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基于改进MSCKF算法的室内机器人定位方法 被引量:2
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作者 孙弋 张雪丽 《计算机系统应用》 2020年第2期238-243,共6页
针对传统多状态约束卡尔曼滤波算法(MSCKF)在实现机器人室内定位时,速度和位置状态方程需要对IMU中加速度计的测量数据进行积分,存在漂移和累计误差,且加速度计受重力干扰问题,本文提出改进MSCKF算法.改进MSCKF算法避免使用加速度计传感... 针对传统多状态约束卡尔曼滤波算法(MSCKF)在实现机器人室内定位时,速度和位置状态方程需要对IMU中加速度计的测量数据进行积分,存在漂移和累计误差,且加速度计受重力干扰问题,本文提出改进MSCKF算法.改进MSCKF算法避免使用加速度计传感器,利用轮式里程计传感器对平移测量较为精确的优点,将IMU中陀螺仪和轮式里程计的数据进行融合,改进MSCKF算法的扩展卡尔曼(EKF)状态方程.首先利用陀螺仪传感器的角速度数据得到改进EKF姿态方程,然后利用轮式里程计传感器的平移数据,结合姿态方程中的旋转信息得到改进EKF速度和位置方程.最后在机器人操作系统(ROS)上实现MSCKF及其改进算法,并结合Turtlebot2机器人在室内进行实验验证.实验结果表明,改进MSCKF算法的运动轨迹更接近于真实轨迹,定位精度较改进前所有提高,改进前平均闭环误差是0.429 m,改进后平均闭环误差是0.348 m. 展开更多
关键词 msckf IMU 轮式里程计 EKF状态方程 机器人 室内定位
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复杂场景下基于关键帧选取与回环约束的视觉/惯性导航算法
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作者 郝春霆 刘飞 +2 位作者 王坚 韩厚增 李艳东 《测绘通报》 北大核心 2025年第4期20-26,共7页
针对无人车在复杂场景下长时间运动时,前一帧图像误差会传播到下一帧中,导致视觉/惯性里程计算法出现误差累积的问题,本文提出一种基于关键帧回环约束的多状态约束卡尔曼滤波视觉/惯性里程计算法。首先,保留固定时间间隔关键帧的位姿,... 针对无人车在复杂场景下长时间运动时,前一帧图像误差会传播到下一帧中,导致视觉/惯性里程计算法出现误差累积的问题,本文提出一种基于关键帧回环约束的多状态约束卡尔曼滤波视觉/惯性里程计算法。首先,保留固定时间间隔关键帧的位姿,充分利用图像信息,有效地限制状态增长;然后,利用词袋模型进行回环检测,确定发生回环的关键帧,并将回环约束的观测量添加至特征追踪中进行测量更新;最后,在公开数据集和真实环境下进行验证分析。试验结果表明,本文算法相比于MSCKF算法,有效减少了定位误差且更加接近真实的运动轨迹,具有更高的定位精度和更好的稳健性。 展开更多
关键词 视觉惯性里程计 msckf 词袋模型 回环检测 关键帧
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基于NCC动态调整协方差的视觉惯性里程计定位方法
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作者 隋心 白建洲 +3 位作者 王长强 史政旭 高嵩 赵宏超 《测绘通报》 北大核心 2025年第4期1-8,共8页
视觉惯性里程计(VIO)在无人机和机器人导航中具有广泛的应用。然而,现有VIO系统在应对特征点匹配质量不一致的情况时稳健性较差。大多数VIO算法通常假设观测模型的噪声项协方差矩阵为常量,忽略了不同特征点匹配质量的差异。针对此问题,... 视觉惯性里程计(VIO)在无人机和机器人导航中具有广泛的应用。然而,现有VIO系统在应对特征点匹配质量不一致的情况时稳健性较差。大多数VIO算法通常假设观测模型的噪声项协方差矩阵为常量,忽略了不同特征点匹配质量的差异。针对此问题,本文基于多状态约束卡尔曼滤波(MSCKF)提出了一种利用归一化互相关(NCC)动态调整协方差的VIO定位方法。该方法通过构建一种新的观测模型,在像素值上引入特征点的跟踪误差,将NCC作为量化特征点之间匹配质量的指标,通过计算特征点匹配的NCC反映特征点的跟踪误差,从而动态调整观测噪声项的协方差矩阵,以适应特征点匹配质量的变化。该方法能够在特征点匹配质量差异显著的复杂环境中,获得更准确、稳健的匹配结果。在EuRoC开源数据集和地下停车场实测数据集上进行对比试验,试验结果表明,与传统MSCKF算法相比,本文方法在平面均方根误差上分别降低了41.8%和33.8%;与VINS-MONO算法相比,本文方法在平面均方根误差上分别降低了26.3%和24.7%,显著提高了VIO系统在特征点匹配质量不佳情况下的稳健性和定位精度。 展开更多
