Accurate underwater localization remains a challenge for inexpensive autonomous platforms that require highfrequency position updates. In this paper, we present a robust, low-cost localization pipeline for buoyancy-driven microFloats operating in coastal waters. We build upon previous work by introducing a bidirectional acoustic Time-of-Flight (ToF) localization framework, which incorporates both float-to-buoy and buoy-to-float transmissions, thereby increasing the number of usable measurements. The method integrates nonlinear trilateration with a filtering of computed position estimates based on geometric cost and Cramer-Rao Lower Bounds (CRLB). This approach removes outliers caused by multipath effects and other acoustic errors from the ToF estimation and improves localization robustness without relying on heavy smoothing. We validate the framework in two field deployments in Puget Sound, Washington, USA. The localization pipeline achieves median positioning errors below 4 m relative to GPS positions. The filtering technique shows a reduction in mean error from 139.29 m to 12.07 m, and improved alignment of trajectories with GPS paths. Additionally, we demonstrate a Time-Difference-of-Arrival (TDoA) localization for unrecovered floats that were transmitting during the experiment. Range-based acoustic localization techniques are widely used and generally agnostic to hardware-this work aims to maximize their utility by improving positioning frequency and robustness through careful algorithmic design.


翻译:对于需要高频位置更新的低成本自主平台而言,精确的水下定位仍是一项挑战。本文提出了一种适用于近岸水域浮力驱动微型浮标的稳健、低成本定位流程。我们在前人研究基础上,引入双向声学飞行时间定位框架,该框架同时整合浮标至浮体与浮体至浮标的双向传输,从而增加可用测量数据量。该方法将非线性三边测量与基于几何代价及克拉美-罗下界的定位估计滤波相结合,通过剔除多径效应及其他声学误差导致的飞行时间估计异常值,在不依赖重度平滑处理的前提下提升了定位稳健性。我们在美国华盛顿州普吉特湾的两处实地部署中验证了该框架。定位流程相对于GPS位置的中位数定位误差低于4米。滤波技术使平均误差从139.29米降至12.07米,并提升了轨迹与GPS路径的吻合度。此外,我们针对实验中持续发射信号但未回收的浮标展示了到达时间差定位方法。基于距离的声学定位技术已广泛应用且通常与硬件无关——本研究旨在通过精细的算法设计提升定位频率与稳健性,从而最大化其应用效能。

0
下载
关闭预览

相关内容

用于识别任务的视觉 Transformer 综述
专知会员服务
75+阅读 · 2023年2月25日
【AAAI2022】SVT-Net的超轻量化网络
专知会员服务
21+阅读 · 2021年12月5日
MonoGRNet:单目3D目标检测的通用框架(TPAMI2021)
专知会员服务
18+阅读 · 2021年5月3日
ECCV2020 | SMAP: 单步多人绝对三维姿态估计
学术头条
10+阅读 · 2020年8月9日
论文浅尝 | Interaction Embeddings for Prediction and Explanation
开放知识图谱
11+阅读 · 2019年2月1日
论文浅尝 | Know-Evolve: Deep Temporal Reasoning for Dynamic KG
开放知识图谱
36+阅读 · 2018年3月30日
基于机器学习的KPI自动化异常检测系统
运维帮
13+阅读 · 2017年8月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
175+阅读 · 2023年4月20日
A Survey of Large Language Models
Arxiv
499+阅读 · 2023年3月31日
Arxiv
83+阅读 · 2023年3月26日
Arxiv
181+阅读 · 2023年3月24日
VIP会员
相关VIP内容
用于识别任务的视觉 Transformer 综述
专知会员服务
75+阅读 · 2023年2月25日
【AAAI2022】SVT-Net的超轻量化网络
专知会员服务
21+阅读 · 2021年12月5日
MonoGRNet:单目3D目标检测的通用框架(TPAMI2021)
专知会员服务
18+阅读 · 2021年5月3日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员