基于抗差LM的视觉惯性里程计与伪卫星混合高精度室内定位

视觉惯性里程计（VIO）和伪卫星已经广泛应用于室内环境定位中,但在实际应用中,二者各自都有明显的缺陷。视觉里程计依赖于实际场景,在景深变化明显和光照不均匀的环境下会产生粗差,而且误差会不可避免地随着时间累积,但是在相邻帧间能保证相对高精度的位姿测量。由于受到室内多径的影响,伪卫星室内定位的精度和可靠性很难保证。为增加室内定位的可靠性和稳定性,基于抗差LM非线性优化理论,本文主要研究利用视觉惯性里程计的相邻帧间高精度位姿测量和伪卫星融合的室内高精度定位技术。该算法不仅可以抵抗粗差,而且可以减弱不同传感器间权重设置不合理带来的影响。最后使用在室内环境下搭建的高精度动态捕捉设备对组合定位方法进行实验验证。试验结果表明,该方法不依赖回环即可消除视觉惯性里程计的累积误差,有效提高室内定位精度及可靠性。利用改进的LM算法融合后场景1和场景2,相对于VIO单独定位精度分别提高了59.0%和77.5%。     

基于抗差EKF的GNSS/INS紧组合算法研究

提出了GNSS/INS紧组合导航的抗差EKF算法,采用21状态GNSS/INS紧组合状态方程,根据多余观测分量及预测残差统计构造抗差等价增益矩阵,建立抗差EKF算法,通过迭代给出GNSS/INS组合导航的抗差解,并开发GNSS/INS紧组合导航模拟平台,通过对观测值加入单粗差、多粗差及缓慢增长三类误差,测试本文算法对不同粗差的抑制能力。分析表明,抗差EKF可以将三类粗差抑制在相应观测值的残差中,达到削弱其对状态参数估计的影响。本文算例证明,抗差EKF算法可将导航解的误差精度从dm级提高为cm级甚至mm级,导航精度及可靠性得到明显提高。     

伪权现象及抗差估计

讨论了权与平差结果的关系，指出了残差向量与权之间不一定存在的一一对应的关系，对现行常用抗差估计方案用实例进行了研究，并建议抗差方案设计应对权函数的取值加以限制，以保证平差系统的稳健性。     

抗差估计理论综述

本文全面介绍了抗差估计理论中的一些基本概念。根据笔者近年对抗差估计理论的研究成果,对抗差估计和最小二乘估计进行了比较,易于读者对抗差估计基础理论的理解。此外,本文也为下面几讲中的专题讨论打下基础。     

抗差泛岭估计

本文应用现代估差估计理论,提出了一个抗差有偏估计类（抗差泛岭估计类）并且建立了抗差泛岭估计的计算方法。理论分析和模拟计算表明,抗差泛岭估计具有既可克服法矩阵病态性影响又可抵抗粗差干扰的良好性质。     

平差参数的抗差特征根估计

在有偏估计的特征根方法基础上 ,利用等价权方法 ,提出一种新的估计—抗差特征根估计。它既能有效地克服设计阵复共线性的影响 ,又可显著地抵抗粗差的干扰。从而提高了参数估值的准确性、稳定性和可靠性。     

观测值含有粗差的抗差粒子滤波算法

作为非线性滤波的代表,粒子滤波得到广泛应用。该算法通过随机生成的具有权重的样本（粒子）来计算后验概率密度。其中赋权的过程需要综合系统信息和观测信息,当观测值含有粗差时,会使粒子错误赋权影响滤波结果。提出一种新的基于抗差估计的抗差粒子滤波算法,通过计算粒子等价权,抑制观测值粗差的影响。模拟计算分析表明,当观测值含有粗差时,与标准粒子滤波相比,该方法能有效提高滤波精度。     

大型高精度GNSS基线向量网并行抗差估计

针对大型GNSS基线向量网的特点,在改进的相关观测抗差估计RECO方案的基础上采用并行计算技术进行相关抗差估计的并行计算(简称"并行抗差估计"),并给出了可行的解算步骤。通过算例分析,验证了大型GNSS基线向量网的并行相关抗差估计,不仅有效抑制了观测异常对参数估值的影响,而且显著提高了计算效率。     

结合自适应滤波和神经网络的GNSS/INS抗差组合导航算法

针对GNSS/lNS松组合导航系统观测信息无冗余,而且观测信息可能存在异常的情形,结合自适应滤波算法和神经网络算法,提出了两种UNSS/lNS抗差自适应组合导航解算方案,根据观测信息和动力学模型信息异常情况,给出了1种GNSS/lNS抗差自适应滤波算法。利用实测数据进行了验证,结果表明,1种抗差自适应滤波算法在观测信息不足的情况下,不但能够抑制动力学模型扰动异常对导航解的影响,而且能够较好地抑制异常观测信息对导航解的影响。     

