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多矢量姿态测量算法研究综述
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作者 吴美平 刘一麟 +1 位作者 郭妍 于瑞航 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1427-1437,共11页
将矢量测量转化为姿态测量,该问题在姿态估计中被称为Wahba问题。介绍了最小化Wahba问题的损失函数的不同算法,包括最优四元数估计器(ESOQ)、四元数估计器(QUEST)、快速最优姿态矩阵(FOAM)、矩阵的奇异值分解(SVD)等广泛使用的算法,以... 将矢量测量转化为姿态测量,该问题在姿态估计中被称为Wahba问题。介绍了最小化Wahba问题的损失函数的不同算法,包括最优四元数估计器(ESOQ)、四元数估计器(QUEST)、快速最优姿态矩阵(FOAM)、矩阵的奇异值分解(SVD)等广泛使用的算法,以及基于快速线性四元数姿态估计器(FLAE)、黎曼流形等近年来提出的算法。给出了简单的计算原理与推导过程,并通过计算机仿真对照,归纳各类算法在计算旋转矩阵时的计算精度、鲁棒性。针对姿态测量算法应对当前应用场景的性能需求,简要介绍其在惯性测量单元(IMU)动态对准、协同集群视觉定姿、图像拼接等方面的适用可能和工作原理,并在此基础上简述了姿态测量算法当前的缺陷与未来的发展趋势。 展开更多
关键词 wahba问题 视觉定姿 图像拼接 人体动作测量 协同导航
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变量投影框架下基于Wahba问题的多点透视问题求解算法 被引量:4
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作者 何颖 马戎 +1 位作者 李岁劳 郭强 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期242-248,共7页
提出一种在变量投影框架下的多点透视问题求解算法。多点透视问题是确定相机旋转与平移参数的基础问题,广泛应用于计算机视觉、摄影测量、机器人、空间交会以及虚拟现实等场合。相机的旋转与平移参数在变量投影的框架下被分开估计。首先... 提出一种在变量投影框架下的多点透视问题求解算法。多点透视问题是确定相机旋转与平移参数的基础问题,广泛应用于计算机视觉、摄影测量、机器人、空间交会以及虚拟现实等场合。相机的旋转与平移参数在变量投影的框架下被分开估计。首先,将平移参数固定,根据Wahba问题的解法求解出最优旋转矩阵;然后,应用奇异值分解导数的计算公式计算当前最优旋转矩阵对平移参数的导数,并由此计算出代价函数对平移参数的导数;最后,针对平移参数,采用Levenberg-Marquardt算法迭代优化代价函数,直到精度满足要求。实验结果证明,本文算法不仅误差较小,计算效率较高,而且具有较大的收敛域。 展开更多
关键词 机器视觉 多点透视问题 变量投影 wahba问题
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捷联惯导晃动基座四元数估计对准算法 被引量:13
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作者 高薪 卞鸿巍 +1 位作者 傅中泽 张礼伟 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期724-727,740,共5页
针对捷联惯导晃动基座下的初始对准问题,提出了一种基于四元数估计(QUEST)的抗干扰对准算法。将惯性系对准方法中,求取初始姿态阵的问题转化为基于观测矢量确定载体姿态的Wahba问题,利用四元数估计算法得到最小二乘意义下载体初始姿态... 针对捷联惯导晃动基座下的初始对准问题,提出了一种基于四元数估计(QUEST)的抗干扰对准算法。将惯性系对准方法中,求取初始姿态阵的问题转化为基于观测矢量确定载体姿态的Wahba问题,利用四元数估计算法得到最小二乘意义下载体初始姿态的最优四元数解。阐述了四元数估计算法的基本原理,详细给出了基于四元数估计算法的捷联惯导晃动基座对准方案。进行了车载实验,实验结果表明:四元数估计对准算法姿态角误差的收敛速度优于双矢量定姿对准算法,同时可进一步提高对准精度。经120 s对准后,水平姿态误差在5″以内,航向误差在1.3′以内。 展开更多
关键词 捷联惯导 晃动基座 初始对准 wahba问题 四元数估计算法
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捷联惯导动态粗对准算法研究与仿真 被引量:11
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作者 夏家和 秦永元 游金川 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期967-970,共4页
动态环境下无法直接根据陀螺和加速度计的输出计算出姿态阵。针对这一问题,研究了一种基于重力加速度和惯性坐标系的粗对准算法。算法以初始时刻的导航系和机体系为基础,定义两个与其重合的惯性坐标系,利用重力加速度在这两个惯性坐标... 动态环境下无法直接根据陀螺和加速度计的输出计算出姿态阵。针对这一问题,研究了一种基于重力加速度和惯性坐标系的粗对准算法。算法以初始时刻的导航系和机体系为基础,定义两个与其重合的惯性坐标系,利用重力加速度在这两个惯性坐标系中的投影来构造观测向量,通过q-method求解Wahba问题确定初始时刻的姿态阵。而导航坐标系的变化可根据地理位置信息、地球自转角速度和时间信息来计算,机体系的变化亦可通过陀螺信息实时跟踪,因而就能确定对准完成时刻的姿态阵。理论分析和仿真表明,该方法能有效解决捷联惯导的动态粗对准问题。 展开更多
