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结合扩展卡尔曼滤波的GNSS/IMU组合定位误差建模
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作者 顾杰 《测绘与空间地理信息》 2026年第1期156-159,163,共5页
为解决GNSS/IMU组合定位在控制测量中的精度与鲁棒性问题,构建IMU确定性与随机性误差分层建模体系。确定性误差用分段多项式刻画零偏时变并修正安装误差;随机性误差以一阶高斯-马尔可夫(GM)模型结合Allan方差定参。融合策略采用紧耦合... 为解决GNSS/IMU组合定位在控制测量中的精度与鲁棒性问题,构建IMU确定性与随机性误差分层建模体系。确定性误差用分段多项式刻画零偏时变并修正安装误差;随机性误差以一阶高斯-马尔可夫(GM)模型结合Allan方差定参。融合策略采用紧耦合扩展卡尔曼滤波(EKF),设计多维度状态向量直接融合GNSS原始伪距来减小中间误差,引入新息协方差自适应机制调整噪声矩阵避免滤波发散。实验显示,各项指标可满足控制测量野外作业需求。 展开更多
关键词 控制测量 GNSS/imu组合定位 紧耦合扩展卡尔曼滤波 一阶GM模型 自适应融合
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GNSS/IMU-视觉组合道岔几何参数快速综合检测方法设计
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作者 荆莹 齐昆 +1 位作者 王子豪 梁宏波 《铁道建筑》 北大核心 2026年第2期65-69,共5页
针对目前道岔几何参数手工检测效率低、检测项目单一等问题,本文提出一种结合全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)/惯性导航系统(Inertial Measurement Unit,IMU)组合导航与视觉测量技术的非接触式道岔工务几何... 针对目前道岔几何参数手工检测效率低、检测项目单一等问题,本文提出一种结合全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)/惯性导航系统(Inertial Measurement Unit,IMU)组合导航与视觉测量技术的非接触式道岔工务几何参数综合检测方法,并设计一种非接触式道岔检查仪。基于组合测量模型,完成了道岔检查仪机械结构的设计方案,制作了工程样机,并利用样机分别在测试平台与18号可动心轨道岔上开展重复性与可靠性测试。结果表明:设备在轨距测量中的示值误差均小于±0.3 mm,重复性极差小于0.15 mm;降低值测量误差均小于±0.3 mm。该设备能够实现道岔几何参数的快速精密测量。 展开更多
关键词 铁路道岔 几何参数 GNSS/imu 线结构光 三维场景精密重建
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基于互补滤波及梯度下降融合算法的IMU姿态测量
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作者 廖成 占春连 +3 位作者 程智 董登峰 周培松 姚依笛 《仪表技术与传感器》 北大核心 2026年第2期22-29,共8页
为了实现惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)姿态准确测量,在Mahony互补滤波算法初步实现IMU姿态测量基础上,提出了一种变步长梯度下降融合算法的IMU姿态测量方法,其中步长根据陀螺仪的角速度来调整。以单轴高精度转台搭建精... 为了实现惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)姿态准确测量,在Mahony互补滤波算法初步实现IMU姿态测量基础上,提出了一种变步长梯度下降融合算法的IMU姿态测量方法,其中步长根据陀螺仪的角速度来调整。以单轴高精度转台搭建精度测试装置,应用上述方法对不同转速条件下的IMU姿态进行测试,为准确反映姿态的综合变化量,在姿态误差评价过程中,采用各组姿态变化矩阵对应的等效旋转矢量模长(即等效旋转轴轴角)来表征综合姿态变化量,并与高精度转台转角进行比较。实验结果表明:高精度转台转速分别为1、5、10(°)/s时,IMU姿态测量值的最大均方根误差分别为0.0153、0.0233、0.0291,最大绝对误差分别为0.0334°、0.0433°、0.0761°,转速越小,IMU姿态测量精度相对越高。 展开更多
关键词 单轴转台 Mahony互补滤波算法 梯度下降法 惯性测量单元(imu)
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基于扩展卡尔曼滤波的GPS/IMU组合导航
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作者 贺星 《通信与信息技术》 2026年第2期121-124,129,共5页
