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无人驾驶算法学习:多传感器融合MSF算法
 
作者:su扬帆启航
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 2020-6-11  
 
编辑推荐:
本文主要介绍了MSF算法的理论,包括类型,预测,测试与更新,已经核心代码。
本文来自csdn,由火龙果软件Anna编辑、推荐。

1.引言

本文的多传感器融合是建立在读懂《Quaternion kinematics for the error-state Kalman ?lter》基础上的 ,是一种相机和IMU融合的理论,里面讲解了IMU的误差状态运动方程构建。误差状态四元数,是有开源的程序的,但是它是集成在rtslam里面的,不方便提取出来使用。

但还有另外一个开源的程序,ETH的MSF,可以比较方便地用在自己的工程里面,并且它的理论与误差状态四元数很接近,稍微有点不同,所以MSF开源程序就成了一个不错的选择。

所以本人研究了ETH的两篇文章:《Vision Based Navigation for Micro Helicopters》和《A Robust and Modular Multi-Sensor Fusion Approach Applied to MAV Navigation》

其核心就是扩展卡尔曼滤波EKF,本人把MSF的核心代码阅读了一遍,推导了论文中的算法,并最后做了实验。

2. 算法理论

MSF关键点:

我们使用IMU含噪声的测量值和bias去计算估计状态量X。并且没有考虑测量值的噪声项和扰动,从而产生了误差。我们把所有不确定性引来的误差放在误差变量δx中考虑,并推导了误差状态运动模型,以此求解Fd状态转移矩阵和P过程协方差矩阵

利用其它来源的数据如GPS,视觉等来作为矫正(使误差可观)。通过估计状态量X计算Hj,利用观测量和估计量计算残差,最后计算K,来更新P和误差变量δx,最后更新状态量X。

2.1 MSF基本模型

基本模型如下图所示。MSF的可扩展性很好,程序里可以接入新的传感器,比如GPS,激光雷达,码盘。

下图是msf的原理示意图:

下图是eskf中所有变量解释表

2.2 预测

状态表示:

理想运动模型:

实际运动模型:

误差状态表示:

误差运动状态模型:

注意:在eskf中有详细推导和解释

误差状态导数的转移矩阵:

二阶泰勒展开(忽略二阶以上微小量):

误差状态的转移矩阵:

预测误差状态和预测误差差协方差矩阵:

2.3 测量与更新

p测量模型:

q测量模型:

测量更新:

3. 核心代码分析

核心算法的代码分析如下图所示:

预测与更新算法调用关系图:

4. 代码实战

msf-ethsal编译及使用

相机IMU融合四部曲(三):MSF详细解读与使用

基本操作

roslaunch msf_updates position_pose_sensor.launch
roslaunch msf_updates viconpos_sensor.launch
rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure#初始化卡尔曼滤波器,很重要!!
如下界面,需要点击filter

 

 

   
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