关键词 动态粗对准 姿态矩阵 wahba问题 惯性坐标系
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一种新型惯性/GPS测姿组件安装标定方法 被引量:2
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作者 章大勇 吴文启 +1 位作者 吴美平 逯亮清 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第3期364-367,371,共5页
研究了惯性测量组件和GPS测姿组件安装偏差关系的标定算法,利用双差载波相位测量内蕴的矢量转换关系对安装偏差矩阵进行估计。首先,分析了双差载波相位观测方程,将其转换为已知GPS基线矢量和对应双差载波相位观测在惯性测量组件载体系... 研究了惯性测量组件和GPS测姿组件安装偏差关系的标定算法,利用双差载波相位测量内蕴的矢量转换关系对安装偏差矩阵进行估计。首先,分析了双差载波相位观测方程,将其转换为已知GPS基线矢量和对应双差载波相位观测在惯性测量组件载体系中的投影,将安装偏差矩阵表示为矢量方程参数;其次,根据矢量方程特性,将其归结为Wahba问题,并利用QUEST方法对耦合噪声条件下的安装偏差矩进行最优估计阵;最后利用仿真数据和实验数据验证了标定算法,并与其他方法进行了比较。分析表明,标定算法在精度和鲁棒性上都得到了提高,有很强的实用性。 展开更多
关键词 惯性测量组件 GPS测姿组件 安装偏差标定 双差载波相位观测 wahba问题
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卫星星座自主导航算法研究
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作者 韩潮 刘琳 《航天器工程》 2005年第3期9-14,共6页
针对当今卫星测控需要提高定位精度的迫切要求,提出了利用星间相对测量信息进行整网数据的融合处理,以实现卫星星座的高精度自主导航的新思路,并设计使用了迭代算法求解扩展Wahba问题,对上述思路在理论上进行了探索以及仿真验证。最终... 针对当今卫星测控需要提高定位精度的迫切要求,提出了利用星间相对测量信息进行整网数据的融合处理,以实现卫星星座的高精度自主导航的新思路,并设计使用了迭代算法求解扩展Wahba问题,对上述思路在理论上进行了探索以及仿真验证。最终的数学模拟结果证明了理论设计的正确性。 展开更多
关键词 卫星星座 相对定轨 wahba问题
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多个三轴传感器非对准误差校正方法 被引量:6
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作者 赵鹤达 林春生 +2 位作者 张宏欣 张宁 翟国君 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期144-151,共8页
提出一种多个三轴传感器之间非对准误差的校正算法,算法的实现不需要增加其他外部设备,并且有更快的收敛速度。输入两个相对固定的传感器的多种姿态的测量,以及每个传感器在参考坐标系下的参考矢量(若为同种传感器的校正,参考向量可为... 提出一种多个三轴传感器之间非对准误差的校正算法,算法的实现不需要增加其他外部设备,并且有更快的收敛速度。输入两个相对固定的传感器的多种姿态的测量,以及每个传感器在参考坐标系下的参考矢量(若为同种传感器的校正,参考向量可为任意向量),通过黎曼流形上的牛顿法求解Wahba问题并进行迭代使结果收敛,输出从传感器体坐标系旋转到主传感器体坐标系的方向余弦矩阵。算法可以应用于同种传感器(如两个三轴磁传感器)和异种传感器(一个三轴加速度计和一个三轴磁传感器)。采用蒙特卡洛仿真试验验证了算法推导的正确性。采用两个Mag-13三轴磁传感器进行实测校正试验,验证了该算法的有效性。 展开更多
关键词 三轴传感器 非对准误差 校正 黎曼流形上的牛顿法 wahba问题
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抗角晃动与线运动耦合干扰的捷联惯导自对准算法 被引量:2
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作者 杨波 王跃钢 +1 位作者 杨家胜 郭志斌 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期526-530,共5页
捷联惯导系统在实际对准过程中,由于受到角晃动干扰与线运动干扰的耦合作用,难以快速高精度地完成自对准,针对该问题提出了一种抗角晃动与线运动耦合干扰的自对准算法。该算法将自对准问题转化为Wahba姿态求解问题,以消除角晃动干扰的影... 捷联惯导系统在实际对准过程中,由于受到角晃动干扰与线运动干扰的耦合作用,难以快速高精度地完成自对准,针对该问题提出了一种抗角晃动与线运动耦合干扰的自对准算法。该算法将自对准问题转化为Wahba姿态求解问题,以消除角晃动干扰的影响;利用惯性系下的重力矢量信号的时域特性,采用时域信号处理方法来实现消除线运动干扰。仿真结果表明,该算法在角晃动干扰与线运动耦合干扰的作用下能够快速地实现自对准。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 抗干扰自对准 wahba问题 时域信号处理 角晃动 线运动 耦合干扰
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基于多矢量定姿的动基座最优化对准算法 被引量:4
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作者 刘文倩 程向红 +1 位作者 曹鹏 丁鹏 《飞控与探测》 2021年第5期27-33,共7页
