Multisensornavigation auf Bayes'scher Grundlage - Stand, Anwendungen und Entwicklungen

Der Beitrag behandelt die Navigationszustandsschätzung und die damit einhergehende Steuerung von Navigationsobjekten (Bodies (b)) mittels verteilter GNSS/MEMS/MOEMS Sensorik sowie weiteren optischen Sensoren wie Laserscannern und Kameras. Anwendungen sind die Navigation und Steuerung von Boden-, Wasser- und Luftfahrzeugen (u. a. autonomes Fahren und Fliegen). Darüber hinaus zu nennen sind mobile Geodatenerfassung und GIS sowie das Smartphone als Body (b) zur nahtlosen Out- und Indoornavigation von Personen. Im aktuellen Fokus stehen auch die Entwicklungen von Mappingsystemen zur automatisierten Erstellung von 3D-Modellen von Infrastrukturen und Gebäuden.
Eingangs wird die im FuE-(Forschungs- und Entwicklungs-)Projekt NAVKA (NAVKA, 2018) seit 2010 vorangetriebene moderne Multisensor-Multiplattform Navigation in allgemeiner Leverarmverortung der Sensoren vorgestellt. Es folgt die Darstellung des Navigationszustandsvektors als ereignisbasierte Markov-Kette der auf einen Ausgangszustand folgenden Messungen und Steuerungsmaßnahmen. Die Markov-Kette wird in einen alle parametrische und stochastische Information subsumierenden Bayes’schen Ansatz als Ausgangspunk der Navigationszustandsschätzung überführt. ... mehrDie Bayes’sche Ausgangsbasis erlaubt die Integration der auf physikalischen Grundannahmen zum Bewegungsmodell sowie auf diskrete Steuerungen basierten Transitionsgleichungen aufeinanderfolgender Navigationszustände (Chapman-Kolmogorov-Gleichung). Einhergehend mit zwei Annahmen zu Markov-Prozessen 1. Ordnung wird die finale Bayes-basierte a-posteriori Dichtefunktion zur Navigationszustandsschätzung aus obigen Komponenten dargestellt. Mit diesem Ausgangspunkt können nun unterschiedliche Zustandsschätzungen (Kalman-Filter (KF), Extended Kalman-Filter (EKF), Robustes KF/EKF, Partikel-Filter, SLAM) hergeleitet werden. Die Bayes’sche Grundlage liefert damit den gemeinsamen Nenner bzw. dieWurzel für die in verschiedenen Disziplinen (Robotik, Mechatronik, Luft- und Raumfahrt, Geodäsie, u. a.) und Anwendungen in unterschiedlichen Verzweigungen verfolgten mathematischen Modelle und Algorithmen zur Zustandsschätzung und Steuerung der o. g. Multisensor-Multiplattform-Navigationssysteme.