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基于乘性扩展卡尔曼滤波的水下机器人姿态估计 被引量：11
1
作者 唐军 王子梦 罗瑞智 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第11期126-129,共4页
针对缆控水下机器人(ROV)运行时姿态估计的精准性和实时性问题,设计了一种基于乘性扩展卡尔曼滤波(MEKF)的姿态估计算法。该算法通过线性化姿态运动学方程,分别建立标称状态方程和误差状态方程,在扩展卡尔曼滤波框架下融合微机电系统(ME... 针对缆控水下机器人(ROV)运行时姿态估计的精准性和实时性问题,设计了一种基于乘性扩展卡尔曼滤波(MEKF)的姿态估计算法。该算法通过线性化姿态运动学方程,分别建立标称状态方程和误差状态方程,在扩展卡尔曼滤波框架下融合微机电系统(MEMS)传感器数据,实时估计姿态和偏差。为验证该算法可行性,采集水下动态实验数据进行融合,与参考值相比较,并在仿真环境下与姿态估计算法中广泛使用的显性互补滤波(ECF)以及梯度下降(GD)法分析对比。结果表明:算法能实时稳定输出ROV的姿态信息,并且在动态性、收敛性和准确性等方面均优于其他两种算法。基本满足ROV姿态估计收敛性好、精度高等要求。 展开更多
关键词 水下机器人 姿态估计 乘性扩展卡尔曼滤波 微机电系统传感器
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基于乘性四元数和约束滤波的飞行器姿态估计算法 被引量：10
2
作者 李建国 崔祜涛 田阳 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期1031-1036,共6页
以单位四元数作为姿态描述参数提出一种乘性约束姿态估计算法。四元数具有全局非奇异、运动学方程双线性的优点,但归一化约束条件必须精确保持。首先,比较了加性和乘性滤波算法在估计误差定义和校正方式上的差别,并从物理概念和估计精... 以单位四元数作为姿态描述参数提出一种乘性约束姿态估计算法。四元数具有全局非奇异、运动学方程双线性的优点,但归一化约束条件必须精确保持。首先,比较了加性和乘性滤波算法在估计误差定义和校正方式上的差别,并从物理概念和估计精度上详细分析了无约束四元数估计算法的不足。然后,针对"矢量测量+陀螺"姿态观测模式,利用乘性约束滤波算法设计了姿态估计器。针对状态部分受约束的姿态估计问题,推导了状态和方差预测方程及状态受约束的最优增益矩阵,并将约束增益矩阵应用到姿态估计算法的测量更新过程。最后,通过数学仿真验证了算法在估计精度和收敛性能上的优越性。 展开更多
关键词 姿态估计 单位四元数约束滤波 归一化约束 乘性扩展卡尔曼滤波
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飞行器姿态确定的四元数约束滤波算法 被引量：3
3
作者 李建国 崔祜涛 田阳 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期35-40,共6页
单位四元数作为姿态描述参数具有全局非奇异、运动学方程线性的优点,但其归一化约束必须精确保持.针对这一问题,提出一种飞行器姿态确定的非线性约束滤波算法.首先,通过比较四元数先验和后验估计值的范数大小,证明乘性扩展卡尔曼滤波算... 单位四元数作为姿态描述参数具有全局非奇异、运动学方程线性的优点,但其归一化约束必须精确保持.针对这一问题,提出一种飞行器姿态确定的非线性约束滤波算法.首先,通过比较四元数先验和后验估计值的范数大小,证明乘性扩展卡尔曼滤波算法难以获得姿态最优约束解.然后,将QUEST算法与乘性卡尔曼滤波算法有效结合起来,建立一个广义的二次约束优化目标函数;状态预测阶段利用姿态及其方差传播模型来修正目标损失函数,测量更新阶段则通过求解特征值/特征矢量问题,全局显性保持了四元数的归一化约束,避免了扩展卡尔曼滤波的局部线性化近似.数学仿真对所提出算法的精度、稳定性和收敛性能进行了验证,并与乘性扩展卡尔曼滤波算法进行了比较. 展开更多
关键词 姿态估计 四元数归一化 乘性扩展卡尔曼滤波 约束估计
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基于非线性观测器的导航过程仿真研究
4
作者 王志伟 胡继宗 +1 位作者 王风杰 黄杰 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1127-1139,共13页
