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Manifold-Optimized Error-State Kalman Filter for Robust Pose Estimation in Unmanned Aerial Vehicles
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作者 Bolin Jia Zongwen Bai +5 位作者 Yiqun Gao Dong Wang Meili Zhou Peiqi Gao Pei Zhang Zhang Yang 《Journal of Electronic Research and Application》 2025年第2期247-257,共11页
This paper presents a manifold-optimized Error-State Kalman Filter(ESKF)framework for unmanned aerial vehicle(UAV)pose estimation,integrating Inertial Measurement Unit(IMU)data with GPS or LiDAR to enhance estimation ... This paper presents a manifold-optimized Error-State Kalman Filter(ESKF)framework for unmanned aerial vehicle(UAV)pose estimation,integrating Inertial Measurement Unit(IMU)data with GPS or LiDAR to enhance estimation accuracy and robustness.We employ a manifold-based optimization approach,leveraging exponential and logarithmic mappings to transform rotation vectors into rotation matrices.The proposed ESKF framework ensures state variables remain near the origin,effectively mitigating singularity issues and enhancing numerical stability.Additionally,due to the small magnitude of state variables,second-order terms can be neglected,simplifying Jacobian matrix computation and improving computational efficiency.Furthermore,we introduce a novel Kalman filter gain computation strategy that dynamically adapts to low-dimensional and high-dimensional observation equations,enabling efficient processing across different sensor modalities.Specifically,for resource-constrained UAV platforms,this method significantly reduces computational cost,making it highly suitable for real-time UAV applications. 展开更多
关键词 UAV pose estimation error-state Kalman Filter MANIFOLD GPS LIDAR
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融合滑移率校正的智能车辆定位方法 被引量:1
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作者 熊璐 朱佳琪 +3 位作者 陈梦源 李子尧 舒强 卓桂荣 《汽车工程》 北大核心 2025年第5期851-858,共8页
