无人机传感器数据融合与滤波算法

📚 30章 · 从入门到实战
01 课程导论与传感器基础
IMU、GPS、磁力计、气压计、超声波、视觉传感器原理、特性与误差来源
02 坐标系与姿态表示
地球坐标系、机体坐标系、欧拉角、四元数、旋转矩阵及其转换关系
03 卡尔曼滤波基础
状态空间模型、预测与更新步骤、卡尔曼增益推导与直观理解
04 线性卡尔曼滤波 (LKF) 实现
一维与多维卡尔曼滤波Python实现,以无人机高度估计为例
05 扩展卡尔曼滤波 (EKF)
非线性系统线性化、雅可比矩阵计算,以无人机姿态估计为例
06 无迹卡尔曼滤波 (UKF)
无迹变换、Sigma点选取、与EKF对比分析
07 粒子滤波 (PF)
蒙特卡洛方法、重要性采样、重采样技术,适用于非高斯噪声场景
08 互补滤波器
基于频率响应的IMU数据融合,加速度计与陀螺仪互补滤波实现
09 Mahony 滤波器
基于四元数的姿态互补滤波算法,适用于低成本IMU
10 Madgwick 滤波器
梯度下降法优化的姿态解算算法,与Mahony滤波器对比
11 GPS与IMU融合 (松耦合)
基于EKF的位置与速度估计,解决GPS信号丢失问题
12 GPS与IMU融合 (紧耦合)
原始观测值融合,提升定位精度与鲁棒性
13 视觉惯性里程计 (VIO) 基础
视觉特征提取与匹配、IMU预积分、滑动窗口优化
14 多传感器时间同步
硬件同步与软件同步方法,时间戳管理与插值技术
15 传感器标定
IMU零偏与尺度因子标定、相机内参标定、相机-IMU外参标定
16 数据预处理与滤波
低通、高通、带通、陷波滤波在无人机信号处理中的应用
17 异常检测与鲁棒滤波
卡方检验故障检测、自适应卡尔曼滤波、抗差估计
18 多传感器融合架构
集中式、分布式、混合式融合架构优缺点与选型
19 因子图优化
基于图优化的传感器融合方法,与卡尔曼滤波对比
20 实时性与嵌入式实现
算法复杂度分析、定点数优化、ARM/DSP平台部署经验
21 仿真环境搭建
基于Python/Matlab的传感器数据仿真,噪声建模与场景生成
22 开源框架介绍
PX4 ECL、RTKLIB、GTSAM、OpenVINS架构与使用
23 案例实战:PX4高度融合
基于PX4的无人机高度融合滤波(气压计+GPS+IMU)
24 案例实战:室内定位 (UWB+IMU)
基于EKF的无人机室内定位(UWB+IMU融合)
25 案例实战:VIO自主导航
基于VIO的无人机自主导航(Intel T265+PX4)
26 案例实战:RTK-GPS测绘优化
基于RTK-GPS的农田测绘无人机定位优化
27 案例实战:多传感器避障
基于多传感器融合的无人机避障系统(激光雷达+视觉+IMU)
28 性能评估方法
均方根误差(RMSE)、绝对轨迹误差(ATE)、相对轨迹误差(RPE)
29 前沿趋势
基于深度学习的传感器融合、端到端学习、事件相机融合
30 课程总结与项目答辩
融合滤波系统设计文档撰写、常见问题排查、未来学习路径
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