基于迭代卡尔曼滤波器的GPS-激光-IMU融合建图算法 被引量：1

1

作者 丛明 温旭 +1 位作者 王明昊 刘冬 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期75-83,共9页

在当前机器人导航和环境感知领域,室外大尺度场景下的三维激光SLAM一直是一个挑战性问题。由于GPS信号在某些环境下的不稳定性和激光SLAM的误差累积特性,传统算法在大尺度场景下表现不佳。针对室外大尺度场景下三维激光SLAM(同步定位和... 在当前机器人导航和环境感知领域,室外大尺度场景下的三维激光SLAM一直是一个挑战性问题。由于GPS信号在某些环境下的不稳定性和激光SLAM的误差累积特性,传统算法在大尺度场景下表现不佳。针对室外大尺度场景下三维激光SLAM(同步定位和地图构建)存在的误差累积严重问题,本文提出了一种基于迭代卡尔曼滤波器的GPS-激光-IMU融合建图算法。该算法通过利用惯性测量单元(IMU)数据对机器人状态进行预测,同时以激光和全球定位系统(GPS)数据作为观测,更新机器人状态,推导出观测方程和雅可比矩阵,显著提高了建图的精度和鲁棒性。里程计中融合GPS数据的绝对位置信息以解决长时间运行中的误差累积问题。在特征稀疏的环境中,由于约束不足可能导致算法崩溃,GPS数据的引入可以提高系统的鲁棒性。此外,重力对于IMU数据预测机器人状态起到关键的作用。虽然重力是三维向量,但在不发生区域变化的情况下,其模长是不变的,因此被视为二自由度向量。通过将重力的优化转化为旋转矩阵群上的优化,成功避免了重力过参数化的问题,提高了算法的精度。在室外场景下与其他算法进行了性能测试对比并且验证了在大尺度场景下的鲁棒性和精度,结果表明:本文算法的均方根误差为0.089 m,与其他算法相比降低了54%。 展开更多

关键词 激光SLAM(同步定位和地图构建) 多传感器融合 迭代卡尔曼滤波器 重力优化

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基于改进的迭代容积卡尔曼滤波姿态估计 被引量：4

2

作者 钱华明 黄蔚 孙龙 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期116-122,共7页

为了充分利用新的量测信息,提高姿态估计的精度,在分析现有迭代滤波策略存在问题的基础上,采用一种新的容积点迭代策略,将其与容积卡尔曼滤波算法相结合,提出了一种改进的迭代容积卡尔曼滤波(improved iterated cubature Kalman filter,... 为了充分利用新的量测信息,提高姿态估计的精度,在分析现有迭代滤波策略存在问题的基础上,采用一种新的容积点迭代策略,将其与容积卡尔曼滤波算法相结合,提出了一种改进的迭代容积卡尔曼滤波(improved iterated cubature Kalman filter,IICKF)算法.该算法采用容积数值积分理论近似非线性函数的均值与方差,利用状态扩维理论来解决量测迭代中量测噪声与状态相关的问题,同时利用一种新的容积点迭代策略,即在量测迭代过程中直接采用容积点迭代,避免每步迭代都进行均方根计算来产生容积点,克服传统迭代策略是基于高斯近似产生采样点的局限,有效地降低扩维带来的计算量.仿真结果表明:该算法的估计精度高于乘性扩展卡尔曼滤波(multiplicative extended Kalman filter,MEKF)以及迭代容积卡尔曼滤波(iterated cubature Kalman filter,ICKF)算法,该算法的提出有助于提高姿态估计的精度. 展开更多