准确可靠的车辆位姿估计是智能车辆决策规划、运动控制等模块的重要输入。本文提出一种融合智能车辆轮胎滑移率在线估计及校正的定位算法,可以在全球导航卫星系统(GNSS)中断期间显著增强惯性导航系统(INS)/轮速传感器(WSS)的融合定位精... 准确可靠的车辆位姿估计是智能车辆决策规划、运动控制等模块的重要输入。本文提出一种融合智能车辆轮胎滑移率在线估计及校正的定位算法,可以在全球导航卫星系统(GNSS)中断期间显著增强惯性导航系统(INS)/轮速传感器(WSS)的融合定位精度。首先,利用车辆加速度和轮速数据,提出了一种针对不同驾驶条件的滑移率实时估计算法,以准确地对轮速信息进行滑移率校正;随后,基于误差状态卡尔曼滤波对GNSS、IMU和校正后的轮速信息进行融合,实现准确可靠的车辆位姿估计。实车实验结果表明,在GNSS中断期间,速度均方根误差最高提升30%,平均水平位置误差里程比可达1.68‰。 展开更多
关键词 智能汽车 融合定位 滑移率估计 误差状态卡尔曼滤波
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多层ICP闭环检测下的误差状态卡尔曼滤波多模态融合SLAM 被引量:1
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作者 陈丹 陈浩 +3 位作者 王子晨 张衡 王长青 范林涛 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第5期1517-1528,共12页
同步定位与地图构建(SLAM)技术是移动机器人智能导航的基础。该文针对单一传感器SLAM技术存在的问题,提出一种基于激光雷达多层迭代最近点(MICP)点云匹配闭环检测的误差状态卡尔曼滤波(ESKF)多传感器紧耦合2D-SLAM算法。在完成视觉与激... 同步定位与地图构建(SLAM)技术是移动机器人智能导航的基础。该文针对单一传感器SLAM技术存在的问题,提出一种基于激光雷达多层迭代最近点(MICP)点云匹配闭环检测的误差状态卡尔曼滤波(ESKF)多传感器紧耦合2D-SLAM算法。在完成视觉与激光雷达多模态数据的时空同步后,建立了里程计误差模型以及激光雷达与机器视觉点云匹配误差模型,并将其应用于误差状态卡尔曼滤波进行多模态数据融合,以提高SLAM的准确性和实时性。在公共数据集KITTI下进行的Gazebo环境仿真结果表明,该所提算法能够完整还原单一激光2D-SLAM无法获取到的环境障碍物信息,并能显著提高机器人轨迹估计和相对位姿估计精度。最后,采用Turtlebot2机器人在复杂实际大场景下进行了SLAM实验验证,结果表明所提多模态融合SLAM方法可以完整复原环境信息,实现实时的高精度2D地图构建。 展开更多
关键词 移动机器人 多传感器融合 同步定位与地图构建 误差状态卡尔曼滤波 闭环检测
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基于误差扩展卡尔曼滤波的火箭回收索状态估计
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作者 宋晓东 孔芝权 +2 位作者 陈彤 周立梁 张欢 《宇航学报》 北大核心 2025年第6期1252-1262,共11页
针对火箭回收索的高维非线性时变柔性特性和强干扰问题,提出了一种基于多体动力学模型和广义-α积分法的误差扩展卡尔曼状态估计器,用于火箭回收索的捕获状态精准估计。基于任意拉格朗日欧拉(ALE)描述的索单元,建立火箭回收索多体动力... 针对火箭回收索的高维非线性时变柔性特性和强干扰问题,提出了一种基于多体动力学模型和广义-α积分法的误差扩展卡尔曼状态估计器,用于火箭回收索的捕获状态精准估计。基于任意拉格朗日欧拉(ALE)描述的索单元,建立火箭回收索多体动力学事件驱动动态模型,给出了时变尾焰冲击作用和动态非物质状态估计点的动态网格直接表达形式,降低了模型规模的同时保证了状态变量的拓扑不变性。对回收索上可能捕获位置和速度进行状态估计,基于误差扩展卡尔曼滤波框架对状态变量和误差变量采用不同的预测更新策略。状态变量采用广义-α积分法在满足约束条件前提下进行一步预测精准计算,误差变量和误差协方差矩阵采用扩展卡尔曼方法进行预测和更新。状态误差更新后再次进行约束违约修正提高估计准确性。仿真分析表明,所提状态估计器在不改造多体动力学模型的前提下,实现了高维非线性时变火箭回收索的高效精准状态估计。 展开更多
