Imaging sonars have shown better flexibility than optical cameras in underwater localization and navigation for autonomous underwater vehicles (AUVs). However, the sparsity of underwater acoustic features and the loss of elevation angle in sonar frames have imposed degeneracy cases, namely under-constrained or unobservable cases according to optimization-based or EKF-based simultaneous localization and mapping (SLAM). In these cases, the relative ambiguous sensor poses and landmarks cannot be triangulated. To handle this, this paper proposes a robust imaging sonar SLAM approach based on sonar keyframes (KFs) and an elastic sliding window. The degeneracy cases are further analyzed and the triangulation property of 2D landmarks in arbitrary motion has been proved. These degeneracy cases are discriminated and the sonar KFs are selected via saliency criteria to extract and save the informative constraints from previous sonar measurements. Incorporating the inertial measurements, an elastic sliding windowed back-end optimization is proposed to mostly utilize the past salient sonar frames and also restrain the optimization scale. Comparative experiments validate the effectiveness of the proposed method and its robustness to outliers from the wrong data association, even without loop closure.


翻译:在水下定位和自动潜水器(AUVs)导航中,成声纳成像器比光照相机表现出更好的灵活性。然而,水下声频特征的宽度和声纳框中升降角度的丧失,造成了退化性案例,即根据优化或EKF同步定位和绘图(SLAM),控制不足或无法观察的案例。在这些案例中,相对模糊的传感器构成和标志无法进行三角测量。为了处理这一点,本文件提议以声纳键盘和弹性滑动窗口为基础,采用稳健的成像声纳SLAM方法。对退化性案例进行了进一步分析,并证明了在任意运动中2D标志的三角属性。这些脱色性案例受到歧视,通过突出标准选定声纳KFs,以提取和保存先前声纳测量中的信息限制。采用惯性测量法、弹性滑动窗口后端优化后端优化,建议主要利用过去突出的声纳框(KFF)和弹性滑动性滑动后端窗口,同时限制优化规模。比较实验还验证了2D标志关闭方法的有效性,不至错误。

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