Artikelarchiv

Seite drucken

IMU-Kalibrierung und Lernverfahren mittels Transformer-Netzwerk für die Lokalisierung

IMU Calibration and Learning Using a Transformer Network for Localization

Hossein Shoushtari, Harald Sternberg

Inertiale Lokalisierungsansätze spielen eine zentrale Rolle bei Navigationssystemen und basieren üblicherweise auf der doppelten Integration von dynamischen Beschleunigungssensorwerten. Diese Verfahren stoßen jedoch auf erhebliche Herausforderungen bei der präzisen Verfolgung komplexer Bewegungen, wie sie etwa bei Smartphones oder Wearables auftreten, und neigen dazu, im Laufe kurzer Zeit zu driften. Darüber hinaus wirft das Bestreben, Lokalisierung mit diesen handelsüblichen Geräten zu realisieren, die Frage auf, ob eine individuelle Kalibrierung der integrierten Inertialsensoren (engl.: Inertial Measurement Unit, IMU) erforderlich ist, was sich in der Praxis kaum umsetzen ließe. Der Beitrag verfolgt das Ziel, diese Herausforderungen durch einen State-of-the-Art-überwachten Lernansatz zu beschreiben. Dabei wird ein neuartiges Transformer-Netzwerk eingesetzt, um sowohl die Kalibrierung als auch die Lokalisierung simultan zu lösen. Die Verwendung von Lernansätzen als Sensorkalibrierungsmethode kann die Genauigkeit der Vorhersage verbessern. Die Integration von wissensbasierten Merkmalen in das Transformer-Modell ermöglicht eine Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Positionsbestimmung. Die transformatorbasierte Attention-Implementierung dieses Ansatzes verbindet physikalische und lernbasierte Verfahren zu einer fortschrittlichen Methode, die eine genaue und zuverlässige Lokalisierung in verschiedenen Geräteplatzierungen ermöglicht. Darüber hinaus werden umfassende analytische Bewertungen mit einer realistischen Qualitätsbeurteilung unter Verwendung mehrerer Metriken vorgestellt.

Inertial localization approaches play a central role in navigation systems and are usually based on the double integration of dynamic acceleration sensor values. However, these methods face significant challenges in accurately tracking complex movements, such as those that occur in smartphones or wearables, and tend to drift over short periods of time. Furthermore, the desire to implement localization with these commercially available devices raises the question of whether individual calibration of the integrated inertial sensors (Inertial Measurement Unit, IMU) is necessary, which would be difficult to implement in practice. This work aims to overcome these challenges through a state-of-the-art supervised learning approach. A novel transformer network is used to solve both calibration and localization simultaneously. The use of learning approaches as a sensor calibration method can improve the accuracy of the prediction. The integration of knowledge-based features into the transformer model enables an improvement in the accuracy and reliability of position determination. The transformer-based attention implementation of this approach combines physical and learning-based methods into an advanced method that enables accurate and reliable localization in complex device placements. In addition, comprehensive analytical evaluations with realistic quality assessment using multiple metrics are presented.

DOI: 10.14627/avn.2025.6.2
Der Volltext der aktuellen Artikel (< 3 Monate) aus dem Artikelarchiv steht für avn-Abonnenten zur Verfügung.
Hier finden Sie mehr Informationen zum avn-Abonnement.