为解决传统观测器使用范围受假设条件限制的问题,在观测器建立过程中,设计了一种参数投影关系,并加入到观测器中,在不受假设条件约束的条件下使其保持半全局稳定,同时估计过程更加直接,使得非线性条件下的参数估计过程较快收敛。仿真结... 为解决传统观测器使用范围受假设条件限制的问题,在观测器建立过程中,设计了一种参数投影关系,并加入到观测器中,在不受假设条件约束的条件下使其保持半全局稳定,同时估计过程更加直接,使得非线性条件下的参数估计过程较快收敛。仿真结果表明,非线性观测器的计算量要比乘性扩展卡尔曼滤波减少了近80%。试验结果表明,非线性观测器的估计精度与乘性扩展卡尔曼滤波相当,并且可以有效提高参数估计的实时性,节约了时间,提高了导航效率。 展开更多
关键词 捷联惯性导航 半全局一致指数稳定 非线性观测器 卫星辅助导航 乘性扩展卡尔曼滤波
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基于多级MEKF的微型无人机状态估计 被引量：1
5
作者 刘砚菊 李景泉 冯迎宾 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2024年第7期36-43,共8页
针对微型无人机在GPS拒止环境下,低成本惯性测量单元(inertialmeasurement unit,IMU)精度低稳定性差,传统算法难以保障其状态信息解算实时性和精度的问题,提出一种基于IMU和光流传感器融合的多级乘性扩展卡尔曼滤波(multiplicative exte... 针对微型无人机在GPS拒止环境下,低成本惯性测量单元(inertialmeasurement unit,IMU)精度低稳定性差,传统算法难以保障其状态信息解算实时性和精度的问题,提出一种基于IMU和光流传感器融合的多级乘性扩展卡尔曼滤波(multiplicative extended Kalman filter,MEKF)状态估计算法。将磁力计、陀螺仪和加速度计的数据融合以实现姿态估计;利用姿态估计值、加速度和光流数据以实现速度估计;将速度估计值积分融合高度数据,以实现位置估计。实验结果表明,与传统算法相比,该算法能实现更快速可靠的状态估计。 展开更多
关键词 微型无人机 光流传感器 乘性扩展卡尔曼滤波 状态估计
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五自由度气浮台姿态的计算机视觉辅助确定 被引量：5
6
作者 许剑 杨庆俊 +1 位作者 包钢 李军 《四川大学学报（工程科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期220-226,共7页
为满足五自由度气浮台姿态确定的需要,结合实际情况,引入单目计算机视觉系统来弥补敏感器不足的缺陷,设计了一种"单目视觉+两轴倾角仪+三轴陀螺仪"的组合定姿方案。通过摄像机实时采集气浮台运动图像并识别出台上定位指示灯... 为满足五自由度气浮台姿态确定的需要,结合实际情况,引入单目计算机视觉系统来弥补敏感器不足的缺陷,设计了一种"单目视觉+两轴倾角仪+三轴陀螺仪"的组合定姿方案。通过摄像机实时采集气浮台运动图像并识别出台上定位指示灯的计算机图像坐标,根据文中推导的坐标变换公式,可以解算出气浮台的偏航角。在图像处理过程中采用跟踪微分器预估指示灯运动速度从而可以有效减小图像处理面积,将图像处理频率从7Hz提高到12Hz。最后采用四元数方法建立气浮台的姿态确定模型,基于MEKF方式对其姿态进行状态估计,实验证明这种定姿方式能够对气浮台的姿态进行精确的估计和校正,满足系统要求。 展开更多
关键词 航天器地面试验 五自由度气浮台 图像识别 跟踪微分器 乘性扩展卡尔曼滤波
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基于MEKF的航天器姿态确定算法 被引量：3
7
作者 张力军 张士峰 +1 位作者 杨华波 钱山 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期46-52,共7页
乘性扩展卡尔曼滤波(Multiplicative Extended Kalman Filter,MEKF)方法被广泛应用于各种航天器姿态确定任务。针对任意参考坐标系,推导了姿态四元数的线性运动学方程和三分量姿态误差矢量的动力学模型,并分别设计了有陀螺和无陀螺两种... 乘性扩展卡尔曼滤波(Multiplicative Extended Kalman Filter,MEKF)方法被广泛应用于各种航天器姿态确定任务。针对任意参考坐标系,推导了姿态四元数的线性运动学方程和三分量姿态误差矢量的动力学模型,并分别设计了有陀螺和无陀螺两种姿态确定方案。系统研究了姿态敏感器常用的矢量观测模型,四元数观测模型以及欧拉角观测模型,设计了更具有一般性的MEKF滤波器,为航天任务中快速应用MEKF姿态确定算法提供理论参考和技术支撑。 展开更多
