Massive MIMO-based Localization and Mapping Exploiting Phase Information of Multipath Components

In this paper, we present a robust multipath-based localization and mapping framework that exploits the phases of specular multipath components (MPCs) using a massive multiple-input multiple-output (MIMO) array at the base station. Utilizing the phase information related to the propagation distances of the MPCs enables the possibility of localization with extraordinary accuracy even with limited bandwidth. The specular MPC parameters along with the parameters of the noise and the dense multipath component (DMC) are tracked using an extended Kalman filter (EKF), which enables to preserve the distance-related phase changes of the MPC complex amplitudes. The DMC comprises all non-resolvable MPCs, which occur due to finite measurement aperture. The estimation of the DMC parameters enhances the estimation quality of the specular MPCs and therefore also the quality of localization and mapping. The estimated MPC propagation distances are subsequently used as input to a distance-based localization and mapping algorithm. This algorithm does not need prior knowledge about the surrounding environment and base station position. The performance is demonstrated with real radio-channel measurements using an antenna array with 128 ports at the base station side and a standard cellular signal bandwidth of 40 MHz. The results show that high accuracy localization is possible even with such a low bandwidth.Comment: 14 pages (two columns), 13 figures. This work has been submitted to the IEEE Transaction on Wireless Communications for possible publication. Copyright may be transferred without notice, after which this version may no longer be accessibl

Automatic Structure and Motion using a Catadioptric Camera

Methods for the robust and automatic estimation of scene structure and camera motion from image sequences acquired by a catadioptric camera are described. A first estimate of the complete geometry is obtained robustly from a rough knowledge of the two angles which defines the field of view. This approach is in contrast to previous work, which required mirror parameterization and only calculated (until now) the geometry of image pairs. Second, the additional knowledge of the mirror shape is enforced in the estimation. Both steps have become tractable thanks to the introduction of bundle adjustments for central and non-central cameras. Finally, the system is presented as a whole, and many long image sequences are automatically reconstructed to show the qualities of the approach

Modeling the environment with egocentric vision systems

Cada vez más sistemas autónomos, ya sean robots o sistemas de asistencia, están presentes en nuestro día a día. Este tipo de sistemas interactúan y se relacionan con su entorno y para ello necesitan un modelo de dicho entorno. En función de las tareas que deben realizar, la información o el detalle necesario del modelo varía. Desde detallados modelos 3D para sistemas de navegación autónomos, a modelos semánticos que incluyen información importante para el usuario como el tipo de área o qué objetos están presentes. La creación de estos modelos se realiza a través de las lecturas de los distintos sensores disponibles en el sistema. Actualmente, gracias a su pequeño tamaño, bajo precio y la gran información que son capaces de capturar, las cámaras son sensores incluidos en todos los sistemas autónomos. El objetivo de esta tesis es el desarrollar y estudiar nuevos métodos para la creación de modelos del entorno a distintos niveles semánticos y con distintos niveles de precisión. Dos puntos importantes caracterizan el trabajo desarrollado en esta tesis: - El uso de cámaras con punto de vista egocéntrico o en primera persona ya sea en un robot o en un sistema portado por el usuario (wearable). En este tipo de sistemas, las cámaras son solidarias al sistema móvil sobre el que van montadas. En los últimos años han aparecido muchos sistemas de visión wearables, utilizados para multitud de aplicaciones, desde ocio hasta asistencia de personas. - El uso de sistemas de visión omnidireccional, que se distinguen por su gran campo de visión, incluyendo mucha más información en cada imagen que las cámara convencionales. Sin embargo plantean nuevas dificultades debido a distorsiones y modelos de proyección más complejos. Esta tesis estudia distintos tipos de modelos del entorno: - Modelos métricos: el objetivo de estos modelos es crear representaciones detalladas del entorno en las que localizar con precisión el sistema autónomo. Ésta tesis se centra en la adaptación de estos modelos al uso de visión omnidireccional, lo que permite capturar más información en cada imagen y mejorar los resultados en la localización. - Modelos topológicos: estos modelos estructuran el entorno en nodos conectados por arcos. Esta representación tiene menos precisión que la métrica, sin embargo, presenta un nivel de abstracción mayor y puede modelar el entorno con más riqueza. %, por ejemplo incluyendo el tipo de área de cada nodo, la localización de objetos importantes o el tipo de conexión entre los distintos nodos. Esta tesis se centra en la creación de modelos topológicos con información adicional sobre el tipo de área de cada nodo y conexión (pasillo, habitación, puertas, escaleras...). - Modelos semánticos: este trabajo también contribuye en la creación de nuevos modelos semánticos, más enfocados a la creación de modelos para aplicaciones en las que el sistema interactúa o asiste a una persona. Este tipo de modelos representan el entorno a través de conceptos cercanos a los usados por las personas. En particular, esta tesis desarrolla técnicas para obtener y propagar información semántica del entorno en secuencias de imágen

A Self-Organization Framework for Wireless Ad Hoc Networks as Small Worlds

Motivated by the benefits of small world networks, we propose a self-organization framework for wireless ad hoc networks. We investigate the use of directional beamforming for creating long-range short cuts between nodes. Using simulation results for randomized beamforming as a guideline, we identify crucial design issues for algorithm design. Our results show that, while significant path length reduction is achievable, this is accompanied by the problem of asymmetric paths between nodes. Subsequently, we propose a distributed algorithm for small world creation that achieves path length reduction while maintaining connectivity. We define a new centrality measure that estimates the structural importance of nodes based on traffic flow in the network, which is used to identify the optimum nodes for beamforming. We show, using simulations, that this leads to significant reduction in path length while maintaining connectivity.Comment: Submitted to IEEE Transactions on Vehicular Technolog