激光雷达研究生论文题目

本文仅供学习使用，并非商业用途，全文是针对哈尔滨工业大学刘文之的论文《移动机器人的路径规划与定位技术研究》进行提炼与学习。论文来源中国知网，引用格式如下： [1]刘文之. 基于激光雷达的SLAM和路径规划算法研究与实现[D].哈尔滨工业大学,2018.

相关坐标系转换原理已经在前一篇文章写完了，直接上转换方程。

这里他的运动模型选择的是基于里程计的运动模型，还有一种基于速度的运动模型，其实都差不多，整体思想都一样。里程计是通过计算一定时间内光电编码器输出脉冲数来估计机器人运动位移的装置，主要是使用光电码盘。根据光电码盘计算出此时轮子的速度，然后通过已知的轮子半径来获得单位时间 每个轮子 的位移增量。

高等数学可知单位时间位移增量就是速度，对速度在一定时间上进行积分就得到这一段时间所走过的路程。

根据上图，我们可以求出来机器人航向角角速度、圆弧运动半径和机器人角度变化量，由此可以解的机器人在当前时刻的位姿。

实际上也是有误差，所以单独依靠里程计会与实际结果产生较大误差，所以必须引入其他的外部传感器对外部环境的观测来修正这些误差，从而提高定位精度。

首先肯定需要将激光雷达所测得的端点坐标从极坐标、机器人坐标中转换到世界坐标中。

这张略过，暂时不需要看这个

路径规划算法介绍：

因为该算法会产生大量的无用临时途径，简单说就是很慢，所以有了其他算法。

了解两种代价之后，对于每一个方块我们采用预估代价与当前路径代价相加的方法，这样可以表示每一个路径点距离终点的距离。在BFS搜索过程的基础上，优先挑选总代价最低的那个路径进行搜索，就可以少走不少弯路。（算法讲解 ）

在局部路径规划算法之中，我们选用DWA算法（dynamic window approach），又叫动态窗口法。动态窗口法主要是在速度(v, w)空间中采样多组速度，并模拟机器人在这些速度下一定时间内的轨迹。在得到多组轨迹后，对这些轨迹进行评价，选取最优的轨迹所对应的速度来驱动机器人运动。 state sampling就是按照之前给出的全局路径规划，无论是Dijkstra还是A* 都可以方便的得到state sampling，DWA算法所需要提前建立的action sampling有两种：

但是无论是什么情况，上述所做的工作就是把机器人的位移转化到世界坐标中来，而不是机器人坐标系。速度采样结束之后，只需要对小车的轨迹进行评判，就可以得到最优解了。下面介绍速度采样的办法。

