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基于多项式卡尔曼滤波器的车辆定位试验
  • ISSN号:1002-6819
  • 期刊名称:农业工程学报
  • 时间:2012.9.15
  • 页码:49-56
  • 分类:S220.1[农业科学—农业机械化工程;农业科学—农业工程]
  • 作者机构:[1]华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室,广州510642, [2]华南农业大学公共基础课实验教学中心,广州510642
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(61175081);农业部“948”计划项目(2011-G32);教育部博士点基金项目(20114404110003)
  • 相关项目:基于BUG的农田作业车辆绕行避障算法研究
中文摘要:

为了研究多项式卡尔曼滤波器在车辆定位中的应用特性,分析阶数对多项式卡尔曼滤波器估算精度的影响以及评估多项式卡尔曼滤波器的工作性能,该文通过多项式拟合对非线性系统建模,构建多项式卡尔曼滤波器并进行车辆多传感器融合定位试验验证。首先分析了多项式的阶数对多项式卡尔曼滤波器的影响和多项式卡尔曼滤波器的工作性能评价方法;其次,在车辆定位常用的里程计航位推算公式的基础上分别使用0阶、1阶和2阶多项式对车辆纵向速度和航向角进行拟合,建立0阶、1阶和2阶多项式卡尔曼滤波器。在Pioneer 3-AT移动机器人平台上进行试验,多项式卡尔曼滤波器融合信息来源于里程计和AHRS传感器,RTK-GPS测量轨迹作为参考轨迹;同时将卡尔曼滤波理论误差和实际误差进行对比分析,验证了多项式卡尔曼滤波器的工作性能。试验结果显示,所建立的多项式卡尔曼滤波器的实际误差均在超过68%的滤波时间里处于理论误差范围内,验证了滤波器的工作性能正常。0阶多项式卡尔曼滤波器定位精度在X、Y轴方向上分别比里程计航位推算法提高63%和77%;1阶的定位精度优于0阶,2阶的定位精度优于0阶但劣于1阶,说明更高阶的多项式对里程计航位推算公式的车辆纵向速度和航向角拟合,对提高定位精度并无重要作用。该文研究对构建多项式卡尔曼滤波器,评估多项式卡尔曼滤波器的工作性能,以及多项式卡尔曼滤波器在车辆定位的实践应用提供参考。

英文摘要:

In order to study the application of polynomial Kalman filter(PKF) in the vehicle location,and to analyze state estimation accuracy of PKF affected by the order of polynomial and evaluate the performance of the PKF,in this paper,by adopting polynomial fitting method in system model of kalman filter to model nonlinear system,three PKFs were established and applied for vehicle localizaiton experiment with mulitiple sensors fusion.Firstly,previous researches on PKF in tracking accuracy affected by the order of polynomial and in performance evaluation were introduced.Then,zero-order,first-order and second-order PKF were establish using corresponding order of polynomial to fit the longitudinal velocity and heading of encoder dead-reckon model.Experiment was conducted on Pioneer3-AT moble robot platform with Encoder and AHRS used as sensor data input,measurement of RTK-GPS was as reference trajectory.Also,the theorectical error and actual error of the PKF were compared to evaluate the performance of the three PKFs.The experiment result showed that the actual error of the three PKFs were within the theorectical error bounds in more than 68% filtering time which indicated normal status of the filters.The localization accuracy of zero-order PKF were increased by 63% and 73% in X,Y axis respectively compared with encoder dead-reckon method.Localization accuracy of first-order PKF was better than zero-order,and second-order was better than zero-order but worse than first-order,which showed that polynomial fitting the longitudinal velocity and heading of encoder dead-reckon model using higher order could not contribute to even better localization accuracy.This paper provides references for the construction and performance evaluation of PKF,as well as its practical implementation on vehicle localization.

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期刊信息
  • 《农业工程学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国农业工程学会
  • 主编:朱明
  • 地址:北京朝阳区麦子店街41号
  • 邮编:100125
  • 邮箱:tcsae@tcsae.org
  • 电话:010-59197076 59197077 59197078
  • 国际标准刊号:ISSN:1002-6819
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2047/S
  • 邮发代号:18-57
  • 获奖情况:
  • 百种中国杰出学术期刊,中国精品科技期刊,中国科协精品科技期刊工程项目期刊,RCCSE中国权威学术期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),英国农业与生物科学研究中心文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国食品科技文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:93231