无人机的精确导航是保障安全飞行的关键。针对复杂机动与信号受限环境下,多传感器融合系统中异构数据时空同步困难及非线性误差耦合的共性问题,提出一种基于预滤波协同的GPS/IMU深组合导航方法。通过构建中频信号特征与惯性误差的联合... 无人机的精确导航是保障安全飞行的关键。针对复杂机动与信号受限环境下,多传感器融合系统中异构数据时空同步困难及非线性误差耦合的共性问题,提出一种基于预滤波协同的GPS/IMU深组合导航方法。通过构建中频信号特征与惯性误差的联合观测模型,设计预滤波器与导航滤波器的紧耦合架构,解决了传统方法中观测噪声时变导致的估计偏差;结合四元数运动学方程与动态误差补偿机制,建立适用于高速机动载体的非线性误差抑制模型。仿真结果表明,该方法在复杂机动场景下,姿态角估计误差小于0.8°,位置误差控制在1.2m以内,且陀螺仪零偏稳定性达±5×10^(-5)°/s,显著抑制了惯性导航的累积误差,为无人系统提供了可靠的导航解决方案。 展开更多
关键词 组合导航 扩展卡尔曼滤波 GPS/imu融合 姿态估计 误差补偿
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基于2D-LiDAR与IMU融合的轨道机器人三维重建方法及误差补偿
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作者 杨佳熠 李智文 +2 位作者 陈东 范兴寿 赵庆虚 《科技创新与应用》 2026年第8期1-4,共4页
针对三维激光雷达成本高昂的问题,该文提出一种基于低成本2D-LiDAR与轨道机器人运动平台的多位置扫描三维重建方法。通过分析轨道机器人运动过程中的偏转、航向与俯仰角误差对点云拼接精度的影响,引入IMU数据进行运动补偿,并提出一种基... 针对三维激光雷达成本高昂的问题,该文提出一种基于低成本2D-LiDAR与轨道机器人运动平台的多位置扫描三维重建方法。通过分析轨道机器人运动过程中的偏转、航向与俯仰角误差对点云拼接精度的影响,引入IMU数据进行运动补偿,并提出一种基于时间对齐的IMU插值算法解决雷达-IMU数据异步问题。实验结果表明,该方法可有效提升点云拼接精度,实现毫米级三维重建。 展开更多
关键词 三维重建方法 运动误差补偿 imu插值算法 轨道机器人 2D-LiDAR
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基于磁感应传感器与冗余IMU的改进UKF导航算法
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作者 陶渊 岳义 +2 位作者 许朝阳 朱建丞 韦宝琛 《河南科技学院学报(自然科学版)》 2026年第1期42-51,共10页
目的针对移动机器人导航中惯性测量单元(IMU)鲁棒性不足及累积误差导致精度下降的问题,探究基于磁感应传感器与冗余IMU的改进UKF导航算法.方法设计冗余IMU布局并经过自适应加权算法融合,有效提高导航系统精度和鲁棒性.改进传统UKF算法,... 目的针对移动机器人导航中惯性测量单元(IMU)鲁棒性不足及累积误差导致精度下降的问题,探究基于磁感应传感器与冗余IMU的改进UKF导航算法.方法设计冗余IMU布局并经过自适应加权算法融合,有效提高导航系统精度和鲁棒性.改进传统UKF算法,在状态向量中显式引入IMU偏置建模,并结合磁感应传感器提供的高精度位姿数据,实现IMU偏置的动态估计与累积误差周期性校正,进一步提升导航精度和长期稳定性.通过MATLAB仿真验证算法的有效性.结果冗余IMU相较于单一IMU导航中,移动机器人的平面位置和偏航角均方根误差(RMSE)分别降低了38.97%和40.32%;在结合磁感应传感器与冗余IMU组合导航中,改进UKF作为数据融合算法相比传统UKF算法,移动机器人平面位置和偏航角RMSE分别降低了约11.26%和6.74%.结论算法有效提升导航系统鲁棒性和精度,为多传感器融合技术在移动机器人中的应用提供重要参考. 展开更多
关键词 冗余imu 磁感应传感器 无迹卡尔曼滤波 多传感器融合 定位导航
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基于AKF的UWB与IMU融合定位示教/再现导航算法研究
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作者 毕涛 刘笠 +2 位作者 黄亚飞 张猛 刘帅 《计算技术与自动化》 2026年第1期26-32,共7页
本文提出一种基于超宽带(UWB)与惯性传感器(IMU)融合的自适应卡尔曼滤波(AFK)定位的示教/再现导航算法,首先构建了自动导引车(AGV)运动学与UWB测量模型,然后设计了双重自适应噪声协方差调整策略,通过新息序列卡方检验动态优化测量噪声... 本文提出一种基于超宽带(UWB)与惯性传感器(IMU)融合的自适应卡尔曼滤波(AFK)定位的示教/再现导航算法,首先构建了自动导引车(AGV)运动学与UWB测量模型,然后设计了双重自适应噪声协方差调整策略,通过新息序列卡方检验动态优化测量噪声协方差R,依据IMU感知的运动状态及UWB信号丢失情况自适应调整过程噪声协方差Q,解决传统卡尔曼滤波参数固定的缺陷。基于以上滤波算法搭建软硬件系统,设计了示教/再现导航算法,示教阶段手动操控AGV获取示教轨迹,再现阶段通过分段PI控制完成对示教轨迹的精确跟踪。实验表明,改进后示教/再现轨迹具有良好的鲁棒性与轨迹跟踪精度。 展开更多
