›› 2015, Vol. 35 ›› Issue (1): 9-18.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.01.002

• 研究探讨 • 上一篇    下一篇

一种改进的巡视器惯性/视觉组合导航模型

宁晓琳, 徐勇志   

  1. (北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191)
  • 收稿日期:2014-10-10 修回日期:2014-11-25 出版日期:2015-02-25 发布日期:2015-02-25
  • 作者简介:宁晓琳 1979年生,2007年获北京航空航天大学工学博士学位,现为北京航空航天大学副教授。研究方向为组合导航。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(61233005),航天科技创新基金(10300002012117003),新世纪优秀人才支持计划(NCET-11-0771),国家留学基金(CSC201303070248)资助项目

ImprovedINS/VNSIntegratedNavigationMeasurementModelforLunarRover

NINGXiaolin,  XUYongzhi   

  1. (SchoolofInstrumentScience&Opto-electronicsengineering, BeihangUniversity,Beijing100191)
  • Received:2014-10-10 Revised:2014-11-25 Online:2015-02-25 Published:2015-02-25

摘要: 在传统的以惯性与视觉相对运动参数差为观测量的惯性/视觉组合导航模型中,为了得到简单的观测矩阵,惯性相对旋转四元数与平台失准角之间的函数关系往往通过近似处理得到。但当航向角较大时,该近似处理的误差很大,不可忽略。为解决该问题,文章提出了一种不需该近似处理的改进的观测量误差分析方法,并建立了改进的观测模型。该方法利用含误差的惯性姿态已知的特点,得到了更精确的惯性相对旋转四元数误差表达式,减少了Kalman滤波中惯性与视觉相对旋转差的状态模型预测误差。月面仿真和地面试验表明该改进方法相比传统方法可实现更高的导航精度,其中位置精度提高达68%。

关键词: 惯性视觉组合导航, 观测模型, 月面巡视器, 四元数, 误差分析

Abstract: TheINS/VNSintegratednavigationisanimportantautonomousnavigationmethodforlunarrovers.TraditionalINS/VNSintegrated navigationmethodswhichutilizetherelativemotiondifferencesbetweentheinertialandthevisionasmeasurements,usually makeanapproximationbetweentheinertialattitudeerrorsandthemisalignmentangletosimplifytherelativerotation measurementmodel.However,theapproximationerrorcanexceedthemisalignmentanglewhentheheadislarge,which cannotbeignored. Tosolvethisproblem,anewmeasurementerroranalysismethodwaspresentedwhichcanavoidthe approximationintraditionalmethod,andbuildthecorrespondingimprovedmeasurementmodel. Theknowninertialattitudewhichcontainserrorutilizedtogetmoreaccurateerrorexpressionofrelativeinertialrotationquaternion,andreducetheforecasterrorofrelative rotationdifferencebetweentheinertialandthevision.BothoftheMoonbasedsimulationandtheEarth-basedexperiment demonstratethatthepresentedmethodiseffectiveandcanachievehigheraccuraciesofpositionsandattitudesthanthe traditionalone,inwhichthepositionaccuracyhasimproved68%from0.456%to0.143%intheEarth-basedexperiment.

Key words: Inertial/Visionintegratednavigation, Measurementmodel, Lunarrover, Quaternion, Erroranalysis