针对车载捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)的传统动基座粗对准方法精度低且环境适应性差的问题,提出了一种基于多矢量定姿的动基座最优化粗对准算法。在传统的基于重力矢量的初始对准方法的基础上,将姿态矩阵... 针对车载捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)的传统动基座粗对准方法精度低且环境适应性差的问题,提出了一种基于多矢量定姿的动基座最优化粗对准算法。在传统的基于重力矢量的初始对准方法的基础上,将姿态矩阵求解问题转化成了Wahba问题,实现了对多个时刻重力矢量信息的充分利用,并通过SVD算法实现了对Wahba问题的求解。结合全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的输出信息和SINS输出信息,构建了状态方程和量测方程,采用Sage-Husa自适应滤波算法解决了量测噪声不准确的问题,不断修正载体系变换矩阵以获得更加精确的姿态转换矩阵。仿真和半物理实验表明,改进算法能够明显提高惯导系统在动基座下的姿态精度,转台实验对准方位误差小于0.05°。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 动基座对准 wahba问题 SVD算法 Sage-Husa自适应滤波
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基于不完整双矢量观测的三轴姿态确定算法 被引量:3
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作者 谭彩铭 高翔 +1 位作者 徐国政 陈盛 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期140-146,共7页
基于多个矢量观测的姿态确定算法主要有三轴姿态测定(TRIAD)算法和基于Wahba问题的最优姿态确定算法,这些算法至少需要两个非共线矢量的完整观测信息,事实上,两个非共线矢量的完整观测信息对于确定姿态是信息冗余的。基于几何原理提出... 基于多个矢量观测的姿态确定算法主要有三轴姿态测定(TRIAD)算法和基于Wahba问题的最优姿态确定算法,这些算法至少需要两个非共线矢量的完整观测信息,事实上,两个非共线矢量的完整观测信息对于确定姿态是信息冗余的。基于几何原理提出了在给定不完整双矢量观测信息时的最简姿态确定算法,它只需要包含两个非共线矢量的3个元素和剩下3个元素中的部分元素的有限信息(如符号或粗略值)就可姿态确定,通过实验验证了所提算法的有效性。最简姿态确定算法在自校准、设备自检以及优化姿态确定算法等方面有潜在的应用价值。 展开更多
关键词 姿态确定 矢量观测 初始对准 wahba
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Ranging-aided relative navigation of multi-platforms
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作者 Hai-Long PEI Ruican XIA 《Control Theory and Technology》 EI CSCD 2018年第2期122-132,共11页
This paper proposes a relative attitude and distance estimation algorithm based on pairwise range measurements between vehicles as well as inertial measurement of each platform. The solution of Wahba's Problem is int... This paper proposes a relative attitude and distance estimation algorithm based on pairwise range measurements between vehicles as well as inertial measurement of each platform. The solution of Wahba's Problem is introduced to compute the relative attitude between multi-platforms with the sampled pairwise ranges, in which the relative distance estimation is derived and the estimation error distributions are analyzed. An extended Kalman filter is designed to fuse the estimated attitude and distance with the inertial measurement of each platform. The relative poses between platforms are determined without any external aided measurement. To show this novelty, a real testbed is constructed by our research lab. And the experiment results are positive. 展开更多
关键词 Multi-vehicles relative navigation wahba's Problem pose estimation extended Kalman filter
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