mercredi 11 décembre 2024

Tarek Bouazza soutiendra sa thèse de doctorat le mercredi 11 décembre 2024 à 13h00 dans la salle 007 du laboratoire i3S.

La thèse intitulée « Contributions à la conception d'observateurs géométriques pour la navigation visuo-inertielle » a été réalisée dans le pôle SIS sous la direction de Tarek Hamel.

La présentation sera en anglais.

 

Résumé :

L'estimation précise des états de navigation d'un robot est une exigence essentielle pour la conception de systèmes autonomes sûrs et fiables. Les systèmes modernes de navigation visuo-inertielle présentent une solution puissante pour les applications aériennes et sous-marines en combinant des informations visuelles riches et fiables provenant de caméras monoculaires avec des données inertielles à haute cadence et à faible latence fournies par des centrales inertielles MEMS. Alors que les algorithmes conventionnels de fusion de capteurs nécessitent des ressources de calcul importantes, les techniques de filtrage traditionnelles garantissent un traitement plus rapide au détriment des performances en raison des non-linéarités associées à la géométrie non-euclidienne des espaces d'état et de sortie du système. L'exploitation de la structure de symétrie dérivée des propriétés du système s'est avérée efficace pour la conception d'observateurs d'état robustes et fiables dotés de fortes garanties de stabilité. Cette thèse aborde deux aspects complémentaires du problème de la navigation visuo-inertielle. En première partie, elle considère le problème de l'estimation directe de la pose (position et orientation) et de la pose étendue (pose et vitesse linéaire) du robot via l'exploitation directe des groupes de symétrie sous-jacents SE(3) et SE2(3), respectivement, et des modèles de mesure non linéaires dérivés des contraintes visuelles de l'homographie. Des conditions explicites d'observabilité uniforme sont établies pour chaque cas, et des observateurs de Riccati sont proposés et testés en simulation et dans des expériences en conditions réelles. Deuxièmement, l'accent est mis sur la dérivation d'observateurs exploitant les propriétés de symétrie et d'équivariance inhérentes à l'espace d'état, à la dynamique et aux modèles de mesures. Cette partie de la thèse introduit de nouvelles symétries de groupe de Lie qui tiennent compte des mesures d'entrée et de sortie disponibles et dérive les observateurs équivariants appropriés. Les états considérés incluent la matrice d'homographie modélisée comme un élément du groupe de Lie SL(3), l'homographie étendue (qui inclut l'homographie et les paramètres de structure de la scène plane observée), l'homographie inertielle étendue (homographie étendue, vitesse linéaire et direction gravitationnelle), et, dans la construction épipolaire, la pose du robot modélisée en utilisant le groupe de symétrie polaire SOT(3). Ces contributions sont accompagnées d'une analyse approfondie visant à établir les conditions d'observabilité uniforme nécessaire à la preuve formelle de la stabilité des observateurs équivariants déterministes, ou à évaluer la consistance des filtres stochastiques, et sont validées par des expériences de simulation détaillées.