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1、第36卷第4期電子與信息學(xué)報(bào)Vl01．36No．42014年4月JournalofElectronics&InformationTechnologyApr．2014基于概率迭代匹配的水下機(jī)器人定位算法方斌丑武勝董明杰馬鑫郭曉旗f北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所北京100191)摘要：該文針對(duì)水下機(jī)器人在核電站水池中的位置估計(jì)問(wèn)題，提出基于掃描聲吶的概率迭代匹配定位算法進(jìn)行機(jī)器人水下定位。首先分析了掃描聲吶的信號(hào)特征，對(duì)聲吶信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的方法，通過(guò)閾值去噪、距離限定和減少采樣來(lái)降低信號(hào)干擾和剔除多余數(shù)據(jù)，提高計(jì)算效率。然后
2、針對(duì)聲吶量測(cè)存在較大噪聲的問(wèn)題，提出基于概率迭代匹配的算法。利用馬氏距離計(jì)算聲吶掃描圖與核電站水池環(huán)境地圖之間的最近匹配點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)置信度提高匹配的精度，以尋優(yōu)迭代估計(jì)得到水下機(jī)器人的絕對(duì)位姿。與傳統(tǒng)的最近點(diǎn)迭代算法的仿真比較表明該算法提高了水下機(jī)器人的估計(jì)精度。最后，通過(guò)水池實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的有效性。關(guān)鍵詞：定位；聲吶；水下機(jī)器人；概率迭代匹配；馬氏距離中圖分類號(hào)：TP242．6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009—5896(2014)0o993—05DOI：10．3724／SP．J．1146．2013．00282Loc
3、ationAlgorithmofUnderwaterRobotBasedontheProbabilisticIterativeCorrespondenceFangBinChouWu—shengDongMing-jieMaXinGuoXiao—qi(RoboticsInstituteofBeihangUniversity，Beijing100191，China)Abstract：Inordertolocatetheunderwaterrobotinthepoolsofthenuclearpowerplant，thesca
4、nsonarisused．First，thesignalcharacteristicsofthescansonarareanalyzed，andthepreprocessingmethodofsonarisusedtoreducesignalinterferenceandeliminateredundantdata，andthecomputationaleficiencyisimprovedbypreprocessingofthethresholddenoising，distancelimitationandreduc
5、tionofsampling．Then，theprobabilisticiterativecorrespOndencealgorithmisproposedbasedonthemeasurementnoiseofthesonar．ThenearestmatchingpointsbetweensonarimageandthemapofthepoolsofthenuclearpowerplantarecomputedbytheMahalanobisdistance．Meanwhile，thedegreeofconfiden
6、ceisusedtoimprovethematchingaccuracy，andtheabsolutepositionandorientationofunderwaterrobotsisestimatedbytheoptimizationiterations．Thealgorithmiscomparedwiththetraditionaliterativeclosestpointalgorithmandtheresultsshowthattheproposedalgorithmimprovestheestimation
7、accuracyofunderwaterrobots．Finally，experimentscarriedoutinthepoolverifytheeffectivenessoftheproposedalgorithm．Keywords：Location；Sonar；Underwaterrobot；Probabilisticiterativecorrespondence；Mahalanobdistance1引言業(yè)關(guān)鍵技術(shù)之一。目前導(dǎo)航定位方法主要有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，地形匹配技術(shù)，GPS系統(tǒng)，長(zhǎng)／短基線定水下機(jī)器人能夠在水下
8、執(zhí)行觀察、監(jiān)測(cè)、打撈位系統(tǒng)，聲吶等，針對(duì)不同的工作環(huán)境往往會(huì)采用和作業(yè)等任務(wù)，不僅在傳統(tǒng)的海洋科學(xué)考察、打撈不同的導(dǎo)航定位方法。韓國(guó)的KeproVt核電站水下救生、海洋軍事等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，近年在核電站的安全方面也有了應(yīng)用[1I2】。水下機(jī)器人主要在核機(jī)器人是利用堆芯池正上方安置的攝像頭和機(jī)器人電站的堆芯池、構(gòu)件池、乏燃料池等場(chǎng)