关键词 自适应卡尔曼滤波 UWB与imu融合 示教/再现 AGV导航
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基于AUKF的室内移动机器人UWB/IMU融合定位算法设计
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作者 汤磊 林富生 张弛承 《河南工程学院学报(自然科学版)》 2026年第1期61-67,共7页
针对室内移动机器人定位精度低和抗干扰能力差的问题,提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)的室内移动机器人UWB/IMU融合算法。该算法结合UWB定位系统的高精度测距与IMU定位方法的动态补偿特性,并引入噪声协方差自适应调整机制,可... 针对室内移动机器人定位精度低和抗干扰能力差的问题,提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)的室内移动机器人UWB/IMU融合算法。该算法结合UWB定位系统的高精度测距与IMU定位方法的动态补偿特性,并引入噪声协方差自适应调整机制,可有效抑制多径干扰和信号延迟,同时采用树莓派搭载Arduino主从式控制架构,实现了200 ms级实时路径规划。实验结果表明:在400 cm×400 cm测试范围中,该算法使静态定位平均误差从3.0 cm降至0.4 cm(±0.2 cm),动态轨迹最大偏移量由4.4 cm降至0.8 cm。 展开更多
关键词 UWB/imu融合 自适应无迹卡尔曼滤波 自适应调整机制 路径规划
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A navigation method for IMU/odometer fusion based on horizontal attitude constraints
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作者 Yinggang Wang Kemeng Li +1 位作者 Hongli Zhang Yijin Chen 《Geodesy and Geodynamics》 2026年第1期95-103,共9页
The current inertial measurement unit(IMU)and odometry fusion navigation algorithms often incorporate non-holonomic constraints(NHC)to obtain three-dimensional velocity in the navigation frame.However,due to the integ... The current inertial measurement unit(IMU)and odometry fusion navigation algorithms often incorporate non-holonomic constraints(NHC)to obtain three-dimensional velocity in the navigation frame.However,due to the integral nature of the dead reckoning algorithm,the attitude errors of the IMU accumulate over time,causing the velocity transformation results to fail to accurately reflect the threedimensional velocity in the navigation frame.Based on the fact that during a vehicle's horizontal and uniform motion,the vertical acceleration is consistent with gravitational acceleration,this paper proposes an IMU/odometry fusion navigation algorithm based on horizontal attitude constraints(HAC).Building on non-holonomic constraints,this algorithm determines the motion state of the vehicle through accelerometer output and zeroes out the pitch and roll angles during horizontal and uniform motion.Verified through two sets of real-world vehicle test data,this algorithm improves horizontal positioning accuracy by approximately 63%and 70%,and vertical positioning accuracy by 98%and 97%,compared with the traditional NHC IMU/odometer fusion algorithm. 展开更多
