Improving the reliability of drone navigation solutions based on the interacting multiple model Kalman filter
DOI:
https://doi.org/10.18372/2073-4751.84.20900Keywords:
drone, decision making, uncertain information, Kalman filter, KF, IMM-KFAbstract
The article considers the problem of decision-making in drone navigation in noisy conditions and with sensor degradation, when the classic Kalman filter with fixed noise statistics is unable to adapt quickly enough to changes in measurement quality. An approach based on the Interacting Multiple Model Kalman Filter is proposed and implemented, in which several estimation modes with different assumptions about the degradation of LiDAR, optical flow, IMU, and compass work in parallel, and the resulting state estimate is formed by a weighted combination of the posterior probabilities of the modes.
The evaluation was performed in a drone flight simulation in two series of experiments. In series A, a comparison of KF and IMM-KF was performed at four noise levels, where the success rate, mission duration, and RMSE of the state estimation on successful runs were measured, as well as the causes of failures. In series B, the correctness of the IMM mode switching mechanism was verified in controlled scenarios of spatial and temporal degradations. The probabilities of modes, the determination of the noise mode by the drone, the contrast between active and inactive intervals, and the switching delay were analyzed. The results show that IMM-KF increases stability in strong degradations without changing the autopilot, and the mode probability metric is an interpretable indicator of changes in the quality of sensor measurements.
References
Русанова О., Морозов-Леонов О. Спосіб прийняття рішень в навігації дрону в умовах заглушення датчиків на основі фільтра Калмана // Measuring and Computing Devices in Technological Processes. – 2025. – № 3. – С. 92–98. – DOI: 10.31891/2219-9365-2025-83-12.
Khan A., Iqbal Bhatti A. Comparison between Kalman Filter and Interacting Multiple Model using 2-D trajectories // 1st International Conference on Electrical, Communication and Computer Engineering (ICECCE 2019), Swat, Pakistan, 24-25 July 2019. – IEEE, 2019. – Article 8940755. – DOI: 10.1109/ICECCE47252.2019.8940755.
Nguyen, V. D., Claussen, T. Individual-Gating-by-Sorting in MHT // Proceedings of the 17th International Conference on Information Fusion (FUSION 2014). - Salamanca, Spain, 7-10 July 2014. - P. 1-8. - [Електронний ресурс] // Amazonaws.com – Режим доступу: https://confcats_isif.s3.amazonaws.com/web-files/event/proceedings/html/2014Proceedings/papers/fusion2014_submission_177/paper177.pdf
Shin D., Yi S., Park K.-m., Park M. An Interacting Multiple Model Approach for Target Intent Estimation at Urban Intersection for Application to Automated Driving Vehicle // Applied Sciences. – 2020. – Vol. 10, No. 6. – Article 2138. – DOI: 10.3390/app10062138.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
