Визуально-инерциальная навигация БПЛА с адаптивной оценкой неопределённости нейросетевой локализации на основе эвиденциального обучения

Визуально-инерциальная навигация БПЛА с адаптивной оценкой неопределённости нейросетевой локализации на основе эвиденциального обучения

Лазарева П.А. (КАИ, Казань, Россия)
Гурько Н.В. (КАИ, Казань, Россия)

Аннотация

Рассматривается задача визуально-инерциальной навигации беспилотных летательных аппаратов в условиях недоступности сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Предложен подход к адаптивному формированию ковариации измерений нейросетевого модуля абсолютной визуальной локализации на основе эвиденциального глубокого обучения (Evidential Deep Learning, EDL) с параметризацией нормально-обратным гамма-распределением. Введено понятие степени объяснимой наблюдаемости как контекстно-зависимой количественной характеристики информативности абсолютных измерений. Доказана теорема о вырождении наблюдаемости при стандартной ковариации процесса и предложена её модификация, обеспечивающая ненулевой коэффициент усиления Калмана между обновлениями. Проведено систематическое экспериментальное исследование, включающее четыре формулировки адаптивной ковариации измерений, два режима ковариации процесса и алгоритм автоматического переключения стратегий на двух синтетических и одном полётном наборе данных. Эвиденциальная ковариация превосходит эвристику на всех трёх наборах; величина выигрыша монотонно возрастает с информативностью сцены: снижение средней траекторной ошибки на 7-46% относительно эвристики. На наиболее информативном наборе достигается снижение на 46% и увеличение доли точных кадров с 27% до 66%. Модифицированная ковариация процесса повышает коэффициент усиления Калмана в конфигурациях, где между абсолютными обновлениями накапливается дрейф. Анализ границ применимости показывает, что величина выигрыша определяется корреляцией предсказанной EDL ошибки с фактической (от 0,16 до 0,96 на разных наборах), что задаёт количественный критерий применимости метода.

Ключевые слова

беспилотный летательный аппарат; визуально-инерциальная навигация; фильтр Калмана с ошибкой состояния; абсолютная визуальная локализация; нейросетевой дескриптор; эвиденциальное глубокое обучение; адаптивная ковариация.

Издание

Труды Института системного программирования РАН, том 38, вып. 6, часть 1, 2026, стр. 259-278.

ISSN 2220-6426 (Online), ISSN 2079-8156 (Print).

DOI: 10.15514/ISPRAS-2026-38(6)-17

Для цитирования

Лазарева П.А., Гурько Н.В. Визуально-инерциальная навигация БПЛА с адаптивной оценкой неопределённости нейросетевой локализации на основе эвиденциального обучения. Труды Института системного программирования РАН, том 38, вып. 6, часть 1, 2026, стр. 259-278. DOI: 10.15514/ISPRAS-2026-38(6)-17.

Полный текст статьи в формате pdf Вернуться к содержанию тома