Common mathematical techniques such as discrete integration, gradient descent optimization, and state estimation (exemplified by the Runge-Kutta method, Gauss-Newton minimization, and extended Kalman filter or EKF, respectively), rely on linear algebra and hence are only applicable to state vectors belonging to Euclidean spaces when implemented as described in the literature. This article describes how to modify these methods so they can be applied to non Euclidean state vectors, such as those containing rotations and full motions of rigid bodies. To do so, this article provides an in-depth review of the SO(3) and SE(3) Lie groups, known as the special orthogonal and special Euclidean groups of R3, which represent the rigid body rotations and motions, placing special emphasis on the different possible representations, their tangent spaces, the analysis of perturbations, and in particular the definitions of the jacobians required to employ the previously mentioned calculus methods.


翻译:通用数学技术,如离散集成、梯度下层优化和状态估计(分别以龙格-库塔法、高斯-牛顿最小化法和扩展的卡尔曼过滤器或EKF为例),依赖线性代数,因此,如文献所述,在应用时只适用于属于欧几里德空间的州矢量。本条款描述了如何修改这些方法,以便能够适用于非欧几里德州矢量,如含有旋转和僵硬体完全运动的矢量。为此,本条款对SO(3)和SE(3)里组进行了深入审查,称为特殊正方形和特殊的欧几里德(R3)组,它们代表了僵硬体旋转和运动,特别强调了不同可能的表达方式、它们的相近空间、对扰动的分析,特别是使用先前提到的微积法所需的雅科比人定义。

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