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在SO(3)上进行互补滤波用于带有标量测量的姿态估计

Complementary Filtering on SO(3) for Attitude Estimation with Scalar Measurements

I3S, CNRS, Université Côte d’Azur(法国国家科学研究中心蔚蓝海岸大学I3S实验室);Institut Universitaire de France(法国大学研究院);Department of Computer Science and Engineering, Université du Québec en Outaouais (UQO)(魁北克大学乌塔韦校区计算机科学与工程系)

Alessandro Melis, Soulaimane Berkane, Robert Mahony, Tarek Hamel

AI总结:

本文提出一种改进的互补滤波器,用于处理标量测量下的姿态估计,通过分析不同标量配置的收敛条件,证明了在特定条件下系统的渐近稳定性。

摘要:

利用标量测量进行姿态估计,对应于部分向量观测,当惯性向量未完全观测但仅沿特定刚体框架向量测量时自然出现。此类测量出现在不完全向量测量或来自异构传感器信息的姿态约束问题中。基于经典的SO(3)互补滤波器,本文提出一种具有修改创新项的观测器,专门针对这种标量输出结构。主要结果表明,在合适的持续激励条件下,当至少三个惯性向量沿同一刚体框架向量测量时,可以恢复近全局渐近稳定性,这与SO(3)的三维结构一致。对于双标量配置——对应于一个惯性向量沿两个刚体框架向量测量,或两个惯性向量沿同一刚体框架向量测量——我们进一步推导出保证在缩减吸引域内收敛的充分条件。不同示例和数值结果展示了所提出的基于标量的互补滤波器在具有减少传感和/或新型传感模态的挑战性场景中的有效性。

英文摘要:

This paper proposes a complementary filter on SO(3) for attitude estimation from scalar measurements corresponding to projections of known inertial vectors onto body-frame sensing directions. The observer evolves directly on SO(3) and employs a constant-gain innovation tailored to the scalar-output structure. Under suitable persistence-of-excitation conditions, almost-global asymptotic stability is established when at least three inertial vectors are measured along a common body-frame direction. For configurations involving only two scalar measurements, sufficient conditions for asymptotic convergence are derived together with an explicit characterization of the region of attraction. Numerical simulations illustrate the proposed results.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

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