无线电贴图在无线通信和移动机器人任务中找到了许多应用，包括资源分配，干扰协调和任务规划。尽管已经提出了许多技术来构造来自空间分布测量的无线电映射，但是预先假定了这种测量的位置的位置。相反，本文提出了频谱测量，其中诸如无人航空车辆（UAV）的移动机器人在主动选择的一组位置处收集测量以在短测量时间内获得高质量地图估计。这是以两步执行的。首先，设计了两种新颖的算法，基于模型的在线贝叶斯估计器和数据驱动的深度学习算法，以更新地图估计和指示每个可能位置的测量信息的信息性。这些算法提供互补的益处，并且每次测量都具有恒定的复杂性。其次，不确定度量用于规划无人机的轨迹，以在最具信息地的位置收集测量。为了克服这个问题的组合复杂性，提出了一种动态编程方法，以通过线性时间的大不确定性的区域获取航路点列表。在现实数据集上进行的数值实验证实了所提出的方案快速构建精确的无线电贴图。

主动位置估计（APE）是使用一个或多个传感平台本地化一个或多个目标的任务。 APE是搜索和拯救任务，野生动物监测，源期限估计和协作移动机器人的关键任务。 APE的成功取决于传感平台的合作水平，他们的数量，他们的自由度和收集的信息的质量。 APE控制法通过满足纯粹剥削或纯粹探索性标准，可以实现主动感测。前者最大限度地减少了位置估计的不确定性;虽然后者驱动了更接近其任务完成的平台。在本文中，我们定义了系统地分类的主要元素，并批判地讨论该域中的最新状态。我们还提出了一个参考框架作为对截图相关的解决方案的形式主义。总体而言，本调查探讨了主要挑战，并设想了本地化任务的自主感知系统领域的主要研究方向。促进用于搜索和跟踪应用的强大主动感测方法的开发也有益。

研究界，工业和社会中地面移动机器人（MRS）和无人机（UAV）的重要性正在迅速发展。如今，这些代理中的许多代理都配备了通信系统，在某些情况下，对于成功完成某些任务至关重要。在这种情况下，我们已经开始见证在机器人技术和通信的交集中开发一个新的跨学科研究领域。该研究领域的意图是将无人机集成到5G和6G通信网络中。这项研究无疑将在不久的将来导致许多重要的应用。然而，该研究领域发展的主要障碍之一是，大多数研究人员通过过度简化机器人技术或通信方面来解决这些问题。这阻碍了达到这个新的跨学科研究领域的全部潜力的能力。在本教程中，我们介绍了一些建模工具，从跨学科的角度来解决涉及机器人技术和通信的问题所需的一些建模工具。作为此类问题的说明性示例，我们将重点放在本教程上，讨论通信感知轨迹计划的问题。

这项正在进行的工作旨在为统计学习提供统一的介绍，从诸如GMM和HMM等经典模型到现代神经网络（如VAE和扩散模型）缓慢地构建。如今，有许多互联网资源可以孤立地解释这一点或新的机器学习算法，但是它们并没有（也不能在如此简短的空间中）将这些算法彼此连接起来，或者与统计模型的经典文献相连现代算法出现了。同样明显缺乏的是一个单一的符号系统，尽管对那些已经熟悉材料的人（如这些帖子的作者）不满意，但对新手的入境造成了重大障碍。同样，我的目的是将各种模型（尽可能）吸收到一个用于推理和学习的框架上，表明（以及为什么）如何以最小的变化将一个模型更改为另一个模型（其中一些是新颖的，另一些是文献中的）。某些背景当然是必要的。我以为读者熟悉基本的多变量计算，概率和统计以及线性代数。这本书的目标当然不是​​完整性，而是从基本知识到过去十年中极强大的新模型的直线路径或多或少。然后，目标是补充而不是替换，诸如Bishop的\ emph {模式识别和机器学习}之类的综合文本，该文本现在已经15岁了。

全球导航卫星系统通常在城市环境中表现较差，在城市环境中，设备和卫星之间的视线条件的可能性很低，因此需要替代的定位方法才能良好准确。我们提出了Locunet：用于本地化任务的卷积，端到端训练的神经网络，能够从少数基站（BSS）的接收信号强度（RSS）中估算用户的位置。在提出的方法中，要本地化的用户只需将测量的RSS报告给可能位于云中的中央处理单元。使用BSS和RSS测量值的Pathloss无线电图的估计，Locunet可以以最先进的精度定位用户，并在无线电图估计中享有高度鲁棒性。所提出的方法不需要对新环境进行预采样，并且适用于实时应用。此外，提供了两个新颖的数据集，可以在现实的城市环境中对RSS和TOA方法进行数值评估，并为研究社区公开提供。通过使用这些数据集，我们还提供了密集的城市场景中最先进的RSS和基于TOA的方法的公平比较，并以数值显示Locunet优于所有比较方法。

