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专利号: 2025115064470
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于广义相关熵几何滤波的刚体位姿估计方法,其特征在于,所述基于广义相关熵几何滤波的刚体位姿估计方法,包括:步骤1、获取目标运动信息,建立离散非线性运动学模型,包括 时刻矩阵李群状态系统的状态方程和量测方程,并以状态方程中的输入作为中心参数;

步骤2、对离散非线性运动学模型进行初始化;

步骤3、分别生成后验状态协方差矩阵和过程噪声协方差矩阵的sigma点,并通过流形快速无迹变换传播并更新sigma点;

步骤4、根据传播并更新后的sigma点,得到预测状态均值、先验状态协方差矩阵和先验状态协方差矩阵的平方根;

步骤5、基于历史时刻的新息更新中心参数,包括:

取历史 个时刻在当前迭代次数下生成的新息;

将所获取的 个新息按升序排列;

取排列后的 个新息的中值作为中心参数;

步骤6、计算伪测量矩阵并更新增益;

步骤7、利用增益对状态估计进行校正,得到后验状态估计值和后验状态协方差矩阵;

步骤8、判断是否收敛,如果未收敛则返回步骤6继续迭代;如果收敛,则输出后验状态估计值作为 时刻最终的刚体位姿估计结果。

2.根据权利要求1所述的基于广义相关熵几何滤波的刚体位姿估计方法,其特征在于,所述对离散非线性运动学模型进行初始化,包括:初始化核参数,并设计核参数优化的目标函数如下:

式中, 表示第 次迭代时的核参数 , 表示核参数 的可行集, 表示权重系数,表示归一化常数, 表示形状参数,参数 , 表示第 次迭代时的状态预测误差 , 表示p‑范数,参数 , 表示第 次迭代时的新息 , 表示第 次迭代时的R‑范数, 表示状态预测误差, 表示真实状态, 表示预测状态,表示新息, 表示实际量测值, 表示基于真实状态 得到的预测量测值,表示观测函数;

初始化中心参数,并设计中心参数优化的目标函数如下:

式中, 表示 时刻的中心参数 , 表示中心参数 的可行集, 表示 时刻的核参数, 表示 时刻第 次迭代时的新息 , 表示在可行集 上的距离的平方。

3.根据权利要求1所述的基于广义相关熵几何滤波的刚体位姿估计方法,其特征在于,所述通过流形快速无迹变换传播并更新sigma点,其中针对后验状态协方差矩阵的sigma点的传播并更新如下:;

式中, 表示 时刻无噪声状态传播结果, 是李群上的状态转移函数, 表示时刻的右不变估计误差, 表示 时刻的输入, 表示 时刻预测的状态增量均值,表示sigma点的个数, 表示第 个sigma点的权重, 表示 时刻针对后验状态协方差矩阵的线性传播矩阵, 表示 时刻第 个sigma点与sigma点均值的差值,表示 时刻第 个sigma点传播后增量, 表示 时刻第 个sigma点传播后增量。

4.根据权利要求1所述的基于广义相关熵几何滤波的刚体位姿估计方法,其特征在于,所述通过流形快速无迹变换传播并更新sigma点,其中针对过程噪声协方差矩阵的sigma点的传播并更新如下:;

式中, 表示 时刻带噪声的状态增量, 表示 时刻李群上的后验状态估计,表示 时刻的输入, 表示 时刻的过程噪声, 表示 时刻预测的带噪声增量均值,表示需要传播的sigma点的个数, 表示第 个sigma点的权重, 表示 时刻针对过程噪声协方差矩阵的线性传播矩阵, 表示 时刻第 个sigma点与sigma点均值的带噪声差值, 表示 时刻第 个sigma点带噪声传播后增量, 表示 时刻第个sigma点带噪声传播后增量。

5.根据权利要求1所述的基于广义相关熵几何滤波的刚体位姿估计方法,其特征在于,所述后验状态协方差矩阵如下:;

式中, 表示 时刻第 次迭代的状态协方差矩阵, 表示第 次迭代的切空间映射矩阵, 表示 的转置逆, 表示第 次迭代的预测阶段传播矩阵, 表示 时刻状态协方差矩阵的逆, 表示 的逆, 表示第 次迭代的量测阶段传播矩阵, 表示 时刻第 次迭代的伪测量矩阵, 表示 的转置, 表示 时刻第 次迭代的误差协方差矩阵, 表示 的逆,为单位矩阵, 表示 时刻第 次迭代的增益,表示 时刻第 次迭代的中间协方差矩阵,且 , 表示 时刻状态协方差矩阵, 表示 的转置;

通过QR分解根据后验状态协方差矩阵 得到后验状态协方差矩阵 的平方根。

6.一种基于广义相关熵几何滤波的刚体位姿估计系统,其特征在于,所述基于广义相关熵几何滤波的刚体位姿估计系统,包括:变中心广义最大相关熵模块,用于获取目标运动信息,建立离散非线性运动学模型,包括 时刻矩阵李群状态系统的状态方程和量测方程,并以状态方程中的输入作为中心参数,并对离散非线性运动学模型进行初始化;

流形快速无迹变换模块,用于分别生成后验状态协方差矩阵和过程噪声协方差矩阵的sigma点,并通过流形快速无迹变换传播并更新sigma点;

协方差矩阵分解模块,用于根据传播并更新后的sigma点,得到预测状态均值、先验状态协方差矩阵和先验状态协方差矩阵的平方根;基于历史时刻的新息更新中心参数;计算伪测量矩阵并更新增益;利用增益对状态估计进行校正,得到后验状态估计值和后验状态协方差矩阵;判断是否收敛,如果未收敛则继续迭代;如果收敛,则输出后验状态估计值作为 时刻最终的刚体位姿估计结果;其中,所述基于历史时刻的新息更新中心参数,包括:取历史 个时刻在当前迭代次数下生成的新息;将所获取的 个新息按升序排列;取排列后的 个新息的中值作为中心参数。

7.一种基于广义相关熵几何滤波的刚体位姿估计装置,其特征在于,所述基于广义相关熵几何滤波的刚体位姿估计装置,包括:姿态和位置监测设备、数据采集设备、数据处理与分析设备、轨迹生成设备以及终端设备,其中:所述姿态和位置监测设备由多模态传感器阵列构成;

所述数据采集设备与姿态和位置监测设备连接,用于采集多模态传感器信息,并作为目标运动信息传递至数据处理与分析设备;

所述数据处理与分析设备包括处理器以及存储有若干计算机指令的存储器,所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1至权利要求5中任意一项所述基于广义相关熵几何滤波的刚体位姿估计方法的步骤;

所述轨迹生成设备,用于根据所述数据处理与分析设备输出的刚体位姿估计结果生成轨迹,并发送至终端设备;

所述终端设备,用于可视化展示轨迹。