在动态运动和磁性干扰下强大的态度和方向估计
Fan Bo1,2, Jia Li1,2, Weibing Wang1,2
1Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China.
本研究介绍了一种使用时空卷积网络 (TCN) 进行微电子机械系统 (MEMS) 惯性测量单元 (IMU) 校准的新型数据驱动模型. 该方法在行人死亡计算和微型飞行器 (MAV) 等应用中显著提高了姿态和方向估计的准确性.
科学领域:
- 机器人和导航 机器人和导航
- 传感器融合式传感器
- 机器学习用于传感器数据.
背景情况:
- 精确的态度和方向估计对于微电子机械系统 (MEMS) 惯性测量单元 (IMU) 在行人死亡计数 (PDR),人类运动跟踪和微型飞行器 (MAV) 等应用中至关重要.
- 低成本的MEMS-IMU受到噪音,动态运动和磁性干扰的影响,损害了态度和方向参考系统 (AHRS) 的准确性.
- 现有的方法在现实条件下与MEMS-IMU固有的不准确性作斗争.
研究的目的:
- 开发一种新的数据驱动的IMU校准模型,以提高态度和航向估计的准确性和稳定性.
- 为了应对传感器噪声,外部加速和MEMS-IMU中的磁性干扰所带来的挑战.
- 为了提高下游应用程序的性能,这些应用程序依赖于精确的运动跟踪.
主要方法:
- 一个数据驱动的IMU校准模型,利用时间卷积网络 (TCN) 通过模拟随机错误和干扰来消除传感器数据的噪音.
- 一个开放循环,脱的扩展补充过器 (ECF) 提供强大的传感器融合和准确的态度估计.
- 使用三个公共数据集 (TUM VI,EuRoC MAV,OxIOD) 进行系统评估,具有多种硬件和运动条件.
主要成果:
- 拟议的基于TCN的校准和ECF融合方法与先进的基线方法相比,显示出更高的性能.
- 与最先进的技术相比,实现了超过23.4%的绝对姿态误差和23.9%的绝对偏航误差的改善.
- 通用化实验证实了该模型在不同IMU设备和使用模式中的稳定性.
结论:
- 这种新型数据驱动的方法有效地减轻了MEMS-IMU中的噪音和干扰,从而导致更准确的态度和方向估计.
- 拟议的方法提供了一个强大的和可通用的解决方案,用于在各种具有挑战性的环境中提高AHRS性能.
- 这项工作为需要精确的运动跟踪和导航的应用提供了重大进展.
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