VQF：具有偏置估计与磁干扰抑制的高精度IMU姿态估计

惯性测量单元（IMU）的小型化促进了其在日益增长的应用领域中的广泛使用。姿态估计是惯性运动跟踪中大多数后续数据处理步骤（如位置/速度估计、关节角度估计和3D可视化）的先决条件。估计姿态中的误差会严重影响所有后续处理步骤。近期对现有算法的系统性比较表明，开箱即用的精度往往较低，且需要针对具体应用进行调参才能获得高精度。在本工作中，我们提出并广泛评估了一种基于四元数的姿态估计算法，该算法基于在近乎惯性系中滤波加速度测量的新方法，并包含用于陀螺仪偏置估计和磁干扰抑制的扩展，以及一种用于离线数据处理的变体。与所有现有工作不同，我们进行了广泛评估，使用了大量公开可用数据集并与八种文献方法进行比较。所提方法一致优于所有文献方法，平均RMSE达到2.9°，而文献方法的误差范围为5.3°至16.7°。由于评估是在极其多样的数据集集合上使用单一固定参数化进行的，我们得出结论：所提方法在广泛的运动、传感器硬件和环境条件下提供了前所未有的开箱即用性能。姿态估计精度的这一提升有望推动基于IMU的运动分析领域发展，并在众多应用中带来性能收益。所提供的开源实现使得采用所提方法变得容易。