对速度进行采样一般有以下三个限制：

当确定了速度范围之后，就需要根据速度分辨率来对小车速度离散化，在每一时刻将小车在不同直线速度角速度组合下所即将要行驶的距离都可视化出来。

其中每一条轨迹都是很多小直线连接起来的。

需要用评价函数来对上述轨迹进行选择，选择最适合的轨迹

最后为了让三个参数在评价函数里所发挥的作用均等，我们使用归一化处理来计算权重。

算法流程整体如下：

【从高科技战争特点看我国国防现代化】上个世纪80年代的美国远程突袭利比亚开创了高科技战争的先河，90年代的海湾战争又宣告了高科技战争的成形与完善。当美国大兵用伤亡区区几十人的代价取得整场战争胜利的时候；当伊拉克百万雄师被打的溃不成军的时候；当战争在几十天就完全终结的时候，我们心中除了无比的震撼，还有对自身安全的忧虑和对未来我军建设的思考。一、什么是高科技战争所谓高科技，在科学术语中侧重的是新科技、尖端科技的涵义，它与一般科技没有明确的时间界定，发明较早而技术复杂，能巨大改变原有做事方式、方法的，大大提高办事效率的技术，人们也愿意称之为高科技。而战争中的高科技我认为与一般的定义应有区别，它更应被定义为：改变作战模式，决定战争进程，提高战争效率，与高科技人才相结合，与战略敌军科技相比不至于落后的新型、可实用的技术。只有明确了这个定义，我们才能更明确的提出我国国防现代化的方向，走出许多认识上的误区。比如说：我国产的有些雷达，技术水平达到了国际先进，但在装备部队后发现，它们易于受潜在战略敌方的干扰而无法工作。那么这些雷达即使采用了高科技，却因为他作用与老式雷达一样，在敌军面前不堪一击，所以也不能称之为高技术（武器）。相反，我国的红旗2导弹，虽有50年左右的历史，但其与新的导弹技术相接合，加之指挥员战术思想的先进，即使在新的战争中亦能发挥有效的作用，那么它就应该被称之为高科技。总结：判断高科技必须以效果相结合，对敌人没用的科技即使水平再高也不能盲目崇拜。二、高科技战争的特点人员知识层次高。新战争的特点要求更多掌握现代科技知识的复合型人才。战争机器的日益复杂导致操作所需技能的大幅提高，仅仅拥有高科技武器装备还不能形成战斗力，还必须具备能熟练操作武器的战斗人员。这里有个现成的例子：据外电报道，台湾在买入幻影2000战斗机和F16-BLOCK5/10战斗机共250余架后，却因战斗机飞行员短缺而只能形成70%的战斗力，造成极大的浪费。想要拥有大量熟练的军人，首先要改革兵役制度，变义务兵役制度为义务兵役制度与招募兵役制度相结合，大力发展招募兵役制度。保留高素质的核心队伍，这样才能稳定、提高军队的战斗力。武器技术含量高，使用复杂。高科技武器的名称由来就是源于其使用技术的尖端性、复杂性。任何一种高科技武器都综合了多种先进技术，比如闻名于世的"战斧"导弹，它就集新材料科学、燃料科学、电子计算机技术、制导技术、卫星导航技术等于一身，不可谓技术不高。高科技武器的使用也相对复杂。因为高技术武器的制造与运用都结合了大量的尖端技术，其制造、维护、训练、使用对人员的要求也相对较高。操作人员少有不慎或武器某系统、零件的失灵都会造成武器的失效。一些报道曾经指出，我军的一些部队面对新型装备，竟然因恐惧其技术复杂而放置于仓库不敢使用，这也从侧面证明武器技术含量的提高和高技术武器渴求高技术人才。战争空间由三维向多维发展。战争已经不仅仅是海、陆、空三维。外层空间作战、电子战、心理战、网络战已成为现代战争不可或缺的部分。俄罗斯最近成立第四军--天战部队就是战争空间多维化的标志之一。高成本,低伤亡，高费效。不可质疑，高科技战争是高成本的战争，区区一个月的海湾战争，美国打完了近一年的军费，如果不是盟国的赞助，美国在经济上是经不起长期的高科技战争的。这也是高科技战争的一个致命的弱点，谁也不能长期承担。所以海湾战争后，美国努力发展低成本智能攻击武器，以避免打不起战争的尴尬境地。虽然如此，极低的伤亡，极佳的攻击效果仍然让高科技战争成为未来战争的发展必然。由此可见，"高技术战争"，是高素质军事人才以技术含量高、造价高的武器在拓展的空间实施快速的打击，以达成高效率军事行动的战争。