基于imu定位的方法，如何解決累積誤差？

觀點(diǎn)一

沒(méi)人帶就是容易跳這種坑，我之前就傻不拉吉地花了一周時(shí)間做純imu定位。

做狀態(tài)估計(jì)，首先要明確一點(diǎn)：任何算法都不能突破傳感器本身的精度帶來(lái)的限制。以下這張圖片源自一篇關(guān)于imu的綜述（侵刪），

我標(biāo)紅的部分是文章錯(cuò)誤，兩個(gè)加速度bias位置放反了。

現(xiàn)在精度最好的imu一個(gè)小時(shí)會(huì)累積幾十米的誤差，價(jià)格上百萬(wàn)美元，用在洲際彈道導(dǎo)彈上的（你老板買得起？）。幾萬(wàn)美元價(jià)位的imu，一分鐘的位置誤差計(jì)算下來(lái)大概是5米，注意是一分鐘，由于加速度二次積分后，得到的位置與時(shí)間是二次關(guān)系，即位置誤差隨時(shí)間呈拋物線增長(zhǎng)。

所以單純用imu加速度計(jì)做定位是很不現(xiàn)實(shí)的，希望新入門(mén)的同學(xué)別再跳這種坑了。

觀點(diǎn)二

基于IMU的定位(也就是我們通常稱為的慣性導(dǎo)航)本質(zhì)上屬于航位推算定位，定位解算是基于運(yùn)動(dòng)積分的，之前定位結(jié)果中的定位誤差會(huì)累積到當(dāng)前定位結(jié)果中，同時(shí)由于IMU本身的零偏，最終表現(xiàn)就是定位誤差會(huì)隨時(shí)間累積。

因此在實(shí)際應(yīng)用中，需要同時(shí)結(jié)合其他定位誤差無(wú)累積的定位手段，如無(wú)線電導(dǎo)航(GPS、UWB等)或特征匹配定位(地形匹配、激光點(diǎn)云地圖匹配等)，來(lái)實(shí)時(shí)輔助進(jìn)行慣導(dǎo)誤差修正，才能一定程度上抑制誤差積累，滿足使用需求。

當(dāng)然，如果確實(shí)沒(méi)有其他傳感器或定位手段可用，單獨(dú)使用IMU定位的話，為避免誤差過(guò)快累積，一方面，要對(duì)IMU做內(nèi)參(零偏、刻度系數(shù)誤差等)標(biāo)定；另一方面，要結(jié)合具體應(yīng)用平臺(tái)和場(chǎng)景，考慮加入零速校正、零角度校正或運(yùn)動(dòng)約束等。

另外，僅僅用于航姿估計(jì)時(shí)，可以采用無(wú)人機(jī)領(lǐng)域常用的基于加速度和角速度輸出的互補(bǔ)濾波方法，給出精確的俯仰角和橫滾角。

觀點(diǎn)三

我自己沒(méi)有純IMU的經(jīng)驗(yàn)，但是可以分享下我知道的和我看到的看是否對(duì)題主有幫助。

1.買個(gè)非常貴的IMU: 最直接簡(jiǎn)單暴力的方法，航天工程和軍用無(wú)人機(jī)里應(yīng)該就是用了精度很高的IMU。而且據(jù)老板所說(shuō)，有次SIGGRAPH還是什么會(huì)上有人演示過(guò)純IMU的SLAM系統(tǒng)，效果杠杠的，不過(guò)很貴很貴就是了。

2.結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景的約束: 可以參考下 https://drive.google.com/file/d/1tQyz5DGklJvOyFqdr9z3fKDWOti6A8sZ/view 系列工作。

根據(jù)后續(xù)改進(jìn)這個(gè)工作的同學(xué)的反饋，他能夠用IMU+LSTM的方式取得很好的結(jié)果，而且有意思的是用了LSTM的結(jié)果也只比step counting好一些。這說(shuō)明在手持設(shè)備這種場(chǎng)景下勻速運(yùn)動(dòng)是個(gè)很強(qiáng)的先驗(yàn)約束，如果題主的應(yīng)用場(chǎng)景存在這種強(qiáng)先驗(yàn)的話可以從這方面入手，而不是僅僅著眼IMU數(shù)據(jù)本身。

審核編輯 ：李倩