DI-EME: Deep Inertial Ego-Motion Estimation for Autonomous Underwater Vehicle

惯性参考系 水下 本我、自我与超我 计算机科学 惯性测量装置 海洋工程 工程类 人工智能 地质学 物理 经典力学 心理学 海洋学 精神分析
作者
Ziyuan Li,Huapeng Yu,Wentie Yang,Zhang Yan-min,Ye Li,Hanchen Xiao
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:24 (11): 18511-18519
标识
DOI:10.1109/jsen.2024.3386354
摘要

Inertial navigation systems (INSs) are a topical solution in underwater navigation. Although appealing due to their ability to estimate pose without external information, INS suffer from compounding position errors due to bias and random noise. In general, INSs require the assistance of other positioning devices to achieve satisfactory positioning results. To solve these problems, this paper proposes an ego-motion estimation framework with an inertial measurement unit (IMUs) and magnetic compass based on the deep learning theory. The main idea is to estimate the displacement of vehicles from the IMU data in the time window and combine this with magnetic compass headings to reconstruct the trajectories of the vehicles. The pre-integration technology is used to process raw IMU data, which mathematically separates the dependence of traditional inertial algorithms based on the initial value. Then convolutional neural networks (CNN) and attention hybrid networks are used to estimate the displacement of vehicles. In addition, the framework leverages the backpropagation neural network to fuse the magnetic heading and IMU measurements to obtain an accurate heading. Compared with other deep learning methods, the proposed method reduces computational complexity and improves position accuracy. Eventually, the accuracy of the proposed method is verified in the sea trail. The results show that the maximum value of absolute trajectory errors accounts for 12.8% of the distance in severe sea conditions and 6.38% in usual sea conditions.
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