IMU/TOA融合人体运动追踪性能评估方法 被引量：7

1

作者 徐诚 何杰 +3 位作者 张晓彤 姚翠 段世红 齐悦 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1748-1754,共7页

随着物联网和体域网的飞速发展,人体运动追踪技术在医疗、安防等领域得到了广泛应用.针对传统惯性人体运动追踪系统存在累积误差和漂移的问题,本文提出了一种基于IMU/TOA融合的人体运动追踪方法.通过对融合系统克拉美罗界(Cramer-Rao Lo... 随着物联网和体域网的飞速发展,人体运动追踪技术在医疗、安防等领域得到了广泛应用.针对传统惯性人体运动追踪系统存在累积误差和漂移的问题,本文提出了一种基于IMU/TOA融合的人体运动追踪方法.通过对融合系统克拉美罗界(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB)的推导,从理论上证明了IMU/TOA融合方法的有效性.实验结果可以看出,本文提出的基于IMU/TOA融合的人体运动追踪方法,在空间性能和时间性能两个方面都有较大的提升. 展开更多

关键词 体域网 物联网 人体运动追踪 惯性测量单元 信号到达时间 克拉美罗界 信息融合

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传感网中UWB和IMU融合定位的性能评估 被引量：6

2

作者 段世红 姚翠 +1 位作者 徐诚 何杰 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期2501-2510,共10页

位置信息是物体的基本属性之一.随着无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)的蓬勃发展,传感器网络中节点位置信息的获取变得尤为重要.超宽带(ultra-wideband,UWB)和惯性测量单元(inertial measurement units,IMU)以其高定位精度,... 位置信息是物体的基本属性之一.随着无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)的蓬勃发展,传感器网络中节点位置信息的获取变得尤为重要.超宽带(ultra-wideband,UWB)和惯性测量单元(inertial measurement units,IMU)以其高定位精度,在WSN中得到了广泛应用.UWB精度高,但容易受多径效应和节点间的相对几何位置关系影响.IMU惯性测量单元能够提供连续的惯性信息,但累积误差问题难以解决.基于IMU和UWB结合的融合定位方法,能够在提高定位精度的同时补偿UWB的多径效应影响和IMU的误差累积问题.因此,提出一种新的基于UWB和IMU的融合定位方法,实现传感网中目标节点的高精度位置追踪,并通过计算克拉美罗下限(Cramer-Rao lower bound,CRLB)表征融合定位方法的空间定位性能验证其在解决多径和几何拓扑问题上的有效性,通过计算后验克拉美罗下限(posterior Cramer-Rao lower bound,PCRLB)表征融合定位方法的时间定位性能验证其在累积误差纠正上的有效性,为基于UWB和IMU融合定位算法的设计和仿真提供理论支持.实验结果表明:融合定位方法具有更好的时空定位性能,更能接近实际应用的理论精度下限. 展开更多

关键词 传感器网络 融合定位 超宽带 惯性测量单元 克拉美罗下限 后验克拉美罗下限

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基于IMU和红外传感器网络的室内人体定位方法 被引量：5

3

作者 李振宇 《传感器与微系统》 CSCD 2018年第12期24-27,共4页

针对家庭环境下的人体定位需求,提出一种基于惯性测量单元(IMU)和红外传感器网络的室内人体定位方法。使用穿戴于人体的IMU获取运动数据,运用改进的行人航位推算(PDR)算法实现基础导航定位。利用环境中红外传感器网络观测数据,融合室内... 针对家庭环境下的人体定位需求,提出一种基于惯性测量单元(IMU)和红外传感器网络的室内人体定位方法。使用穿戴于人体的IMU获取运动数据,运用改进的行人航位推算(PDR)算法实现基础导航定位。利用环境中红外传感器网络观测数据,融合室内地图信息帮助减小定位的中间误差。整个定位过程通过粒子滤波算法融合两部分数据源实现。实验证明:改进的PDR算法和室内人体定位方法能得到更好的应用效果。 展开更多

关键词 室内定位 行人航位推算 惯性测量单元 红外传感器 粒子滤波 传感器融合

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基于冗余测量信息的阵列式IMU设计 被引量：3

4

作者 魏德轩 曹乐 +2 位作者 张夏丰 张磊 刘乐远 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第2期80-83,共4页

