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cacacadaxia/ESKF-Attitude-Estimation

 
 

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ESKF-Attitude-Estimation

Use Error-State KF algorithm to estimate attitude. The test data can be downloaded here.

修改部分

​ 对比我的代码与博主的代码对比

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博主的实验,将误差直接除以2,不知为何

20200623184258

我做的ESKF

可见误差roll与pitch的误差大概是两倍左右。但是yaw的误差相比之下比较大,但是误差的变化趋势均比较一致。调整过q-->oula的函数之后,神奇的误差消失了,发现主要原因是角度固定偏差

20200624085949

两个方法放在一起

image-20200624085700383

EKF的结果要更差

对比EKF与ESKF的结果发现,ESKF暂时并没有表现出比EKF更好的效果。

与组合导航过程进行对比

实际上组合导航的角度误差并没有很大,组合导航的观测更加丰富,运动学方程中考虑的量也更多。

image-20200624082047089

组合导航中角度的误差大小

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首先利用AHRS方法进行预先处理

可见误差变得比较大。

比较ESKF与AHRS的区别

image-20200624085038843

比例积分的AHRS与ESKF之间的对比

yaw角度区别不大,其余两轴的区别比较明显。

存在几个问题:

  • 没有对加速度计的信号进行低通滤波(todo),不知道有什么意义?对于数据的预处理

image-20200624085444061

梯度下降的AHRS与ESKF之间的对比

相比之下,ESKF的姿态角度估计的优势也并不明显。

结论部分

目前来看,error state的优势并不明显。

0629部分整理

ESKF没有地磁计

image-20200629101021199

ESKF没有加上地磁计的测量量

可以发现,在没有地磁计的校准时,YAW角度的偏差比较大,bina

那么如果mahony互补滤波也缺乏地磁计的信号呢?

image-20200629102037493

ESKF没有地磁,互补滤波没有地磁计

收到北航同学的博客启发,发现对于测量矩阵的雅可比矩阵有着更加简单的求导方法。

image-20200629141914968

ESKF没有地磁计,并且换一种求H矩阵的方法

可以看到这样的误差相比上面是更大的。

image-20200629143430392

Manhony也没有地磁计,并且计算测量雅可比矩阵时更换成R矩阵计算

可以见到互补滤波器的飘逸更加严重了。

这里的互补滤波器突然就飘到国外去了,可能是产生了奇异的问题。

image-20200629143936127

四元数换成这种更新方式之后:

 det_q = [1;0.5*SamplePeriod*Gyroscope'];
 q = quatLeftComp(q)*det_q;
 Quaternion = q / norm(q); 
 Rwb = q2R(quaternion_l);
 Accelerometer = Accelerometer / norm(Accelerometer);    % normalise magnitude
 gra = [0;0;1];
 v = -Rwb'*gra;
 e = cross(Accelerometer, v);
 eInt_n = eInt + e * SamplePeriod;
 Gyroscope = Gyroscope + Kp * e + Ki * eInt_n;
 dotR = Exp_lee(Gyroscope*SamplePeriod);
 Rwb = Rwb*dotR;
 q = zeros(1,4);
 q = R2q(Rwb);
 Quaternion = q / norm(q);

image-20200701182011177

减去eskf估计出来的偏差之后,得到这样的结果。

互补滤波将bias减去会不会表现好一点?

结果虽然不是很好,但是与之前的相差不大。

20200701145656

Mahony互补滤波最终最简单的形式为:

为什么这里的旋转矩阵变成Rbw?与我之前的逻辑都不太一样。

一个问题就是:
  • 四元数的多种更新方法
  • 四元数的更新方法要比旋转矩阵更加精确,可能是因为四元数比较容易归一化。
得到的结论是:

image-20200629144756957

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