Visual-Inertial odometry (VIO) is known to suffer from drifting especially over long-term runs. In this paper, we present GVINS, a non-linear optimization based system that tightly fuses GNSS raw measurements with visual and inertial information for real-time and drift-free state estimation. Our system aims to provide accurate global 6-DoF estimation under complex indoor-outdoor environment where GNSS signals may be intermittent or even totally unavailable. To connect global measurements with local states, a coarse-to-fine initialization procedure is proposed to efficiently calibrate the transformation online and initialize GNSS states from only a short window of measurements. The GNSS code pseudorange and Doppler shift measurements, along with visual and inertial information, are then modelled and used to constrain the system states in a factor graph framework. For complex and GNSS-unfriendly areas, the degenerate cases are discussed and carefully handled to ensure robustness. Thanks to the tightly-coupled multi-sensor approach and system design, our system fully exploits the merits of three types of sensors and is capable to seamlessly cope with the transition between indoor and outdoor environments, where satellites are lost and reacquired. We extensively evaluate the proposed system by both simulation and real-world experiments, and the result demonstrates that our system substantially eliminates the drift of VIO and preserves the local accuracy in spite of noisy GNSS measurements. The challenging indoor-outdoor and urban driving experiments verify the availability and robustness of GVINS in complex environments. In addition, experiments also show that our system can gain from even a single satellite while conventional GNSS algorithms need four at least.


翻译:众所周知,视觉-内闭测量系统(VIO)在长期内特别已知是漂移造成的。在本文件中,我们介绍了GVINS,这是一个非线性优化基础系统,该系统将全球导航卫星系统原始测量与实时和无漂移状态估计的视觉和惯性信息紧密结合,实时和无浮状态估算。我们的系统的目标是在复杂的室内外环境下提供准确的6-DoF全球估计,而那里的全球导航卫星系统信号可能间歇甚至完全无法使用。为了将全球测量与当地国家联系起来,我们建议采用一个最不精确到最精确的系统初始化程序,以便有效地校准在线转换,使全球导航卫星系统国家从一个短的测量窗口开始。全球导航卫星系统代码伪值和多普勒转换的测量数据,以及视觉和惯性信息,随后被模拟并用于在一个要素图框架内限制该系统。对于复杂和全球导航卫星系统不友好的地区,讨论并仔细处理这些不成熟的案例,以确保稳健。由于采用紧密相交的多传感器方法和系统设计,我们系统充分利用三种类型的传感器的优点,从而能够在现实和室外的轨道环境之间顺利地进行转换,而我们所拟议的全球轨道和地试验系统在不断的轨道上展示。

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