关键词 VIO 多状态约束卡尔曼滤波 归一化互相关 匹配质量 观测噪声
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基于同构IMU辅助增强的视觉惯性里程计优化方法
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作者 申志恒 柏露 《全球定位系统》 2025年第5期1-7,共7页
视觉惯性导航系统(visual inertial navigation system,VINS)融合了视觉信息和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)数据,被广泛应用于智能载体的精密位姿估计,如无人机、无人车等,是一种低廉且易用的位姿估计手段.但由于IMU的... 视觉惯性导航系统(visual inertial navigation system,VINS)融合了视觉信息和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)数据,被广泛应用于智能载体的精密位姿估计,如无人机、无人车等,是一种低廉且易用的位姿估计手段.但由于IMU的器件误差和部分场景视觉特征不足等问题,传统VINS存在严重的导航误差漂移的问题.近年来,随着硬件制造技术的成熟与传感器成本和尺寸的减小,融合多个同构传感器实现状态估计逐渐变得可能.本文提出了一种集成多个IMU的视觉惯性里程计(visual inertial odometry,VIO),以实现低漂移的连续位姿估计.具体而言,基于经典多状态约束卡尔曼滤波(multi-state constraint Kalman filter,MSCKF)框架下,通过扩展和冗余的IMU状态,并利用IMU之间的刚体旋转和平移来约束多个IMU,从而有效抑制系统漂移.我们通过真实车辆场景的实验验证了所提出方法的优势.结果表明,相比单IMU下的VIO,加入辅助IMU后的位置、速度、姿态误差均有所改善,在东(E)和北(N)方向误差中位数分别减小了64%和69%,速度的E、N、天(U)方向精度分别提升了66%、63%、67%,航向角平均绝对误差降低了62%.同时,冗余IMU的加入能够显著提升陀螺与加速度零偏的可观测性. 展开更多
关键词 视觉惯性里程计(VIO) 多惯性测量单元(IMU)融合 多状态约束卡尔曼滤波(msckf) 位姿估计
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Vision-aided inertial navigation for low altitude aircraft with a downward-viewing camera
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作者 ZHOU Ruihu TONG Mengqi GAO Yongxin 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 2025年第3期825-834,共10页
Visual inertial odometry(VIO)problems have been extensively investigated in recent years.Existing VIO methods usually consider the localization or navigation issues of robots or autonomous vehicles in relatively small... Visual inertial odometry(VIO)problems have been extensively investigated in recent years.Existing VIO methods usually consider the localization or navigation issues of robots or autonomous vehicles in relatively small areas.This paper considers the problem of vision-aided inertial navigation(VIN)for aircrafts equipped with a strapdown inertial navigation system(SINS)and a downward-viewing camera.This is different from the traditional VIO problems in a larger working area with more precise inertial sensors.The goal is to utilize visual information to aid SINS to improve the navigation