The combination of ultrawideband (UWB) radios and inertial measurement units (IMU) can provide accurate positioning in environments where the Global Positioning System (GPS) service is either unavailable or has unsatisfactory performance. The two sensors, IMU and UWB radio, are often not co-located on a moving system. The UWB radio is typically located at the extremities of the system to ensure reliable communication, whereas the IMUs are located closer to its center of gravity. Furthermore, without hardware or software synchronization, data from heterogeneous sensors can arrive at different time instants resulting in temporal offsets. If uncalibrated, these spatial and temporal offsets can degrade the positioning performance. In this paper, using observability and identifiability criteria, we derive the conditions required for successfully calibrating the spatial and the temporal offset parameters of a tightly-coupled UWB-IMU system. We also present an online method for jointly calibrating these offsets. The results show that our calibration approach results in improved positioning accuracy while simultaneously estimating (i) the spatial offset parameters to millimeter precision and (ii) the temporal offset parameter to millisecond precision.


翻译:超大波段无线电和惯性测量单位的组合,可以在全球定位系统服务无法提供或性能不尽人意的环境中提供准确定位。两个传感器,即IMU和UW无线电,往往不在同一移动系统上。UW电台通常位于该系统的极端,以确保可靠的通信,而IMU位于其重心附近。此外,没有硬件或软件同步,来自不同传感器的数据可以到达不同时间的瞬时,从而导致时间偏移。如果未校准,这些空间和时间偏移可以降低定位性能。在本文件中,我们利用可观测性和可识别性标准,得出成功校准一个紧凑的UWB-IMU系统的空间和时间偏移参数所需的条件。我们还提供了联合校准这些抵消的在线方法。结果显示,我们的校准方法可以提高定位精确度,同时估算(i)空间偏移参数至毫米精确度,以及(ii)时间偏移参数至毫秒精确度。

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