关键词 误差扩展卡尔曼滤波 多体动力学模型 状态估计 任意拉格朗日欧拉法 广义-α积分法
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考虑下肢运动学约束的LKPDR/INS行人导航算法
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作者 徐向波 高森宇 +2 位作者 朱亚辉 施方艳 张亚楠 《中国惯性技术学报》 北大核心 2025年第3期267-272,共6页
针对行人航位推算(PDR)中步长估计模型的准确度受统计结果影响的问题,提出了一种考虑下肢运动学约束的PDR算法(LKPDR)。根据下肢运动学特点,将两个惯性测量单元(IMU)分别固定在行人同侧的大腿和小腿上。通过分析两个传感器相对位置的约... 针对行人航位推算(PDR)中步长估计模型的准确度受统计结果影响的问题,提出了一种考虑下肢运动学约束的PDR算法(LKPDR)。根据下肢运动学特点,将两个惯性测量单元(IMU)分别固定在行人同侧的大腿和小腿上。通过分析两个传感器相对位置的约束关系,基于角速度及运动学方程进行运动学建模。基于LKPDR和惯性导航系统(INS)设计误差状态卡尔曼滤波器,并在状态向量中引入校正因子,用于补偿导航误差。经过不同场景的行人导航实验验证,所提算法的平均定位相对误差为0.98%~1.74%,较线性步长PDR、非线性步长PDR、零速校正和LKPDR算法提高了11.63%~55.35%,具有更高的精度和环境鲁棒性,且无需增设其他传感器。 展开更多
关键词 行人航位推算 行人惯性导航 下肢运动学 误差状态卡尔曼滤波
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基于ESKF的数据融合车辆定位系统设计
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作者 张伟 张健 赵奉奎 《智能计算机与应用》 2025年第3期192-197,共6页
自动驾驶车辆需要实时获取自身准确的定位结果进行轨迹规划和导航。为了提高定位精度,提出了一种基于误差状态卡尔曼滤波器(Error State Kalman Filter,ESKF)的多传感器数据融合定位算法,并进行了系统开发。系统由全球导航卫星系统(Glob... 自动驾驶车辆需要实时获取自身准确的定位结果进行轨迹规划和导航。为了提高定位精度,提出了一种基于误差状态卡尔曼滤波器(Error State Kalman Filter,ESKF)的多传感器数据融合定位算法,并进行了系统开发。系统由全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)、惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)及处理器构成。基于ESKF设计数据融合算法,对IMU数据积分后得到系统名义状态,根据状态向量各变量的误差和零偏,对预测的状态向量进行校正,给出误差后验高斯分布,更新状态向量,迭代运算后,获取更加准确的定位和行驶轨迹。分别采用仿真数据和实车实验对本算法进行了验证,结果表明,本算法能够有效提高车辆的定位结果,准确记录车辆行驶轨迹。本算法对于智能车辆的定位功能开发及定位功能的检验具有重要的意义。 展开更多
关键词 车辆定位 误差状态卡尔曼滤波 GNSS IMU 数据融合
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新型固定时间收敛多幂次趋近律
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作者 蒲明 廖建春 +3 位作者 但志宏 张松 张葛祥 刘鹏 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第5期967-978,共12页
