Modulares Multisensorielles Indoor Navigationssystem.

Intro -- 1 Einleitung -- 2 Grundlagen -- 2.1 Koordinatensysteme -- 2.2 Notation -- 2.3 Lagedarstellung -- 2.4 Strapdown-Algorithmus -- 2.5 Das Kalman-Filter -- 2.6 Der Least-Squares-Schätzer -- 3 IndoorGuide Hardware -- 3.1 Literatur: Sensoren in der Personal Navigation -- 3.2 Dual IMU Hardwarekonzept -- 3.3 Sensorik -- 3.3.1 Inertialsensorik -- 3.3.2 Magnetfeld-Kompass -- 3.3.3 GNSS Empfänger -- 3.3.4 Barometrischer Höhenmesser -- 3.3.5 UWB Messsystem -- 3.3.6 Laserentfernungsmesser -- 3.3.7 Navigationsplatinen für Torso und Fuß -- 3.3.8 Missionsrechner -- 3.3.9 Missionsüberwachung -- 3.4 Kalibration -- 3.4.1 Kalibration Inertialsensoren -- 3.4.2 Kalibration Magnetfeldsensoren -- 3.5 IMU Misalignment -- 4 Navigationsalgorithmik -- 4.1 Literatur -- 4.2 Strategien zur Schritterkennung -- 4.2.1 Schritterkennung - Lokales Minimum(Torso) -- 4.2.2 Schritterkennung - Gleitende Varianz (Fuß) -- 4.3 Algorithmen Torsomontage -- 4.3.1 Torso Lagefilter -- 4.3.2 Verfahren zur Schrittlängenschätzung -- 4.3.3 Schrittlängenkalibration -- 4.3.4 Torso Navigationsfilter -- 4.4 Algorithmen Fußmontage -- 4.4.1 Navigationsfilter mit Strapdown -- 4.4.2 Das Zero Velocity Update (ZUPT) -- 4.4.3 Ergebnisse Fußmontage -- 4.5 Dual IMU Konzept -- 4.5.1 Konzept -- 4.5.2 Ergebnisse Dual-IMU Konzept -- 4.6 Fazit -- 5 Simulationsumgebung zur Personal Navigation -- 5.1 Der Random Walk Generator am Fuß -- 5.2 Navigationsfilter -- 5.3 Monte-Carlo-Simulationsumgebung -- 5.4 Simulationsergebnisse -- 5.5 Der Random Walk Generator am Torso -- 5.6 Fazit -- 6 Infrastrukturbasierte Lokalisierung -- 6.1 Methoden der Lokalisierung -- 6.1.1 Received Signal Strength Indicator (RSSI) -- 6.1.2 Angle of Arrival (AoA) -- 6.1.3 Time of Arrival (ToA) -- 6.1.4 Time Difference of Arrival (TDoA) -- 6.1.5 Dekorrelation von Messwerten -- 6.2 Positionierungsalgorithmen -- 6.2.1 Gauß-Newton-Verfahren.

6.2.2 Levenberg-Marquardt-Verfahren -- 6.2.3 Trust-Region- und Line-Search-Algorithmen -- 6.2.4 Interior-Point-Algorithmus -- 6.2.5 Bancroft-Algorithmus -- 6.2.6 Vergleich der Positionierungsalgorithmen -- 6.3 Dillution of Precision (DOP) -- 6.4 Integration mit Inertialsystemen -- 6.4.1 Systemmodell des Navigationsfilters -- 6.4.2 Loosely Coupled Integration -- 6.4.3 Tightly Coupled Integration (TDoA) -- 6.4.4 Tightly Coupled Integration (ToA) -- 6.5 GNSS -- 6.5.1 GNSS Messgrößen und Fehlerquellen -- 6.5.2 GNSS/INS Integration -- 6.5.3 GNSS/INS Integration Ergebnisse -- 6.5.4 Fazit -- 6.6 Ultra-Wide-Band Funksystem -- 6.6.1 Literatur -- 6.6.2 UWB Funksystem -- 6.6.3 Tightly Coupled UWB/INS Navigationsfilter -- 6.6.4 Szenarien mit Ergebnissen -- 6.6.5 Fazit -- 7 Laser OrthoSLAM -- 7.1 SLAM-Methoden -- 7.2 Laserentfernungsmesser -- 7.3 Linienextraktion -- 7.3.1 Incremental Line Extraction -- 7.3.2 Split-And-Merge Algorithmen -- 7.3.3 Adaptive Line Extraction Algorithm -- 7.4 Datenassoziation -- 7.4.1 Datenassoziation Nearest-Neighbour -- 7.4.2 Datenassoziation: Maximum-Likelihood -- 7.4.3 Joint Compatibilty Branch and Bound -- 7.5 SLAM-Verfahren -- 7.5.1 EKF-SLAM -- 7.5.2 FastSLAM -- 7.5.3 Thin Junction Tree Filters -- 7.5.4 Square Root Smoothing and Mapping -- 7.5.5 Graphical SLAM -- 7.5.6 OrthoSLAM -- 7.6 Graphical OrthoSLAM in der Personal Navigation -- 7.6.1 Grundlagen von Graphical OrthoSLAM -- 7.6.2 Der Graph -- 7.6.3 GraphicalSLAM-Ablauf -- 7.6.4 Korrektur von Pitch- und Rollwinkel -- 7.6.5 Linienextraktion -- 7.6.6 Winkelschätzung -- 7.6.7 Linienrepräsentation -- 7.6.8 Definition des SLAM-Graphen -- 7.7 Verarbeitung der Messwerte -- 7.7.1 Datenassoziation -- 7.7.2 Relaxation des Graphen -- 7.8 GraphicalSLAM für orthogonale Linien -- 7.8.1 Merkmalrepräsentation -- 7.8.2 Relaxation von Positionsknoten -- 7.8.3 Relaxation von Linienknoten.

7.9 Ergebnisse GraphicalOrthoSLAM -- 7.10 Performance -- 7.11 Fazit -- 8 Map Matching -- 8.1 Map Matching in der Literatur -- 8.2 Partikel Filter -- 8.3 Kartenrepräsentation -- 8.4 Ablauf Map Matching -- 8.5 Map Matching in der Simulation -- 8.6 Map Matching mit realen Daten -- 8.7 Echtzeit-Implementierung -- 8.8 Fazit -- 9 Pfadplanung -- 9.1 Literaturübersicht Pfadplanung -- 9.2 Auswahl Pfadplanungsalgorithmus -- 9.3 Algorithmen zur Graphensuche -- 9.4 Ergebnisse Pfadplanung -- 9.5 Fazit -- 10 Realisierung des IndoorGuide als Echtzeit-System -- 10.1 Das Echtzeit-System IndoorGuide -- 10.2 IndoorGuide im realen Einsatz-Szenario -- 10.3 Fazit -- 11 Zusammenfassung.

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