Inertial-sensor-based attitude estimation is a crucial technology in various applications, from human motion tracking to autonomous aerial and ground vehicles. Application scenarios differ in characteristics of the performed motion, presence of disturbances, and environmental conditions. Since state-of-the-art attitude estimators do not generalize well over these characteristics, their parameters must be tuned for the individual motion characteristics and circumstances. We propose RIANN, a ready-to-use, neural network-based, parameter-free, real-time-capable inertial attitude estimator, which generalizes well across different motion dynamics, environments, and sampling rates, without the need for application-specific adaptations. We gather six publicly available datasets of which we exploit two datasets for the method development and the training, and we use four datasets for evaluation of the trained estimator in three different test scenarios with varying practical relevance. Results show that RIANN outperforms state-of-the-art attitude estimation filters in the sense that it generalizes much better across a variety of motions and conditions in different applications, with different sensor hardware and different sampling frequencies. This is true even if the filters are tuned on each individual test dataset, whereas RIANN was trained on completely separate data and has never seen any of these test datasets. RIANN can be applied directly without adaptations or training and is therefore expected to enable plug-and-play solutions in numerous applications, especially when accuracy is crucial but no ground-truth data is available for tuning or when motion and disturbance characteristics are uncertain. We made RIANN publicly available.


翻译:从人类运动跟踪到自主的空中和地面飞行器等各种应用中,以感官为基础的姿态估计是一项关键技术,从人类运动跟踪到自主的空中和地面飞行器,应用情景各不相同,执行运动的特点、扰动的存在和环境条件各有不同。由于最先进的姿态估计者没有对这些特点进行广泛概括,因此其参数必须针对个别运动的特点和情况进行调整。我们提议了即时使用、神经网络基础、无参数、实时可控惯性姿态估测器RIANN,它广泛反映不同运动动态、环境和取样率,而不需要针对具体应用的调整。我们收集了六套公开可得的数据集,我们利用这两套数据集进行方法开发和培训,我们用四套数据集来评价经过培训的估测器,这三种不同的测试情景具有不同的实际相关性。结果显示,RINNNN在应用中比现状和可操作的惯性姿态估计过滤器更精确得多,因此,在不同的应用中,在不同的运动和取样器上,这种数据是完全的测试频率,而每次测试都是完全的。

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