针对现有文献中最新幂次滑模趋近律自适应性弱、全论域收敛速度慢、初始点处存在奇异性等不足,本文提出一种兼顾固定时间收敛和有限时间收敛的新型多幂次滑模趋近律.该趋近律在现有幂次趋近律基础上引入变底函数,结合了幂次函数和指数... 针对现有文献中最新幂次滑模趋近律自适应性弱、全论域收敛速度慢、初始点处存在奇异性等不足,本文提出一种兼顾固定时间收敛和有限时间收敛的新型多幂次滑模趋近律.该趋近律在现有幂次趋近律基础上引入变底函数,结合了幂次函数和指数函数的组合函数,提升了滑模在不同趋近阶段自适应能力及收敛速度,且满足无抖振约束.理论证明了本文趋近律在除原点外的状态空间每一点处均快于现有文献中的新型幂次趋近律,并进一步推导了与初始误差无关的固定收敛时间上界和稳态误差的解析式.最后,仿真结果表明在大扰动和大初始误差条件下,本文方案相对现有3种趋近律总误差分别减小了约74.7%,59.9%以及54.1%.状态反馈信号存在30 dB噪声干扰的情况下,本文方案相对3种趋近律总误差分别减小了约73.4%,57.8%以及51.7%.仿真均验证了本文提出趋近律的优越性与有效性. 展开更多
关键词 多幂次趋近律 滑模控制 固定时间 收敛速度 稳态误差界
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一种频率自适应下垂控制策略的研究
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作者 巫付专 尹清森 +2 位作者 朱永胜 杨旭 张一鸣 《成组技术与生产现代化》 2025年第2期27-33,共7页
针对孤岛运行中传统下垂控制方式在输出功率增大、频率下降时,输出电压幅值稳态误差会增大这一问题,分析了输出电压幅值的稳态误差增大机制,推导了逆变器并联系统额定有功功率、实际输出有功功率与下垂系数之间的关系,为逆变器并联系统... 针对孤岛运行中传统下垂控制方式在输出功率增大、频率下降时,输出电压幅值稳态误差会增大这一问题,分析了输出电压幅值的稳态误差增大机制,推导了逆变器并联系统额定有功功率、实际输出有功功率与下垂系数之间的关系,为逆变器并联系统功率分配时的参数设计提供了理论依据。提出了一种改进的逆变器下垂控制方法。该方法将下垂控制方程的有功功率-频率与比例谐振(Proportional Resonant, PR)控制器相结合,通过自适应调整PR控制器谐振频率,有效解决了逆变器在孤岛运行及并联运行时输出电压幅值的稳态误差随逆变器频率下降而增大的问题。通过仿真,验证了改进后控制策略能够在逆变器孤岛运行及并联运行时,有效抑制频率下降引起的输出电压幅值稳态误差增大的研究结论。 展开更多
关键词 单相逆变器 PR控制 下垂控制 稳态误差 频率自适应
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面向非高斯噪声干扰和拒绝服务攻击下的电力系统状态估计方法
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作者 巫春玲 郑克军 +1 位作者 卢勇 孟锦豪 《电网技术》 北大核心 2025年第7期2895-2905,I0067-I0070,共15页
随着传统电网逐步发展为电力信息物理系统,不可避免会受到非高斯噪声干扰以及随机发生的拒绝服务(denial of service,DoS)攻击,都会导致传统卡尔曼滤波算法在电力系统状态估计时存在估计精度低的问题。为此,该文利用DoS攻击补偿策略重... 随着传统电网逐步发展为电力信息物理系统,不可避免会受到非高斯噪声干扰以及随机发生的拒绝服务(denial of service,DoS)攻击,都会导致传统卡尔曼滤波算法在电力系统状态估计时存在估计精度低的问题。为此,该文利用DoS攻击补偿策略重构了电力系统模型,并提出柯西核最小误差熵容积卡尔曼滤波(Cauchy kernel minimum error entropy cubature Kalman filter,CKMEE-CKF)算法用于电力系统的动态状态估计。所提出的算法基于统计线性化方法构建的增广模型,运用最小误差熵(minimum error entropy,MEE)作为最优准则,将状态误差和测量误差同时合并到MEE代价函数中。同时,用对核宽度不敏感的柯西核取代MEE中的高斯核函数,大大简化了核宽度的选择难度,有效避免了Cholesky分解的奇异性。然后,采用不动点迭代算法递归更新估计。最后,在IEEE-30节点系统和IEEE-118节点系统中,分别运用所提出CKMEE-CKF算法和CKF、MEE-CKF算法在各种噪声环境和DoS攻击下对电力系统进行状态估计。以IEEE-30节点系统电压幅值估计的均方根误差为例,与CKF、MEE-CKF算法相比,实验结果表明,新算法在第3种非高斯噪声干扰下,估计精度分别提高88%、60%;在第1种DoS攻击下,估计精度分别提高91%、70%。可见在非高斯噪声干扰和DoS攻击情况下,新算法的估计精度有显著性提高,是一种有效的电力系统状态估计方法。 展开更多