关键词 姿态估计 改进的迭代容积卡尔曼滤波 容积数值积分理论 状态扩维 估计精度

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迭代卡尔曼滤波在机器人定位中的应用 被引量：5

3

作者 龙慧 胡利 周宴宇 《现代电子技术》 2010年第22期123-125,共3页

定位是移动机器人最基本的问题之一。应用了迭代卡尔曼滤波(IEKF)集成航位推算和全局观测信息,解决机器人的定位问题。该方法在卡尔曼滤波测量更新阶段,多次迭代计算估计状态,直到误差小于一定的阈值。减少了由于泰勒展开的截断带来的... 定位是移动机器人最基本的问题之一。应用了迭代卡尔曼滤波(IEKF)集成航位推算和全局观测信息,解决机器人的定位问题。该方法在卡尔曼滤波测量更新阶段,多次迭代计算估计状态,直到误差小于一定的阈值。减少了由于泰勒展开的截断带来的定位误差,使得算法的收敛稳定性增强。最后通过仿真实验与EKF方法比较。结果表明,IEKF在移动机器人定位中是一种有效的方法。 展开更多

关键词 迭代卡尔曼滤波 误差分析 移动机器人 机器人定位

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基于迭代积分卡尔曼PHD滤波多目标跟踪 被引量：1

4

作者 穆祥强 王朝英 +1 位作者 危璋 孔云波 《现代防御技术》 北大核心 2016年第4期95-100,共6页

在多目标跟踪环境下,通过对数值积分卡尔曼概率假设密度滤波器(QK-PHD)的误差分析,提出一种迭代QK-PHD算法。该算法基本思想是将一步预测作为第1次迭代的初始值,通过量测更新得到状态估计,然后将此状态估计作为下一步迭代的初始均值和... 在多目标跟踪环境下,通过对数值积分卡尔曼概率假设密度滤波器(QK-PHD)的误差分析,提出一种迭代QK-PHD算法。该算法基本思想是将一步预测作为第1次迭代的初始值,通过量测更新得到状态估计,然后将此状态估计作为下一步迭代的初始均值和方差。通过多次迭代后滤波输出精度更高方差更小。Matlab仿真结果表明,在不明显增加计算时间的基础上,迭代QK-PHD比QK-PHD的跟踪效果更加明显,滤波输出精度更高。 展开更多

关键词 迭代 多目标跟踪 状态估计 数值积分 卡尔曼滤波 概率假设密度滤波

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全状态约束下长行程混联机器人投影迭代鲁棒控制算法

5

作者 刘群坡 张卓然 +2 位作者 张建军 卜旭辉 孙蕊 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期322-332,共11页

针对全状态约束下的长行程混联机器人系统鲁棒性较差提出了基于自适应学习神经网络和等效误差函数的投影迭代鲁棒控制算法。基于自适应学习神经网络逼近未知的非线性项,提出投影迭代鲁棒控制算法,更新网络权值并估计逼近误差和随机外部... 针对全状态约束下的长行程混联机器人系统鲁棒性较差提出了基于自适应学习神经网络和等效误差函数的投影迭代鲁棒控制算法。基于自适应学习神经网络逼近未知的非线性项,提出投影迭代鲁棒控制算法,更新网络权值并估计逼近误差和随机外部扰动的未知上界;构造用于抵消初始时刻随机变化扩展误差的时变边界层,设计基于时变边界层和扩展误差的等效误差函数作为迭代控制器的主要控制变量以克服随机初始误差满足相同初始条件;在控制器设计中引入正切型障碍Lyapunov函数,确保系统状态在预定范围内。仿真实验结果证明了该方法的有效性,可在全状态约束下实现高精度强鲁棒性的轨迹跟踪。 展开更多

关键词 自适应迭代学习控制 长行程混联机器人 神经网络 随机初始误差 状态约束

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基于状态反馈的卡尔曼滤波组合导航算法 被引量：6

6

作者 汤霞清 郭官周 +1 位作者 郭理彬 张环 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期190-194,共5页

在卡尔曼滤波算法的基础上,提出一种导航误差状态估计的新方法。该方法选取SINS和GPS三个方向上的速度差和位置差作为观测量,根据惯性器件和GPS的精度确定噪声强度,同时建立反馈控制与卡尔曼滤波相结合的滤波器,最终得到误差状态的估计... 在卡尔曼滤波算法的基础上,提出一种导航误差状态估计的新方法。该方法选取SINS和GPS三个方向上的速度差和位置差作为观测量,根据惯性器件和GPS的精度确定噪声强度,同时建立反馈控制与卡尔曼滤波相结合的滤波器,最终得到误差状态的估计值。仿真结果表明,新型滤波器不仅解决了卡尔曼滤波发散的问题,而且使得误差估计精度得到了极大的提高,从而为组合导航系统的误差估计技术找到了更有工程应用价值的方法。 展开更多

