This paper presents the development of a system able to estimate the 2D relative position of nodes in a wireless network, based on distance measurements between the nodes. The system uses ultra wide band ranging technology and the Bluetooth Low Energy protocol to acquire data. Furthermore, a nonlinear least squares problem is formulated and solved numerically for estimating the relative positions of the nodes. The localization performance of the system is validated by experimental tests, demonstrating the capability of measuring the relative position of a network comprised of 4 nodes with an accuracy of the order of 3 cm and an update rate of 10 Hz. This shows the feasibility of applying the proposed system for multi-robot cooperative localization and formation control scenarios.

基于超宽带（UWB）范围的多机器人系统中相对定位的系统最近已成为GNSS贬低环境的强大解决方案。可伸缩性仍然是主要挑战之一，尤其是在临时部署中。最近的解决方案包括系统中不同机器人或节点的主动和被动定位模式的动态分配。随着较大规模的系统的分布越来越多，关键的研究问题出现在此类本地化系统的安全性和可信度领域。本文研究了协作决策过程与分布式分类帐技术的潜在整合。具体而言，我们研究了一种方法，用于在区块链中智能合约中运行UWB角色分配算法的方法。在以前的作品中，我们分别研究了ROS2与HyperLeDger织物区块链的集成，并引入了一种用于基于UWB的本地化的新算法。在本文中，我们通过（i）运行实验扩展了这些工作移动机器人。这使我们能够通过增强的身份和数据访问管理在安全且可信赖的过程中提供相同的功能。我们的结果表明，UWB角色分配对六个自动移动机器人的连续变化空间形成的有效性，同时证明对添加不影响本地化过程的区块链层的潜伏期和计算资源的影响很小。

确定高精度和可扩展性的资产位置是市场上最多的调查技术之一。当需要抽取量级精度或需要在室内环境中运行时，基于卫星的定位系统（即GLONASS或GLILEO）提供的基于卫星的定位系统（即GLONASS或GALILEO）的准确性并不总是足够的。在处理室内定位系统时，可扩展性也是一种反复出现的问题。本文介绍了一种创新的UWB室内GPS，可以追踪任意数量的资产而不降低测量更新率。为了提高系统的准确性，研究了数学模型和不确定性源。结果突出了所提出的实施方式提供定位信息，其中最大误差低于20厘米。由于DTDOA传输机制，也解决了不需要从资产被跟踪的活动作用的可扩展性。

超宽带（UWB）基于到达的时间差异（TDOA）的定位最近已成为一种有希望的，低成本和可扩展的室内定位解决方案，这特别适合多机器人应用。但是，似乎缺乏公共数据集来基准在混乱的室内环境中新兴的UWB TDOA定位技术。为了填补这一空白，我们提供了一个全面的数据集由UWB TDOA识别实验和基于DeCawave的DWM1000 UWB模块的飞行实验组成。在识别实验中，我们在各种视线（LOS）和非线（NLOS）条件下收集了低级信号信息，包括信噪比（SNR）和功率差值。对于飞行实验，我们使用四个不同的锚点进行了累积的$ \ sim $ 150分钟的现实飞行，平均速度为0.45 m/s。在飞行过程中收集了包括UWB TDOA，惯性测量单元（IMU），光流，飞行时间（TOF）激光器和毫米精度的地面真相数据在内的原始传感器数据。数据集和开发套件可在https://utiasdsl.github.io/util-uwb-dataset/上获得。

我们引入了一种新型技术和相关的高分辨率数据集，旨在精确评估基于无线信号的室内定位算法。该技术实现了基于增强的现实（AR）定位系统，该系统用于注释具有高精度位置数据的无线信号参数数据样本。我们在装饰有AR标记的区域中跟踪实用且低成本的可导航相机设置和蓝牙低能（BLE）信标的位置。我们通过使用冗余数字标记来最大程度地提高基于AR的本地化的性能。相机捕获的视频流经过一系列标记识别，子集选择和过滤操作，以产生高度精确的姿势估计。我们的结果表明，我们可以将AR定位系统的位置误差降低到0.05米以下的速率。然后，将位置数据用于注释BLE数据，这些数据由驻扎在环境中的传感器同时捕获，因此，构建具有接地真相的无线信号数据集，该数据集允许准确评估基于无线信号的本地化系统。