关键词 imu/Odometer Fusion navigation positioning Horizontal attitude constraints Non-holonomic constraints
原文传递
基于XGBoost的UWB/MEMS IMU室内定位及精度分析
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作者 罗力 《测绘工程》 2026年第1期92-96,共5页
针对基于UWB和MEMS惯性IMU的四轮机器人在复杂室内环境下,受传感器特性影响,其定位精度不能满足使用要求的问题,提出基于XGBoost的UWB/MEMS IMU四轮机器人室内定位方法。通过XGBoost对UWB的非视距数据识别并剔除以提高UWB数据质量,以及... 针对基于UWB和MEMS惯性IMU的四轮机器人在复杂室内环境下,受传感器特性影响,其定位精度不能满足使用要求的问题,提出基于XGBoost的UWB/MEMS IMU四轮机器人室内定位方法。通过XGBoost对UWB的非视距数据识别并剔除以提高UWB数据质量,以及添加结合四轮机器人运动状态的非完整约束来抑制MEMS IMU独立定位时的误差发散,采用改进的UWB/MEMS IMU紧组合算法来实现四轮机器人的室内定位。实验结果表明,在复杂的室内环境下,四轮机器人的平面定位精度在0.2 m以内,所提出的方法能有效地提高四轮机器人室内定位的精度和稳定性。 展开更多
关键词 超宽带、微机电惯性测量单元组合 极端梯度提升 室内定位 四轮机器人 非完整性约束
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智能手机GNSS/MEMS IMU车载组合导航的安装角估计算法 被引量:2
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作者 王甫红 程雨欣 +1 位作者 赵广越 张万威 《武汉大学学报(信息科学版)》 北大核心 2025年第10期1948-1956,共9页
针对智能手机车载导航时因安装角未知而降低全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)/惯性导航系统组合导航精度与性能的问题,在智能手机GNSS/微机械惯性测量单元(micro-electro-mechanical system inertial measure... 针对智能手机车载导航时因安装角未知而降低全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)/惯性导航系统组合导航精度与性能的问题,在智能手机GNSS/微机械惯性测量单元(micro-electro-mechanical system inertial measurement unit,MEMS IMU)紧组合导航算法的基础上,提出以载波相位时间差分计算得出的历元间位置变化量来构建安装角估计的观测方程,并在线估计智能手机车载导航安装角的卡尔曼滤波算法。在典型城市环境的两组车载实验结果表明,所提算法在较为严重的遮挡环境下可在80 s内实现大安装角初始化,安装角滤波器收敛后安装角波动在2°以内。安装角估计成功后,使用非完整性约束算法,严重遮挡条件下车载组合导航的精度与性能得到明显提升,平面位置与高程的精度统计均能维持在5 m左右。所提算法不需要增加里程计等辅助设备,能够较快实现智能手机大安装角的精确估计。 展开更多
关键词 安装角估计 非完整性约束 智能手机 GNSS/MEMS imu组合导航 车载导航
原文传递
复杂环境下低成本IMU对GNSS定位的质量控制方法 被引量:1
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作者 赵庆志 王鹏程 +5 位作者 高余婷 王亚龙 郭宏武 翟园 吴侃 周锋 《测绘科学》 北大核心 2025年第7期1-9,共9页
针对GNSS定位精度易受外界不良环境影响的问题,提出一种利用低成本惯性测量单元(IMU)约束GNSS定位的质量控制方法:通过位置与多普勒速度的一致性检测对GNSS异常定位结果进行探测;利用惯性导航系统(INS)提供的推算结果对GNSS定位结果进... 针对GNSS定位精度易受外界不良环境影响的问题,提出一种利用低成本惯性测量单元(IMU)约束GNSS定位的质量控制方法:通过位置与多普勒速度的一致性检测对GNSS异常定位结果进行探测;利用惯性导航系统(INS)提供的推算结果对GNSS定位结果进行约束,重配对应历元的组合导航权重。改善GNSS定位和GNSS/INS组合导航结果的质量和可靠性。利用搭载了低成本IMU的组合导航设备采集了两组车载动态实验进行方法验证及分析。实验结果显示,该方法将城市环境下原本不足20%可用率的组合导航结果提高到99%以上;郊区开阔环境下改善率一般,但在观测环境较差的时段内其导航定位改善率最高可达19.31%。表明文章提出方法能够改善复杂环境下GNSS定位结果的质量,有效改变GNSS/INS组合导航结果的不可用性。 展开更多
