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基于霍夫曼行程编码的SLAM算法

仪器仪表学报 2023年第3期44卷 253-260页

作者：邵锦江蔡体菁东南大学仪器科学与工程学院南京210096

针对基于粒子滤波的SLAM算法生成的栅格地图存储效率不高的问题,提出一种基于霍夫曼行程编码的SLAM算法,以解决原有栅格地图的编码冗余和空间冗余问题。该算法在基于粒子滤波的SLAM算法基础上采用霍夫曼行程编码的地图表示方式,根据不... 详细信息

针对基于粒子滤波的SLAM算法生成的栅格地图存储效率不高的问题,提出一种基于霍夫曼行程编码的SLAM算法,以解决原有栅格地图的编码冗余和空间冗余问题。该算法在基于粒子滤波的SLAM算法基础上采用霍夫曼行程编码的地图表示方式,根据不同的应用场景,设计出两种霍夫曼行程编码地图的存储方式,当栅格地图的规模较小时,使用定长编码;当栅格地图的规模比较大时,例如大型商场环境,考虑使用变长编码,进一步增广了该地图表示方式的应用范围。仿真和真实场景实验表明,在一定条件下基于霍夫曼行程编码的SLAM算法最多能够减少94.8%的内存消耗,证明了该算法的可行性与有效性。

关键词： SLAM算法粒子滤波霍夫曼行程编码地图处理

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一种海洋重力扰动矢量水平分量的计算方法

压电与声光 2023年第6期45卷 855-858页

作者：蔡体菁王薇东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096

重力矢量测量包含重力方向信息(即垂线偏差),对确定大地水准面具有重要意义。为了获得海洋重力扰动矢量的水平分量,该文提出了一种基于捷联惯导系统/全球导航卫星系统(SINS/GNSS)组合系统确定海洋重力扰动矢量水平分量的两步法。首先,... 详细信息

重力矢量测量包含重力方向信息(即垂线偏差),对确定大地水准面具有重要意义。为了获得海洋重力扰动矢量的水平分量,该文提出了一种基于捷联惯导系统/全球导航卫星系统(SINS/GNSS)组合系统确定海洋重力扰动矢量水平分量的两步法。首先,利用捷联惯导算法和卡尔曼滤波用于加速度计偏差和姿态误差角的估计和补偿。然后,基于精确估计的加速度计偏差和姿态角误差,给出了重力扰动矢量水平分量的计算方程。将重力扰动矢量水平分量的模型用二阶马尔可夫随机过程描述,将其与加速度计的偏差分离,用正向-平滑卡尔曼滤波精确估计重力扰动的水平分量。船载试验数据离线计算表明,海洋重力扰动矢量水平分量的内符合精度优于2 mGal(1 Gal=1 cm/s^(2))。

关键词：重力扰动矢量 SINS/GNSS组合系统马尔可夫随机过程正向-平滑卡尔曼滤波

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海洋重力数据处理中的正反FIR滤波算法

压电与声光 2023年第5期45卷 747-751,758页

作者：蔡体菁邵锦江胡啸林东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室江苏南京210096

数字滤波器是影响海洋重力数据处理成果质量的关键技术之一。该文提出了一种实时正反有限冲击响应(FIR)滤波算法,推导了具有线性相位正反FIR滤波器表达式并设计了实时滤波方案:该算法设计出的滤波器在所有的采样频谱内都满足严格意义上... 详细信息

数字滤波器是影响海洋重力数据处理成果质量的关键技术之一。该文提出了一种实时正反有限冲击响应(FIR)滤波算法,推导了具有线性相位正反FIR滤波器表达式并设计了实时滤波方案:该算法设计出的滤波器在所有的采样频谱内都满足严格意义上的线性相频特性;基于该算法设计的低通滤波器的阻带衰减大,有利于抑制海洋重力数据中的高频噪声。船载重力试验结果表明,在海洋重力数据处理中上述正反FIR滤波器的滤波器实时性好,滤波效果与事后正反FIR滤波器相当,优于单正向FIR滤波效果。