关键词 状态反馈 卡尔曼滤波器 组合导航 误差估计

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基于卡尔曼/状态反馈滤波的SINS/DR导航算法研究 被引量：3

7

作者 汤霞清 郭官周 +1 位作者 张环 郭理彬 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2010年第6期10-12,共3页

针对SINS/GPS组合导航系统在GPS信号出现故障时不能正常工作的问题,提出了利用里程计与SINS组合的导航系统。在分析组合系统数学模型的基础上,设计了基于卡尔曼/状态反馈算法的新型滤波器。该滤波器基于最优控制的思想对卡尔曼滤波算法... 针对SINS/GPS组合导航系统在GPS信号出现故障时不能正常工作的问题,提出了利用里程计与SINS组合的导航系统。在分析组合系统数学模型的基础上,设计了基于卡尔曼/状态反馈算法的新型滤波器。该滤波器基于最优控制的思想对卡尔曼滤波算法进行了改进,最终得到误差状态的估计值。仿真结果表明,改进后的卡尔曼滤波算法用于估计导航系统误差能够取得更加满意的效果。 展开更多

关键词 状态反馈 卡尔曼滤波器 组合导航 误差估计

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一种基于卡尔曼滤波器的模板更新方法

8

作者 曲宏伟 杨风暴 李申燕 《红外技术》 CSCD 北大核心 2008年第12期709-712,共4页

在运动目标跟踪过程中,基于相似性度量的模板匹配法是常用的一种相关跟踪算法。但是,单纯利用模板与图像的匹配准则难以应对跟踪过程中常见的目标姿态变化问题,很难获得比较好的跟踪效果。针对上述问题,利用卡尔曼滤波器对模板像素进行... 在运动目标跟踪过程中,基于相似性度量的模板匹配法是常用的一种相关跟踪算法。但是,单纯利用模板与图像的匹配准则难以应对跟踪过程中常见的目标姿态变化问题,很难获得比较好的跟踪效果。针对上述问题,利用卡尔曼滤波器对模板像素进行逐像素更新,每个像素依据自身的性质进行修正的幅度都不一样,从而得到自适应和最优的模板图像,最终达到在序列图像中准确匹配的目标。实验证明,该方法在一定程度上解决了跟踪过程中目标的形态变化问题。 展开更多

关键词 卡尔曼滤波器 模板更新 后验状态 误差协方差

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基于奇异值分解单步迭代滤波算法的应用 被引量：1

9

作者 阙向东 张建灵 安锦文 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2003年第4期65-67,71,共4页

单步迭代滤波比推广卡尔曼滤波线性化误差小、滤波近似程度更好,但其常规算法数值鲁棒性差,滤波易于发散。文中对常规算法的误差协方差矩阵使用了奇异值分解,从而形成了一种基于奇异值分解的迭代滤波算法,提高了数值鲁棒性,并且可以处... 单步迭代滤波比推广卡尔曼滤波线性化误差小、滤波近似程度更好,但其常规算法数值鲁棒性差,滤波易于发散。文中对常规算法的误差协方差矩阵使用了奇异值分解,从而形成了一种基于奇异值分解的迭代滤波算法,提高了数值鲁棒性,并且可以处理相关的量测噪声。应用于飞行状态的估计问题,获得了较为满意的结果。 展开更多