关键词 低成本imu 复杂环境 GNSS/INS组合导航 质量控制
原文传递
基于李群不确定映射的冗余IMU鲁棒CI融合姿态估计
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作者 仇翔 石水萌 +1 位作者 胡中尧 陈博 《控制与决策》 北大核心 2025年第1期345-352,共8页
针对冗余惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)姿态估计问题,通过采用不变扩展卡尔曼滤波器结构,将被估计系统动态特性建模为矩阵李群和偏差向量的混合模型,从而设计基于协方差在线校正的局部IMU姿态估计器.在此基础上,采用对... 针对冗余惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)姿态估计问题,通过采用不变扩展卡尔曼滤波器结构,将被估计系统动态特性建模为矩阵李群和偏差向量的混合模型,从而设计基于协方差在线校正的局部IMU姿态估计器.在此基础上,采用对数映射将李群不确定性映射到向量空间,进而构造依赖于局部姿态估计器参数的分布式融合问题,从而设计基于李群的鲁棒协方差交叉融合准则.特别地,为解决局部估计器之间互协方差未知的问题,通过引入先验容差来约束未知互协方差,从而提供低保守性的协方差上界以提高融合估计性能,形成一种具有双层结构的冗余IMU姿态估计方法.最后在下肢外骨骼康复机器人平台上验证所提出算法的有效性. 展开更多
关键词 姿态估计 冗余imu 不变卡尔曼滤波 矩阵李群 协方差交叉
原文传递
动态环境下基于深度相机与IMU的动态目标剔除
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作者 王险峰 刘赵杰 +2 位作者 赵通 杨浩伟 汪柏彤 《计算机与数字工程》 2025年第1期90-95,共6页
目前大多数优秀的SLAM方案都是基于静态环境的,而实际环境往往是动态的,动态目标的存在对SLAM系统有着严重的危害性。为了提高动态环境中位姿估计的准确性,基于ORB-SAM2提出一种IMU旋转补偿与几何约束相结合的动态点剔除算法。在追踪过... 目前大多数优秀的SLAM方案都是基于静态环境的,而实际环境往往是动态的,动态目标的存在对SLAM系统有着严重的危害性。为了提高动态环境中位姿估计的准确性,基于ORB-SAM2提出一种IMU旋转补偿与几何约束相结合的动态点剔除算法。在追踪过程中,利用IMU在两帧之间预积分得到的旋转矩阵补偿上一帧,补偿后两帧图像有相同旋转分量,计算两帧对应特征点的运动向量。用IMU在两帧之间的速度向量进行区分,可以将动态特征点从环境中粗略的区分出来。为了进一步剔除环境中的动态特征点,使用对极约束进行检验,进一步过滤动态特征点。动态环境中的实验结果表明,提出的方法能够有效去除动态特征点,提高了动态环境下的定位精度。 展开更多
关键词 imu RGBD 动态环境 SLAM
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采煤机双IMU位姿解算方法 被引量:1
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作者 代卫卫 王世博 王世佳 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第5期277-288,共12页
惯性测量单元(IMU)可实现自主全参数导航的优点,具有在井下GPS拒止环境应用的技术优势。基于冗余IMU的采煤机定位是综采装备可行的低成本定位方法,但也面临IMU随时间漂移大的问题。当2个IMU安装在采煤机载体后,其各自输出位置和姿态的... 惯性测量单元(IMU)可实现自主全参数导航的优点,具有在井下GPS拒止环境应用的技术优势。基于冗余IMU的采煤机定位是综采装备可行的低成本定位方法,但也面临IMU随时间漂移大的问题。当2个IMU安装在采煤机载体后,其各自输出位置和姿态的差值均应该是常数,即应满足双IMU位姿约束条件。基于位姿约束条件,以信息滤波为基本框架,提出了采煤机双IMU位姿解算方法。以IMU-1和IMU-2的姿态四元数作为状态量,基于四元数更新方程建立信息滤波状态方程。以加速度计原始输出、磁力计原始输出、位置差值和姿态差值作为量测量,推导各量测量与姿态四元数转换的雅克比矩阵,分别构建量测方程。采用移动机器人模拟采煤机截割4刀实验,每刀52 m。对于IMU-1,算法处理后第3、4刀的球概率误差由3.6180、8.2202 m分别减小到1.5452、2.8828 m,定位精度提升约64.9%。对于IMU-2,算法处理后第3、4刀的球概率误差由4.3420、5.7368 m分别减小到1.6178、2.3523 m,定位精度提升约59.0%。对于移动机器人,对IMU-1和IMU-2算法处理后的姿态求取平均值,采用航位推算法解算位置坐标,得到第3、4刀的球概率误差分别为0.7907和1.4317 m。该方法为冗余IMU定位提供了底层解算算法,提高了定位精度。 展开更多