关键词：海洋重力数据处理实时滤波正反FIR 线性相频特性低通滤波

基于KLD重采样的抗差自适应UFastSLAM算法

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中国惯性技术学报 2023年第4期31卷 343-351页

作者：翟鸿启王立辉应泽华孟骞蔡体菁东南大学仪器科学与工程学院微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室南京210096

针对声呐SLAM系统中噪声统计特性不准确或状态突变而导致无迹快速SLAM(UFastSLAM)算法性能下降及因采用固定粒子数而使得算法实时性不高的问题,提出一种基于改进粒子建议分布估计和自适应KLD重采样的UFastSLAM(RAUFastSLAM)算法。在载... 详细信息

针对声呐SLAM系统中噪声统计特性不准确或状态突变而导致无迹快速SLAM(UFastSLAM)算法性能下降及因采用固定粒子数而使得算法实时性不高的问题,提出一种基于改进粒子建议分布估计和自适应KLD重采样的UFastSLAM(RAUFastSLAM)算法。在载体位姿估计阶段,融入抗差自适应因子,利用抗差自适应无迹粒子滤波算法(RAUPF)对载体位姿进行估计;在特征状态估计阶段,利用抗差自适应无迹滤波算法(RAUKF)对环境特征的位置进行更新;在粒子重采样阶段,采用基于KL散度的自适应粒子重采样方法在线实时调整所需的粒子数,在保证精度的同时提高算法的实时性。实验结果表明,在量测噪声统计特性不准确且量测信息中有异常干扰时,与UFast SLAM算法相比,所提方法的载体位置估计、航向角估计和特征位置估计的精度分别提高了18.79%、16.67%和18.81%,对异常干扰具有更好的鲁棒性。

关键词：自主导航无迹快速SLAM 自适应滤波鲁棒性 KLD重采样

一种基于改进变分贝叶斯滤波的鲁棒SLAM定位方法

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Journal of Southeast University(English Edition) 2022年第4期38卷 340-349页

作者：翟鸿启王立辉蔡体菁孟骞东南大学仪器科学与工程学院南京210096 东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室南京210096

针对非高斯分布的测量噪声、野值点或未知时变的噪声统计特性导致SLAM定位方法的量测更新中状态估计不正确甚至不收敛的问题,提出一种基于改进变分贝叶斯滤波的鲁棒SLAM定位方法.首先,利用变分贝叶斯自适应滤波算法对时变的测量噪声协... 详细信息

针对非高斯分布的测量噪声、野值点或未知时变的噪声统计特性导致SLAM定位方法的量测更新中状态估计不正确甚至不收敛的问题,提出一种基于改进变分贝叶斯滤波的鲁棒SLAM定位方法.首先,利用变分贝叶斯自适应滤波算法对时变的测量噪声协方差进行估计.然后,通过重加权平均构建的权重函数对估计的协方差矩阵进行鲁棒化处理.最后,对系统状态更新进行多次迭代,逐步修正其估计误差.同时,为了观测到不同深度的特征点,构建了包含深度参数的特征测量模型.实验结果表明,当量测噪声不服从高斯分布且量测信息中有野值点时,与基于变分贝叶斯自适应卡尔曼滤波的SLAM方法相比,所提方法的定位精度分别提高了17.23%、20.46%和17.76%,说明该方法对环境干扰具有更好的适用性和鲁棒性.

关键词：水下导航定位非高斯分布时变噪声变分贝叶斯方法 SLAM

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基于支持向量机的重力匹配算法

系统仿真学报 2008年第21期20卷 5953-5956,5962页

作者：程力蔡体菁东南大学能源与环境学院南京210096 东南大学仪器科学与工程学院南京210096

为了在重力异常特征微弱区域内实现重力辅助导航以及提高惯性导航系统在重力异常特征明显区域内的定位精度和匹配率,提出了基于支持向量机的重力匹配算法。研究了支持向量机学习样本的选取、支持向量机参数和重力粗糙度的关系,构造了用... 详细信息

