Online acoustic localization methods for autonomous underwater vehicles

Abstract

Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) true autonomy capabilities in complex

unknown environments, have not yet been fully achieved because of the lack of

online algorithms that can solve fundamental problems such as localization,

mapping and path-planning on-board the AUV.

This thesis presents the development of two online localization algorithms

for AUVs. The first algorithm is based on a Sum of Gaussian filter for online

range-only localization of a Docking Station for battery recharging and data

uploading. This algorithm is tested in a wider project where it is combined

with other algorithms to produce a complete homing and docking strategy.

The second algorithm proposes an online SLAM framework for continuous

occupancy mapping named H-SLAM. It uses a Rao-Blackwellized Particle Filter

where each particle carries a Hilbert Map representation of the environment.

This algorithm is tested on two real-world datasets offering a significantly

better reconstruction of the environment than using DR navigation.

El verdader potencial d’autonomia dels Vehicles Submarins Autònoms (AUVs) en

entorns complexos i desconeguts, encara no ha estat completament assolit

degut a la falta d’algoritmes que puguin resoldre problemes com la

localització i el mapeig en el propi vehicle.

Aquesta tesi presenta el desenvolupament de dos algoritmes de localització

online per AUVs. El primer algorisme està basat en un filtre de Suma de

Gaussians per localitzar una Estació d’Acoblament. Ha estat provat dins un

projecte on s’ha combinat amb altres algoritmes, per obtenir una estratègia

de localització i acoblament.

El segon algorisme proposa un mètode de SLAM que construeix de mapes continus

d’ocupació anomenat H-SLAM. Utilitza un Filtre de Partı́cules Rao-

Blackwellizat on cada partı́cula té un Mapa de Hilbert. Ha estat provat amb

dades reals produint una millora significativa en la reconstrucció de

l’entorn respecte la reconstrucció obtinguda utilitzant la navegació DR.