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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 應用力學研究所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/98596
標題: 物理訊息神經網路輔助擴展卡爾曼濾波器之設計與實現
Physics-Informed Neural Networks Assisted Extended Kalman Filter System Design and Implementation
作者: 林秉諭
Ping-Yu Lin
指導教授: 王立昇
Li-Sheng Wang
關鍵字: 數據導向,擴展卡爾曼濾波器,阿克曼轉向載具,物理訊息神經網路,
Data-Driven,Extended Kalman Filter,Ackermann vehicle,Physics-Informed Neural Network,
出版年 : 2025
學位: 碩士
摘要: 本研究旨在設計並實現一套數據導向(Data-Driven)之系統狀態估測系統,應用於阿克曼(Ackermann)無人載具於戶外環境中的定位及定向。為解決阿克曼轉向機構的載具非線性模型不易掌握的問題,本研究進一步引入物理訊息神經網路(Physics-Informed Neural Networks0, PINN)輔助擴展卡爾曼濾波器(Extended Kalman Filter, EKF),透過學習車輛運動方程,融合GPS/GNSS 與IMU 資訊,有效估測車輛在戶外環境中的座標與朝向角,提升估測精度與穩定性。最終,引入動態節點擴張概念及線上即時學習修正類神經網路模型,整體系統融合數據導向方法與物理模型推導之優勢,實現具備自適應性、運動可行性與動態穩健性的戶外阿克曼載具定位與控制架構。
This study aims to design and implement a data-driven state estimation system for localization of Ackermann-type unmanned ground vehicles (UGVs) operating in outdoor environments. To address the challenges posed by the uncertain nonlinear dynamical model inherent to the Ackermann steering mechanism, a Physics-Informed Neural Network (PINN) is incorporated to enhance the performance of the Extended Kalman Filter (EKF). By learning the vehicle’s motion equations and fusing data from GPS/GNSS and inertial measurement units (IMUs), the proposed system effectively estimates the vehicle’s position and heading, thereby improving both the accuracy and stability of localization.
To further adapt to real-world environmental dynamics and model uncertainties, this work introduces a dynamic node expansion strategy and an online learning mechanism for real-time model correction. The resulting framework leverages the complementary strengths of data-driven learning and physics-based modeling, enabling adaptive, physically feasible, and robust localization and control of outdoor Ackermann UGVs.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/98596
DOI: 10.6342/NTU202501008
全文授權: 同意授權(限校園內公開)
電子全文公開日期: 2025-08-18
顯示於系所單位:應用力學研究所

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