Localization Error Model-based Ultra-wideband Anchor Placement Optimization

Abstract

Collisions between dynamic objects in blind spots are a critical problem that necessitate the use of object detection technologies that employ various wireless communication sensors. In particular, ultra-wideband (UWB) sensors are widely used in real-time localization systems for ensuring safety and monitoring in complex environments due to their highly precise distance measurements. However, UWB-based localization is affected by multipath effects, which vary depending on environmental conditions. In addition, anchor placement influences the localization accuracy. To address these problems, this study proposes a localization error prediction model that reflects the multipath characteristics of UWB. Furthermore, an anchor placement optimization method based on Bayesian optimization is introduced to minimize the predicted error. The proposed method effectively improves the localization accuracy within a predefined target area and applies to various dynamic systems, including vehicles. Field experiments were conducted in the outdoor parking lot of the Engineering Center at Hanyang University, and they demonstrated that the proposed method achieves a lower localization error compared to conventional anchor placement methods, thereby significantly enhancing localization performance. This study is anticipated to contribute to industrial applications requiring dynamic object detection and monitoring in non-line-of-sight environments, including blind spots.

사각지대에서 동적 객체 간 추돌 사고는 오랜 기간 주요한 문제로 인식되어 왔으며, 이에 따라 다양한 무선통신 센서를 활용한 사각지대 내 동적 객체 인지 기술의 중요성이 부각되고 있다. 특히 초광대역 센서는 정밀한 거리 측정이 가능하며, 복잡한 환경에서도 안전 및 모니터링을 위한 위치 추정 시스템에 활용되고 있다. 그러나 초광대역 센서는 환경 조건에 따른 다중 경로 효과와 앵커 배치에 따라 위치 추정 정확도에 민감하게 영향을 받는다. 따라서 본 연구에서는 초광대역 센서의 다중 경로 특성을 반영한 위치 추정 오차 예측 모델을 설계하고, 해당 모델의 예측치를 최소화하는 앵커 배치를 도출하기 위해 베이지안 최적화 기반 앵커 배치 기법을 제안한다. 야외에서 수행된 실험을 통해, 본 기법이 다른 여타 기법보다 낮은 측위 오차를 달성함으로써 위치 추정 성능을 검증하였다. 본 연구는 향후 사각지대에서의 동적 객체 인지 및 모니터링이 요구되는 다양한 산업 분야에 확장 적용이 가능할 것으로 사료된다.