地磁輔助導(dǎo)航（GMN）是一種利用地球磁場信息進行導(dǎo)航的技術(shù)。它通過匹配當(dāng)前位置地磁場強度的測量與附近地區(qū)的地磁參考圖獲取實時導(dǎo)航信息，能夠有效提高自主機器人和車輛的導(dǎo)航精度，具備成本低、覆蓋范圍廣、無累計誤差等優(yōu)點;同時，GMN可修正其他導(dǎo)航系統(tǒng)(如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS))提供的位置和方向，因此，地磁輔助導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

然而，由于磁強計測量地磁噪聲的影響，基于單點粒子濾波器的地磁定位算法在連續(xù)運行過程中可能會出現(xiàn)顯著的誤差甚至發(fā)散，從而限制了其遠程定位精度。

為了解決這一問題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院羅清華團隊提出了一種基于實時順序粒子濾波器的地磁定位方法。

哈工大羅清華團隊方案設(shè)計

為了解決算法對噪聲的靈敏度和累計誤差導(dǎo)致的精度下降的問題，羅清華團隊提出了一種基于實時序列粒子濾波器（RSPF）的地磁/測程綜合定位方法。

團隊以差速機器人為實驗對象，首先，通過實時連續(xù)粒子濾波，在保證實時性的同時，減輕了連續(xù)運行過程中噪聲的影響;然后，通過測程校準參數(shù)對測程的軌跡形狀進行校正，提高了該方法的遠程定位精度;最后，通過MAGCOM算法對初步匹配結(jié)果進行二次匹配，進一步減小了該方法的定位誤差:

實驗框架及實驗思路

計算結(jié)果表明，利用RSPF有效地降低了磁強計測量噪聲的影響。通過將測程校準參數(shù)納入粒子中，可以實時調(diào)整軌跡形狀，避免剛性變換造成的誤差。最后，利用MAGCOM對初步匹配結(jié)果進行二次匹配，進一步提高了定位精度。

定位算法驗證

為了進一步證明該算法的實用性，羅清華團隊部署了一個真實差速機器人場地，將所提出的算法結(jié)果與通過元客視界FZMotion光學(xué)運動捕捉系統(tǒng)采集機器人的真實軌跡進行對比與評估。

實驗中，由元客視界提供的FZMotion動捕系統(tǒng)在實驗中作為系統(tǒng)真值groundtruth（定位精度可以達到亞毫米級，角度精度達到0.01°）。

實驗設(shè)備

在實驗過程中，團隊通過遠程控制器控制機器人在實驗區(qū)域內(nèi)移動，共采集了10組真實軌跡進行匹配實驗，并對相關(guān)算法的性能進行了比較分析。

實驗結(jié)果的軌跡和定位誤差（FZMotion數(shù)據(jù)作為真值）

實驗結(jié)果表明，團隊提出的算法比其他算法獲得了更高水平的定位精度。該方法可以有效提高定位精度，為地磁輔助定位提供了重要參考，但仍需要進一步的研究來降低該方法的復(fù)雜性。

關(guān)于元客視界FZMotion

元客視界是凌云光設(shè)立的全資子公司，主要面向元宇宙虛擬現(xiàn)實、Web3.0時代數(shù)字人、沉浸媒體、全息通信、計算光學(xué)成像等應(yīng)用，已形成光場建模、運動捕捉、全景成像、XR 拍攝等在內(nèi)的產(chǎn)品布局。

FZMotion光學(xué)運動捕捉系統(tǒng)是元客視界自主開發(fā)的運動捕捉采集與分析系統(tǒng)，可以實時跟蹤測量并記錄三維空間內(nèi)點的軌跡、剛體的運動姿態(tài)以及人體動作，空間定位精度可以達到亞毫米級。

FZMotion Swift系列相機

FZMotion動捕系統(tǒng)在無人機室內(nèi)定位、仿生機器人運動規(guī)劃、機械臂示教學(xué)習(xí)、氣浮臺位姿驗證、水下運動捕捉等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，目前已經(jīng)與清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校開展合作。凌云光·元客視界致力于為高校提供完備的解決方案，助力科研發(fā)展。

查看論文:

Luo Q， Yu M， Yan X， et al. A Geomagnetic/Odometry Integrated Localization Method for Differential Robot Using Real-Time Sequential Particle Filter[J]. Sensors，2024，24（7）:2120.

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