State estimation problems without absolute position measurements routinely arise in navigation of unmanned aerial vehicles, autonomous ground vehicles, etc., whose proper operation relies on accurate state estimates and reliable covariances. Unaware of absolute positions, these problems have immanent unobservable directions. Traditional causal estimators, however, usually gain spurious information on the unobservable directions, leading to over-confident covariance inconsistent with actual estimator errors. The consistency problem of fixed-lag smoothers (FLSs) has only been attacked by the first estimate Jacobian (FEJ) technique because of the complexity to analyze their observability property. But the FEJ has several drawbacks hampering its wide adoption. To ensure the consistency of a FLS, this paper introduces the right invariant error formulation into the FLS framework. To our knowledge, we are the first to analyze the observability of a FLS with the right invariant error. Our main contributions are twofold. As the first novelty, to bypass the complexity of analysis with the classic observability matrix, we show that observability analysis of FLSs can be done equivalently on the linearized system. Second, we prove that the inconsistency issue in the traditional FLS can be elegantly solved by the right invariant error formulation without artificially correcting Jacobians. By applying the proposed FLS to the monocular visual inertial simultaneous localization and mapping (SLAM) problem, we confirm that the method consistently estimates covariance similarly to a batch smoother in simulation and that our method achieved comparable accuracy as traditional FLSs on real data.


翻译:没有绝对位置测量的国家估算问题通常出现在无人驾驶飞行器、自主地面飞行器等的导航中,这些飞行器的正常运行取决于准确的状态估计和可靠的共差。 绝对位置的不清晰度有难以观察的方向。 然而,传统的因果关系估计者通常会获得关于不可观察方向的虚假信息,导致与实际估算错误不相符的过度自信心共差异。 固定炉式滑动器(FLS)的一致性问题仅受到首次估计Jacobian(FEJ)技术的攻击,因为分析其易腐性特性的复杂程度。 但是,FEJ的平稳度有一些退步妨碍了其广泛采用。为确保FLS的一致性,本文将误差的右方输入FLS框架。 据我们所知,我们首先分析FLS的易变异性共变异性。 我们的主要贡献是双重的。 第一次新颖之处是绕过分析的复杂性和典型易腐蚀性矩阵,我们展示了FLS的易腐蚀性分析,我们用FLS的精确性分析性分析方法可以证明FLS的准确性,而我们用FLS的精确度的直径直正的精确度可以证明,我们用直径解的精确度可以证明。

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