利用IMU和惯性/体坐标系测量的位姿与速度估计的几何方法

本文针对刚体，结合通用惯性坐标系和/或体坐标系测量以及惯性测量单元（IMU），解决精确位姿估计（位置、速度和姿态）问题。通过将原始状态空间$\so \times \R^3 \times \R^3$嵌入到更高维的李群$\sefive$中，我们在结构化的几何框架内重新表述了车辆动力学和输出。特别地，这种嵌入使得几何误差动力学得以解耦：平移误差动力学遵循类似于连续时间卡尔曼滤波器误差动力学的结构，从而允许使用Riccati方程进行时变增益设计。在一致可观测条件下，我们证明了在$\sefive$上提出的观测器设计保证了几乎全局渐近稳定性。我们在两个实际场景中通过仿真验证了该方法：立体辅助惯性导航系统（INS）和GPS辅助INS。所提出的方法显著简化了INS非线性几何观测器的设计，提供了一种通用且鲁棒的状态估计方法。