关键词 奇异值分解 单步迭代滤波 推广卡尔曼滤波 鲁棒性 协方差矩阵 飞行状态

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迭代中心差分粒子滤波的SLAM算法 被引量：1

10

作者 钱臻 齐英杰 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期355-360,共6页

为了提高SLAM算法中的位姿估计精度,通过在广泛使用的RBPF粒子滤波器中,利用迭代中心差分卡尔曼滤波器(ICDKF)来代替其中的扩展卡尔曼滤波器(EKF),并融合新的观测数据使提议分布更加接近后验概率分布,并且能够精确估计智能车辆的位姿,... 为了提高SLAM算法中的位姿估计精度,通过在广泛使用的RBPF粒子滤波器中,利用迭代中心差分卡尔曼滤波器(ICDKF)来代替其中的扩展卡尔曼滤波器(EKF),并融合新的观测数据使提议分布更加接近后验概率分布,并且能够精确估计智能车辆的位姿,进而采用ICDKF算法更新特征地图的位置.该算法在保证定位精度的同时减少了计算的复杂度,提高系统的估计性能,增加了迭代算法的稳定性.仿真实验结果验证了迭代中心差分粒子滤波SLAM算法的有效性. 展开更多

关键词 同时定位与地图创建 RBPF粒子滤波器 扩展卡尔曼滤波器 迭代中心差分卡尔曼滤波器

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FIR数字滤波器幅频响应约束最大加权相位误差最小化设计 被引量：7

11

作者 王路 赖春露 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期2781-2786,共6页

多数信号滤波应用,对滤波器幅频响应的要求高于相频响应.本文研究了满足幅频响应约束的有限脉冲响应(Infinite Impulse Response,FIR)数字滤波器设计,提出了最大加权相位误差最小化方法.用凸的椭圆误差约束代替非凸的幅值误差约束,将设... 多数信号滤波应用,对滤波器幅频响应的要求高于相频响应.本文研究了满足幅频响应约束的有限脉冲响应(Infinite Impulse Response,FIR)数字滤波器设计,提出了最大加权相位误差最小化方法.用凸的椭圆误差约束代替非凸的幅值误差约束,将设计问题转化为凸问题;通过与二分技术结合,提出了给定权函数的幅值误差约束最大加权相位误差最小化设计的求解算法.以此算法为核心,构建了迭代重加权最大加权相位误差最小化算法,其中的权函数不再固定,而是基于修改的群延迟误差包络线在迭代中不断更新.权函数收敛后,所得滤波器具有近似等纹波的群延迟误差,最大群延迟误差得到了有效减小.仿真实验表明,与现有相位误差约束最大幅值误差最小化方法相比,得到的FIR滤波器具有更小的最大相位误差和最大群延迟误差. 展开更多

关键词 FIR滤波器 幅频响应 相频响应 二分法 椭圆误差约束 迭代重加权技术

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捷联惯导系统初始姿态和仪表误差标定迭代算法研究 被引量：4

12

作者 杨大烨 谢天怀 胡宝余 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2002年第3期15-20,共6页

从工程实用角度出发,提出了一种在初始方位已知的情况下同时进行姿态估计和仪表误差标定的迭代计算方法。半实物仿真结果表明:该方法在占用一定初始对准时间的条件下能在线补偿仪表误差,并能显著提高惯导系统导航精度,效率较高。

关键词 仪表误差标定 捷联惯导系统 初始对准 卡尔曼滤波 迭代算法

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感应电动机参数的卡尔曼滤波法辩识

13

作者 贾艳辉 《山西焦煤科技》 2003年第12期24-26,共3页

本文首先建立了异步电动机的数学模型 ,然后利用推广卡尔曼滤波法 ,将模型中转子电阻和漏感增广为状态变量 ,对其进行了辩识。在辩识中 ,对非线性系统局部线性化的参考点进行了迭代。最后 ,得到了参数辩识结果 ,并与常规空载。

关键词 感应电动机 参数辩识 转子电阻 异步电动机 漏感 短路 空载 迭代 卡尔曼滤波法 状态变量

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基于迭代平方根CKF的SLAM算法 被引量：6

14

作者 高伟 张亚 +1 位作者 孙骞 关劲 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期120-124,共5页

