arXiv (Robotics)AI
足装着型AHRSを用いた歩行者自律航法のための四元数平均化適応型相補フィルタ
Quaternion-Averaging-Based Adaptive Complementary Filter for Pedestrian Dead Reckoning With a Foot-Mounted AHRS
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GPS信号が建物の屋根や高層建築物によって減衰する屋内環境において、歩行者自律航法(PDR)は代替手段として注目されています。本研究は、足に装着した姿勢・方位基準システム(AHRS)を用いたPDRの精度向上を目指すものです。従来のPDRシステムでは、AHRSの姿勢推定アルゴリズムの精度がシステム全体の性能を左右していました。
本論文で提案される四元数平均化適応型相補フィルタ(QAACF)は、この問題に対する革新的なソリューションです。QAACFは角速度から導出された四元数と、加速度および磁場測定から導出された四元数をMarkleyの四元数平均化手法を用いて融合します。この手法は従来の線形補間よりも厳密に二つの四元数を組み合わせることができます。さらに、QAACFは歩行周期と磁気擾乱のレベルに応じて、角速度、加速度、磁場測定値の重み付けを適応的に調整する機能を備えています。
実験結果によると、提案されたQAACFは既存の姿勢推定フィルタと比較して低い二乗平均平方根誤差(RMSE)を達成しながら、カルマンフィルタよりも低い計算コストで動作することが確認されました。この成果は、計算効率と精度を両立させた屋内ナビゲーションシステムの実現に向けた重要な進展を示しています。