Acoustic signal is crucial for the autonomous navigation of underwater vehicles. For this purpose, this paper presents a method of acoustic source localization. The proposed method is based on the probabilistic estimation of time delay of acoustic signals received by two hydrophones. Using Bayesian update process, the proposed method can provide reliable estimation of direction angle of the acoustic source. The acquired direction information is used to estimate the location of the acoustic source. By accumulating direction information from various vehicle locations, the acoustic source localization is achieved using extended Kalman filter. The proposed method can provide a reliable estimation of the direction and location of the acoustic source, even under for a noisy acoustic signal. Experimental results demonstrate the performance of the proposed acoustic source localization method in a real sea environment.
This paper reviews several multi-source localization methods which estimate ITDs based on zero crossings (ZCs). Employing signal-to-noise ratio (SNR) estimation from ITD variances, these ZC-based source localization methods are more robust to diffuse noise than the cross-correlation (CC)-based one with less computational complexity. In order to take reverberant environments into account, two approaches detect intervals which dominantly contain direct-path components from sources to sensors because they may effectively provide reliable ITDDs corresponding to source directions. One accomplishes the detection by comparing the original and cepstral-prefiltering-processed envelopes, and the other searches sudden increase of acoustic energy by considering typical characteristics of acoustic reverberation. Experiments for comparison of these methods demonstrate that the approach with energy-based detection efficiently achieves multi-source localization in reverberant environments.
Our goal is the development of a system that estimates the location of interested point in a room with accuracy and low cost. Non-contacting position estimating method is widely used in various areas. Among these methods, acoustic signal-based method is the cheapest and provides reasonably accurate estimation as a result of many research efforts. Most of the acoustic-signal-based three-dimensional location estimators such as 3D sonic digitizer are using the ultrasound, and are organized with two procedures; time-of-flight (TOF) estimation and localization estimation. Since the errors in estimating the TOF could be accumulated with that of localization estimate, accuracy of TOF estimate is as...
Localization of underwater vehicle is essential to use underwater robotic systems for various applications effectively. For this purpose, this paper presents a method of two-dimensional SLAM for underwater vehicles equipped with two hydrophones. The proposed method uses directional angles for underwater acoustic sources. A target signal transmitted from acoustic source is extracted using band-pass filters. Then, directional angles are estimated based on Bayesian process with generalized cross-correlation. The acquired angles are used as measurements for EKF-SLAM to estimate both vehicle location and locations of acoustic sources. Through these processes, the proposed method provides reliable estimation for two dimensional locations of underwater vehicles. Experimental results demonstrate the performance of the proposed method in a real sea environment.
In inverse acoustic problem with nearfield sources, it is important to separate multiple acoustic sources and to measure the position of each target. This paper proposes a new algorithm by applying MUSIC(Multiple Signal Classification) to the outputs of discrete wavelet transformation with sub-band selection based on the entropy threshold, Some numerical experiments show that the proposed method can estimate the more precise positions than a conventional MUSIC algorithm under moderately correlated signal and relatively low signal-to-noise ratio case.
Underwater acoustics, which is the domain that addresses phenomena related to the generation, propagation, and reception of sound waves in water, has been applied mainly in the research on the use of sound navigation and ranging (SONAR) systems for underwater communication, target detection, investigation of marine resources and environment mapping, and measurement and analysis of sound sources in water. The main objective of remote sensing based on underwater acoustics is to indirectly acquire information on underwater targets of interest using acoustic data. Meanwhile, highly advanced data-driven machine-learning techniques are being used in various ways in the processes of acquiring information from acoustic data. The related theoretical background is introduced in the first part of this paper (Yang et al., 2020). This paper reviews machine-learning applications in passive SONAR signal-processing tasks including target detection/identification and localization.
Mehdizadeh, Sina;Yazdchi, Mohammadreza;Niroomand, Mehdi
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제8권6호
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pp.1487-1496
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2013
In this paper, a novel algorithm for PD localization in power transformers based on wavelet de-noising technique and energy criterion is proposed. Partial discharge is one of the main failures in power transformers. The localization of which could be very useful for maintenance systems. Acoustic signals due to a PD event are transient, irregular and non-repetitive. So wavelet transform is an efficient tool for this signal processing problem that gives a time-frequency demonstration. First, different wavelet based de-noising methods are analyzed. Then, a reasonable structure for threshold value determining and applying manner on signals is presented. Evaluated errors are good evidences for choices. Next, applying the elimination low energy frequency bands is discussed and developed as a de-noising method. Time differences between signals are used for PD localization. Different ways in time arrival detection are introduced and a novel approach in energy criterion method is presented. At the end, the quality of algorithm is verified through the different assays in lab.
수중에서 음원의 위치 추정을 위해 적용되어지는 기법으로써 시간지연차 (TDOA : Time Difference Of Arrival) 추정, 빔 형성 기법, 고 분해능 기법 등이 있다. 본 논문에서는 상대적으로 적은 수의 센서를 사용하여 주파수 영역에서 시간 지연차 추정에 사용되는 MCPSP (Modified Cross Power Spectrum Phase) 함수를 이용하였다. 그러나 MCPSP 함수에 기반한 방법은 CW (Continuous Wate) 신호를 대상으로 할 경우 추정 성능이 크게 떨어진다. 이에 본 논문에서는 Pulsed CW신호를 사용하는 수중 음원의 위치를 추정하기 위해 단 구간 (short-time) 에너지 검출을 이용하여 핑(ping)의 경계 영역을 포함하는 세그먼트를 구성하고 이로부터 MCPSP 함수를 구하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법의 성능에 대한 이론적인 접근과 함께 다양한 환경 하에서 분석이 이루어졌다.
This paper presents a method of fault detection and fault localization from acoustic noise measurements. In order to detect the presence of noise sources wavelet transform is applied to acoustic signal. In addition, a cross correlation based method is proposed to calculate the exact location of the noise allowing the user to quickly diagnose and resolve the source of the noise. The fault detection system is implemented using two microphones and a computer system. Experimental results show that the system can detect faults due to artifacts accidentally inserted during the manufacturing process and estimate the location of the fault with approximately 1 cm precision.
This paper deals with a bearing faults localization technique based on holographic approach by visualizing sound radiated from the faults. The main idea stems from the phenomenon that bearing faults in a moving vehicle generate impulsive sound. To visualize fault signal from the moving vehicle, we can use the moving frame acoustic holography [Kwon, H.-S. and Kim, Y.-H., 1998, "Moving Frame Technique for Planar Acoustic Holography," J. Acoust. Soc. Am. Vol. 103, No. 4, pp. 1734${\sim}$1741]. However, it is not easy to localize faults only by applying the method. This is because the microphone array measures noise(for example, noise from other parts of the vehicle and the wind noise) as well as the fault signal while the vehicle passes by the array. To reduce the effect of noise, we propose two ideas which utilize the characteristics of fault signal. The first one is to average holograms for several frequencies to reduce the random noise. The second one is to apply the partial field decomposition algorithm [Nam, K.-U., Kim, Y.-H., 2004, "A Partial Field Decomposition Algorithm and Its Examples for Near-field Acoustic Holography," J. of Acoust. Soc. Am. Vol. 116, No. 1, pp. 172${\sim}$185] to the moving source, which can separate the fault signal and noise. Basic theory of those methods is introduced and how they can be applied to localize bearing faults is demonstrated. Experimental results via a miniature vehicle showed how well the proposed method finds out the location of source in practice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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