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Filtres de Kalman étendus reposant sur une variable d'erreur non linéaire avec applications à la navigation

机译:导航应用中基于非线性误差变量的扩展卡尔曼滤波器

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摘要

The present thesis explores the use of non-linear state errors to devise extended Kalman filters (EKFs). First we depart from the theory of invariant observers on Lie groups and propose a more general yet simpler framework allowing to obtain non-linear error variables having the novel unexpected property of being governed by a (partially) linear differential equation. This result is leveraged to ensure local stability of the invariant EKF (IEKF) under standard observability assumptions, when extended to this class of (non-invariant) systems. Real applications to some industrial problems in partnership with the company SAGEM illustrate the remarkable performance gap over the conventional EKF. A second route we investigate is to turn the noise on and consider the invariant errors as stochastic processes. Convergence in law of the error to a fixed probability distribution, independent of the initialization, is obtained if the error with noise turned off is globally convergent, which in turn allows to assess gains in advance that minimize the error's asymptotic dispersion. The last route consists in stepping back a little and exploring general EKFs (beyond the Lie group case) relying on a non-linear state error. Novel mathematical (global) properties are derived. In particular, these methods are shown to remedy the famous problem of false observability created by the EKF if applied to simultaneous localization and mapping (SLAM), which is a novel result.
机译:本文探索了利用非线性状态误差来设计扩展卡尔曼滤波器(EKF)。首先,我们从李群不变观测器的理论出发,提出了一个更通用但更简单的框架,该框架允许获得非线性误差变量,该变量具有受(部分)线性微分方程支配的新颖性。当扩展到此类(非不变)系统时,可利用此结果来确保不变EKF(IEKF)在标准可观察性假设下的局部稳定性。与SAGEM公司合作对某些工业问题进行的实际应用表明,与传统的EKF相比,性能存在显着差距。我们研究的第二种方法是打开噪声,并将不变误差视为随机过程。如果关闭噪声的误差是全局收敛的,则可以得到误差定律与固定概率分布的收敛性,而与初始化无关,这是全局收敛的,从而可以预先评估将误差的渐近色散最小化的增益。最后一条路线是稍微退后一步,然后根据非线性状态误差探索一般的EKF(超出Lie小组的情况)。推导了新颖的数学(全局)特性。尤其是,这些方法被证明可以解决由EKF引起的假观察性问题(如果将其应用于同时定位和制图(SLAM)),这是一个新颖的结果。

著录项

  • 作者

    Barrau Axel;

  • 作者单位
  • 年度 2015
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 en
  • 中图分类

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