NavFormer: Präzise IGRF‑Vorhersagen trotz bewegter Koordinatenrahmen

Ein neues Modell namens NavFormer verspricht, die globale Magnetfeldvorhersage des Internationalen Geomagnetischen Referenzfelds (IGRF) auch dann zuverlässig zu liefern, wenn die Sensorlage ständig wechselt. Das ist besonders wichtig für autonome Navigationssysteme, die auf Triadmagnetometern basieren.

Bei Triadmagnetometern verändern sich die einzelnen Messkomponenten mit der Ausrichtung des Sensors, obwohl die gesuchte IGRF‑Intensität selbst unverändert bleibt. NavFormer nutzt dafür rotationsinvariante Skalarmerkmale, die unabhängig von der Sensorlage bleiben, und ein spezielles Canonical SPD‑Modul, das die Spektren der zweiten Momenten der Triadwerte stabilisiert, ohne dass dabei Vorzeichenwechsel auftreten.

Das Modul erzeugt für jedes Zeitfenster einen kanonischen Koordinatenrahmen aus einer Gram‑Matrix und wendet anschließend zustandsabhängige spektrale Skalierung in den ursprünglichen Koordinaten an. Dadurch bleibt die Vorhersage robust gegenüber Änderungen der Sensorlage.

In Experimenten, die fünf verschiedene Flugmissionen umfassten, zeigte NavFormer eine deutlich geringere Fehlerquote als etablierte Baselines – sowohl bei Standard‑Training als auch bei Few‑Shot- und Zero‑Shot-Transfer. Der zugehörige Code ist frei verfügbar unter https://anonymous.4open.science/r/NavFormer-Robust-IGRF-Forecasting-for-Autonomous-Navigators-0765.