Stochastic filters for on-line state estimation are a core technology for autonomous systems. The performance of such filters is one of the key limiting factors to a system's capability. Both asymptotic behavior (e.g.,~for regular operation) and transient response (e.g.,~for fast initialization and reset) of such filters are of crucial importance in guaranteeing robust operation of autonomous systems. This paper introduces a new generic formulation for a gyroscope aided attitude estimator using N direction measurements including both body-frame and reference-frame direction type measurements. The approach is based on an integrated state formulation that incorporates navigation, extrinsic calibration for all direction sensors, and gyroscope bias states in a single equivariant geometric structure. This newly proposed symmetry allows modular addition of different direction measurements and their extrinsic calibration while maintaining the ability to include bias states in the same symmetry. The subsequently proposed filter-based estimator using this symmetry noticeably improves the transient response, and the asymptotic bias and extrinsic calibration estimation compared to state-of-the-art approaches. The estimator is verified in statistically representative simulations and is tested in real-world experiments.


翻译:用于在线状态估计的软过滤器是自动系统的核心技术。 这种过滤器的性能是系统能力的关键限制因素之一。 这种过滤器的性能是系统能力的关键限制因素之一。 这种过滤器的无光反应(例如,用于正常操作的~)和瞬态反应(例如,用于快速初始化和重置)对于保证自动系统稳健运行至关重要。 本文为使用N方向测量,包括机体框架和参考框架方向类型测量的陀螺仪辅助姿态测量器引入了新的通用配方。 这种方法基于综合状态的配方,将导航、所有方向传感器外部校准和陀螺仪偏移状态都纳入单一的等异性几何结构中。 这一新提议的配对法允许以模块方式添加不同方向测量及其外部校准,同时保持将偏差状态纳入同一对称的能力。 随后提议的基于过滤的估测仪,使用这种对称,可以明显改进瞬态反应,并且将所有方向传感器的偏差校准校准性校准定法是经过比较的统计模型的校准和校准模型的校准方法。

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