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基于激光雷达与惯导融合的掘进机定位方法
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作者 刘京 魏志强 +1 位作者 蔡春蒙 刘洋 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期78-85,95,共9页
煤矿掘进机精准定位是智能掘进的基础,但井下低光照、高粉尘等恶劣作业环境导致单一定位方法精度低、稳定性差。为提高掘进机在恶劣环境中的定位精度,提出了一种基于误差状态卡尔曼滤波(ESKF)的激光雷达与惯导融合的掘进机定位方法。首... 煤矿掘进机精准定位是智能掘进的基础,但井下低光照、高粉尘等恶劣作业环境导致单一定位方法精度低、稳定性差。为提高掘进机在恶劣环境中的定位精度,提出了一种基于误差状态卡尔曼滤波(ESKF)的激光雷达与惯导融合的掘进机定位方法。首先,以悬挂在巷道顶部的球靶中心为巷道坐标系原点,设计基于密度的噪声鲁棒空间聚类(DBSCAN)算法和基于形状特征的球靶点云提取算法,解决传统依靠反射强度区分球靶的方法在粉尘堆积时易失效的问题,结合坐标变换方法构建雷达位置测量系统以获得融合定位基准。其次,利用惯导积分得到掘进机的位置和姿态信息。然后,基于一阶高斯马尔可夫过程进行误差状态建模,采用误差状态卡尔曼滤波算法融合雷达和惯导的输出,得到掘进机在巷道中的融合定位结果,并将融合定位结果反馈给惯导,以校正其累计误差,从而获得精准的定位结果。定位试验结果表明:在掘进机静止状态下,不同位置和姿态角下雷达定位系统的位置误差小于10 cm,惯导定位系统的位置误差小于70 cm;在掘进机运动状态下,融合系统的位置误差为5.8 cm,相比雷达系统的位置误差降低了12.1%。基于激光雷达与惯导融合的掘进机定位方法可以在复杂掘进工况中满足煤矿掘进机自动截割时的定位需求。 展开更多
关键词 掘进机定位 激光雷达 惯导 误差状态卡尔曼滤波 基于密度的噪声鲁棒空间聚类算法 球靶
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基于多传感器的紧耦合三维室内定位与建图 被引量:3
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作者 李春磊 陈久朋 +2 位作者 伞红军 李曰阳 彭真 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期121-131,共11页
即时定位与地图构建(SLAM)因其可以解决未知环境中的定位与地图构建问题,广泛应用于移动机器人领域。本文使用雷达、相机、IMU和轮式里程计提出了一种名为3D-MultiFus的SLAM方法。其中雷达-IMU-里程计子系统(Ls)快速构建全局地图的几何... 即时定位与地图构建(SLAM)因其可以解决未知环境中的定位与地图构建问题,广泛应用于移动机器人领域。本文使用雷达、相机、IMU和轮式里程计提出了一种名为3D-MultiFus的SLAM方法。其中雷达-IMU-里程计子系统(Ls)快速构建全局地图的几何结构,通过最小化点到平面误差估计系统位置状态。相机-IMU-轮式里程计子系统(Vs)可剔除被遮挡或深度不连续的特征点,以最小化帧间地图光度误差进一步估计位姿状态,并可实现子图中点云地图的着色渲染。IMU与里程计融合后的数据、雷达系统点到平面误差和相机系统中光度误差以基于误差状态的迭代卡尔曼方式(ESIKF)实现数据紧耦合,从而在保证精度和鲁棒性的同时,实现快速定位与建图。为了验证本文算法的定位与建图精度,布置了室内运动实验场景并将3D-MultiFus算法与相关算法比较。仿真和实验结果表明,3D-MultiFus算法完成一次数据处理需185 ms,在运行效率上优于其他算法。在复杂的室内场景下,长时间运行定位首末位置误差仅0.0856 m,3D-MultiFus移动机器人的全局地图精度得到了较大的提升,所构建的全局地图具有较好的一致性。证明了所提出算法能够在室内场景中稳健可靠的工作。 展开更多
关键词 多传感器 紧耦合 三维SLAM 基于误差状态的迭代卡尔曼 效率与精度
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基于后验信息修正的自适应交互多模型跟踪算法 被引量:7
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作者 黄鹤 王小旭 +2 位作者 赵春晖 梁彦 潘泉 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期829-833,共5页
针对目标运动状态变化较大甚至发生突变时,传统交互式多模型算法跟踪精度和稳定性会显著下降的问题,提出了一种在线辨识马尔可夫概率转移矩阵参数的基于后验信息修正的自适应交互多模型跟踪算法,该方法在滤波的过程中,根据不匹配模型误... 针对目标运动状态变化较大甚至发生突变时,传统交互式多模型算法跟踪精度和稳定性会显著下降的问题,提出了一种在线辨识马尔可夫概率转移矩阵参数的基于后验信息修正的自适应交互多模型跟踪算法,该方法在滤波的过程中,根据不匹配模型误差压缩率的变化自适应调整先验的马尔可夫转移概率矩阵的参数,切换过程中较多地压缩不匹配模型的信息,放大匹配模型的信息,大大提高了系统的收敛速度。通过对仿真结果分析表明,论文提出的算法具有可靠、计算简便、快速等特点,模型滤波精度较高,具有一定的理论价值和实用价值。 展开更多
关键词 交互式多模型 马尔可夫参数 后验信息 目标跟踪
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基于IESKF的激光惯性里程计实现方法研究
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作者 金磊 张志安 《激光杂志》 CAS 北大核心 2023年第1期85-90,共6页
针对主流的激光里程计方案存在精度较低和计算耗时严重的问题,提出一种基于迭代误差状态卡尔曼滤波器的IMU与LiDAR紧耦合的里程计方案,将IMU预积分结果与特征点云匹配结果融合得到高精度位姿,并且使用等效卡尔曼增益公式,降低计算维度,... 针对主流的激光里程计方案存在精度较低和计算耗时严重的问题,提出一种基于迭代误差状态卡尔曼滤波器的IMU与LiDAR紧耦合的里程计方案,将IMU预积分结果与特征点云匹配结果融合得到高精度位姿,并且使用等效卡尔曼增益公式,降低计算维度,提高系统运行效率。对比分析了主流里程计方案与本方案在位姿估计精度和时效性上的表现,结果表明,本方案在满足系统实时性的前提下,能有效提高里程计的精度。 展开更多
关键词 激光惯性里程计 等效卡尔曼增益 迭代误差状态卡尔曼滤波器
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