In this work, we propose the use of Ground Penetrating Radar (GPR) for rover localization on Mars. Precise pose estimation is an important task for mobile robots exploring planetary surfaces, as they operate in GPS-denied environments. Although visual odometry provides accurate localization, it is computationally expensive and can fail in dim or high-contrast lighting. Wheel encoders can also provide odometry estimation, but are prone to slipping on the sandy terrain encountered on Mars. Although traditionally a scientific surveying sensor, GPR has been used on Earth for terrain classification and localization through subsurface feature matching. The Perseverance rover and the upcoming ExoMars rover have GPR sensors already equipped to aid in the search of water and mineral resources. We propose to leverage GPR to aid in Mars rover localization. Specifically, we develop a novel GPR-based deep learning model that predicts 1D relative pose translation. We fuse our GPR pose prediction method with inertial and wheel encoder data in a filtering framework to output rover localization. We perform experiments in a Mars analog environment and demonstrate that our GPR-based displacement predictions both outperform wheel encoders and improve multi-modal filtering estimates in high-slip environments. Lastly, we present the first dataset aimed at GPR-based localization in Mars analog environments, which will be made publicly available at https://umfieldrobotics.github.io/marslgpr.


翻译:本研究提出利用探地雷达(GPR)实现火星车在火星表面的定位。精确位姿估计是行星表面探测移动机器人的关键任务,因其工作于无GPS信号的环境中。尽管视觉里程计可提供准确定位,但其计算成本高昂,且在光照昏暗或高对比度环境下可能失效。轮式编码器亦可提供里程估计,但在火星常见的沙质地形上易发生打滑。探地雷达传统上作为科学勘测传感器,已在地球上通过地下特征匹配用于地形分类与定位。毅力号火星车及即将发射的ExoMars火星车均已配备GPR传感器以辅助水与矿产资源探测。我们提出利用GPR辅助火星车定位,具体开发了一种基于GPR的新型深度学习模型,可预测一维相对位姿平移。通过滤波框架将GPR位姿预测方法与惯性及轮式编码器数据融合,输出火星车定位结果。我们在火星模拟环境中进行实验,证明基于GPR的位移预测不仅优于轮式编码器,还能在多模态滤波估计中提升高打滑环境下的性能。最后,我们发布了首个面向火星模拟环境的GPR定位数据集,该数据集已公开于https://umfieldrobotics.github.io/marslgpr。

0
下载
关闭预览

相关内容

【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
NAACL 2019 | 一种考虑缓和KL消失的简单VAE训练方法
PaperWeekly
20+阅读 · 2019年4月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
7+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
VIP会员
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
7+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员