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INS/GNSS/VO组合导航系统复合型异常检测与容错算法

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中国惯性技术学报 2023年第2期31卷 148-156页

作者：胡晓强武东杰彭侠夫温州大学电气与电子工程学院温州325035 厦门大学航空航天学院厦门361101

INS/GNSS/VO导航系统的异常输出常由外部扰动引起,表现为幅值较小的突变信号或者增长速率较慢的斜坡信号。为了增强异常检测算法的检测能力,提高组合导航系统在外部干扰情况下的导航精度,提出一种INS/GNSS/VO组合导航系统复合型异常检... 详细信息

INS/GNSS/VO导航系统的异常输出常由外部扰动引起,表现为幅值较小的突变信号或者增长速率较慢的斜坡信号。为了增强异常检测算法的检测能力,提高组合导航系统在外部干扰情况下的导航精度,提出一种INS/GNSS/VO组合导航系统复合型异常检测与容错算法。在非全局融合阶段使用状态卡方检测法对量测信息进行异常检测与隔离;在全局融合阶段,构建检测统计量的归一化阈值比,作为量测噪声方差阵的权重系数,对子滤波器进行加权量测更新。街道场景中的离线测试结果表明,所提算法的导航误差均值与标准差相对于其他的异常检测与容错算法分别减小了9.6%与2.7%,提高了组合导航系统的异常检测能力和容错性能。

关键词：惯性导航组合导航信息融合异常检测自适应容错

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基于二阶锥规划的无标定视觉伺服研究

基于二阶锥规划的无标定视觉伺服研究

作者：武东杰厦门大学

学位级别：硕士

实际应用中,视觉伺服控制策略需要考虑三种约束:(1)机器人运动能力的约束,即机械性能对机器人运动的最大速度和运动范围的限制;(2)图像视野约束,即根据任务的需要,将目标物体的图像限制在相机的有效视野范围内,避免视觉反馈中断;(3)三... 详细信息

实际应用中,视觉伺服控制策略需要考虑三种约束:(1)机器人运动能力的约束,即机械性能对机器人运动的最大速度和运动范围的限制;(2)图像视野约束,即根据任务的需要,将目标物体的图像限制在相机的有效视野范围内,避免视觉反馈中断;(3)三维空间运动范围约束,即根据任务的需要,将机器人末端的三维运动限定在一定的空间范围内,避免不必要的运动。如果忽略这些约束条件,很可能导致伺服效果不理想,甚至失败。本文以单目机器人手眼系统为研究对象,针对带有约束条件的无标定视觉伺服控制问题,结合卡尔曼滤波和二阶锥规划,提出了一种基于二阶锥规划的无标定视觉伺服解决方案。首先,根据刚体运动学和透视投影知识,建立视觉伺服系统的完整数学模型,包括机器人运动学和速度运动学模型,相机的畸变针孔模型,手眼关系速度模型。该数学模型为接下来的系统稳定性分析和误差收敛性分析提供了理论准备。其次,根据卡尔曼滤波原理,设计了雅可比矩阵在线估计器。该估计器在完全未知机器人运动学参数和手眼标定参数的情况下,直接估计机器人关节速度和视觉信号变化之间的雅可比矩阵关系,也就是手眼速度关系。该估计器能够为无标定视觉伺服控制策略提供有效的系统模型。最后,根据二阶锥规划模型,提出了基于二阶锥规划的无标定视觉伺服控制策略。该控制策略是在每一个迭代时刻,将带有约束条件的控制问题转化为一个二阶锥规划问题,通过求解该凸规划问题,获得满足约束条件的最优关节速度控制命令。该规划器有效解决了无标定视觉伺服的控制问题。仿真和实验结果都表明:在完全未知机器人运动学参数和手眼关系参数的情况下,基于二阶锥规划的无标定视觉伺服是一个有效、可行、实用的解决方案。它充分利用了二维图像信息和三维位姿信息,可以同时对图像点和相机位姿进行有效控制,保证了图像点运动轨迹和相机运动轨迹最优或次优。即使在经典视觉伺服无法完成的极端情况下,仍然具有良好的动态性能和控制精度。

