Projektbeschreibung

Problemstellung: 

Die Ozeane sind heutzutage immer noch weniger gründlich erforscht als  das Weltall. Um unser Verständnis über die Weltmeere zu verbessern und  Erkundungen durchzuführen, wird der Einsatz von Autonomen  Tiefseefahrzeugen (engl.: AUV) immer wichtiger. 

Autonome Tiefseefahrzeuge stellen eine besondere Klasse von mobilen  Robotern dar, die zur autonomen Navigation üblicherweise kein globales  Positionsbestimmungssystem heranziehen können, wie es bei Land- oder  Flugrobotern beispielsweise mit GPS oder GLONASS der Fall ist. Das  bedeutet, dass Techniken zur simultanen Lokalisierung und  Kartenerstellung (engl.: SLAM) eine besonders große Bedeutung zukommt,  weil damit auch im Unterwasserbereich Navigationsfehler begrenzt werden  können. 

Dazu ist es notwendig, dass ein AUV Stellen am Meeresboden bei einer  erneuten Vorbeifahrt tatsächlich als bereits bekannte Stellen erkennt.  Hierfür können verschiedene Sensoren zum Einsatz kommen, die eine solche  Wiedererkennung ermöglichen. Während in Flachwasseranwendungen diese  Rolle oft von Kameras übernommen wird, ist in großen Tiefen ein  Sonarsensor die geeignetste Möglichkeit, die Strukturen der Umgebung zu  erfassen. 

Ein weitverbreiteter Sonarsensor ist das sog. Side-Scan Sonar welches zu  einem ausgesendeten Sonarpuls die eingehende Echointensität über der  Zeit aufzeichnet. Diese Sonardaten beinhalten die räumliche Struktur der  Umgebung jedoch nur implizit.  Die Side-Scan-Sonardaten des gleichen  Ortes sehen jedoch stark unterschiedlich aus, wenn sie von einer anderen  Seite kommend und mit unterschiedlicher Fahrzeugeigenbewegung  aufgenommen wurden (Verzerrungen, anderer Sonar-Schattenwurf). Daher  wird aus den Sonardaten zunächst eine räumliche Repräsentation  geschätzt, die bei einer erneuten Passierung dieses Ortes eine  Wiedererkennung robuster ermöglicht als die Sonarbilder direkt. Da  allerdings verschiedene Meeresbodengeometrien identische Sonaraufnahmen  erzeugen können, ist das Finden der tatsächlichen Geometrie nur unter  Zusatzannahmen über den Meeresgrund möglich, weswegen man auch von einem  schlecht gestellten inversen Problem spricht. 

Für die SLAM-basierte Navigation werden Merkmale solcher Art verwendet,  dass sie auf verschiedenen Rekonstruktionen desselben Ortes (von  mehreren Passierungen) dennoch eine zuverlässige Wiedererkennung  ermöglichen. 

Ziele: 

Es werden Verfahren entwickelt, die es erlauben ein SLAM-Verfahren auf  Side-Scan Sonardaten anzuwenden um damit Navigation von  Tiefseefahrzeugen zu ermöglichen.  In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IOSB im Projekt TIETeK werden die  Verfahren an einem realen Tiefseefahrzeug erprobt.