关键词 电力信息物理系统 非高斯噪声 DOS攻击 柯西核 最小误差熵 电力系统动态状态估计
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无速度测量的微小型UUV鲁棒积分有限时间渐近跟踪控制 被引量:1
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作者 梁洪涛 李慧平 喻俊志 《控制与决策》 北大核心 2025年第1期196-204,共9页
针对具有模型不确定和海洋环境扰动的微小型无人水下航行器无速度测量轨迹跟踪控制问题,提出自适应鲁棒积分有限时间预设性能渐近控制方法.构造预置期望收敛时间的预设性能函数与误差转换函数,将跟踪误差由受限状态转化为非受限状态,其... 针对具有模型不确定和海洋环境扰动的微小型无人水下航行器无速度测量轨迹跟踪控制问题,提出自适应鲁棒积分有限时间预设性能渐近控制方法.构造预置期望收敛时间的预设性能函数与误差转换函数,将跟踪误差由受限状态转化为非受限状态,其中期望的收敛时间可预先设置且不依赖误差初始状态.在此基础上结合状态扩张观测器和误差符号鲁棒积分控制,提出复合扰动快速补偿与连续抑制相耦合的状态输出反馈控制器,其中线性状态观测器用于快速补偿未知速度和复合扰动,而连续误差符号鲁棒积分控制则进一步抑制估计误差和避免抖振.该设计不仅能保证跟踪控制的瞬态和稳态性能,还可避免鲁棒积分控制需要精确已知扰动微分上界的保守假设以及对高控制增益的依赖.稳定性分析证明了闭环控制信号在有限时间内渐近收敛.仿真结果验证了所提出控制方法的有效性. 展开更多
关键词 无人水下航行器 跟踪控制 有限时间预设性能 误差符号鲁棒积分 扩展状态观测器
原文传递
基于误差状态的FMF-SRUKF组合导航方法 被引量:1
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作者 汤翔 章飞 +2 位作者 史剑鸣 汪勋 胡莹 《无线电工程》 2025年第5期1004-1012,共9页
为了提升低成本惯性测量单元(Inertial Measurement Unit, IMU)器件在复杂环境下组合导航系统中的精度,提出了一种误差状态渐消记忆因子平方根无迹卡尔曼滤波(Error State Fading Memory Factor Square Root Unscented Kalman Filter, E... 为了提升低成本惯性测量单元(Inertial Measurement Unit, IMU)器件在复杂环境下组合导航系统中的精度,提出了一种误差状态渐消记忆因子平方根无迹卡尔曼滤波(Error State Fading Memory Factor Square Root Unscented Kalman Filter, ES-FMF-SRUKF)组合导航方法。通过在SRUKF的基础上进一步采用误差状态表述,使滤波器可以更精准地处理误差动态,从而获得更为准确的系统状态估计。引入渐消记忆因子调节历史新息和当前新息的权重,抑制滤波发散,提高了数值计算的稳定性;通过仿真实验验证了所提方法在提高导航精度和鲁棒性方面的有效性。 展开更多
关键词 惯性测量单元 组合导航 平方根无迹卡尔曼滤波 误差状态 渐消记忆因子
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激光跟踪测量系统伺服跟踪控制方法 被引量:1
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作者 段志君 吴腾飞 +1 位作者 陈宗亮 林嘉睿 《中国测试》 北大核心 2025年第1期97-104,118,共9页
针对激光跟踪测量系统跟踪目标的运动轨迹不确定、加速度与速度不断变化的特点,为提升其稳态及动态性能,对伺服跟踪控制方法进行研究,提出一种基于模糊自适应的激光跟踪双闭环控制方法。电机定位控制环路采用模糊自适应微分先行PID,位... 针对激光跟踪测量系统跟踪目标的运动轨迹不确定、加速度与速度不断变化的特点,为提升其稳态及动态性能,对伺服跟踪控制方法进行研究,提出一种基于模糊自适应的激光跟踪双闭环控制方法。电机定位控制环路采用模糊自适应微分先行PID,位置跟踪控制环路采用模糊自适应整定PI,设计不同模糊规则,实现控制参数实时整定,使其始终保持在最优区间。实验结果表明,该方法能够根据跟踪目标运动的不确定性产生的误差来实时调整控制参数,有效提升激光跟踪的稳态和动态性能,使跟踪系统的稳态误差降低至1.90′以内,跟随误差则降低至0.56′以内。 展开更多