关键词：无标定视觉伺服二阶锥规划

具有全局速度约束的惯性/编码器/视觉/激光融合定位方法:IEVL-Fusion

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机器人 2022年第4期44卷 443-452页

作者：武东杰仲训昱崔晓珍庄明溪彭侠夫厦门大学航空航天学院福建厦门361102

针对卫星拒止环境中移动机器人高精度定位需求,提出一种基于误差状态扩展卡尔曼滤波(ES-EKF)的激光定位子系统/视觉定位子系统/全局速度测量子系统松耦合融合定位方法,并设计了一个误差低漂移的组合定位系统。首先,根据向量加法和矩阵... 详细信息

针对卫星拒止环境中移动机器人高精度定位需求,提出一种基于误差状态扩展卡尔曼滤波(ES-EKF)的激光定位子系统/视觉定位子系统/全局速度测量子系统松耦合融合定位方法,并设计了一个误差低漂移的组合定位系统。首先,根据向量加法和矩阵乘法对系统状态的误差进行最小表示,建立误差形式的卡尔曼滤波模型,以误差状态的最优估计对系统状态的估计值进行补偿。然后,针对激光和视觉定位子系统位姿不确定度未知的问题,将位姿输出依时间戳转化为位姿增量,并建立位姿增量观测模型。其次,针对组合定位系统缺少全局速度约束的问题,利用姿态航向参考系统(AHRS)和正向运动学模型构建全局速度测量子系统,并建立全局速度观测模型。最后,在街道和野外两个场景中进行测试,本文算法的相对定位误差小于0.4%,相较于仅受局部速度约束的EKF和ES-EKF融合定位算法降低了约40%。实验结果表明,所提出的算法有效提升了定位系统的精度。

关键词：卫星拒止多传感器融合位姿增量融合全局速度约束误差状态扩展卡尔曼滤波轮式机器人移动机器人定位

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可在线配置结构的多源融合位姿估计框架

机器人 2022年第6期44卷 660-671页

作者：武东杰仲训昱崔晓珍彭侠夫杨功流厦门大学航空航天学院福建厦门361102 厦门市大数据智能分析与决策重点实验室福建厦门361102 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

针对组合导航系统中,融合算法结构难以在线进行配置的问题,基于误差状态扩展卡尔曼滤波器(ES-EKF)和标准观测模型库,提出一种不依赖特定平台、可在线配置结构的多源融合估计框架,赋予组合导航系统动态变更信息源融合方式的能力。对多种... 详细信息

针对组合导航系统中,融合算法结构难以在线进行配置的问题,基于误差状态扩展卡尔曼滤波器(ES-EKF)和标准观测模型库,提出一种不依赖特定平台、可在线配置结构的多源融合估计框架,赋予组合导航系统动态变更信息源融合方式的能力。对多种导航子系统的输出信息进行分类和建模,建立一个不依赖于特定传感器和平台的标准观测模型库。设计一种算法结构的表示规则,将算法结构映射为融合模式,实现信息源和变量的灵活选择。基于该融合估计框架,设计并实现了一个惯性测量单元/磁力计/编码器/相机/激光雷达组合导航系统。最后,在野外数据集上进行了多种测试,该系统能够通过人工静态地或自主动态地变更融合模式灵活配置融合算法的结构,且定位精度优于robot-localization算法。试验结果表明,该框架可有效地实现多源融合估计、可在线地配置融合结构。

关键词：组合导航系统多源融合估计扩展卡尔曼滤波在线可配置结构位姿估计移动机器人定位

GNSS/IMU与里程计紧-松耦合的因子图融合定位方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第10期49卷 1911-1921页

作者：崔晓珍周琪武东杰吴汶鸿陈步什仲训昱厦门大学航空航天学院福建厦门361102 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所陕西西安710065

