基于惯性测量的视觉辅助移动平台近距离状态估计

本文针对在机翼运动过程中对无人机（UAV）进行接近着陆的相对位置、姿态和速度估计问题进行了研究。该估计依赖于安装在两个系统上的惯性测量单元（IMU）的测量，假设存在合适的通信信道来交换数据，同时利用单目相机获取的视觉信息，从中提取指向平台中心的视线方向（bearing）以及平台平面法向向量。我们提出了级联观测器，采用 SO(3) 上的互补滤波器来重构相对姿态，随后使用线性里奇塔尔观测器进行相对位置和速度估计。证明了两个观测器在 persistently exciting 条件下收敛，级联系统在几乎全局渐近稳定和局部指数稳定。我们进一步扩展设计至平台旋转受限于其法向轴的情况，表明其测量的线性加速度可用于恢复剩余不可观测的旋转角。提供了确保该情形下局部指数收敛的充分条件。proposed observers 的性能通过大量仿真得到验证。