三、我国国防现代化与高科技战争（一）建立现代军事理论，构造现代国防体制要运用高科技构筑我国的现代化国防，首先一点就是必须建立科学、系统、具前瞻性、与国情、军情相结合的军事理论。在此军事理论的指导下有步骤的开展高技术的研究与运用，避免盲目与浪费。战争的胜利与否很大程度上决定于军事理论和战略指导思想的先进与否，我们必须深刻理解这一点。我军能在极度劣势下在朝鲜战争中战平（胜）美军，关键就在于我军军事理论非常成熟，通过了长期战争的检验。检验军事理论的正确性无非两个途径：战争检验和借鉴它国经验。鉴于我国的和平外交政策，我们无法通过前者来作出检验，那么我们只有靠观察外军战斗和跟踪新军事理论来进行判断，这之中又要考虑不同的国情和军情，逐步修正以求合理。（如此做法，必然会存在误差，所以我认为没有实战检验的我军军事理论是我军能否在未来战争中取胜的最不确定的因素。）（二）应重点发展以下科技：军用电子技术。在现代高技术武器的发展中，军用电子技术是其核心和基础，从近期发生的几场局部战争看，军用电子技术已从作战保障跃为作战手段，成为现代作战行动的先导，并贯穿于战争的全过程。军用计算机技术。现代战争的高速化，使武器装备的自动化控制显得极为重要，其中计算机扮演着重要的角色。随着信息技术的迅速发展及在军事上的广泛应用，未来战场将是一个由众多计算机通过有线或无线等方式，把遍布于陆、海、空、天、电诸领域的侦查监视、定位导航、火力打击、指挥控制、支援保障等系统乃至单车、单炮、单兵等基本作战单元连接在一起而形成的网络世界。敌对双方在计算机网络上的争斗将构成战争的主要内容。网络上的争斗不只是力量和智慧的较量，更是技术、技能和技巧的抗衡，正如有人所描述的那样，是"键盘上的战争"。军用探测技术。军用探测技术是高技术战争中制胜的重要因素之一，是航天技术与信息技术相结合的产物。目前，已发展和投入使用的军用探测技术有：1、雷达探测技术。它是利用物体对无线电波的反射特性来发现和测定目标位置的"无线电定位技术"。它广泛地应用于战场侦察、防卫、引导、火控等现代战争的各个方面。2、光学探测技术。它以光学成像技术为基础，主要用各种光学摄影机进行的战场照相侦察。3、地面传感探测技术。这是一种通过地面目标所引起的电、声、磁、地面振动和红外辐射等物理变化来确定目标的探测技术。4、夜视技术。是用于在黑暗环境中帮助人眼增强视觉的一种专门技术。在现代战场上广泛使用的夜视装置主要有：红外夜视仪、微光夜视仪、微光电视及热成像仪四种。未来军用探测技术的发展趋势是：空间上的立体化；速度上的实时化；手段上的综合化；侦察、监视与打击上的一体化。军用制导技术。精确制导武器的产生和发展，完全依赖于精确制导技术。因此，精确制导技术在整个现代军事高技术的发展中占据着十分重要的地位。目前，被开发和广泛使用的精确制导技术主要有：微波制导、红外制导、电视制导、毫米波制导、指令制导和地图匹配制导。精确制导技术将向高精度、抗干扰、全天候、智能化和低成本方向发展，特别是显现出综合化的趋势。如"毫米波辐射图象匹配制导"、"地貌景象匹配制导"，以及"全球定位系统"（GPS），就是综合化的制导方式。科索沃战争中大出风头的"战斧"式巡航导弹以及JDAM炸弹等采用的就是"惯性导航＋地形匹配＋数字式景象匹配区域相关器"这一综合制导方式。隐身技术。隐身技术是指用来防止己方武器被敌方雷达、红外、声纳和可见光有效探测的伪装技术。它是近年来举世瞩目的一项重大军事技术，同激光武器和巡航导弹一起被誉为当今军事上的三大法宝。目前隐身兵器采取的主要隐身技术有：反雷达探测隐身技术、反红外探测隐身技术、反光学探测隐身技术和反声纳探测隐身技术等。军用激光技术。激光技术是人类二十世纪六十年代的重大科学技术成就，它是光学、光谱学与电子学发展到一定程度以及这些学科相互结合的必然产物。比较成熟或影响较大的军事应用主要有：1、激光制导；2、激光雷达；3、激光测距；4、激光通信；5、激光对抗；6、激光模拟；7、激光武器。值得注意的是，美国经过近年来不断加大对军用激光技术的投入，以经把体积庞大，实验性的激光武器成功的转变为可安装在大型武器平台上，具有一定实战功能的武器。