performance.In the multistate constraint Kalman filter(MSCKF)framework,we introduce an anchor frame to construct necessary models and derive corresponding Jacobians to implement a VIN filter to directly update the position in the Earth-centered Earth-fixed(ECEF)frame and the velocity and attitude in the local level frame by feature measurements.Due to its filtering-based property,the proposed method is naturally low computational demanding and is suitable for applications with high real-time requirements.Simulation and real-world data experiments demonstrate that the proposed method can considerably improve the navigation performance relative to the SINS. 展开更多
关键词 visual inertial odometry(VIO) strapdown inertial navigation system(SINS) multi-state constraint Kalman filter(msckf)
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基于自适应零速修正机制的低速无人车定位方法 被引量:4
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作者 张文安 汪伟 +2 位作者 付明磊 陆春校 何军强 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期63-71,共9页
针对缺失全球导航卫星系统(GNSS)信号条件下的低速无人车定位问题,在多状态约束卡尔曼滤波(MSCKF)框架下,提出了一种基于自适应零速修正机制的低速无人车定位方法(AZUPT-MSCKF)。传统MSCKF算法利用惯性测量单元(IMU)传播车辆运动信息,... 针对缺失全球导航卫星系统(GNSS)信号条件下的低速无人车定位问题,在多状态约束卡尔曼滤波(MSCKF)框架下,提出了一种基于自适应零速修正机制的低速无人车定位方法(AZUPT-MSCKF)。传统MSCKF算法利用惯性测量单元(IMU)传播车辆运动信息,并利用相机测量实现对运动信息的校正。然而,当无人车处于静止状态时,相机测量更新停止。受到IMU累积误差的影响,无人车的定位性能将迅速下降。对此,本文提出的AZUPT-MSCKF方法通过新增的自适应零速修正机制校正IMU的信息传播,使得无人车定位方法能较好地适应静态场景。实验结果表明,相比于传统MSCKF算法及VINS-Mono算法(关闭回环检测),AZUPT-MSCKF方法具有更高的定位精度和更强的鲁棒性。 展开更多
关键词 低速无人车定位 自适应零速修正机制 msckf 静态场景
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基于多新息容积卡尔曼滤波算法的锂电池SOC估计
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作者 谭超 朱少文 +2 位作者 李安宇 孙彬 陈俊涛 《电工技术》 2025年第14期59-61,64,共4页
荷电状态(SOC)是与储能系统中电池性能和安全性密切相关的关键指标,因此需要对其进行准确估计。基于二阶等效电路模型,提出采用偏差补偿变遗忘因子最小二乘法(BC-VFFRLS)对动态变化的模型参数进行辨识,利用多新息容积卡尔曼滤波算法(MSC... 荷电状态(SOC)是与储能系统中电池性能和安全性密切相关的关键指标,因此需要对其进行准确估计。基于二阶等效电路模型,提出采用偏差补偿变遗忘因子最小二乘法(BC-VFFRLS)对动态变化的模型参数进行辨识,利用多新息容积卡尔曼滤波算法(MSCKF)实现SOC估计,从而提高锂电池SOC估计精度。通过HPPC工况进行参数辨识验证,通过BBDST工况与DST工况进行SOC估计结果验证。验证结果表明,BBDST工况下的SOC误差稳定控制在0.72%以内,DST工况下的SOC误差稳定控制在1.02%以内。实验结果验证了所提算法具有良好的精度和收敛性。 展开更多
关键词 锂离子电池 变遗忘因子最小二乘 参数辨识 多新息容积卡尔曼滤波 荷电状态
