The estimation of relative motion between spacecraft increasingly relies on feature-matching computer vision, which feeds data into a recursive filtering algorithm. Kalman filters, although efficient in noise compensation, demand extensive tuning of system and noise models. This paper introduces FlexKalmanNet, a novel modular framework that bridges this gap by integrating a deep fully connected neural network with Kalman filter-based motion estimation algorithms. FlexKalmanNet's core innovation is its ability to learn any Kalman filter parameter directly from measurement data, coupled with the flexibility to utilize various Kalman filter variants. This is achieved through a notable design decision to outsource the sequential computation from the neural network to the Kalman filter variant, enabling a purely feedforward neural network architecture. This architecture, proficient at handling complex, nonlinear features without the dependency on recurrent network modules, captures global data patterns more effectively. Empirical evaluation using data from NASA's Astrobee simulation environment focuses on learning unknown parameters of an Extended Kalman filter for spacecraft pose and twist estimation. The results demonstrate FlexKalmanNet's rapid training convergence, high accuracy, and superior performance against manually tuned Extended Kalman filters.


翻译:航天器间相对运动的估计越来越依赖于特征匹配计算机视觉,该方法将数据输入递归滤波算法。尽管卡尔曼滤波器在噪声补偿方面高效,但其需要大量系统模型和噪声模型的调优工作。本文提出FlexKalmanNet这一新型模块化框架,通过将深度全连接神经网络与基于卡尔曼滤波的运动估计算法相结合,解决了上述问题。FlexKalmanNet的核心创新在于能够直接从测量数据中学习任意卡尔曼滤波器参数,同时具备灵活运用多种卡尔曼滤波变体的能力。这一目标通过一个显著的设计决策实现:将顺序计算任务从神经网络外包给卡尔曼滤波变体,从而构建纯前馈神经网络架构。该架构无需依赖循环网络模块即可高效处理复杂非线性特征,能更有效地捕捉全局数据模式。基于NASA Astrobee仿真环境数据的实证评估聚焦于学习扩展卡尔曼滤波器的未知参数,用于航天器位姿与旋量估计。结果表明,FlexKalmanNet具有快速训练收敛、高精度以及对人工调参扩展卡尔曼滤波器的性能优势。

0
下载
关闭预览

相关内容

卡尔曼滤波是一种高效率的递归滤波器(自回归滤波器),它能够从一系列的不完全及包含噪声的测量中,估计动态系统的状态。
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
13+阅读 · 2023年2月7日
Arxiv
30+阅读 · 2022年9月10日
Arxiv
13+阅读 · 2022年4月30日
Arxiv
49+阅读 · 2020年12月16日
VIP会员
最新内容
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
10+阅读 · 今天7:25
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员