按此发展速度，再不远的将来，激光武器很可能成为一个改变战争模式的决定性武器，而导弹将因无法突破激光防御而不得不退出历史舞台。军用智能技术。随着军用智能技术的发展，各种智能化武器将对未来作战产生深远影响。目前，不仅在专家鉴定系统（TECA）、自然语言理解、语言识别和视觉处理等基础研究方面取得突破性的成果，而且还研制成功了大量的智能武器系统，如智能导弹、智能地雷、智能坦克以及智能机器人等，形成了一个庞大的智能武器家族。军用航天技术。航天技术广泛运用于军事领域，使武器装备的效能发生了革命性的变化。它的发展主要集中在保障军事行动的军事卫星、进攻性与防御性空间武器，以及多用于载人军事航天系统三个方面。美国空军司令部和航空航天局正在为军事、科研和商业上应用联手开发进入太空技术。目前，美国空间司令部已接近于能够部署一种灵活有效的带翼航天器，支援太空军事行动。太空军事化是一个噩梦，一个已经开始的噩梦。（二）培养高科技人才在高素质新型军事人才的培养上必须树立超前意识，坚持人才培养先行。要紧紧抓住人才质量建设这个根本，加大人才培养的力度，要培养大批懂得高科技知识的指挥人才，培养大批能够担当打赢未来高技术局部战争重任、经得起各种风浪考验的高素质新型军事人才，实现我军人才质量建设的整体性飞跃。我军有在战争中培养人才的传统和经验，但在新的年代，我们培养军事人才的途径更多的是依靠体制。必须建立这样一个完备的体制：①机会平等，公平竞争。这是一个高效培养体系的共同特点，这样才能从人群中选拔出真正的人才，才能促进全面的提高。②开放灵活，鼓励创新。绝对不能闭门造车，要积极吸收国内外的新经验、新方法；让人才走出国门，让人才与世界接轨。③系统全面，高低有序。要给每以个想晋级的军人以机会，培养高低各类人才；培养体系要由低到高，逐渐深入。④保持压力，终生培训。结合新的要求，对已完成培训的各阶段军事人员进行再培训，保持合适的淘汰率，促使军事人员不断提高；培训要在服役期内全程进行，保障部队战斗力。对军事人才的基本要求：爱国；强壮的身体和过硬的军事知识；健康的心理和强健的神经；积极上进，能自我提高。（三）加强武器管理"管理"就是国防科研和军工生产管理，只有搞好手中武器装备的管理，才能形成战斗力。什么是战斗力？即人、武器加上相互间的结合。要搞好管理，就要提高官兵与武器的结合能力。如何管理？首先，要让武器的研制体现以人为本的原则，不能让人的体力和脑力负担过重，要让士兵爱上武器而不是相反。第二，武器的维护保养和更新换代要科学、经济的进行。第三，加强训练，让士兵熟悉武器的性能和操作技巧。自20世纪90年代，全军上下掀起了一个轰轰烈烈、扎扎实实的学习现代科技特别是高科技知识的热潮，全军科技大练兵，一切为打赢，通过科技练兵，提高了官兵素质。四、反思与总结成功的高科技战争需要多种因素的完美结合，它需要有新思想、新技术、优秀人才和先进的管理。这些资源中，新技术以及其在战争中运用带来的巨大资金、物资消耗是我军面临的最大难题。国力现状决定了我国不可能在该领域投入更多的资金，如何利用有限的资源完成我军的现代化任务是我们的最艰巨的任务。结合外军，特别是美军军事发展的经验，我认为要着重做好以下几点：坚持有所为，有所不为。我们不搞全球扩张，不搞军事讹诈。所以我们无须航母（暂时）、全球监视系统和全球定位系统（需要区域监视和定位系统）、海外军事基地……。但我们必须在事关战略平衡的洲际导弹、核潜艇、战略防空系统以及决定战争胜负的精确制导武器、先进战斗机等战术武器上保证技术不致落后。军民结合，降低成本。美军成功降低高科技武器成本的方法是高科技军民通用，技术广泛和大量的运用使武器的单位成本大大降低。如果说以前美军在大量使用精密武器时心里还有所经济顾虑的话，现在的美军完全可以率性而为了。我军也应走同样的道路，让民用企业也参与技术研究，让军事技术民用化，提高技术的通用性和可应用性，降低使用成本。取消军工企业的生产垄断，让私营企业和外资企业参与研制和生产，引入竞争机制，提高投资效率，降低生产成本。综上所述，高科技战争并不可怕，它对我军现代化建设既是挑战，也是机遇。只要我们能运用国力快速上升的有利时机，把握全局，科学计划，全力而为，就必然能赶上高科技浪潮，建成一只现代化的军队。