开展了不同深度的信息融合对微惯性导航(micro inertial navigation system,M-INS)与全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)组成的导航系统精度的影响研究,以及室内外一体化定位研究。首先,基于因子图优化(factor ... 详细信息

开展了不同深度的信息融合对微惯性导航(micro inertial navigation system,M-INS)与全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)组成的导航系统精度的影响研究,以及室内外一体化定位研究。首先,基于因子图优化(factor graph optimization,FGO)算法分别建立M-INS/GNSS单点定位的松耦合系统和M-INS/伪距/多普勒速度的紧耦合系统,并通过实验验证紧耦合设计的优势。然后,将视觉惯性里程计(visual inertial odometry,VIO)因子以松耦合的方式接入紧耦合M-INS/GNSS系统的因子结构中,提出了基于FGO紧-松耦合的多源融合算法模型。最后,通过实验验证系统的定位精度和室内外一体化定位能力。实验结果表明,在无法观测到4颗卫星而导致无法获得单点定位解时,M-INS/GNSS紧耦合系统的定位精度可以达到M-INS/GNSS松耦合系统的2倍;基于FGO的M-INS/GNSS/VIO紧-松耦合系统能够无缝应对室内外环境之间的变化,在GNSS或VIO任意一种传感器突然失效的情况下保证持续可靠定位,东、北向的平均误差比基于滤波方法的M-INS/GNSS/VIO系统精度分别提升了53.98%、54.74%。

关键词：组合导航因子图松耦合紧耦合多源融合

磁共振扩散加权成像在食管癌显示及恶性程度评估中的应用

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现代医用影像学 2017年第4期26卷 955-956,959页

作者：武东杰侯亚静郑州市金水区总医院医学影像科郑州市第三人民医院河南郑州450000

目的:研究分析磁共振扩散加权成像(Magnetic resonance diffusion-weighted imaging,DWI)在食管癌诊断及恶性程度评估中的应用价值,并探讨最佳b值及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)。方法:采用前瞻性病例对照研究。... 详细信息

目的:研究分析磁共振扩散加权成像(Magnetic resonance diffusion-weighted imaging,DWI)在食管癌诊断及恶性程度评估中的应用价值,并探讨最佳b值及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)。方法:采用前瞻性病例对照研究。选取于我院首诊的食管癌患者40例,均进行常规磁共振平扫并DWI扫描。采用单次激发SE-EPI序列,分别在500s/mm^2、800 s/mm^2和1000 s/mm^2的b值范围下对食管癌患者进行DWI扫描,并分析所获得的DWI和ADC图像。依据术后或活检病理检查结果对上述患者进行病理分级,并比较不同分级之间的患者其ADC值变化及最佳b值。结果:在不同b值下,对食管癌进行DWI扫描获得的图像上均表现为高信号。在同一b值下,高分化病灶的ADC值显著高于低分化病灶,二者存在统计学差异(P<0.05);且随着b值的增加,ADC值逐渐降低(P<0.05)。食管癌病灶的对比噪声比(CNR)和信噪比(SNR)均随着b值的升高而下降(P<0.05)。通过对绘制ROC曲线进行分析显示,当b值为500 s/mm^2时,曲线下面积(AUC)最大,相应的ADC值为1.72×10-3mm^2/s,特异度为82.4%,敏感度为85.7%。结论:磁共振DWI扫描可对食管癌病灶进行准确显示和恶性程度评估,其中ADC值测定可以反映病灶的病理分级,当b值为500 s/mm^2时可获得最佳的检出效果。

关键词：食管癌磁共振扩散加权成像诊断 b值表观扩散系数病理分级

1.5T磁共振成像与16层螺旋CT对小细胞肝癌的诊断价值

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实用医学影像杂志 2017年第6期18卷 528-529页

作者：武东杰侯亚静贾玉昌郑州市金水区总医院医学影像科 450000 郑州市第三人民医院胃肠肛肠科郑州市第三人民医院影像科

肝癌是一种高发恶性肿瘤,早期诊断及对病灶的准确定位、定性,有助于指导临床制定治疗方案,进而改善预后. 超声、磁共振成像（MRI）、螺旋CT及血管造影技术均是诊断肝癌的常用手段[1],近几年临床研究显示,MRI与螺旋CT诊断肝癌的灵敏度、... 详细信息