基于抗差最小二乘估计的载体速度计算方法

针对相位率值的特点,引入抗差最小二乘估计进行速度计算,根据IGGⅢ方案选取合适的等价权因子来降低存在小周跳影响的观测值对结果的贡献,利用航空飞行实验的数据进行了计算分析,结果表明经过抗差后的速度仍可保持在mm/s的量级。     

稳健估计在GNSS高程拟合中的粗差探测

由于最小二乘法不能有效地抵抗粗差,而控制点的平面坐标和高程异常值中不可避免地含有误差,对应用最小二乘法和稳健估计法在GNSS高程拟合中的粗差探测进行探讨。通过对不同数量控制点的高程异常观测值中加入粗差,采用两种算法在求解GNSS高程拟合中的精度进行分析比较,并对粗差在稳健估计中的干扰范围进行研究,结果表明,稳健估计具有抵抗多个粗差的能力。     

大地测量相关观测抗差估计理论

相关观测异常诊断、质量控制是测量数据处理领域亟待解决的难题之一。分别从方差膨胀模型和相关权元素压缩模型入手研究了相关观测的质量控制理论和方法;给出了误差影响函数;构造了方差膨胀函数和权因子收缩函数;利用观测量的等价协方差阵和等价权矩阵讨论了相关观测质量控制的计算方法。该等价协方差矩阵和等价权矩阵不仅保持了原有协方差矩阵和权矩阵的对称性,而且保持了原有协方差矩阵的相关性不变。计算结果表明异常观测的方差膨胀法和等价权法能有效地控制异常观测对参数估值的影响。     

高精度GPS向量网抗差估计

以RECO方案[1]为基础,对其抗差估计模型进行改进,并介绍了解算步骤.在此基础上,对GPS一、二级网的七个子网进行了抗差估计,取得较满意的结果,证明提供的模型是有效的.     

基于中位参数初值的等价权抗差估计方法

等价权抗差估计法保留最小二乘估计处理正常观测值的优良特性,但其抗差性与初值关系极大,若用最小二乘估值作初值,必定会影响其抗差性.中位数法具有很好的抗差特性,但它只用部分观测数据计算参数估值,丢失大量有效信息.基于中位参数的抗差估计方法,在有限样本时,给出其崩溃污染率的估算方法.根据中位参数法和等价权抗差估计法的各自优点...     

相关观测抗差估计方案的比较分析

针对相关观测,基于敏感度分析的角度,利用学生化局部敏感度指标,并以此来确定抗差估计等价权。与此同时,将基于学生化残差确定等价权的抗差估计从独立观测推广到相关观测。最后将由t统计量和τ统计量确定等价权函数的抗差估计进行了Monte Carlo模拟比较分析。结果表明,基于学生化残差的抗差估计方案基本不具有抵御粗差影响的能力;而利用学生化局部敏感度指标的抗差估计能够有效抵御粗差的影响,但不稳定。这说明其在特定情形并不具有较强的抗差功效。     

基于等价权抗差估计和线性规划的天线曲面拟合算法

现有天线曲面拟合算法均基于最小二乘法,难以消除多个粗差对拟合结果的影响。本文基于等价权抗差估计思想,利用线性规划计算残差初值,再进行选权迭代计算。通过算例,证明本文方法能较好地探查多个粗差,且计算结果精度更高。     

临界值可变的抗差估计等价权函数

抗差估计等价权函数一般由正态分布统计量构造,其临界值(或称准则)一般由实际经验确定。首先分析了正态分布统计量和学生化残差统计量的区别,然后分别讨论了基于这两种统计量构造的等价权函数的区别。研究表明,利用学生化残差统计量构造的等价权函数以及顾及误差显著性水平确定的临界值,不仅考虑了观测误差的大小,而且还可以顾及了实际观测的图形强度和多余观测数,可以克服人为确定临界值可能带来的参数估计的有效性和抗差性方面的风险。     

临界值可变的抗差估计等价权函数

抗差估计等价权函数一般由正态分布统计量构造,其临界值(或称准则)一般由实际经验确定.首先分析了正态分布统计量和学生化残差统计量的区别,然后分别讨论了基于这两种统计量构造的等价权函数的区别.研究表明,利用学生化残差统计量构造的等价权函数以及顾及误差显著性水平确定的临界值,不仅考虑了观测误差的大小,而且还可以顾及了实际观测的图形强度和多余观测数,可以克服人为确定临界值可能带来的参数估计的有效性和抗差性方面的风险.