This paper develops a distributed collaborative localization algorithm based on an extended kalman filter. This algorithm incorporates Ultra-Wideband (UWB) measurements for vehicle to vehicle ranging, and shows improvements in localization accuracy where GPS typically falls short. The algorithm was first tested in a newly created open-source simulation environment that emulates various numbers of vehicles and sensors while simultaneously testing multiple localization algorithms. Predicted error distributions for various algorithms are quickly producible using the Monte-Carlo method and optimization techniques within MatLab. The simulation results were validated experimentally in an outdoor, urban environment. Improvements of localization accuracy over a typical extended kalman filter ranged from 2.9% to 9.3% over 180 meter test runs. When GPS was denied, these improvements increased up to 83.3% over a standard kalman filter. In both simulation and experimentally, the DCL algorithm was shown to be a good approximation of a full state filter, while reducing required communication between vehicles. These results are promising in showing the efficacy of adding UWB ranging sensors to cars for collaborative and landmark localization, especially in GPS-denied environments. In the future, additional moving vehicles with additional tags will be tested in other challenging GPS denied environments.


翻译:本文开发了基于扩大卡尔曼过滤器的分布式合作本地化算法。 此算法包含对车辆到车辆测距的Ultra- Wideband(UWB)测量值, 并显示在全球定位系统通常不足的地方化精确度提高。 该算法首先在新创建的开放源模拟环境中进行了测试, 仿照各种车辆和传感器, 同时测试多种本地化算法。 各种算法的预测错误分布在MatLab 内部使用蒙特- Carlo 方法和优化技术可以快速实现。 模拟结果在户外、 城市环境中实验验证了。 典型的扩展卡尔曼过滤器的本地化精确度提高幅度从2.9%到9.3%不等, 超过180米测试运行。 如果GPS被拒绝, 这些改进幅度将增加到83.3%, 超过标准的卡尔曼过滤器。 在模拟和实验中, DCL 算法被证明是完全州过滤器的良好近似, 同时减少了车辆之间的必要通信。 这些结果很有希望显示将UWB测距传感器添加汽车进行协作和标志化的功效, 特别是在GPS- dened 环境中, 其他具有挑战性的车辆将被拒绝。

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