A Non-Line-of-Sight Mitigation Method for Indoor Ultra-Wideband Localization With Multiple Walls

非视线传播 测距 超宽带 视线 计算机科学 无线电传播 声学 多向性 电子工程 算法 工程类 无线 电信 物理 航空航天工程 节点(物理)
作者
Mengyao Dong,Yihong Qi,Xianbin Wang,Yiming Liu
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:19 (7): 8183-8195 被引量:11
标识
DOI:10.1109/tii.2022.3217533
摘要

Ultra-wideband (UWB) ranging techniques can provide accurate distance measurement under line-of-sight (LOS) conditions. However, various walls and obstacles in indoor non-LOS (NLOS) environments, which obstruct the direct propagation of UWB signals, can generate significant ranging errors. Due to the complex through-wall UWB signal propagation, most conventional studies simplify the ranging error model by assuming that the incidence angle is zero or the relative permittivities for different walls are the same to improve the through-wall UWB localization performance. Considering walls are different in realistic settings, this article presents a through-multiple-wall NLOS mitigation method for UWB indoor positioning. First, spatial geometric equilibrium equations of UWB through-wall propagation and a numerical method are developed for the precise modeling of UWB through-wall ranging errors. Then, calculated error maps are determined numerically without field measurements. Finally, the determined error maps are combined with a gray wolf optimization algorithm for localization. The proposed method is evaluated via field experiments with four rooms, three walls, and six penetration cases. The results demonstrate that the method can strongly mitigate the multi-wall. NLOS effects on the performance of UWB positioning systems. This solution can reduce project costs and number of power supplies for UWB indoor positioning applications.
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