针对单个微机电系统(MEMS)陀螺仪精度低、可靠性差的问题,基于冗余测量信息设计了阵列惯性测量单元(IMU)硬件平台,并利用迭代重加权最小二乘法(IRLS)对扩展卡尔曼滤波(EKF)融合算法进行了改进。首先,根据惯性器件的误差特性及冗余测量... 针对单个微机电系统(MEMS)陀螺仪精度低、可靠性差的问题,基于冗余测量信息设计了阵列惯性测量单元(IMU)硬件平台,并利用迭代重加权最小二乘法(IRLS)对扩展卡尔曼滤波(EKF)融合算法进行了改进。首先,根据惯性器件的误差特性及冗余测量可靠性确定了IMU数量,并设计了同轴反向、平行正交的阵列IMU硬件平台;然后,结合受力分析,使用IRLS对数据进行降维融合,解决了使用EKF融合算法时,由于矩阵维数高导致求逆运算复杂和受离群值影响导致融合精度下降的问题;最后,通过实验和仿真证明:阵列IMU的随机误差比单个IMU降低了3~5倍;当出现离群测量值时,阵列IMU仍能保证较高的精度,具有较高的可靠性。 展开更多

关键词 微机电系统陀螺仪 阵列惯性测量单元 迭代重加权最小二乘法 冗余融合

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基于视觉-惯导信息融合的采场支架姿态感知方法

5

作者 邢轲轲 程敬义 +5 位作者 许忠鑫 万志军 薛民体 闫万梓 包阔 易俊杰 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期32-38,共7页

针对目前采场支架姿态感知中惯导方法存在漂移误差大、解算精度低,以及视觉方法存在相机易受粉尘与设备遮挡而位姿识别误差大等问题,提出了一种基于视觉-惯导信息融合的采场支架姿态感知方法。首先将四特征点红外标靶固定于支架底座凸台... 针对目前采场支架姿态感知中惯导方法存在漂移误差大、解算精度低,以及视觉方法存在相机易受粉尘与设备遮挡而位姿识别误差大等问题,提出了一种基于视觉-惯导信息融合的采场支架姿态感知方法。首先将四特征点红外标靶固定于支架底座凸台,将双目相机分别固定于支架顶梁与掩护梁,采用基于Canny-最小二乘法的靶标识别方法和基于四特征点的BA-PnP算法解算顶梁、掩护梁相对底座的俯仰角、横滚角。然后将惯性测量单元固定于液压支架顶梁、掩护梁、底座,通过惯性测量单元中MEMS陀螺仪和加速度计的互补滤波方法解算顶梁、掩护梁、底座在世界坐标系下的俯仰角、横滚角。最后将视觉系统解算的姿态角与惯导解算的姿态角进行扩展卡尔曼滤波多源信息融合,利用视觉信息的低频稳定性抑制惯性测量单元的累计误差,得到精确的采场支架姿态。采用基于视觉、惯导和视觉-惯导信息融合3种支架姿态感知方法进行对比实验,结果表明:①初始静止状态下,3种方法的精度均较高,但随着支架运行循环次数增加,基于视觉、惯导的感知结果逐渐偏离真值。②基于视觉、惯导和视觉-惯导信息融合方法的顶梁相对底座的俯仰角感知均方根误差分别为0.201,0.190,0.081°,掩护梁相对底座的俯仰角感知均方根误差分别为0.340,0.297,0.162°。③基于视觉-惯导信息融合方法解算的液压支架立柱伸缩长度的均方根误差为13.682 mm,满足现场需求。基于视觉-惯导信息融合的采场支架姿态感知方法可为液压支架智能化控制提供更准确的姿态参数。 展开更多