对不利环境中的行人无处不在的定位服务了很长的挑战。尽管深入学习的戏剧性进展，但多传感器深度测量系统却带来了高计算成本并随着时间的推移遭受累积漂移的错误。由于边缘设备的计算能力越来越多，我们通过在边缘与EKF（扩展卡尔曼滤波器） - 欧拉后端集成了最新的深径测量模型，提出了一种新的无处不在的定位解决方案。我们仔细比较并选择三个传感器模式，即惯性测量单元（IMU），毫米波（MMWAVE）雷达和热红外摄像机，并实现实时运行的深度内径推理引擎。提出了考虑精度，复杂性和边缘平台的深度径流的管道。我们设计一个Lora链接，用于定位数据回程，并将深度内径仪的聚合位置投影到全局框架中。我们发现简单的基于EKF的融合模块足以用于通用定位校准，具有超过34％的精度增长，针对任何独立的深径测量系统。不同环境的广泛测试验证了我们所提出的定位系统的效率和功效。

在可能被GPS贬低的环境中准确估计机器人相对于彼此相对的位置的能力对于执行协作任务至关重要。由于超宽带无线电等技术，因此以低成本的价格获得了代理范围测量值。但是，使用多代理系统中的范围测量的三维相对位置估计的任务遭受了未观察到的。该字母为相对位置的可观察性提供了足够的条件，并使用仅具有范围测量的简单框架，加速度计，速率陀螺仪和磁力计满足条件。该框架已在模拟和实验中进行了测试，其中使用便宜的现成硬件实现了40-50 cm的定位精度。

在室内和GPS拒绝环境中的无线移动设备或机器人的本地化是一个难题，特别是在传统摄像机和基于LIDAR的替代感测和本地化模式可能失败的动态场景中。我们提出了一种用于估计移动机器人的位置与在环境中部署的静态无线传感器节点（WSN）相关的方法。该方法采用新的粒子滤波器，其使用在到达方向（DOA）估计的高斯概率与移动机器人的移动模型结合使用的高斯概率来更新其权重。通过广泛的模拟和公共现实世界测量数据集，在准确性和计算效率方面评估和验证所提出的方法，与标准的最先进的本地化方法相比。结果显示了通过高计算效率平衡的高仪表级定位精度，使其能够在线使用，而无需为基于典型指纹的定位算法中的专用离线阶段使用。

Efficient localization plays a vital role in many modern applications of Unmanned Ground Vehicles (UGV) and Unmanned aerial vehicles (UAVs), which would contribute to improved control, safety, power economy, etc. The ubiquitous 5G NR (New Radio) cellular network will provide new opportunities for enhancing localization of UAVs and UGVs. In this paper, we review the radio frequency (RF) based approaches for localization. We review the RF features that can be utilized for localization and investigate the current methods suitable for Unmanned vehicles under two general categories: range-based and fingerprinting. The existing state-of-the-art literature on RF-based localization for both UAVs and UGVs is examined, and the envisioned 5G NR for localization enhancement, and the future research direction are explored.

安装在微空中车辆（MAV）上的地面穿透雷达是有助于协助人道主义陆地间隙的工具。然而，合成孔径雷达图像的质量取决于雷达天线的准确和精确运动估计以及与MAV产生信息性的观点。本文介绍了一个完整的自动空气缩进的合成孔径雷达（GPSAR）系统。该系统由空间校准和时间上同步的工业级传感器套件组成，使得在地面上方，雷达成像和光学成像。自定义任务规划框架允许在地上控制地上的Stripmap和圆形（GPSAR）轨迹的生成和自动执行，以及空中成像调查飞行。基于因子图基于Dual接收机实时运动（RTK）全局导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）的测量值，以获得精确，高速平台位置和方向。地面真理实验表明，传感器时机为0.8美元，正如0.1美元的那样，定位率为1 kHz。与具有不确定标题初始化的单个位置因子相比，双位置因子配方可提高高达40％，批量定位精度高达59％。我们的现场试验验证了本地化准确性和精度，使得能够相干雷达测量和检测在沙子中埋入的雷达目标。这验证了作为鸟瞰着地图检测系统的潜力。

去中心化的国家估计是GPS贬低的地区自动空中群体系统中最基本的组成部分之一，但它仍然是一个极具挑战性的研究主题。本文提出了Omni-swarm，一种分散的全向视觉惯性-UWB状态估计系统，用于解决这一研究利基市场。为了解决可观察性，复杂的初始化，准确性不足和缺乏全球一致性的问题，我们在Omni-warm中引入了全向感知前端。它由立体宽型摄像机和超宽带传感器，视觉惯性探测器，基于多无人机地图的本地化以及视觉无人机跟踪算法组成。前端的测量值与后端的基于图的优化融合在一起。所提出的方法可实现厘米级的相对状态估计精度，同时确保空中群中的全球一致性，这是实验结果证明的。此外，在没有任何外部设备的情况下，可以在全面的无人机间碰撞方面支持，表明全旋转的潜力是自动空中群的基础。