关键词 航天器 姿态确定 乘性扩展卡尔曼滤波 无陀螺姿态确定系统 欧拉角观测模型
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基于MEKF的卫星姿态确定精度影响因素分析 被引量：4
8
作者 矫媛媛 周海银 +1 位作者 王炯琦 潘晓刚 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2010年第7期1480-1484,共5页
乘性扩展卡尔曼滤波(multiplicative extended Kalman filter,MEKF)方法是卫星姿态确定中最为成熟有效的方法之一。针对该姿态确定方法,采用EKF随机稳定性分析理论,定性地分析了MEKF姿态确定精度的影响因素及其影响情况,重点分析了星敏... 乘性扩展卡尔曼滤波(multiplicative extended Kalman filter,MEKF)方法是卫星姿态确定中最为成熟有效的方法之一。针对该姿态确定方法,采用EKF随机稳定性分析理论,定性地分析了MEKF姿态确定精度的影响因素及其影响情况,重点分析了星敏感器采样频率、卫星姿态角速度的大小、初始误差、滤波参数选取等因素对MEKF姿态确定精度的影响,并通过仿真实验验证了上述分析的合理性。上述研究不仅能够加深人们在理论上对MEKF姿态确定方法的认识,也能够为工程上利用MEKF进行姿态确定提供参考。 展开更多
关键词 姿态确定 乘性扩展卡尔曼滤波 影响因素
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基于MAEKF算法的航姿参考系统设计 被引量：6
9
作者 王丁伟 祖家奎 黄海 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期319-325,共7页
构建了以低成本MEMS陀螺仪、加速度计和磁传感器组合的航姿参考系统,提出了一个乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法。取乘性误差四元数和陀螺仪误差作为状态量,基于重力场和磁场构造了量测矢量,用于修正航姿数据。并采用准确量测法,给滤波器... 构建了以低成本MEMS陀螺仪、加速度计和磁传感器组合的航姿参考系统,提出了一个乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法。取乘性误差四元数和陀螺仪误差作为状态量,基于重力场和磁场构造了量测矢量,用于修正航姿数据。并采用准确量测法,给滤波器加入了四元数的归一化约束,最后给出了基于新息的估计量测噪声方差矩阵的公式。通过仿真和试飞验证,表明本文设计的低成本的航姿参考系统能够提供比较准确的航姿信息。与常规的扩展卡尔曼滤波器比较,本文设计的乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法有效提高了系统的精度和稳定性,并且具有较好的鲁棒性。 展开更多
关键词 航姿参考 乘性扩展卡尔曼滤波 自适应 误差四元数
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基于MEKF的捷联惯导初始对准算法研究
10
作者 方轩 高敬东 薛博阳 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期942-946,共5页
在某些对精度要求不是很高的领域微机电系统(MEMS)等低精度捷联惯导系统因其造价低等特点而得到广泛应用。由于传统的初始对准方法不能估计除姿态以外的任何量,故不适用于MEMS等低精度捷联惯导系统。该文研究了一种基于姿态估计的初始... 在某些对精度要求不是很高的领域微机电系统(MEMS)等低精度捷联惯导系统因其造价低等特点而得到广泛应用。由于传统的初始对准方法不能估计除姿态以外的任何量,故不适用于MEMS等低精度捷联惯导系统。该文研究了一种基于姿态估计的初始对准方法,并使用乘性扩展卡尔曼滤波进行对准,在姿态对准的同时实现对惯性器件误差的建模估计。在实现初始对准的基础上显著降低了计算量。 展开更多
关键词 低精度 捷联惯导系统 初始对准 乘性扩展卡尔曼滤波 惯性器件误差
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