Factor Graph Optimization for GNSS/INS Integration: A Comparison with the Extended Kalman Filter

Wen, W., Pfeifer, T., Bai, X., Hsu, L. T.

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用于 GNSS/INS factor graph 实验的测试车辆与 urban canyon 场景。
图 3 视觉细节:测试车辆与 urban canyon 实验设置,用于比较 FGO 与 EKF。

图像

在提出因子图模型前,论文先建立 EKF 的松耦合与紧耦合基线,作为新 formulation 的比较对象。

Flowchart of loosely coupled and tightly coupled GNSS/INS integrations implemented using EKF.
图 1(论文):基于 EKF 实现的松耦合与紧耦合 GNSS/INS 集成流程图。

在定义估计结构后,论文转向香港车辆实验平台和城市峡谷路线,用于比较 EKF 与 FGO。

Experimental vehicle sensor setup and Hong Kong urban canyon test scene.
图 3(论文):实验车辆传感器配置和香港城市峡谷测试场景。

第一组主要结果把方法转化为轨迹证据,对比紧耦合 EKF 和 FGO 与参考轨迹的差异。

Tightly coupled GNSS/INS trajectory and two-dimensional error results comparing EKF and FGO.
图 5(论文):紧耦合 GNSS/INS 轨迹以及 EKF 与 FGO 的 2D 定位误差比较。

窗口长度分析说明 FGO 的性能为何取决于同时优化多少历史信息。

Two-dimensional positioning error under different FGO window sizes.
图 8(论文):紧耦合 FGO 在不同滑动窗口长度下的 2D 定位误差。

这些天空视图时刻通过展示困难时段的 LOS/NLOS 卫星条件来解释窗口长度结果。

Sky-view images showing line-of-sight and non-line-of-sight satellite visibility at selected epochs.
图 9(论文):鱼眼天空视图和所选时刻的 LOS/NLOS 卫星可见性。

伪距直方图把定位表现与城市测量噪声的非高斯特性联系起来。

GPS and BeiDou pseudorange error histograms with fitted Gaussian mixture models.
图 10(论文):GPS 和北斗伪距误差直方图及对应的高斯混合模型拟合。

最后的比较检查用 FGO 与 iSAM 求解紧耦合图优化的实际计算代价。

Computational time comparison between tightly coupled FGO and tightly coupled iSAM.
图 13(论文):紧耦合 FGO 与紧耦合 iSAM 的计算时间比较。