基于视觉的相对本地化可以为空中群体的合作提供有效的反馈，并在以前的作品中得到了广泛的调查。但是，有限的视野（FOV）本身限制了其性能。要应对这个问题，这封信提出了一种新的分布式主动视觉相关的相对本地化框架，并将其应用于空中群中的形成控制。灵感来自鸟群本质上，我们设计了基于图形的注意力计划（GAP），以改善群体中活跃视觉的观察质量。然后，主动检测结果与来自超宽带（UWB）的板载测量和视觉惯性内径（VIO）融合，以获得实时相对位置，从而进一步改善了群体的形成控制性能。模拟和实验表明，所提出的主动视觉系统在估计和形成准确性方面优于固定视觉系统。

We propose a multisensor fusion framework for onboard real-time navigation of a quadrotor in an indoor environment, by integrating sensor readings from an Inertial Measurement Unit (IMU), a camera-based object detection algorithm, and an Ultra-WideBand (UWB) localization system. The sensor readings from the camera-based object detection algorithm and the UWB localization system arrive intermittently, since the measurements are not readily available. We design a Kalman filter that manages intermittent observations in order to handle and fuse the readings and estimate the pose of the quadrotor for tracking a predefined trajectory. The system is implemented via a Hardware-in-the-loop (HIL) simulation technique, in which the dynamic model of the quadrotor is simulated in an open-source 3D robotics simulator tool, and the whole navigation system is implemented on Artificial Intelligence (AI) enabled edge GPU. The simulation results show that our proposed framework offers low positioning and trajectory errors, while handling intermittent sensor measurements.

机器人的本地化对于导航和路径计划至关重要，例如需要环境地图的情况。多年来，由于引入低成本UWB模块提供了厘米级的准确性，多年来，用于室内位置系统的Ultra Wideband（UWB）一直在越来越受欢迎。但是，在环境中存在障碍的情况下，UWB的非视线（NLOS）测量将产生不准确的结果。由于低成本UWB设备不提供渠道信息，因此我们提出了一种方法来决定测量是否在视线（LOS）之内（NN）模型。该模型的结果是测量值是LOS的概率，该测量是通过加权最高方（WLS）方法定位的。我们的方法在大厅测试数据中将本地化精度提高了16.93％，使用从办公室培训数据中提取的所有输入的NN模型，在走廊测试数据上，将本地化精度提高了16.93％。

在这项工作中，研究了使用板载探测仪和机器人间距离测量值的4个自由度（3D位置和标题）机器人对机器人相对框架转换估计的问题。首先，我们对问题进行了理论分析，即CRAMER-RAO下限（CRLB），Fisher Information Matrix（FIM）及其决定因素的推导和解释。其次，我们提出了基于优化的方法来解决该问题，包括二次约束二次编程（QCQP）和相应的半决赛编程（SDP）放松。此外，我们解决了以前的工作中忽略的实际问题，例如对超宽带（UWB）和轨道仪传感器之间的空间偏移的核算，拒绝UWB异常值并在开始操作之前检查单数配置。最后，对空中机器人进行的广泛的模拟和现实生活实验表明，所提出的QCQP和SDP方法的表现优于最先进的方法，尤其是在几何差或大的测量噪声条件下。通常，QCQP方法以计算时间为代价提供了最佳结果，而SDP方法运行得更快，并且在大多数情况下非常准确。

本文提出了一种新型的自适应样品基于空间的Viterbi算法，以在线方式定位。该方法依靠将目标的运动空间离散为代表有限数量的隐藏状态的单元。然后，通过隐藏的Markov模型（HMM）框架中的动态编程计算了跟踪目标的最可能的轨迹。提出的方法使用贝叶斯估计框架，该框架既不限于高斯噪声模型，也不需要线性化的目标运动模型或传感器测量模型。但是，基于HMM的定位方法可能会遭受较差的计算复杂性，因为在大空间中，由于高分辨率建模或目标定位，隐藏状态的数量增加。为了提高这种差的计算复杂性，本文提出了在最可能的信念空间中依次低至高分辨率的信念传播，从而大大降低了所需的资源。所提出的方法的灵感来自计算机视野字段中常用的K-D树算法（例如Quadtree）。使用超宽带（UWB）传感器网络进行的实验测试证明了我们的结果。

