Ultra-wideband Time Difference of Arrival Indoor Localization: From Sensor Placement to System Evaluation

要約

無線屋内位置特定は、その高精度、低コスト、軽量設計、および低消費電力により、大きな研究関心を集めています。
具体的には、超広帯域 (UWB) 到達時間差 (TDOA) ベースの位置特定は、優れた精度と信頼性を特徴とする、モバイル ロボット、家庭用電化製品、ウェアラブル デバイス向けのスケーラブルな測位ソリューションとして登場しました。
UWB TDOA ベースの位置特定システムは、測位ランドマークとしての UWB 無線センサーの配置に依存していますが、既存の研究では、これらの配置が事前に決定されていると仮定したり、実際のシナリオで評価せずにセンサー配置の問題だけを研究したりすることがよくあります。
この記事では、システム レベルの観点から UWB TDOA ローカリゼーションにアプローチし、センサーの配置を主要なコンポーネントとして統合し、現実世界のシナリオで実践的な評価を実施することで、このギャップを埋めます。
広範な現実世界の実験を通じて、私たちは位置特定システムの精度と堅牢性を実証し、そのパフォーマンスを理論的な下限と比較します。
ケーススタディとして困難なマルチルーム環境を使用して、センサー配置の最適化から実際の展開に至るまで、システム構築プロセス全体を説明します。
私たちの評価は、最大 5 人のエージェントが関与し、4 つの異なるシナリオにわたって 2608 メートルをカバーする合計 39 分間の実世界実験で構成されており、UWB TDOA ローカリゼーション システムを構築するための貴重な洞察とガイドラインを提供します。

要約(オリジナル)

Wireless indoor localization has attracted significant research interest due to its high accuracy, low cost, lightweight design, and low power consumption. Specifically, ultra-wideband (UWB) time difference of arrival (TDOA)-based localization has emerged as a scalable positioning solution for mobile robots, consumer electronics, and wearable devices, featuring good accuracy and reliability. While UWB TDOA-based localization systems rely on the deployment of UWB radio sensors as positioning landmarks, existing works often assume these placements are predetermined or study the sensor placement problem alone without evaluating it in practical scenarios. In this article, we bridge this gap by approaching the UWB TDOA localization from a system-level perspective, integrating sensor placement as a key component and conducting practical evaluation in real-world scenarios. Through extensive real-world experiments, we demonstrate the accuracy and robustness of our localization system, comparing its performance to the theoretical lower bounds. Using a challenging multi-room environment as a case study, we illustrate the full system construction process, from sensor placement optimization to real-world deployment. Our evaluation, comprising a cumulative total of 39 minutes of real-world experiments involving up to five agents and covering 2608 meters across four distinct scenarios, provides valuable insights and guidelines for constructing UWB TDOA localization systems.

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