IM-GIV: an effective integrity monitoring scheme for tightly-coupled GNSS/INS/Vision integration based on factor graph optimization

要約

ファクターグラフ最適化 (FGO) に基づく全地球航法衛星システム/慣性航法システム (GNSS/INS)/ビジョン統合は、最近、ナビゲーションおよびロボット工学コミュニティで幅広い注目を集めています。
FGO ベースの統合ナビゲーション システムが安全性が重要なアプリケーションに使用される場合、整合性監視 (IM) 機能が必要です。
しかし、統合ナビゲーション システムの IM に関する従来の研究は、ほとんどがカルマン フィルターに基づいています。
FGO ベースの GNSS/INS/Vision 統合のための効果的な IM スキームの開発が急務です。
この寄稿では、FGO に基づく GNSS/INS/Vision 統合の整合性を保証するための位置誤差境界式が初めて設計され、検証されました。
これは、GNSS 擬似距離、IMU 事前統合、および視覚測定の残差から線形化された方程式によって計算できます。
特定の位置誤差境界は、GNSS、INS、および視覚的測定障害の場合に与えられます。
提案された位置誤差境界のパフォーマンスを評価および検証するために、フィールド実験が実施されました。
実験結果は、FGO に基づく GNSS/INS/Vision 統合に対して提案された位置誤差境界が、さまざまな故障モードに対して位置誤差を正確に適合させることができ、正確かつ適時に故障を除外した後、6 つの故障モードでの整合性の可用性が 100% であることを示しています。

要約(オリジナル)

Global Navigation Satellite System/Inertial Navigation System (GNSS/INS)/Vision integration based on factor graph optimization (FGO) has recently attracted extensive attention in navigation and robotics community. Integrity monitoring (IM) capability is required when FGO-based integrated navigation system is used for safety-critical applications. However, traditional researches on IM of integrated navigation system are mostly based on Kalman filter. It is urgent to develop effective IM scheme for FGO-based GNSS/INS/Vision integration. In this contribution, the position error bounding formula to ensure the integrity of the GNSS/INS/Vision integration based on FGO is designed and validated for the first time. It can be calculated by the linearized equations from the residuals of GNSS pseudo-range, IMU pre-integration and visual measurements. The specific position error bounding is given in the case of GNSS, INS and visual measurement faults. Field experiments were conducted to evaluate and validate the performance of the proposed position error bounding. Experimental results demonstrate that the proposed position error bounding for the GNSS/INS/Vision integration based on FGO can correctly fit the position error against different fault modes, and the availability of integrity in six fault modes is 100% after correct and timely fault exclusion.

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