关键词 伺服跟踪控制 模糊自适应 稳态误差 跟随误差
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多传感器融合下地下厂房洞室群定位与建图研究
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作者 张泽远 王晓玲 +3 位作者 翟海峰 张君 余佳 陈斌 《水力发电学报》 北大核心 2025年第12期74-83,共10页
本文针对地下厂房洞室群无人化施工中因光照不足、粉尘干扰及通信受限导致的定位精度低、稳定性差问题,提出LiDAR与IMU融合的定位与建图方法。通过构建多传感器融合框架,采用ESKF算法实现LiDAR点云数据与IMU运动信息的紧耦合:利用LiDAR... 本文针对地下厂房洞室群无人化施工中因光照不足、粉尘干扰及通信受限导致的定位精度低、稳定性差问题,提出LiDAR与IMU融合的定位与建图方法。通过构建多传感器融合框架,采用ESKF算法实现LiDAR点云数据与IMU运动信息的紧耦合:利用LiDAR进行三维空间特征提取以应对弱光环境,结合IMU六自由度运动参数补偿设备快速移动或遮挡时的数据缺失,同步集成关键帧匹配、位姿优化与回环检测机制并提升系统鲁棒性。仿真实验基于M2DGR数据集验证表明,多传感器融合使场景覆盖率提升40%,平均定位误差降至16 cm,较单一LiDAR方法精度显著提高。实际工程应用表明,该方法在地下洞室群复杂环境中能有效克服粉尘干扰和动态障碍影响,定位精度与建图稳定性满足施工需求。 展开更多
关键词 地下洞室群 高精度定位 多传感器融合 激光惯导里程计 误差状态卡尔曼滤波
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激光雷达与IMU融合的草原风场机器人定位方法
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作者 寇志伟 景高乐 +3 位作者 崔啸鸣 尹煜 刘利强 齐咏生 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第11期117-124,132,共9页
草原风场具有风力等级高、瞬时风速变化快、环境温度变化大等特点,风场巡检机器人更具有优越性,可以很好地助力风场的数智化建设。针对风场地表崎岖多变、路面高低不平导致的激光雷达点云畸变较大问题,提出一种基于误差状态卡尔曼滤波... 草原风场具有风力等级高、瞬时风速变化快、环境温度变化大等特点,风场巡检机器人更具有优越性,可以很好地助力风场的数智化建设。针对风场地表崎岖多变、路面高低不平导致的激光雷达点云畸变较大问题,提出一种基于误差状态卡尔曼滤波器的激光雷达与惯性测量单元(IMU)融合定位方法(ESKF—LIFL)。对IMU数据进行预积分得到时间段的位姿状态量,并利用该数据通过线性插值方法解算LiDAR点云数据的姿态,对点云进行畸变校正。设计基于误差状态卡尔曼滤波器的LiDAR/IMU数据融合算法,以误差量作为系统的状态量为回环检测提供动态阈值并进行位姿估计,有效提高位姿解算的精度。结果表明,ESKF—LIFL方法输出的预测轨迹精度较高,所提方法在KITTI07数据集序列测试的绝对位姿误差、绝对位姿误差均值达到1.035 m、0.574 m,在KITTI09数据集序列测试的相对位姿误差达到0.418 m,与LOAM算法、LIO—SAM算法相比,上述性能指标分别提升41.16%、27.62%、81.07%。ESKF—LIFL方法能够满足草原风场机器人的自主定位要求,为草原风场巡检定位提供一种新思路。 展开更多
关键词 激光雷达 惯性测量单元 定位 误差状态卡尔曼滤波器 草原风场 巡检机器人
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基于扩张状态观测器的双轴摇篮转台滑模控制方法
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作者 简艳英 刘婷婷 《现代制造工程》 北大核心 2025年第3期141-149,共9页