在大尺度环境中,平方根容积卡尔曼同步定位与地图构建算法的非线性误差严重制约了算法的定位精度,为解决这一问题,提出了一种基于迭代平方根容积卡尔曼滤波的改进算法,该算法结合迭代理论,对平方根容积卡尔曼滤波的量测更新过程进行迭... 在大尺度环境中,平方根容积卡尔曼同步定位与地图构建算法的非线性误差严重制约了算法的定位精度,为解决这一问题,提出了一种基于迭代平方根容积卡尔曼滤波的改进算法,该算法结合迭代理论,对平方根容积卡尔曼滤波的量测更新过程进行迭代更新,充分利用最新的观测信息,降低滤波的估计误差,从而构建精确的地图并获得高精度的定位信息.仿真实验结果表明,采用本算法后,x轴和y轴方向上的位置误差均在1.5 m以内,估计结果明显优于SRCKFSLAM、CKF-SLAM和EKF-SLAM算法;添加不同的环境噪声后进行仿真实验,该算法所取得的位置误差相比仍是最小的.利用该算法可以有效地减小非线性误差造成的影响,提高SLAM的定位精度. 展开更多

关键词 迭代理论 同步定位与地图构建 非线性误差 平方根容积卡尔曼滤波 迭代平方根容积卡尔曼滤波

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捷联惯导系统误差状态可观性分析 被引量：12

15

作者 吴美平 胡小平 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期54-57,76,共5页

捷联惯导系统误差状态可观性分析是为了确定卡尔曼滤波器对系统误差状态的估值效果。本文根据分段常值理论分析了捷联惯导系统误差状态的可观性 ,得到相应的可观性结论 ,并且分析了水平通道的误差状态可观性。所得到的分析结论对设计滤... 捷联惯导系统误差状态可观性分析是为了确定卡尔曼滤波器对系统误差状态的估值效果。本文根据分段常值理论分析了捷联惯导系统误差状态的可观性 ,得到相应的可观性结论 ,并且分析了水平通道的误差状态可观性。所得到的分析结论对设计滤波器时的运动路径设置提供了参考依据。 展开更多

关键词 捷联惯性导航系统 可观性分析 分段常值理论 卡尔曼滤波器 误差状态

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两通道正交图滤波器组设计新算法

16

作者 蒋俊正 曹想 欧阳缮 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期166-170,共5页

针对两通道正交图滤波器组频率特性差的问题,提出了一种基于二阶泰勒近似的迭代算法.首先,该算法将两通道正交图滤波器组的设计问题归结为一个带约束优化问题.将图滤波器组的重构误差作为目标函数,滤波器的阻带衰减作为约束函数;然后,... 针对两通道正交图滤波器组频率特性差的问题,提出了一种基于二阶泰勒近似的迭代算法.首先,该算法将两通道正交图滤波器组的设计问题归结为一个带约束优化问题.将图滤波器组的重构误差作为目标函数,滤波器的阻带衰减作为约束函数;然后,通过泰勒近似将高度非线性非凸的目标函数转化为关于增量的凸的二次函数,将非凸优化问题近似为凸的优化问题;最后,采用迭代方法求解该优化问题.仿真结果表明,与伯恩斯坦多项式逼近的算法相比,新算法设计的两通道正交图滤波器组重构误差减小了约1个数量级,信噪比提高了约8dB. 展开更多

关键词 两通道图滤波器组 正交 迭代算法 重构误差

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免微分非线性Bayesian滤波方法评述 被引量：12

17

作者 程水英 邹继伟 汤鹏 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期843-857,876,共16页

以非线性递推Bayesian滤波问题的求解及其历史渊源为起点,分两类对各种免微分非线性Bayesian滤波方法或免微分方法的原理和算法进行了评述:一类是以线性最小均方误差最优估计子为特点的免微分高斯滤波,包括无味卡尔曼滤波、均差滤波器... 以非线性递推Bayesian滤波问题的求解及其历史渊源为起点,分两类对各种免微分非线性Bayesian滤波方法或免微分方法的原理和算法进行了评述:一类是以线性最小均方误差最优估计子为特点的免微分高斯滤波,包括无味卡尔曼滤波、均差滤波器、中心差分滤波器和Gauss-Hermite滤波器或积分卡尔曼滤波器;另一类是后验密度数值逼近免微分方法,包括栅格法(GBMs)与近似栅格法、矩近似法和以粒子滤波为代表的Monte Carlo方法。其中还包括了作者的一些最新研究成果,如迭代UKF算法、裂变自举PF算法和关于粒子滤波算法有限收敛界的概念等。之后从加权统计线性回归的角度对两类免微分方法进行了统一认识,统一为以数值方法为特点的广义PF。为了建立一个关于各种免微分算法性能的整体印象,论文还通过一个复杂的递推非线性滤波估计例子,用MonteCarlo仿真实验的方法对7种典型的免微分方法和和传统的EKF算法进行了比较研究。最后对两类免微分方法进行了简单的比较,并指出了进一步研究的方向。 展开更多