关键词 采煤机 imu 位姿约束
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VODO辅助的IMU安装角估计与NHC约束性能分析
16
作者 饶建洪 冯威 +2 位作者 王成龙 尚金光 田骕 《导航定位学报》 北大核心 2025年第6期128-137,共10页
为了进一步提升车载组合定位系统中惯性量测单元(IMU)安装角补偿的精度,提出一种基于虚拟里程计(VODO)辅助的IMU安装角估计方法:利用组合导航滤波器的定位信息构造虚拟里程增量;然后通过航位推算设计子滤波器实现IMU安装角的估计;最后将... 为了进一步提升车载组合定位系统中惯性量测单元(IMU)安装角补偿的精度,提出一种基于虚拟里程计(VODO)辅助的IMU安装角估计方法:利用组合导航滤波器的定位信息构造虚拟里程增量;然后通过航位推算设计子滤波器实现IMU安装角的估计;最后将IMU安装角反馈给非完整性约束(NHC)模型来提高辅助定位的性能。仿真实验结果表明,借助VODO可以快速估计IMU安装角且估计精度可达0.005°。利用实测车载数据分析IMU安装角补偿对NHC约束性能的影响,结果表明,当GNSS定位结果存在连续粗差时,平面和高程定位精度相比传统NHC模型可分别提升8%和15%以上;当GNSS信号中断60 s时,平面和高程定位精度可分别提升27%和53%;即使在中断180 s的情况下,定位误差仍能控制在5 m以内,进一步提升NHC辅助定位结果的可靠性。 展开更多
关键词 虚拟里程计(VODO) 非完整性约束(NHC) 惯性量测单元(imu) 安装角 航位推算
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基于双天线TDCP的GNSS/IMU组合导航航向角增强算法
17
作者 吉莉 孙蕊 +1 位作者 王媛媛 戴晔莹 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第9期3141-3149,共9页
在全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量单元件(IMU)组合导航系统中,姿态估计尤其是航向角的准确估计对于车辆行驶状态的实时监控尤为重要。但由于IMU在高度通道上是发散的,若不加以准确约束其误差会逐渐累积,因此,在航向角变化频繁的车载... 在全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量单元件(IMU)组合导航系统中,姿态估计尤其是航向角的准确估计对于车辆行驶状态的实时监控尤为重要。但由于IMU在高度通道上是发散的,若不加以准确约束其误差会逐渐累积,因此,在航向角变化频繁的车载应用中其航向角的估计精度不足。为解决传统GNSS与IMU松组合方式导航姿态估计精度较差的问题,提出一种基于双天线历元间载波相位差分(TDCP)的GNSS/IMU组合导航航向角增强算法。该算法通过双天线TDCP求解车辆航向角来增加组合导航滤波融合观测值输入维度,并利用Hatch滤波和抗差自适应滤波分别实现观测域伪距精度提升和GNSS/IMU组合导航定位、定姿性能的提升。实验结果表明:所提算法相对于传统GNSS/IMU组合导航方法在三维方向上的定位、测速精度分别提高了22.12%、41.27%,车辆航向角精度提高了46.29%。 展开更多
关键词 GNSS/imu组合导航 多天线 双天线历元间载波相位差分 抗差卡尔曼滤波 姿态精度
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一种自适应点线特征和IMU耦合的视觉SLAM方法
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作者 张晨阳 杨健 《武汉大学学报(信息科学版)》 北大核心 2025年第10期2048-2063,共16页
室内低/弱纹理、光照不足的场景下,视觉惯导融合的即时定位与建图(simultaneous localization and mapping,SLAM)定位精度明显优于纯视觉SLAM方法。然而,当前基于点特征的视觉惯导SLAM方法通常难以检测并追踪足够的特征,同时惯性测量单... 室内低/弱纹理、光照不足的场景下,视觉惯导融合的即时定位与建图(simultaneous localization and mapping,SLAM)定位精度明显优于纯视觉SLAM方法。然而,当前基于点特征的视觉惯导SLAM方法通常难以检测并追踪足够的特征,同时惯性测量单元的先验测量信息亦未充分利用,导致SLAM整体定位精度低、鲁棒性弱。针对这些问题,构建一种自适应点线特征和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)耦合的视觉SLAM方法。首先设计一种自适应的快速角点特征检测算法,以增强图像特征点检测的鲁棒性。另外,快速线特征检测算法易检测短线、断线,且图像因光照变化易导致线特征的“过提取”或“错提取”。因此,利用边缘检测二值图像构造自适应线特征提取算法,并借助消影点的特性筛选聚类线特征。然后,由点线特征重投影误差和IMU先验预积分位姿估计量,通过松耦合为SLAM前端位姿估计和算法提供稳健的初始化结果。随后,后端利用紧耦合建立视觉和IMU观测量的统一非线性最小化残差函数,并优化得到准确的图像帧位姿。最后,在开源数据集上测试验证,并对比几种经典SLAM方法。实验结果表明,所构建的SLAM方法平均定位精度至少提高12%,同时具有较强的鲁棒性。 展开更多