针对双轴摇篮转台系统中的非线性机械摩擦、外界扰动和模型误差等不确定性导致控制精度下降的问题,采用扩张状态观测器设计了改进的滑模控制律。首先,分析了双轴摇篮转台的基座、摇篮和转台的空间坐标系关系,并建立了摇篮和转台的动力... 针对双轴摇篮转台系统中的非线性机械摩擦、外界扰动和模型误差等不确定性导致控制精度下降的问题,采用扩张状态观测器设计了改进的滑模控制律。首先,分析了双轴摇篮转台的基座、摇篮和转台的空间坐标系关系,并建立了摇篮和转台的动力学模型;然后,将系统中的不确定性扩展为系统状态,并利用设计的扩张状态观测器对不确定性进行估计;最后,通过设计的改进滑模控制律动态补偿不确定性的影响,有效抑制了抖振现象,实现了对双轴摇篮转台的高精度控制。仿真结果表明,设计的扩张状态观测器能够准确估计双轴摇篮转台中的不确定性,最大估计误差仅为0.01(°)/s2,改进的滑模控制律对转台转动角速度和摇篮转动角速度的最大跟踪误差分别仅为0.02(°)/s和0.03(°)/s。测试结果表明,提出的改进滑模控制方法与自适应迭代学习控制方法和命令滤波自适应反步控制方法相比具有更强的鲁棒性和更高的准确性,转台转动角和摇篮转动角的最大定位误差分别仅为0.04°和0.05°,大幅提高了双轴摇篮转台系统的控制精度。 展开更多
关键词 双轴摇篮转台 伺服电机 模型误差 机械摩擦 不确定性 扩张状态观测器 滑模控制律
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基于稀疏直接法的水下单目视觉惯性里程计
16
作者 王益美 黄琰 冯浩 《测绘通报》 北大核心 2025年第1期94-100,共7页
针对水下视觉导航在弱纹理环境下定位精度低及稳健性较差的问题,本文提出了一种基于稀疏直接法的水下单目视觉惯性里程计。该方法基于像素灰度不变的假设,通过优化光度误差估计相机位姿,避免了特征点提取和匹配的复杂过程,从而提高了导... 针对水下视觉导航在弱纹理环境下定位精度低及稳健性较差的问题,本文提出了一种基于稀疏直接法的水下单目视觉惯性里程计。该方法基于像素灰度不变的假设,通过优化光度误差估计相机位姿,避免了特征点提取和匹配的复杂过程,从而提高了导航的实时性和稳健性;同时,结合惯性测量单元(IMU)的数据,利用误差状态卡尔曼滤波(ESKF)进行数据融合进一步减小误差,以提高自主水下机器人(AUV)在水下复杂环境导航的稳定性和精度。试验结果表明,误差达厘米级且与单纯的视觉算法相比,有所减小,证明了该系统能够有效融合视觉和惯性信息,在水下导航领域具有较高的精度和稳健性。 展开更多
关键词 稀疏直接法 自主水下机器人 惯性测量单元 视觉惯性里程计 误差状态卡尔曼滤波
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基于空海协同误差消减的多平台最优观测配置 被引量:1
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作者 戴秋洋 卢发兴 +2 位作者 许俊飞 史浩然 周煜翔 《控制与决策》 北大核心 2025年第9期2714-2726,共13页
面向海洋资源开发和安全监控需求,为进一步提高对海上平台的状态估计精度,考虑空中观测平台的观测系统误差和姿态系统误差,研究空中观测平台、海上合作平台和海上平台的最优观测配置.采用空海协同误差消减方法对海上平台进行系统误差消... 面向海洋资源开发和安全监控需求,为进一步提高对海上平台的状态估计精度,考虑空中观测平台的观测系统误差和姿态系统误差,研究空中观测平台、海上合作平台和海上平台的最优观测配置.采用空海协同误差消减方法对海上平台进行系统误差消减以及目标状态估计,基于一阶泰勒展开计算系统误差造成的目标状态估计误差,分别推导距离系统误差、方位角系统误差、俯仰角系统误差、偏航角系统误差、纵摇角系统误差、横滚角系统误差以及系统误差综合下的多平台最优观测配置,得到平台间的最优观测配置为三者在一条直线上且空中观测平台逐渐趋近目标.在典型场景下通过仿真实验验证了理论推导的正确性. 展开更多
关键词 空海协同 多平台 误差消减 目标状态估计 最优观测配置 系统误差
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融合高斯混合滤波的实时动态视觉惯性SLAM算法
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作者 王昱东 武和雷 徐雪松 《计算机工程与应用》 北大核心 2025年第23期329-339,共11页