关键词 液压支架姿态感知 视觉惯导信息融合 惯性测量单元 扩展卡尔曼滤波 光束平差-透视点定位姿态估计算法 imu

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基于点线特征与多惯性测量单元融合的SLAM算法

6

作者 张弼泽 潘龙飞 +1 位作者 侯勇胜 樊渊 《计算机应用》 北大核心 2025年第S1期309-316,共8页

在移动机器人和无人驾驶技术中,准确且高效的同时定位与地图构建(SLAM)算法至关重要。针对现有SLAM算法在处理复杂环境和动态场景时面临的精度和鲁棒性不足等问题,提出一种基于点线特征与多惯性测量单元(IMU)融合的SLAM算法。该算法利用... 在移动机器人和无人驾驶技术中,准确且高效的同时定位与地图构建(SLAM)算法至关重要。针对现有SLAM算法在处理复杂环境和动态场景时面临的精度和鲁棒性不足等问题,提出一种基于点线特征与多惯性测量单元(IMU)融合的SLAM算法。该算法利用多IMU融合技术从环境中提取点和线特征,这些几何特征能提供丰富的环境信息,有助于构建更详细和准确的地图。在点线特征提取过程中,采用基于优化的特征匹配算法确保特征提取的准确性和稳定性。此外,通过多IMU融合技术增强系统的运动估计能力。多IMU融合不仅能提高单一IMU在高动态环境下的鲁棒性,还能通过优化的传感器数据融合算法提供更精确的位姿估计。实验在多种典型的室内和室外环境(包括静态和动态场景)中进行。与传统算法相比,所提算法在复杂环境中的表现更优越,能有效应对环境中的变化和噪声干扰,在定位精度、建图质量以及实时性方面均有明显提升。 展开更多

关键词 同时定位与建图 点线特征 多惯性测量单元融合 自主导航 图优化 传感器融合 激光雷达 视觉传感器

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微机电系统惯性测量单元阵列技术研究进展

7

作者 陈艺豪 刘洁瑜 +1 位作者 汪立新 徐洁阳 《压电与声光》 北大核心 2025年第3期422-430,共9页

随着微机电系统(MEMS)技术迅速发展,惯性器件实现了小体积、轻质量和量产。为低成本实现高精度惯性测量,阵列技术应运而生。综述了MEMS惯性测量单元(IMU)阵列技术的发展。首先通过分析多年来的研究成果,总结了IMU阵列的发展进程。其次... 随着微机电系统(MEMS)技术迅速发展,惯性器件实现了小体积、轻质量和量产。为低成本实现高精度惯性测量,阵列技术应运而生。综述了MEMS惯性测量单元(IMU)阵列技术的发展。首先通过分析多年来的研究成果,总结了IMU阵列的发展进程。其次分别介绍了IMU阵列的关键技术及其发展现状,包括误差分析建模与标定、数据融合技术、故障检测技术和隔离技术。最后总结了以往研究成果的特点和不足,讨论了未来的研究方向,并为进一步提高IMU阵列精度提出了思路,为IMU阵列技术在高精度导航领域的研究与工程实践提供参考。 展开更多

关键词 惯性测量单位阵列 imu阵列 数据融合 标定

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互补滤波和卡尔曼滤波的融合姿态解算方法 被引量：49

8

作者 张栋 焦嵩鸣 刘延泉 《传感器与微系统》 CSCD 2017年第3期62-65,69,共5页

针对捷联惯性测量单元(IMU)噪声大、精度低的缺点和常规的姿态解算算法精度不高等问题,提出了一种互补滤波和卡尔曼滤波相结合的融合算法。该算法基于姿态角微分方程建立系统的状态方程模型,利用互补滤波后的姿态角作为系统的观测量,再... 针对捷联惯性测量单元(IMU)噪声大、精度低的缺点和常规的姿态解算算法精度不高等问题,提出了一种互补滤波和卡尔曼滤波相结合的融合算法。该算法基于姿态角微分方程建立系统的状态方程模型,利用互补滤波后的姿态角作为系统的观测量,再应用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法融合了陀螺仪、加速度计和电子罗盘的测量数据。为验证该算法有效性,用带有传感器的开发板依次进行静态和动态测试,实验结果表明:结合了互补滤波和卡尔曼滤波的融合算法,在静态时能够抑制姿态角漂移和滤出噪声,在动态时能够快速跟踪姿态的变化,提高了姿态角的解算精度。 展开更多

