IMU信息,在室外时使用GPS信息与无人机IMU信息融合进行精确定位控制.本文提出的方法在AirSim虚拟场景中显示出了良好的鲁棒性,无人机能够自主地进行全局地图建立,识别地面停机坪数字与障碍圈,并按照编号依次完成停机坪的起飞、降落和障碍圈的穿越,并自动搜索和识别散落在场景中的二维码,最后回到起点处.本文的方法对无人机的智能感知和精准导航有重要价值.

摘要： 本发明提供了一种自主导航的移动机器人，至少包括：在方向轮电动机的驱动控制下实现移动机器人转向的方向轮；方向轮编码器，用于读取方向轮的转向角度；分别与移动机器人的左后轮和右后轮连接的后轮左编码器和后轮右编码器，分别用于读取左后轮和右后轮的运转圈数；差速器；激光雷达，独立设置于移动机器人上，在预设角度内扫描移动机器人移动过程中周围的障碍物；多个超声测距传感器，设置在移动机器人的四周，用于检测移动机器人在移动过程中四周的障碍物，弥补激光雷达的盲区。通过设置在左后轮，右后轮和方向轮上的编码器，读取两个后轮的运转圈数和方向轮的转向角度，通过激光雷达识别周围障碍物特征，实现移动机器人的精确自主导航。

摘要： 本发明公开了一种基于空间激光通信端机的自主导航系统及其自主导航方法。本发明在传统的空间激光通信端机的基础上，增加了星体捕获系统，从而能够识别恒星以及行星或其卫星并获得方位信息，通过计算恒星‑航天器‑行星(或其卫星)之间的夹角，最终获得航天器自身的位置信息，实现导航过程。本发明不需要再采用一套额外的自主导航装置，空间激光通信端机自身就可以获得导航信息，节省了相关的研发、发射和运行的费用，减小了航天器有效载荷的体积、重量和功耗；有利于提高自主导航系统的整体性能；根据导航结果为深空探测提供近乎实时地进行飞行轨道校正，不但可以消除星地之间的信号往返延迟，也可以省去地面数据处理。

摘要： 本发明提供了一种自主导航底盘车控制系统和一种自主导航底盘车，其包括相互连接的控制模块和对外接口模块；对外接口模块包括第一电压输出端口组和第二电压输出端口组；第一电压输出端口组与第一电源连接，第一电压输出端口组包括相互隔离的第一系统电输出端口和第一动力电输出端口，第一电压输出端口组用于满足二次开发设备或机器人的用电需求；第二电压输出端口组与第二电源连接，第二电压输出端口组包括相互隔离的第二系统电输出端口和第二动力电输出端口，第二电压输出端口组用于满足二次开发设备的板卡类部件或低压用电需求。与现有技术比较本发明的有益效果在于：该控制系统可以针对使用环境提供多种电压级别电源以满足二次开发的需求。

摘要： 本发明提供一种自主导航机器人及自主导航机器人交互方法。在本发明中，在自主导航机器人左前、右前、左后、右后、后中部位增设五组灯光模块，使得在任何以方位都能观察到机器人至少一组灯光，排除因观察不到移动状态灯而发生的意外事故，降低事故发生率。自主导航机器人的交互方法，机器人根据其路径和当时速度，能计算出自身的安全区域，只要在该区域内无障碍物，机器人就不需要减速或停止避让，减少机器人减速让行和停止避开的时间，提高人机交互效率。

摘要： 本发明公开了一种自主导航设备及自主导航方法，该自主导航设备包括：设备主体和驱动轮主体，驱动轮主体和设备主体通过轴承机械连接；至少一个位置传感器，安装在设备主体上，用于生成位置传感信息；至少一个环境探测传感器，安装在设备主体表面，用于生成环境传感信息；相对角度偏差传感器，安装在驱动轮主体上，用于生成驱动轮主体与设备主体的相对角度信息；第一处理器用于根据位置传感信息、环境传感信息和相对角度信息生成路径信息；驱动模块用于使驱动轮主体的电机旋转，实现了降低自主导航设备的维护成本，以及提高在场景中应用的灵活性、智能化、准确性和实用性的效果。

摘要： 本发明公开了一种自主导航的机器人，包括运动模块、控制模块、陀螺仪、激光传感器，所述运动模块包括四个万向轮、两个方向轮和电机，所述方向轮与电机的输出轴相连接，所述控制模块包括数据存储单元、数据处理单元、信息接收单元、信号输出单元，所述电机与信号输出单元相连接，所述陀螺仪和激光传感器与信息接收单元相连接。还公开了一种机器人自主导航方法，包括预存地图、路径规划、障碍物的回避等方法。本发明能够智能识别障碍物的类型，并可自主躲避障碍物；设有的时间或距离优先规则，可根据需要进行设定，实现目标路径的真正优化。

摘要： 本发明公开了一种基于空间激光通信端机的自主导航系统及其自主导航方法。本发明在传统的空间激光通信端机的基础上，增加了星体捕获系统，从而能够识别恒星以及行星或其卫星并获得方位信息，通过计算恒星-航天器-行星(或其卫星)之间的夹角，最终获得航天器自身的位置信息，实现导航过程。本发明不需要再采用一套额外的自主导航装置，空间激光通信端机自身就可以获得导航信息，节省了相关的研发、发射和运行的费用，减小了航天器有效载荷的体积、重量和功耗；有利于提高自主导航系统的整体性能；根据导航结果为深空探测提供近乎实时地进行飞行轨道校正，不但可以消除星地之间的信号往返延迟，也可以省去地面数据处理。

摘要： 本发明涉及深空自主导航系统信标布置方法及自主导航方法，该深空自主导航系统信标布置方法包括如下步骤：1）在太阳系中选择合适的平动点；1-1）平动点长期演化分析；1-2）平动点分布覆盖性分析；2）布置信标航天器到选择的平动点。本发明涉及深空自主导航系统信标布置方法及自主导航方法可为人类太阳系中的深空探测器提供精确的绝对导航信息。

摘要： 本发明提供了一种自主导航的移动机器人，至少包括：在方向轮电动机的驱动控制下实现移动机器人转向的方向轮；方向轮编码器，用于读取方向轮的转向角度；分别与移动机器人的左后轮和右后轮连接的后轮左编码器和后轮右编码器，分别用于读取左后轮和右后轮的运转圈数；差速器；激光雷达，独立设置于移动机器人上，在预设角度内扫描移动机器人移动过程中周围的障碍物；多个超声测距传感器，设置在移动机器人的四周，用于检测移动机器人在移动过程中四周的障碍物，弥补激光雷达的盲区。通过设置在左后轮，右后轮和方向轮上的编码器，读取两个后轮的运转圈数和方向轮的转向角度，通过激光雷达识别周围障碍物特征，实现移动机器人的精确自主导航。

摘要： 本实用新型提供一种自主导航机器人用激光雷达安装组件及自主导航机器人，第一调节组件上设有Z轴向的第一移动部，自主导航机器人通过螺栓穿设第一移动部与第一调节组件连接；激光雷达与安装板固定连接，第二调节组件的两侧设有Z轴向且呈弧形的第二移动部，安装板通过第二移动部与第二调节活动连接，以使安装板在第二调节组件上前后旋转，第三调节组件的两侧设有Z轴向且呈弧形的第三移动部，第三调节组件通过第三移动部与固定板活动连接，以使第三调节组件在安装板上左右旋转。本实用新型通过对激光雷达的高精度安装以提高激光雷达扫描环境障碍物的精度，进而提高自主导航机器人建立地图的精度，为准确定位和精准路径规划提供可靠保障。