This paper proposes a new 3D gas distribution mapping technique based on the local message passing of Gaussian belief propagation that is capable of resolving in real time, concentration estimates in 3D space whilst accounting for the obstacle information within the scenario, the first of its kind in the literature. The gas mapping problem is formulated as a 3D factor graph of Gaussian potentials, the connections of which are conditioned on local occupancy values. The Gaussian belief propagation framework is introduced as the solver and a new hybrid message scheduler is introduced to increase the rate of convergence. The factor graph problem is then redesigned as a dynamically expanding inference task, coupling the information of consecutive gas measurements with local spatial structure obtained by the robot. The proposed algorithm is compared to the state of the art methods in 2D and 3D simulations and is found to resolve distribution maps orders of magnitude quicker than typical direct solvers. The proposed framework is then deployed for the first time onboard a ground robot in a 3D mapping and exploration task. The system is shown to be able to resolve multiple sensor inputs and output high resolution 3D gas distribution maps in a GPS denied cluttered scenario in real time. This online inference of complicated plume structures provides a new layer of contextual information over its 2D counterparts and enables autonomous systems to take advantage of real time estimates to inform potential next best sampling locations.

识别空间有趣，不同或对抗性行为的区域的问题是许多涉及分布式多传感器系统的实际应用。在这项工作中，我们开发了一个由多个假设检验的一般框架，以识别此类区域。假定在受监视的环境中假定离散的空间网格。确定与不同假设相关的空间网格点，同时在预先指定的水平控制错误发现率时。使用大型传感器网络获得测量。我们提出了一种新颖的，数据驱动的方法，以基于矩的光谱方法来估计局部错误发现率。我们的方法对基本物理现象的特定空间传播模型不可知。它依靠广泛适用的密度模型来用于本地汇总统计。在两次传感器之间，将位置分配给基于插值的局部错误发现率相关的不同假设相关的区域。我们方法的好处是通过应用在空间传播无线电波的应用中说明的。

作为行业4.0时代的一项新兴技术，数字双胞胎因其承诺进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策制定等，通过全面对物理世界进行建模，以进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策，因此获得了前所未有的关注。互连的数字模型。在一系列两部分的论文中，我们研究了不同建模技术，孪生启用技术以及数字双胞胎常用的不确定性量化和优化方法的基本作用。第二篇论文介绍了数字双胞胎的关键启示技术的文献综述，重点是不确定性量化，优化方法，开源数据集和工具，主要发现，挑战和未来方向。讨论的重点是当前的不确定性量化和优化方法，以及如何在数字双胞胎的不同维度中应用它们。此外，本文介绍了一个案例研究，其中构建和测试了电池数字双胞胎，以说明在这两部分评论中回顾的一些建模和孪生方法。 GITHUB上可以找到用于生成案例研究中所有结果和数字的代码和预处理数据。

The connectivity-aware path design is crucial in the effective deployment of autonomous Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). Recently, Reinforcement Learning (RL) algorithms have become the popular approach to solving this type of complex problem, but RL algorithms suffer slow convergence. In this paper, we propose a Transfer Learning (TL) approach, where we use a teacher policy previously trained in an old domain to boost the path learning of the agent in the new domain. As the exploration processes and the training continue, the agent refines the path design in the new domain based on the subsequent interactions with the environment. We evaluate our approach considering an old domain at sub-6 GHz and a new domain at millimeter Wave (mmWave). The teacher path policy, previously trained at sub-6 GHz path, is the solution to a connectivity-aware path problem that we formulate as a constrained Markov Decision Process (CMDP). We employ a Lyapunov-based model-free Deep Q-Network (DQN) to solve the path design at sub-6 GHz that guarantees connectivity constraint satisfaction. We empirically demonstrate the effectiveness of our approach for different urban environment scenarios. The results demonstrate that our proposed approach is capable of reducing the training time considerably at mmWave.

