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Self-Aware Swarm Navigation in Autonomous Exploration Missions

Zhang, Siwei und Pöhlmann, Robert und Wiedemann, Thomas und Dammann, Armin und Wymeersch, Henk und Hoeher, Peter (2020) Self-Aware Swarm Navigation in Autonomous Exploration Missions. Proceedings of the IEEE. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/JPROC.2020.2985950. ISSN 0018-9219.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Kurzfassung

A multitude of autonomous robotic platforms collectively organized as a swarm attracts increasing attention for remote sensing and exploration tasks. A navigation system is essential for the swarm to collectively localize itself as well as external sources. In this article, we propose a self-aware swarm navigation system that is conscious of the causality between its position and the localization uncertainty. This knowledge allows the swarm to move in a way to not only account for external mission objectives but also enhance position information. Position information for classical navigation systems has already been studied with the Fisher information (FI) and Bayesian information (BI) theories. We show how to extend these theories to a self-aware swarm navigation system, particularly emphasizing the collective performance. In this respect, fundamental limits and geometric interpretations of localization with generic observation models are discussed. We further propose a general concept of FI and BI based information seeking swarm control. The weighted position Cramér-Rao bound (CRB) and posterior CRB (PCRB) are employed flexibly as either a control cost function or constraints according to different mission criteria. As a result, the swarm actively adapts its position to enrich position information with different emerging collective behaviors. The proposed concept is illustrated by a case study of a swarm mission for gas exploration on Mars.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/134854/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Self-Aware Swarm Navigation in Autonomous Exploration Missions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zhang, Siweisiwei.zhang (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4390-458XNICHT SPEZIFIZIERT
Pöhlmann, RobertRobert.Poehlmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7362-9406NICHT SPEZIFIZIERT
Wiedemann, ThomasThomas.Wiedemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dammann, ArminArmin.Dammann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7112-1833NICHT SPEZIFIZIERT
Wymeersch, HenkChalmers University of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hoeher, PeterUniversity of Kiel, Kiel, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:7 Mai 2020
Erschienen in:Proceedings of the IEEE
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1109/JPROC.2020.2985950
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:0018-9219
Status:veröffentlicht
Stichwörter:collective intelligence, cooperative SLAM, Cramér-Rao bound (CRB), Fisher information (FI), information-seeking control, localization, multiagent systems, source localization, swarm
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation und Navigation
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KN - Kommunikation und Navigation
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben GNSS2/Neue Dienste und Produkte (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation
Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Hinterlegt von: Zhang, Siwei
Hinterlegt am:14 Mai 2020 15:35
Letzte Änderung:24 Okt 2023 11:59

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