关键词 SLAM 自适应点线特征 imu 松耦合 紧耦合
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基于路面状态的车载IMU安装角性能评估方法
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作者 吴曦曦 马晓凤 钱闯 《交通信息与安全》 北大核心 2025年第6期108-116,共9页
轮速里程计和非完整性约束是抑制全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)信号长时间中断情形下GNSS/INS组合导航系统误差发散的2种常用方法,准确的车载惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)安装姿态是应用... 轮速里程计和非完整性约束是抑制全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)信号长时间中断情形下GNSS/INS组合导航系统误差发散的2种常用方法,准确的车载惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)安装姿态是应用轮速里程计和非完整性约束的必要条件。传统的安装角标定方法在理想路面下表现良好,但其核心运动学约束的成立严重依赖于轮胎与地面的理想接触条件,在实际复杂行驶环境中,不同的路面状态会通过引起车辆异常运动破坏约束条件的基本假设,导致在线安装角估计算法性能下降甚至失效。为研究不同路况和行驶状态对IMU安装姿态估计算法的影响,针对路面颠簸、长时间小角度转弯和短时间大角度转弯这3种场景进行了仿真分析和车载实验。通过对比速度观测模型和位置观测模型在不同场景下的表现,分析了不同路面状态对IMU安装角的精度和鲁棒性的影响。实验结果表明:在路面颠簸场景下,位置观测模型较速度观测模型具有更高的估计精度,分别提高了76%俯仰安装角和67%航向安装角的估计精度;在长时间小角度弯道行驶场景下,速度观测模型表现更好,分别提高了32%俯仰安装角和57%航向安装角的估计精度;然而,在大角度急弯场景下,由于车辆航向快速变化产生了较大的横向速度和横向位移,破坏了约束条件,因此大角度急弯场景下需增强动力学约束和误差补偿,满足高动态下稳定精确的安装角估计结果的获取。 展开更多
关键词 组合导航 imu安装姿态 性能评估 观测模型 非完整性约束
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基于切向量拟合的连续体机械臂多IMU形态估计
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作者 许立松 马国梁 +2 位作者 邹文成 郭健 于睿 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第1期363-370,共8页
中心杆构型的连续体机械臂,主干是一根连续介质杆,缺少传统机械臂的关节结构,因此形态反馈一直是难以解决的问题。目前,基于多IMU的形态测量方法大多依赖分段常曲率假设,但这种假设在机械臂受到外部负载作用时无法满足,从而影响形态估... 中心杆构型的连续体机械臂,主干是一根连续介质杆,缺少传统机械臂的关节结构,因此形态反馈一直是难以解决的问题。目前,基于多IMU的形态测量方法大多依赖分段常曲率假设,但这种假设在机械臂受到外部负载作用时无法满足,从而影响形态估计的准确性。为了解决这一问题,提出了一种基于切向量拟合的连续体机械臂多IMU形态估计算法。该算法基于Cosserat杆理论对连续体机械臂进行数学建模,能够更准确地描述其变形行为。通过误差状态卡尔曼滤波对多个测量位置的形态进行估计,并求解出每个位置的切向量。接下来,采用B样条方法对各个位置离散的切向量进行拟合,获取以弧长为自变量的切向量函数。最后,通过对连续变化的切向量函数进行积分,完成形态估计。实验表明,该算法在动态轨迹和静态负载下均能实现高精度的形态估计,尤其在负载引起的形态变化较为显著时,算法表现出较强的鲁棒性和稳定性。与传统的基于分段常曲率假设的方法相比,所提算法在末端位置的定位精度和形态重构的准确性方面都有显著提升。在负载较大的情况下,形态估计误差相比现有方法降低了50%以上,证明了其在复杂应用场景中的优越性。 展开更多
关键词 连续体机械臂 形态估计 分布式多imu B样条曲线 误差状态卡尔曼滤波
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