基于船体集成激光束标记的自主水下航行器单目相对姿态感知与跟踪方法

《Sensors》：Underwater Relative Pose Estimation and Tracking Between AUVs Based on a Hull-Integrated Laser-Beam Marker

　　

KendallAbstract

摘要

自主水下航行器（AUVs）之间的近距离跟踪需要连续的六自由度（6-DoF）相对姿态反馈，然而目标板和突出的光阵列难以集成到紧凑、流线型的船体中。本文提出了一种基于船体集成激光束标记的单目相对姿态感知和跟踪系统：通过船体上的出射口发射的四道蓝光束形成了四个校准后的共面交点。Hough–strip方法可以从碎片化、合并和噪声图像中恢复主光束及其交点。为抑制由于共面不确定性导致的姿态跳动，所提出的算法会筛选多个平面候选解，并在每一帧中输出与当前观测结果和前一时刻运动情况都一致的候选解。该系统可在实时环境下运行。在2至6米的固定姿态水池测试中，横向和姿态误差分别处于厘米级和度级，归一化的光轴均方根误差（RMSE）为2.4。。在动态湖泊数据中，所提出的算法没有出现典型透视-n点（PnP）算法所观察到的大幅姿态跳跃，并将三阶姿态差异的均方根误差降低到单个初始化值的左右。在一场持续214秒的夜间湖泊试验中，帧的数据产生了有效的姿态，支持三通道闭环跟踪。