肝癌是一种高发恶性肿瘤,早期诊断及对病灶的准确定位、定性,有助于指导临床制定治疗方案,进而改善预后. 超声、磁共振成像（MRI）、螺旋CT及血管造影技术均是诊断肝癌的常用手段[1],近几年临床研究显示,MRI与螺旋CT诊断肝癌的灵敏度、特异度较高,且具有无创优势,故临床广泛应用二者诊断肝癌[2].

关键词： 16层螺旋CT 小细胞肝癌磁共振成像诊断价值血管造影技术临床研究螺旋CT诊断恶性肿瘤

超超临界机组锅炉用12Cr1MoV合金连接板处失效分析

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中国特种设备安全 2019年第9期35卷 65-68页

作者：武东森杨喜山武东杰华能沁北发电有限责任公司济源454000 河南济源万洋冶炼集团有限公司济源454000

针对某1000MW超超临界锅炉运行约36000h后,高温再热器再入口段管排与固定连接板处焊缝拉裂泄漏失效情况进行分析。利用SEM及金相检验观察分析了12Cr1MoV合金高温断口失效形式。分析结果表明:原始及长周期运行后微观组织均为F+P+B,组织... 详细信息

针对某1000MW超超临界锅炉运行约36000h后,高温再热器再入口段管排与固定连接板处焊缝拉裂泄漏失效情况进行分析。利用SEM及金相检验观察分析了12Cr1MoV合金高温断口失效形式。分析结果表明:原始及长周期运行后微观组织均为F+P+B,组织形貌完全相同老化程度不明显。电镜扫描断口呈现为明显的韧窝形貌塑性断裂,裂纹是在较大应力下扩展,段管排与固定连接板焊缝区域拉裂、撕伤管子的现象,在运行过程中连接板处膨胀受阻导致拘束应力过大焊缝拉裂。从分析管排膨胀机理、释放拘束应力、更换受损等几个方面提出了预防、减少锅炉高温受热面管排拘束应力的措施。

关键词：超超临界机组高温受热面拘束应力膨胀断裂

多层螺旋CT检查在急性胸部闭合性肺挫伤诊断中的应用

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现代医用影像学 2018年第1期27卷 119-120,125页

作者：武东杰侯亚静贾玉昌郑州市金水区总医院医学影像科河南省郑州市450000 郑州市第三人民医院胃肠肛肠科河南省郑州市450000 郑州市第三人民医院影像科河南省郑州市450000

目的:探讨多层螺旋CT检查在急性胸部闭合性肺挫伤患者诊断中的应用价值。方法:从2015年10月至2016年10月期间在本院接受治疗的急性胸部闭合性肺挫伤患者中随机选择70例作为研究资料,对其的CT检查资料和X线检查资料进行回顾性分析,判断... 详细信息

目的:探讨多层螺旋CT检查在急性胸部闭合性肺挫伤患者诊断中的应用价值。方法:从2015年10月至2016年10月期间在本院接受治疗的急性胸部闭合性肺挫伤患者中随机选择70例作为研究资料,对其的CT检查资料和X线检查资料进行回顾性分析,判断多层螺旋CT检查的临床诊断价值。结果:多层螺旋CT检查70例急性闭合性肺挫伤患者符合率为100.0%,显著高于X线检查符合率88.57%,P<0.05;多层螺旋CT合并症合计符合率96.8%显著高于X线检查85.7%,P<0.05;70例急性闭合性肺挫伤患者中包含渗出血60例,间质性渗出共5例,实质性渗出共55例;8例为实变形。结论:在急性胸部闭合性肺挫伤诊断中加强对多层螺旋CT检查方法的应用具有较高的诊断准确率,属于有效的影像学诊断方法,值得推广应用。

关键词：多层螺旋CT 急性胸部闭合性肺挫伤诊断价值