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Optimal Active Sensing with Process and Measurement Noise

Authors :
Paolo Robuffo Giordano
Paolo Salaris
Marco Cognetti
Sensor-based and interactive robotics ( RAINBOW )
Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -SIGNAUX ET IMAGES NUMÉRIQUES, ROBOTIQUE ( IRISA_D5 )
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires ( IRISA )
Université de Rennes 1 ( UR1 )
Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Institut National des Sciences Appliquées - Rennes ( INSA Rennes ) -Université de Bretagne Sud ( UBS ) -École normale supérieure - Rennes ( ENS Rennes ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire ( IMT Atlantique ) -Université de Rennes 1 ( UR1 )
Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Institut National des Sciences Appliquées - Rennes ( INSA Rennes ) -Université de Bretagne Sud ( UBS ) -École normale supérieure - Rennes ( ENS Rennes ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire ( IMT Atlantique ) -Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires ( IRISA )
Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Institut National des Sciences Appliquées - Rennes ( INSA Rennes ) -Université de Bretagne Sud ( UBS ) -École normale supérieure - Rennes ( ENS Rennes ) -CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire ( IMT Atlantique )
HExapode, PHysiologie, AssISTance et Objets de Service ( HEPHAISTOS )
Inria Sophia Antipolis - Méditerranée ( CRISAM )
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria )
Sensor-based and interactive robotics (RAINBOW)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-SIGNAUX ET IMAGES NUMÉRIQUES, ROBOTIQUE (IRISA-D5)
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
HExapode, PHysiologie, AssISTance et Objets de Service (HEPHAISTOS)
Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes 1 (UR1)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Source :
ICRA 2018-IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA 2018-IEEE International Conference on Robotics and Automation, May 2018, Brisbane, Australia. pp.1-8, 2018, 〈https://icra2018.org/〉, ICRA 2018-IEEE International Conference on Robotics and Automation, May 2018, Brisbane, Australia. pp.2118-2125, ⟨10.1109/ICRA.2018.8460476⟩, ICRA
Publication Year :
2018
Publisher :
HAL CCSD, 2018.

Abstract

International audience; The goal of this paper is to increase the estimation performance of an Extended Kalman Filter for a nonlinear differentially flat system by planning trajectories able to maximize the amount of information gathered by onboard sensors in presence of both process and measurement noises. In a previous work, we presented an online gradient descent method for planning optimal trajectories along which the smallest eigenvalue of the Observability Gramian (OG) is maximized. As the smallest eigenvalue of the OG is inversely proportional to the maximum estimation uncertainty, its maximization reduces the maximum estimation uncertainty of any estimation algorithm employed during motion. However, the OG does not consider the process noise that, instead, in several applications is far from being negligible. For this reason, this paper proposes a novel solution able to cope with non-negligible process noise: this is achieved by minimizing the largest eigenvalue of the a posteriori covariance matrix obtained by solving the Continuous Riccati Equation as a measure of the total available information. This minimization is expected to maximize the information gathered by the outputs while, at the same time, limiting as much as possible the negative effects of the process noise. We apply our method to a unicycle robot. The comparison between the novel method and the one of our previous work (which did not consider process noise) shows significant improvements in the obtained estimation accuracy.

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Journal :
ICRA 2018-IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA 2018-IEEE International Conference on Robotics and Automation, May 2018, Brisbane, Australia. pp.1-8, 2018, 〈https://icra2018.org/〉, ICRA 2018-IEEE International Conference on Robotics and Automation, May 2018, Brisbane, Australia. pp.2118-2125, ⟨10.1109/ICRA.2018.8460476⟩, ICRA
Accession number :
edsair.doi.dedup.....b34f192fac95742ef20a83203c272e31