为了在重力异常特征微弱区域内实现重力辅助导航以及提高惯性导航系统在重力异常特征明显区域内的定位精度和匹配率,提出了基于支持向量机的重力匹配算法。研究了支持向量机学习样本的选取、支持向量机参数和重力粗糙度的关系,构造了用于重力匹配算法的支持向量机。经计算仿真研究表明,通过选择适当的支持向量机参数,可以实现重力辅助导航,算法在重力特征显著的区域具有较高的匹配率,组合导航系统的定位误差在一个重力图网格左右。

关键词：组合导航系统重力模式识别支持向量机

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基于层次分析法的重力匹配区域选择准则

中国惯性技术学报 2013年第1期21卷 93-96页

作者：蔡体菁陈鑫巍东南大学南京210096

重力辅助导航在数字重力图的不同区域,其匹配效果各不相同。为了评价数字重力图各区域的重力匹配效果,给路径规划提供可靠的依据,在对地球重力场的各种特征参数进行归一化处理并且分类统计分析的基础上,运用层次分析法将重力场的局部标... 详细信息

重力辅助导航在数字重力图的不同区域,其匹配效果各不相同。为了评价数字重力图各区域的重力匹配效果,给路径规划提供可靠的依据,在对地球重力场的各种特征参数进行归一化处理并且分类统计分析的基础上,运用层次分析法将重力场的局部标准差、经度方向粗糙度、纬度方向粗糙度、经度方向坡度、相关系数进行组合,给出一种新的重力匹配区域选择准则,依据此准则将数字重力图划分为重力匹配的适配区和非适配区。在数字重力图上采用均方差(MAD)和平均绝对差(MSD)算法进行重力辅助导航的重力匹配仿真计算和比较,仿真结果表明,适配区域的匹配导航效果明显优于非适配区域,定位误差小于一个重力格网。

关键词：重力组合导航层次分析法重力匹配准则

高精度石英挠性加速度计闭环系统的设计与分析

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东南大学学报（自然科学版） 2010年第2期40卷 311-315页

作者：刘润蔡体菁丁昊东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室南京210096 东南大学仪器科学与工程学院南京210096 南京航空航天大学工程训练中心南京210016

探讨了石英挠性加速度计的分辨率影响因素,提出了一种对现有石英挠性加速度计的改进设计.根据重力梯度测量对加速度计分辨率的要求,推导出摆片的固有频率,然后使用有限元方法重新设计加速度计的摆片结构.另外,为了降低加速度计的机械热... 详细信息

探讨了石英挠性加速度计的分辨率影响因素,提出了一种对现有石英挠性加速度计的改进设计.根据重力梯度测量对加速度计分辨率的要求,推导出摆片的固有频率,然后使用有限元方法重新设计加速度计的摆片结构.另外,为了降低加速度计的机械热噪声,对表头抽真空,通过加入比例-微分环节对加速度计的控制回路进行阻尼补偿.计算出系统的开环传递函数,并对其进行动态性能仿真分析.分析结果表明:加速度计系统通过在系统前向通道添加比例微分环节能够补偿系统的阻尼,消除加速度计在固有频率处的振荡,使加速度计闭环后处于临界阻尼状态并保持系统的稳定性.改进后加速度计的系统带宽为515Hz,响应时间为3.7m s,分辨率达到10-10g,能够满足高精度测量的需要.

关键词：石英挠性加速度计分辨率重力梯度

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一种动态序列重力匹配算法

压电与声光 2023年第2期45卷 209-212页

作者：徐孝萍蔡体菁倪江生东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096

由于重力异常具有随机性,导致序列重力匹配算法精度受到匹配轨迹起始点位置的影响,因此,该文提出了一种动态序列重力匹配算法。该算法通过对构建多起点匹配轨迹序列,动态选择起始点,构建匹配轨迹序列,通过相关极值法提高重力匹配精度。... 详细信息

由于重力异常具有随机性,导致序列重力匹配算法精度受到匹配轨迹起始点位置的影响,因此,该文提出了一种动态序列重力匹配算法。该算法通过对构建多起点匹配轨迹序列,动态选择起始点,构建匹配轨迹序列,通过相关极值法提高重力匹配精度。结果表明,动态序列重力匹配算法重力匹配精度高,实时性好,能为水下载体长时间航行提供导航信息。

关键词：重力匹配相关极值水下导航