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基于描述符辅助光流跟踪匹配的数据关联方法 被引量:1
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作者 夏华佳 章红平 +1 位作者 陈德忠 李团 《交通信息与安全》 CSCD 北大核心 2021年第6期153-161,共9页
针对采用多状态约束卡尔曼滤波(MSCKF)的视觉惯性里程计定位精度易受特征点匹配异常值影响问题,提出了1种基于描述符辅助光流跟踪匹配的数据关联方法。该方法采用金字塔LK光流对序列图像中特征点进行跟踪匹配,计算每一对匹配点的rBRIEF... 针对采用多状态约束卡尔曼滤波(MSCKF)的视觉惯性里程计定位精度易受特征点匹配异常值影响问题,提出了1种基于描述符辅助光流跟踪匹配的数据关联方法。该方法采用金字塔LK光流对序列图像中特征点进行跟踪匹配,计算每一对匹配点的rBRIEF描述符,根据Hamming距离对描述符的相似度进行判断消除异常匹配点。在实验中从特征点匹配主观效果以及定位精度2个方面评估本文方法的有效性,结果表明:所提出方法能够有效滤除动态场景下图像特征匹配的异常值,使用该方法处理后的图像进行MSCKF运动解算,位置结果漂移率小于0.38%,相较于未剔除异常匹配值的MSCKF算法结果,改善了54.7%,单帧图像处理时间约为39 ms。 展开更多
关键词 视觉惯性 数据关联方法 特征点匹配 rBRIEF描述符 光流跟踪 msckf
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基于状态变换多状态约束卡尔曼滤波的视觉/惯性组合导航 被引量:6
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作者 王茂松 赵启超 +1 位作者 吴文启 杜学禹 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第2期199-207,共9页
为了进一步提高视觉/惯性导航精度,提出了一种基于状态变换多状态约束卡尔曼滤波(ST-MSCKF)的视觉/惯性组合导航算法。与标准的多状态约束卡尔曼滤波(MSCKF)相比,ST-MSCKF对速度误差进行了更严格的定义,并以新的非线性速度误差为基础重... 为了进一步提高视觉/惯性导航精度,提出了一种基于状态变换多状态约束卡尔曼滤波(ST-MSCKF)的视觉/惯性组合导航算法。与标准的多状态约束卡尔曼滤波(MSCKF)相比,ST-MSCKF对速度误差进行了更严格的定义,并以新的非线性速度误差为基础重新推导了视觉/惯性组合导航的系统误差模型和量测模型。由于ST-MSCKF比MSCKF具有更好的协方差一致性,从而具有更高的位置和姿态估计精度。与观测性约束MSCKF(OC-MSCKF)解决不一致问题的方法不同,ST-MSCKF不需要实时修正状态转移矩阵和量测矩阵去保持视觉/惯性组合导航系统的可观测性,ST-MSCKF的运算流程与标准的MSCKF完全一致,算法实现容易。车载导航实验表明,ST-MSCKF具有比MSCKF更高的位置和姿态精度,与OC-MSCKF精度相当,具有良好的工程应用价值。 展开更多
关键词 ST-msckf 视惯组合导航 非线性速度误差 协方差一致性
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基于VIO和Wi-Fi指纹技术的室内定位系统设计 被引量:3
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作者 文邹韬 冯穗力 《电讯技术》 北大核心 2019年第4期449-454,共6页
针对视觉惯性里程计(Visual-Inertial Odometry,VIO)在特征高度重复的场合易产生较大误差以及Wi-Fi指纹精确度不高等问题,提出了一种基于VIO和Wi-Fi指纹技术的室内定位方法。该系统运用VIO和Wi-Fi指纹在系统层面的结合,利用Wi-Fi指纹的... 针对视觉惯性里程计(Visual-Inertial Odometry,VIO)在特征高度重复的场合易产生较大误差以及Wi-Fi指纹精确度不高等问题,提出了一种基于VIO和Wi-Fi指纹技术的室内定位方法。该系统运用VIO和Wi-Fi指纹在系统层面的结合,利用Wi-Fi指纹的无漂移、成本低的特点和VIO在一定范围内的高精确度,先进行Wi-Fi指纹粗定位,后进行VIO精定位,将大面积切割成小面积从而有效提高系统室内定位精确度,降低误差。该系统能在精定位的同时进行对指纹数据库的更新。实验结果表明,该系统的定位误差小于单独使用VIO或Wi-Fi指纹的系统,平均误差达0.15 m,能够有效提高定位精度。 展开更多
关键词 室内定位 VIO技术 Wi-Fi指纹 多状态约束卡尔曼滤波
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