关键词 卡尔曼滤波 互补滤波 姿态估计 数据融合 惯性测量单元

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基于振动陀螺的动态零位校准及其误差补偿 被引量：2

9

作者 刘宇 刘俊 +2 位作者 黎蕾蕾 孙燕彬 李秋俊 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期671-673,共3页

根据固态振动陀螺输出信号和噪声特点对其构成的低成本惯性测量单元(IMU)的原始传感信号进行了快速小波滤波和灰色理论建模处理。运用累加生成操作(AGO)方法得到有规则的单值对应非线性函数,并获得陀螺零位输出在三维空间中的单值映射... 根据固态振动陀螺输出信号和噪声特点对其构成的低成本惯性测量单元(IMU)的原始传感信号进行了快速小波滤波和灰色理论建模处理。运用累加生成操作(AGO)方法得到有规则的单值对应非线性函数,并获得陀螺零位输出在三维空间中的单值映射模型。以时间和温度为输入,根据灰色神经网络建立陀螺的漂移模型,对累加生成方法生成的单值对应非线性函数进行逼近,从而提高了动态测量精度。同时采用活动阈值融合算法,优化陀螺和加速度计动态测量数据。实验证明,上述方法和算法有效提高了系统测量精度。 展开更多

关键词 陀螺 惯性测量单元(imu) 滤波 数据融合

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多传感器组合的移动车载数据采集系统研究 被引量：6

10

作者 陈允芳 叶泽田 +1 位作者 张恒铁 石波 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2006年第12期23-25,共3页

多传感器数据融合作为一门新兴前沿技术,已广泛应用于许多研究领域。三维信息快速采集是真实建模与三维虚拟现实的关键。提出了一种基于多传感器融合的车载移动式三维数据快速采集系统,集成了激光扫描仪、线/面阵CCD相机及GPS与IMU等多... 多传感器数据融合作为一门新兴前沿技术,已广泛应用于许多研究领域。三维信息快速采集是真实建模与三维虚拟现实的关键。提出了一种基于多传感器融合的车载移动式三维数据快速采集系统,集成了激光扫描仪、线/面阵CCD相机及GPS与IMU等多种传感器,以完成城市路面街道和建(构)筑物的三维数据自动采集。重点探讨了定位定姿方案设计及其实现,将GPS和IMU数据通过卡尔曼(Kalm an)滤波进行融合,可推测出整个系统及各传感器的位置和最佳姿态估计,以快速获取城市目标的地理坐标和三维建模信息,重建城市路面街道的三维真实场景。 展开更多

关键词 多传感器融合 差分GPS 惯性测量装置 号尔曼滤波

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基于信息融合的某型无人机高度测量系统 被引量：3

11

作者 路引 郭昱津 +1 位作者 王道波 吴为为 《兵工自动化》 2016年第10期46-48,54,共4页

为某型无人机在复杂地形地貌的高原山区更好规避障碍,提出一种高精度容错高度测量系统。利用全球定位系统、气压高度计和惯性测量单元3种传感器的冗余与信息融合的方法进行高度测量,分析其原理和模型,研究基于联邦滤波器的高度信息融合... 为某型无人机在复杂地形地貌的高原山区更好规避障碍,提出一种高精度容错高度测量系统。利用全球定位系统、气压高度计和惯性测量单元3种传感器的冗余与信息融合的方法进行高度测量,分析其原理和模型,研究基于联邦滤波器的高度信息融合方法,在此基础上,深入探讨这3种传感器的信息预测和融合过程,并进行高度测量系统的仿真。仿真结果表明:该系统设计合理,可以更加准确地测量无人机的高度,具有一定的工程应用价值。 展开更多

关键词 无人机 全球定位系统 气压高度计 惯性测量单元 信息融合

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双捷联惯组单表级的冗余管理及信息融合技术 被引量：12

12

作者 宋征宇 《载人航天》 CSCD 2012年第5期8-13,64,共7页

在高可靠性的运载火箭控制系统设计中,惯性测量设备一般要采用冗余设计。介绍了一种基于七表配置双挠性速率捷联惯组的冗余设计及管理方案,采用两套惯性测量组合,故障定位到具体的仪表甚至某个敏感轴,提高了故障的容限度,在两度故障下... 在高可靠性的运载火箭控制系统设计中,惯性测量设备一般要采用冗余设计。介绍了一种基于七表配置双挠性速率捷联惯组的冗余设计及管理方案,采用两套惯性测量组合,故障定位到具体的仪表甚至某个敏感轴,提高了故障的容限度,在两度故障下系统仍能工作;并综合利用所有可用的信息,不分主从,有效减少了惯性器件的随机误差的影响,提高了精度。 展开更多

