Enhancing Geomagnetic Navigation with PPO-LSTM: Robust Navigation Utilizing Observed Geomagnetic Field Data

地球磁场 领域(数学) 计算机科学 遥感 地球物理学 大地测量学 人工智能 地质学 磁场 物理 数学 量子力学 纯数学
作者
Xiaohui Zhang,W.Q. Bai,M. Krämer,Songnan Yang,Ting Shang,Haolin Liu
出处
期刊:Sensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:25 (12): 3699-3699 被引量:1
标识
DOI:10.3390/s25123699
摘要

Geospatial navigation in GPS-denied environments presents significant challenges, particularly for autonomous vehicles operating in complex, unmapped regions. We explore the Earth’s geomagnetic field, a globally distributed and naturally occurring resource, as a reliable alternative for navigation. Since vehicles can only observe the geomagnetic field along their traversed paths, they must rely on incomplete information to infer the navigation strategy; therefore, we formulate the navigation problem as a partially observed Markov decision process (POMDP). To address this POMDP, we employ proximal policy optimization with long short-term memory (PPO-LSTM), a deep reinforcement learning framework that captures temporal dependencies and mitigates the effects of noise. Using real-world geomagnetic data from the international geomagnetic reference field (IGRF) model, we validate our approach through experiments under noisy conditions. The results demonstrate that PPO-LSTM outperforms baseline algorithms, achieving smoother trajectories and higher heading accuracy. This framework effectively handles the uncertainty and partial observability inherent in geomagnetic navigation, enabling robust policies that adapt to complex gradients and offering a robust solution for geospatial navigation.
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