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Enregistrement W4401415607 · doi:10.1109/access.2024.3440314

Improving EKF-Based IMU/GNSS Fusion Using Machine Learning for IMU Denoising

2024· article· en· W4401415607 sur OpenAlexafffund
Rohan Kumar Reddy Damagatla, Mohamed Atia

Notice bibliographique

RevueIEEE Access · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueInertial Sensor and Navigation
Établissements canadiensCarleton University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésInertial measurement unitGNSS applicationsComputer scienceArtificial intelligenceExtended Kalman filterSensor fusionInertial navigation systemUnits of measurementKalman filterGlobal Positioning SystemComputer visionGyroscopeEngineeringInertial frame of referenceTelecommunications

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

In the realm of navigation systems, Inertial Measurement Unit (IMU) sensors play a pivotal role. The advent of Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) sensors has introduced a lightweight and cost-effective alternative for IMUs. However, MEMS IMUs come with the challenge of larger stochastic errors that accumulate over time, resulting in navigation drifts. To address this issue, the conventional approach involves fusing IMU with the Global Navigation Satellite System (GNSS) for reliable navigation. Nevertheless, this fusion setup fails in providing ubiquitous navigation during GNSS outage scenarios due to persistent IMU errors. In this paper, an efficient methodology is developed to mitigate navigation drifts by eliminating IMU errors using Light Gradient Boosting Machine (LightGBM) and Categorical Boosting (CatBoost) Machine Learning (ML) algorithms. In contrast to existing methodologies that employ high-end and expensive IMUs for training models to denoise low-cost MEMS IMUs, this paper proposes utilizing Inverse Kinematics (IK). This approach helps to derive clean IMU training data from the Position, Velocity, Attitude (PVA) values estimated through the Extended Kalman Filter (EKF) when GNSS is available and reliable. The distinctive advantage of the IK approach lies in its capacity to obtain real-time pseudo error-free IMU data without the necessity for high-end IMUs to train ML models. The proposed method undergoes testing in both Loosely coupled and Tightly coupled EKF scenarios using simulation and real dataset under varying GNSS outage durations. Comparisons are made between the denoised IMU signals and signal processing techniques such as Moving Average (MA) and Savitzky Golay (SG). Additionally, we present a comparative analysis of the proposed algorithms against Convolutional Neural Networks (CNN). Results demonstrate a noteworthy enhancement in position, velocity, and orientation estimation. Furthermore, the computation time required for model training and prediction across various algorithms is analyzed. The outcomes prove the superiority of the proposed tree-based algorithms over the conventional filtering methods and CNN in denoising IMU and improving the navigation results.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,008

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,026
Tête enseignante GPT0,295
Écart entre enseignants0,268 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations19
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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