关键词 冗余管理 信息融合 惯组 飞行控制

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基于惯性测量单元的激光雷达点云融合方法 被引量：19

13

作者 张艳国 李擎 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期4334-4339,共6页

针对16线激光雷达环境感知过程中,点云数据稀疏,导致对目标检测和识别困难的问题,提出了一种基于惯性测量单元(InertialMeasurementUnit,IMU)的激光雷达点云融合方法。建立了激光点云数据的融合模型,有效利用历史点云数据与历史检测结果... 针对16线激光雷达环境感知过程中,点云数据稀疏,导致对目标检测和识别困难的问题,提出了一种基于惯性测量单元(InertialMeasurementUnit,IMU)的激光雷达点云融合方法。建立了激光点云数据的融合模型,有效利用历史点云数据与历史检测结果,获得较多的环境信息,提高了目标物的检测精度。利用16线激光雷达与自研的IMU传感器进行实验验证,结果表明能够实现激光雷达点云的融合,进一步提高激光雷达对目标物的检测能力,并且以较低的硬件成本,实现更加高级的环境感知能力,对无人驾驶等技术的研究具有实际应用价值。 展开更多

关键词 imu(Inertial measurement unit) 激光雷达 点云融合 目标物检测

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基于多传感器数据融合的室内行人航位推算法 被引量：6

14

作者 柳胜凯 苏婷立 +2 位作者 王彬彬 金学波 彭世禹 《传感器与微系统》 CSCD 2018年第3期133-137,共5页

针对惯性测量单元(IMU)本身存在测量漂移,很难获得精确的室内行人轨迹的问题,提出了使用多个传感器信息融合的方案,包括IMU和视频摄像头,并结合卡尔曼滤波和零速检测算法进行参数优化,以提高行人运动轨迹的精度。仿真结果表明:算法可以... 针对惯性测量单元(IMU)本身存在测量漂移,很难获得精确的室内行人轨迹的问题,提出了使用多个传感器信息融合的方案,包括IMU和视频摄像头,并结合卡尔曼滤波和零速检测算法进行参数优化,以提高行人运动轨迹的精度。仿真结果表明:算法可以有效降低行人轨迹的误差。 展开更多

关键词 惯性测量单元 多传感器信息融合 卡尔曼滤波 零速检测算法

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新型优化策略在视觉惯性导航系统中的应用 被引量：3

15

作者 吴禹彤 张林 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2020年第S02期215-220,共6页

为了解决视觉惯性组合导航系统状态估计耗时长、实时性差的问题,提出一种改进dogleg算法作为求解算法。首先推导了完整的视觉惯性融合模型:视觉信息利用相机模型投影到像素平面,使用光流法进行特征点的跟踪,并利用PNP优化方法计算视觉位... 为了解决视觉惯性组合导航系统状态估计耗时长、实时性差的问题,提出一种改进dogleg算法作为求解算法。首先推导了完整的视觉惯性融合模型:视觉信息利用相机模型投影到像素平面,使用光流法进行特征点的跟踪,并利用PNP优化方法计算视觉位姿,惯性信息利用惯性预积分获得视觉间的相对位姿,有效提高计算效率;然后基于上述信息推导了融合算法中用于非线性优化计算的雅克比矩阵,以及视觉惯性组合系统模型损失函数;最后应用改进dogleg算法进行状态估计。经过数据集实验以及跑车实验可以得出,改进算法优于传统LM算法,平均耗时降低约60%,具有更好的收敛速度,满足实时性要求;同时对精度有17%左右的提高,具有更好的实用性。 展开更多

关键词 光流特征跟踪 惯性测量单元 预积分 信息融合 非线性优化 视觉惯性组合导航

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