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Bayesian Cramér-Rao Lower Bound for Magnetic Field-based Localization

Siebler, Benjamin und Sand, Stephan und Hanebeck, Uwe D. (2022) Bayesian Cramér-Rao Lower Bound for Magnetic Field-based Localization. IEEE Access. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/ACCESS.2022.3223693. ISSN 2169-3536.

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Kurzfassung

In this paper, we show how to analyze the achievable position accuracy of magnetic localization based on Bayesian Cramér-Rao lower bounds and how to account for deterministic inputs in the bound. The derivation of the bound requires an analytical model, e.g., a map or database, that links the position that is to be estimated to the corresponding magnetic field value. Unfortunately, finding an analytical model from the laws of physics is not feasible due to the complexity of the involved differential equations and the required knowledge about the environment. In this paper, we therefore use a Gaussian process (GP) that approximates the true analytical model based on training data. The GP ensures a smooth, differentiable likelihood and allows a strict Bayesian treatment of the estimation problem. Based on a novel set of measurements recorded in an indoor environment, the bound is evaluated for different sensor heights and is compared to the mean squared error of a particle filter. Furthermore, the bound is calculated for the case when only the magnetic magnitude is used for positioning and the case when the whole vector field is considered. For both cases, the resulting position bound is below 10 cm indicating an high potential accuracy of magnetic localization.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/190257/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Bayesian Cramér-Rao Lower Bound for Magnetic Field-based Localization
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Siebler, Benjaminbenjamin.siebler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sand, StephanStephan.Sand (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9502-5654NICHT SPEZIFIZIERT
Hanebeck, Uwe D.Karlsruhe Institute of Technology (KIT)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2022
Erschienen in:IEEE Access
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1109/ACCESS.2022.3223693
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2169-3536
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Bayesian Cramér-Rao lower bound, finger-printing, Gaussian process, indoor localization, magnetic field-based localization, particle filter
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Digitalisierung
DLR - Forschungsgebiet:D - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):D - keine Zuordnung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Hinterlegt von: Siebler, Benjamin
Hinterlegt am:17 Nov 2022 09:25
Letzte Änderung:24 Jan 2023 12:33

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