这本数字本书包含在物理模拟的背景下与深度学习相关的一切实际和全面的一切。尽可能多，所有主题都带有Jupyter笔记本的形式的动手代码示例，以便快速入门。除了标准的受监督学习的数据中，我们将看看物理丢失约束，更紧密耦合的学习算法，具有可微分的模拟，以及加强学习和不确定性建模。我们生活在令人兴奋的时期：这些方法具有从根本上改变计算机模拟可以实现的巨大潜力。

本文介绍了用于增量平滑和映射（NF-ISAM）的归一化流，这是一种新型算法，用于通过非线性测量模型和非高斯因素来推断SLAM问题中完整的后验分布。NF-ISAM利用了神经网络的表达能力，并将正常的流量训练以建模和对完整的后部进行采样。通过利用贝叶斯树，NF-ISAM启用了类似于ISAM2的有效增量更新，尽管在更具挑战性的非高斯环境中。我们证明了NF-ISAM使用数据关联模棱两可的仅范围的SLAM问题来证明NF-ISAM比最先进的点和分布估计算法的优势。NF-ISAM在描述连续变量（例如位置）和离散变量（例如数据关联）的后验信仰方面提出了卓越的准确性。

监测草原的健康和活力对于告知管理决策至关优化农业应用中的旋转放牧的态度至关重要。为了利用饲料资源，提高土地生产力，我们需要了解牧场的增长模式，这在最先进的状态下即可。在本文中，我们建议部署一个机器人团队来监测一个未知的牧场环境的演变，以实现上述目标。为了监测这种环境，通常会缓慢发展，我们需要设计一种以低成本在大面积上快速评估环境的策略。因此，我们提出了一种集成管道，包括数据综合，深度神经网络训练和预测以及一个间歇地监测牧场的多机器人部署算法。具体而言，使用与ROS Gazebo的新型数据综合耦合的专家知识的农业数据，我们首先提出了一种新的神经网络架构来学习环境的时空动态。这种预测有助于我们了解大规模上的牧场增长模式，并为未来做出适当的监测决策。基于我们的预测，我们设计了一个用于低成本监控的间歇多机器人部署策略。最后，我们将提议的管道与其他方法进行比较，从数据综合到预测和规划，以证实我们的管道的性能。

现代深度学习方法构成了令人难以置信的强大工具，以解决无数的挑战问题。然而，由于深度学习方法作为黑匣子运作，因此与其预测相关的不确定性往往是挑战量化。贝叶斯统计数据提供了一种形式主义来理解和量化与深度神经网络预测相关的不确定性。本教程概述了相关文献和完整的工具集，用于设计，实施，列车，使用和评估贝叶斯神经网络，即使用贝叶斯方法培训的随机人工神经网络。

Efficient localization plays a vital role in many modern applications of Unmanned Ground Vehicles (UGV) and Unmanned aerial vehicles (UAVs), which would contribute to improved control, safety, power economy, etc. The ubiquitous 5G NR (New Radio) cellular network will provide new opportunities for enhancing localization of UAVs and UGVs. In this paper, we review the radio frequency (RF) based approaches for localization. We review the RF features that can be utilized for localization and investigate the current methods suitable for Unmanned vehicles under two general categories: range-based and fingerprinting. The existing state-of-the-art literature on RF-based localization for both UAVs and UGVs is examined, and the envisioned 5G NR for localization enhancement, and the future research direction are explored.

近年来，研究人员委托机器人和无人驾驶汽车（UAV）团队委托进行准确的在线野火覆盖范围和跟踪。迄今为止，大多数先前的工作都集中在此类多机器人系统的协调和控制上，但尚未赋予这些无人机团队对火的轨道（即位置和传播动态）进行推理的能力，以提供性能保证时间范围。在空中野火监测的问题上，我们提出了一个预测框架，该框架使多UAV团队的合作能够与概率性能保证一起进行协作现场覆盖和火灾跟踪。我们的方法使无人机能够推断出潜在的火灾传播动态，以在安全至关重要的条件下进行时间扩展的协调。我们得出了一组新颖的，分析的时间和跟踪纠纷界限，以使无人机团队根据特定于案例的估计状态分发有限的资源并覆盖整个火灾区域，并提供概率性能保证。我们的结果不仅限于空中野火监测案例研究，而且通常适用于搜索和救援，目标跟踪和边境巡逻等问题。我们在模拟中评估了我们的方法，并在物理多机器人测试台上提供了建议的框架，以说明真实的机器人动态和限制。我们的定量评估验证了我们的方法的性能，分别比基于最新的模型和强化学习基准分别累积了7.5倍和9.0倍的跟踪误差。

我们向连续状态马尔可夫决策过程（MDP）提出了一种扩散近似方法，该方法可用于解决非结构化的越野环境中的自主导航和控制。与呈现完全已知的状态转换模型的大多数决策定理计划框架相比，我们设计了一种方法，该方法消除了这种强烈假设，这些假设通常非常难以在现实中工程师。我们首先采用价值函数的二阶泰勒扩展。然后通过部分微分方程近似贝尔曼的最优性方程，其仅依赖于转换模型的第一和第二矩。通过组合价值函数的内核表示，然后设计一种有效的策略迭代算法，其策略评估步骤可以表示为特征的方程式的线性系统，其特征是由有限组支持状态。我们首先通过大量的仿真以2D美元的$ 2D $避让和2.5d $地形导航问题进行验证。结果表明，拟议的方法在几个基线上导致了卓越的性能。然后，我们开发一个系统，该系统将我们的决策框架整合，与船上感知，并在杂乱的室内和非结构化的户外环境中进行现实世界的实验。物理系统的结果进一步展示了我们在挑战现实世界环境中的方法的适用性。