针对动态环境中同时定位与建图(SLAM)鲁棒性差、精度低及实时性弱的问题,提出一种融合高斯混合滤波的视觉惯性SLAM算法。通过对惯性测量单元(IMU)使用误差状态卡尔曼滤波(ESKF),估计出相机的先验旋转状态,利用设计的空间筛分器算法,由... 针对动态环境中同时定位与建图(SLAM)鲁棒性差、精度低及实时性弱的问题,提出一种融合高斯混合滤波的视觉惯性SLAM算法。通过对惯性测量单元(IMU)使用误差状态卡尔曼滤波(ESKF),估计出相机的先验旋转状态,利用设计的空间筛分器算法,由相机先验旋转状态与图像特征点坐标,计算出特征点位移,并对其进行高斯分布筛分,获得初始期望及其方差,再引入高斯混合模型,优化各高斯分布,生成对应的特征点簇,通过提出的最优静态簇滤波策略,获得稳定的静态特征点簇,从而估计出准确的相机位姿。在动态场景数据集TUM-RGBD与VCU-RVI上的实验结果表明,与VINS-Mono及其动态环境改进型相比,该算法在大部分数据集上表现良好,绝对轨迹误差中的均方根误差精度较VINS-Mono平均提高了92%,且满足实时性要求,对SLAM研究与机器人自主导航具有借鉴作用和潜在的应用价值。 展开更多
关键词 同时定位与建图(SLAM) 动态环境 惯性测量单元 误差状态卡尔曼滤波 高斯混合滤波
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基于误差状态扩展卡尔曼滤波的GNSS/INS组合导航机载车载船载数据集 被引量:1
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作者 尹智慧 党龙飞 +1 位作者 魏峥嵘 王胜利 《全球定位系统》 2025年第1期9-17,共9页
针对直接采用扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)可能导致精度损失以及出现万向节死锁的情况,本文采用具有良好线性特性的基于误差状态扩展卡尔曼滤波(error state Kalman filter,ESKF)的方法进行GNSS与惯性导航系统(inertial ... 针对直接采用扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)可能导致精度损失以及出现万向节死锁的情况,本文采用具有良好线性特性的基于误差状态扩展卡尔曼滤波(error state Kalman filter,ESKF)的方法进行GNSS与惯性导航系统(inertial navigation system,INS)组合导航解算,并将解算结果与高精度解算软件Inertial Explorer(IE)进行对比分析.为了验证方法的有效性,制作并公开了3组组合导航数据集,分别为车载、机载以及船载数据.该数据集的INS设备均采用霍尼韦尔的HG4930,GNSS数据的采样频率分别有车载的5 Hz和机载的1 Hz以及船载的10 Hz.本文将基于ESKF方法在公开的数据集上进行实验,并与IE软件得到的结果进行对比与分析. 展开更多
关键词 GNSS 惯性导航系统(INS) 扩展卡尔曼滤波(EKF) 公开数据集 误差状态扩展卡尔曼滤波(ESKF)
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基于箕舌线的变步长LMS自适应滤波算法 被引量:1
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作者 张一明 李杰 +1 位作者 胡陈君 孙鹏翔 《舰船电子工程》 2025年第6期55-59,共5页
变步长LMS自适应滤波算法凭借其强大的信号处理能力与简单易实现等优点,被广泛应用于工程项目中。通过构建函数改变步长因子,提高算法收敛速度并增强稳定性,大大改善传统自适应滤波算法的不足。但是,算法的收敛速度与稳态性仍存在缺陷... 变步长LMS自适应滤波算法凭借其强大的信号处理能力与简单易实现等优点,被广泛应用于工程项目中。通过构建函数改变步长因子,提高算法收敛速度并增强稳定性,大大改善传统自适应滤波算法的不足。但是,算法的收敛速度与稳态性仍存在缺陷。针对此问题,将箕舌线与自然对数引入误差信号与步长因子的函数中,提出一种改进的变步长LMS自适应滤波算法,论文将算新法中关键参数对滤波性能的影响进行深入分析与对比,采取最优参数进行赋值,并与现有算法进行对比。仿真实验表明,改进算法与其他原有算法相比,在收敛速度、稳态误差及时变跟踪能力上具有更好的性能,具有一定的工程应用价值。 展开更多
关键词 变步长LMS滤波算法 稳态误差 收敛速度 调节函数
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