惯性/视觉组合导航系统的算法研究

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随着科学技术的进步,导航定位技术越来越成为人们生活中不可缺少的一部分。惯性导航技术以其优越的自主性和丰富的导航信息,一直是导航中一种重要的技术手段,其中,捷联式惯导系统是主流研究方向。由于惯性器件制作水平的提升,惯性导航技术广泛应用于军事、航空、航天领域。此外,视觉导航系统也是导航中应用较多的方式之一。近年来,由于机器人、人工智能和AR等技术的蓬勃发展,视觉导航技术逐渐走进人们的生活。根据视觉导航,可以获得更为全面的信息,基于此可以实现许多附加功能。但是,不论是惯性导航技术,还是视觉导航技术,都具有自身的优越性和局限性,将两者进行融合逐渐成为一个新的研究热点。在此研究背景下,本文开展了惯/视觉组合导航系统的算法研究,主要工作如下:(1)简要介绍了惯性、视觉及其组合导航系统的研究现状,阐述了本文的研究背景与意义。(2)梳理了捷联惯导系统的算法流程,对载体的姿态、速度、位置更新算法进行了详细推导,并给出了捷联惯导系统的误差方程,为组合系统的状态方程的建立提供了理论基础。(3)介绍了相机成像原理,阐述了本文双目视觉导航系统的算法流程,并对流程中的算法细节进行了详细说明。算法提取ORB特征点进行匹配跟踪,从而进行位姿估计,后端采用非线性优化算法(BA)对视觉系统进行优化。在关键帧的维护中,采用了滑动窗口的方法来维持局部地图的规模。为了验证算法的效果,采用KITTI公开数据集对算法性能进行了测试验证,实验结果表明,视觉导航算法具有良好的精度和可靠性。(4)为了提高系统的稳定性,基于间接卡尔曼滤波算法思想,将捷联惯导系统和双目视觉导航系统进行松组合。阐述了组合系统的算法流程,给出了惯导初始对准的算法原理,并推导了组合系统的状态方程和观测方程。同样,使用KITTI公开数据集对算法进行了实验测试。实验结果表明,组合导航系统的结果优于单个系统,精度有了一定程度的提高。
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