关键词 非线性估计 递推Bayesian滤波 扩展卡尔曼滤波 高斯滤波 无味变换 无味卡尔曼滤波 均差 滤波器 中心差分滤波器 Gauss—Hermite滤波器 积分卡尔曼滤波器 迭代无味卡尔曼滤波 栅格法 近似栅格 法 矩近似法 Monte CARLO方法 粒子滤波 裂变自举粒子滤波 加权统计线性回归

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地形辅助导航系统的自适应滤波方法

18

作者 李渊涛 陈哲 张洪钺 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 1993年第3期26-30,共5页

本文将自适应滤波技术应用于地形辅助导航系统,提出了一种新的导航误差修正滤波方法,数字仿真结果进一步证实了此方法的有效性。

关键词 自适应滤波 辅助导航系统 卡尔曼滤波器 误差修正 卡尔曼滤波算法 数字仿真结果 线性化误差 系统状态方程 数字地图 嗓声

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不完全信道状态信息下的Turbo-BLAST系统及性能

19

作者 陈小敏 徐大专 虞湘宾 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期244-246,共3页

在Turbo-BLAST方案基础上,针对信道估计有误差情况,利用不完全的信道状态信息推导出等效噪声方差,然后提出一种改进的并行干扰抵消迭代检测算法.该算法对完全信道估计和信道估计有误差情况均有较好的适用性.实验结果表明,所提算法可以... 在Turbo-BLAST方案基础上,针对信道估计有误差情况,利用不完全的信道状态信息推导出等效噪声方差,然后提出一种改进的并行干扰抵消迭代检测算法.该算法对完全信道估计和信道估计有误差情况均有较好的适用性.实验结果表明,所提算法可以有效改善系统误比特率性能. 展开更多

关键词 TURBO-BLAST 不完全信道状态信息 信道估计误差 并行干扰抵消迭代检测

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基于多传感器融合的高精度无人机空中对接方法

20

作者 向玉龙 李嘉诚 +1 位作者 陈芊 盛汉霖 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1057-1065,共9页

多旋翼无人机空中对接技术可以解决多旋翼无人机续航能力有限、载荷小等问题,对提高多旋翼无人机的续航能力和任务效率有重要意义。但是当前多旋翼无人机空中对接方案成本高昂且对接精度差,易受环境限制。本文提出了一种基于单目视觉与... 多旋翼无人机空中对接技术可以解决多旋翼无人机续航能力有限、载荷小等问题,对提高多旋翼无人机的续航能力和任务效率有重要意义。但是当前多旋翼无人机空中对接方案成本高昂且对接精度差,易受环境限制。本文提出了一种基于单目视觉与惯性测量单元(Inertial measuring unit,IMU)融合定位并结合最优轨迹控制的空中对接方案,在保证对接精度的同时大幅降低成本。首先相机通过AprilTag对目标进行识别定位,再通过非线性优化对重投影误差进行最小化优化,并借助状态误差卡尔曼滤波器(Error state Kalman filter,ESKF)更准确地消除IMU的零偏,提高融合定位的精度;然后根据线性二次型控制器(Linear quadratic regulator,LQR)设计了最优对接控制器,并结合无人机的动力学模型,直接输出多旋翼无人机的姿态控制量,实现更加安全的空中对接;最后在四旋翼无人机平台上进行实验验证,顺利完成了空中对接任务,证明了该方法的可行性。 展开更多

关键词 多旋翼无人机 视觉定位 状态误差卡尔曼滤波器融合 空中对接 线性二次型控制器

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