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Simultaneous Localization and Calibration for Cooperative Radio Navigation

Pöhlmann, Robert und Zhang, Siwei und Staudinger, Emanuel und Dammann, Armin und Hoeher, Peter A. (2022) Simultaneous Localization and Calibration for Cooperative Radio Navigation. IEEE Transactions on Wireless Communications, 21 (8), Seiten 6195-6210. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TWC.2022.3147671. ISSN 1536-1276.

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Kurzfassung

Cooperative radio localization and navigation systems can be used in scenarios where the reception of global navigation satellite system (GNSS) signals is not possible or impaired. While the benefit of cooperation has been highlighted by many papers, calibration is not widely considered, but equally important in practice. Utilizing the signal propagation time requires group delay or ranging bias calibration and estimating the direction-of-arrival (DoA) requires antenna response calibration. Often, calibration parameters are determined only once before operation. However, the calibration parameters are influenced by e.g. changing temperatures of radio frequency (RF) components or changing surroundings of antennas. To cope with that, we derive a cooperative simultaneous localization and calibration (SLAC) algorithm based on Bayesian filtering, which estimates antenna responses and ranging biases simultaneously with positions and orientations. By simulations, we show that the calibration parameters can be estimated during operation without additional sensors. We further proof practical applicability of SLAC by evaluating measurement data from robotic rovers. With SLAC, both ranging and DoA estimation performance is improved, resulting in better position and orientation estimation accuracy. SLAC is thus able to provide reliable calibration and to mitigate model mismatch. Finally, we discuss open research questions and possible extensions of SLAC.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/148557/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Simultaneous Localization and Calibration for Cooperative Radio Navigation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pöhlmann, RobertRobert.Poehlmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7362-9406NICHT SPEZIFIZIERT
Zhang, SiweiSiwei.Zhang (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4390-458XNICHT SPEZIFIZIERT
Staudinger, EmanuelEmanuel.Staudinger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9601-2887NICHT SPEZIFIZIERT
Dammann, ArminArmin.Dammann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7112-1833NICHT SPEZIFIZIERT
Hoeher, Peter A.University of Kiel, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-3475-1710NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:August 2022
Erschienen in:IEEE Transactions on Wireless Communications
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:21
DOI:10.1109/TWC.2022.3147671
Seitenbereich:Seiten 6195-6210
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:1536-1276
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Antenna arrays, antenna response, array signal processing, direction-of-arrival, multi-mode antenna, ranging
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Schwarmnavigation
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation
Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Hinterlegt von: Pöhlmann, Robert
Hinterlegt am:28 Jan 2022 16:43
Letzte Änderung:19 Okt 2023 13:08

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