In this paper, we investigate the joint device activity and data detection in massive machine-type communications (mMTC) with a one-phase non-coherent scheme, where data bits are embedded in the pilot sequences and the base station simultaneously detects active devices and their embedded data bits without explicit channel estimation. Due to the correlated sparsity pattern introduced by the non-coherent transmission scheme, the traditional approximate message passing (AMP) algorithm cannot achieve satisfactory performance. Therefore, we propose a deep learning (DL) modified AMP network (DL-mAMPnet) that enhances the detection performance by effectively exploiting the pilot activity correlation. The DL-mAMPnet is constructed by unfolding the AMP algorithm into a feedforward neural network, which combines the principled mathematical model of the AMP algorithm with the powerful learning capability, thereby benefiting from the advantages of both techniques. Trainable parameters are introduced in the DL-mAMPnet to approximate the correlated sparsity pattern and the large-scale fading coefficient. Moreover, a refinement module is designed to further advance the performance by utilizing the spatial feature caused by the correlated sparsity pattern. Simulation results demonstrate that the proposed DL-mAMPnet can significantly outperform traditional algorithms in terms of the symbol error rate performance.

机器人和与世界相互作用或互动的机器人和智能系统越来越多地被用来自动化各种任务。这些系统完成这些任务的能力取决于构成机器人物理及其传感器物体的机械和电气部件，例如，感知算法感知环境，并计划和控制算法以生产和控制算法来生产和控制算法有意义的行动。因此，通常有必要在设计具体系统时考虑这些组件之间的相互作用。本文探讨了以端到端方式对机器人系统进行任务驱动的合作的工作，同时使用推理或控制算法直接优化了系统的物理组件以进行任务性能。我们首先考虑直接优化基于信标的本地化系统以达到本地化准确性的问题。设计这样的系统涉及将信标放置在整个环境中，并通过传感器读数推断位置。在我们的工作中，我们开发了一种深度学习方法，以直接优化信标的放置和位置推断以达到本地化精度。然后，我们将注意力转移到了由任务驱动的机器人及其控制器优化的相关问题上。在我们的工作中，我们首先提出基于多任务增强学习的数据有效算法。我们的方法通过利用能够在物理设计的空间上概括设计条件的控制器，有效地直接优化了物理设计和控制参数，以直接优化任务性能。然后，我们对此进行跟进，以允许对离散形态参数（例如四肢的数字和配置）进行优化。最后，我们通过探索优化的软机器人的制造和部署来得出结论。

我们考虑了使用显微镜或X射线散射技术产生的图像数据自组装的模型的贝叶斯校准。为了说明BCP平衡结构中的随机远程疾病，我们引入了辅助变量以表示这种不确定性。然而，这些变量导致了高维图像数据的综合可能性，通常可以评估。我们使用基于测量运输的可能性方法以及图像数据的摘要统计数据来解决这一具有挑战性的贝叶斯推理问题。我们还表明，可以计算出有关模型参数的数据中的预期信息收益（EIG），而无需额外的成本。最后，我们介绍了基于二嵌段共聚物薄膜自组装和自上而下显微镜表征的ohta-kawasaki模型的数值案例研究。为了进行校准，我们介绍了一些基于域的能量和傅立叶的摘要统计数据，并使用EIG量化了它们的信息性。我们证明了拟议方法研究数据损坏和实验设计对校准结果的影响的力量。

We propose a path planning methodology for a mobile robot navigating through an obstacle-filled environment to generate a reference path that is traceable with moderate sensing efforts. The desired reference path is characterized as the shortest path in an obstacle-filled Gaussian belief manifold equipped with a novel information-geometric distance function. The distance function we introduce is shown to be an asymmetric quasi-pseudometric and can be interpreted as the minimum information gain required to steer the Gaussian belief. An RRT*-based numerical solution algorithm is presented to solve the formulated shortest-path problem. To gain insight into the asymptotic optimality of the proposed algorithm, we show that the considered path length function is continuous with respect to the topology of total variation. Simulation results demonstrate that the proposed method is effective in various robot navigation scenarios to reduce sensing costs, such as the required frequency of sensor measurements and the number of sensors that must be operated simultaneously.