路径映射使用VectorNav VN100 IMU在两个GPS坐标之间映射路径

Question

我正在尝试使用VectorNav VN100 IMU来绘制通过地下隧道的路径(全球定位系统被拒绝的环境)，我想知道做这件事的最好方法是什么。我从VN100中得到了很多数据点，包括:方向/姿态(欧拉角，四元数)，以及三维的加速度和陀螺仪的值。加速度和陀螺值以原始格式和滤波格式给出，其中滤波输出已使用机载卡尔曼滤波器进行滤波。除了IMU测量之外，我还在隧道的起点和终点测量三维的GPS-RTK坐标。我应该如何处理这个映射问题？我对这个领域非常陌生，不知道如何从加速度和方向数据中提取位置。我知道加速度可以积分一次来给出速度，然后可以再次积分来获得位置，但是我如何将这些数据与方向数据(四元数)相结合来获得路径？

Answer 1

在机器人学中，Mapping指的是使用感知传感器(如2D、3D激光或摄像头)来表示环境。

一旦你得到了地图，机器人就可以使用它来知道自己的位置(Localization)。Map还用于查找位置之间的路径，以便从一个地方移动到另一个地方(Path planning)。

在你的情况下，你需要一个感知传感器来获得更好的位置估计。只有，你可以使用Extended Kalman filter(EKF)跟踪位置，但它漂移得很快。

Robot操作系统有EKF实现，你可以参考一下。

Answer 2

好的，我遇到了一个解决方案，让我更接近我的目标，找到在地下旅行的路径，尽管这绝不是我在这里发布我的算法的最终解决方案，希望它能帮助其他人。

我的方法如下：

1. 通过乘以四元数VectorNav输出Q= q0，q1，q2，q3，将VectorNav VN100输出的加速度向量A= Ax，Ay，Az旋转到北、东、向下帧。在另一个post中概述了如何将向量乘以四元数。基本上，你将加速度矢量的末尾加上第四个分量作为标量项，然后乘以四元数和它的共轭(注:两个矩阵中的标量项应该在相同的位置，在这种情况下，标量四元数项是第一项，因此应该在加速度矢量的开头添加一个零标量项)，例如A= 0，Ax，Ay，Az。然后执行以下乘法:速度=Q A Q*其中Q*是四元数的复共轭(i，j和k项是旋转后的加速度向量，以获得速度向量: V_ned
2. Integrate A_ned向量，以获得北，东，下的位置: R_ned

由于传感器的偏差，速度和位置会有很大的漂移，导致漂移。如果我们知道开始和结束速度以及开始和结束位置，这可以进行一些校正。在这种情况下，开始和结束速度为零，所以我用这个来校正速度矢量中的漂移。Uncorrected Velocity Corrected Velocity

我对IMU位置和GPS的最终比较显示在这里(阅读:还有很长的路要走)。GPS-RTK data vs VectorNav IMU data现在我只需要想出一个传感器融合算法来尝试改善位置估计…