本文提出了一种框架来衡量重要的指标（吞吐量，延迟，分组重传，信号强度等）以确定机器人操作系统（ROS）中间件支持的移动机器人的Wi-Fi网络性能。我们通过室内环境中的实验设置分析了移动机器人的双向网络性能，其中移动机器人正在传送从相机和LIDAR扫描值的重要传感器数据，例如在它导航室内的指令站。通过从命令站接收的远程速度命令的环境。实验评估了2.4 GHz和5 GHz频道下的性能，并在每侧的接入点（AP）的不同放置，每侧最多两个网络设备。该框架可以概括为车辆网络评估，本研究的讨论和见解适用于现场机器人社区，无线网络在实现现实世界环境中的机器人任务成功方面发挥着关键作用。

移动机器人的精确位置信息对于导航和任务处理至关重要，尤其是对于多机器人系统（MRS），可以从该领域进行协作和收集有价值的数据。但是，在无法访问GPS信号（例如在环境控制，室内或地下环境中）的机器人发现很难单独使用其传感器找到。结果，机器人共享其本地信息以改善其本地化估计，使整个MRS团队受益。已经尝试使用无线电信号强度指标（RSSI）作为计算轴承信息的来源进行了几次尝试模拟基于多机器人的定位。我们还利用了通过系统中多个机器人的通信生成的无线网络，并旨在在动态环境中具有很高准确性和效率的定位代理，以共享信息融合以完善本地化估计。该估计器结构减少了一个测量相关性的来源，同时适当地纳入了其他相关性。本文提出了一个分散的多机器人协同定位系统（MRSL），以实现密集和动态的环境。每当从邻居那里收到新信息时，机器人都会更新其位置估计。当系统感觉到该地区其他机器人的存在时，它会交换位置估计并将接收到的数据合并以提高其本地化精度。我们的方法使用基于贝叶斯规则的集成，该集成已证明在计算上是有效的，适用于异步机器人通信。我们已经使用数量不同的机器人进行了广泛的仿真实验，以分析算法。 MRSL与RSSI的本地化准确性优于文献中的其他算法，对未来发展有很大的希望。

位置敏感探测器（PSDS）提供了高精度跟踪单个活动标记的两个（或三个）自由（DOF）位置，同时具有高更新频率和低延迟的快速响应时间，所有使用非常简单的信号处理电路。然而，由于缺乏方向测量，有限的跟踪范围和对环境变化的敏感性，它们并不特别适用于6-DOF对象姿势跟踪系统。我们提出了一种新颖的6-DOF姿势跟踪系统，用于需要单个有效标记的刚性物体跟踪。所提出的系统使用立体声的PSD对和多个惯性测量单元（IMU）。这是基于实用的方法来识别和控制红外发光二极管（IR-LED）有源标记的功率，目的是增加跟踪工作空间并降低功耗。我们所提出的跟踪系统用三种不同的工作空间尺寸验证，使用具有三种不同动态运动模式的机器人臂操纵器进行静态和动态位置精度。结果表明，静态位置根均方（RMS）误差为0.6mm。动态位置rms误差为0.7-0.9mm。方向rms误差在不同动态运动时的0.04和0.9度之间。总的来说，我们所提出的跟踪系统能够在工作空间的中间范围和实验室设置下的所有工作空间的子度准确度下跟踪刚性物体姿势。

Experiments using large numbers of miniature swarm robots are desirable to teach, study, and test multi-robot and swarm intelligence algorithms and their applications. To realize the full potential of a swarm robot, it should be capable of not only motion but also sensing, computing, communication, and power management modules with multiple options. Current swarm robot platforms developed for commercial and academic research purposes lack several of these critical attributes by focusing only on a few of these aspects. Therefore, in this paper, we propose the HeRoSwarm, a fully-capable swarm robot platform with open-source hardware and software support. The proposed robot hardware is a low-cost design with commercial off-the-shelf components that uniquely integrates multiple sensing, communication, and computing modalities with various power management capabilities into a tiny footprint. Moreover, our swarm robot with odometry capability with Robot Operating Systems (ROS) support is unique in its kind. This simple yet powerful swarm robot design has been extensively verified with different prototyping variants and multi-robot experimental demonstrations.