MAINS: A Magnetic Field Aided Inertial Navigation System for Indoor Positioning

要約

本稿では屋内ナビゲーション用の磁場支援慣性航法システム(MAINS)を提案する。
MAINS は、一連の磁力計を利用して磁場の空間変化を測定し、それを使用してシステムの変位と方向の変化を推定し、慣性航法システム (INS) を支援します。
実験によれば、MAINS はスタンドアロン INS よりも大幅に優れており、位置誤差が 2 桁も大幅に減少することが実証されています。
さらに、最先端の磁場支援ナビゲーション手法と比較すると、提案された方法は水平位置精度がわずかに向上しています。
一方で、磁場の変動が大きいデータセットでは垂直誤差が著しく大きくなります。
ただし、最先端技術と比較した MAINS の主な利点の 1 つは、柔軟なセンサー構成が可能であることです。
実験結果は、30 個の磁力計アレイを使用した場合、2 分間のナビゲーション後の位置誤差は、ほとんどの場合 3 メートル未満であることを示しています。
したがって、提案されたナビゲーション ソリューションは、現在の磁場同時位置特定およびマッピング (SLAM) ソリューションが直面している重要な課題の 1 つである、未訪問エリアをマッピングする探査フェーズの許容可能な長さが非常に限られているという問題を解決する可能性があります。

要約(オリジナル)

A Magnetic field Aided Inertial Navigation System (MAINS) for indoor navigation is proposed in this paper. MAINS leverages an array of magnetometers to measure spatial variations in the magnetic field, which are then used to estimate the displacement and orientation changes of the system, thereby aiding the inertial navigation system (INS). Experiments show that MAINS significantly outperforms the stand-alone INS, demonstrating a remarkable two orders of magnitude reduction in position error. Furthermore, when compared to the state-of-the-art magnetic-field-aided navigation approach, the proposed method exhibits slightly improved horizontal position accuracy. On the other hand, it has noticeably larger vertical error on datasets with large magnetic field variations. However, one of the main advantages of MAINS compared to the state-of-the-art is that it enables flexible sensor configurations. The experimental results show that the position error after 2 minutes of navigation in most cases is less than 3 meters when using an array of 30 magnetometers. Thus, the proposed navigation solution has the potential to solve one of the key challenges faced with current magnetic-field simultaneous localization and mapping (SLAM) solutions: the very limited allowable length of the exploration phase during which unvisited areas are mapped.

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