Localizing targets outside the anchors' convex hull is an understudied but prevalent scenario in vehicle-centric, UAV-based, and self-localization applications. Considering such scenarios, this paper studies the optimal anchor placement problem for Time-of-Arrival (ToA)-based localization schemes such that the worst-case Dilution of Precision (DOP) is minimized. Building on prior results on DOP scaling laws for beyond convex hull ToA-based localization, we propose a novel metric termed the Range-Normalized DOP (RNDOP). We show that the worst-case DOP-optimal anchor placement problem simplifies to a min-max RNDOP-optimal anchor placement problem. Unfortunately, this formulation results in a non-convex and intractable problem under realistic constraints. To overcome this, we propose iterative anchor addition schemes, which result in a tractable albeit non-convex problem. By exploiting the structure arising from the resultant rank-1 update, we devise three heuristic schemes with varying performance-complexity tradeoffs. In addition, we also derive the upper and lower bounds for scenarios where we are placing anchors to optimize the worst-case (a) 3D positioning error and (b) 2D positioning error. We build on these results to design a cohesive iterative algorithmic framework for robust anchor placement and then discuss the computational complexity of the proposed schemes. Using numerical results, we validate the accuracy of our theoretical results. We also present comprehensive Monte-Carlo simulation results to compare the positioning error and execution time performance of each iterative scheme, discuss the tradeoffs, and provide valuable system design insights for beyond convex hull localization scenarios.


翻译:下锚的 Convex 船体外的定位目标在船体外的定位目标在车辆中心、UAV 和自我定位应用程序中是一个研究不足但很普遍的情景。考虑到这些情景,本文件研究的是基于落地时间(ToA)的本地化计划的最佳锚定位问题,这样最差的情况会最小化精密(DOP)的分解(DOP) 。基于DOP在超越Convex船体外的本地化的缩放法方面的先前结果,我们提议了一个名为Leal-National化 DOP(RNDOP) 的模拟成本(RNDOP) 。我们表明,最差的DOP最佳锚定位问题简化到一个微量的 RNDOP 最佳定位安放问题。不幸的是,这种配置在现实制约下导致最差的情况解析(DOP) 最差的定位计划导致一个非临界点问题。为了克服这一点,我们提出了迭接合的加固化机制,这导致一个可感应变的(但非convex ) 问题。我们利用了产贸易1 更新后产生的结构,我们设计了三种超重计划,我们设计了三重计划,我们设计了不同性化的精确的精确的精化的精化,,我们设计了一个最差的精确的精化的精确化的计算。

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