Positioning with one inertial measurement unit and one ranging sensor is commonly thought to be feasible only when trajectories are in certain patterns ensuring observability. For this reason, to pursue observable patterns, it is required either exciting the trajectory or searching key nodes in a long interval, which is commonly highly nonlinear and may also lack resilience. Therefore, such a positioning approach is still not widely accepted in real-world applications. To address this issue, this work first investigates the dissipative nature of flying robots considering aerial drag effects and re-formulates the corresponding positioning problem, which guarantees observability almost surely. On this basis, a dimension-reduced wriggling estimator is proposed accordingly. This estimator slides the estimation horizon in a stepping manner, and output matrices can be approximately evaluated based on the historical estimation sequence. The computational complexity is then further reduced via a dimension-reduction approach using polynomial fittings. In this way, the states of robots can be estimated via linear programming in a sufficiently long interval, and the degree of observability is thereby further enhanced because an adequate redundancy of measurements is available for each estimation. Subsequently, the estimator's convergence and numerical stability are proven theoretically. Finally, both indoor and outdoor experiments verify that the proposed estimator can achieve decimeter-level precision at hundreds of hertz per second, and it is resilient to sensors' failures. Hopefully, this study can provide a new practical approach for self-localization as well as relative positioning of cooperative agents with low-cost and lightweight sensors.


翻译:使用一个惯性测量单位和一个测距传感器定位通常被认为只有在轨迹在某些模式中确保可观察性时才可行。 因此,为了追求可观察的模式,需要刺激轨迹或长时间搜索关键节点,因为时间间隔通常高度不线性,而且可能缺乏复原力。 因此,在现实世界的应用中,这种定位方法仍然没有被广泛接受。 为了解决这一问题,这项工作首先调查飞行机器人的消散性质,考虑空中拖动效应,并重新拟订相应的定位问题,这几乎可以肯定地保证可观察性。 在此基础上,将相应提议一个节点降为调控的测距。 这个测距要么以踏脚的方式推过估计范围,然后根据历史估计顺序对产出矩阵进行大致评估。 然后,通过使用多层装饰降低尺寸的方法进一步降低计算的复杂性。 以这种方式,机器人的状态可以通过线性编程的编程在足够长的间隔内进行估计,从而进一步增强可观测的可视度。 由此而进一步加强的可理解性度程度,因为一个深度的测深层测测度的精确度测量度,最终的测算为每个测算结果。,该测算的精确度的测算的精确度的精确度是一次测测算的精确度, 。

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