This paper describes the measurement of pulse positioning (input time) to calculate a time of arrival (TOA) that takes from transmitting a signal from the target of multilateration (MLAT) system to receiving the signal at the receiver. In this regard, this paper analyzes performances of simple threshold method and level adjust system (LAS) method, which is one of the adaptive threshold detector (ATD) methods, among many methods to calculate pulse positioning of signal received at the receiver. To this end, Cramer-rao lower bound (CRLB) with regard to pulse positioning, which was measured when signals transmitted from a transponder mounted at the target were received at the receiver, was induced and then deviation sizes with regard to pulse positioning, which was measured with simple threshold and LAS methods through MATLAB simulations, were compared. Next, problems occurring according to a difference in amplitude of signals inputted to each receiver are described when pulse positioning is measured at multiple receivers located at a different distance from the target as is the case in the MLAT system. Furthermore, LAS method to resolve the problems is explained. Lastly, this study analyzes whether a pulse positioning error occurring due to the signal noise satisfies the requirement (6 nsec. or lower) recommended for the MLAT system when using these two methods.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.6
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pp.589-594
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2015
In this paper, we described the Cramer-Rao Lower Bound (CLRB) performances of Time Difference of Arrival (TDOA) and Frequency Difference of Arrival (FDOA) methods when there are multiple emitters. The TDOA and FDOA values between two receivers can be simultaneously estimated by using the so-called Complex Ambiguity Function (CAF). In the case of multiple emitters, there exist Inter Symbol Interferences (ISIs) in the measurement data. Therefore, it is required to reduce the effect of ISI and provide a performance evaluation method of TDOA and FDOA estimations. In order to eliminate the ISIs, using of a filter bank before calculating CAF is proposed when the carrier frequencies of the emitters are different to one another. Angle of Arrival (AOA) or Received Signal Strength (RSS) methods before calculating CAF were proposed to reduce the ISIs when the carrier frequencies are the same. In order to evaluate the CRLB of TDOA and FDOA estimations, we employed the conditional probability distribution method and described the numerical comparison results.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.2
no.2
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pp.77-85
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2013
this study examined hybrid Time of Arrival/Angle of Arrival (TOA/AOA) localization technique in a cellular network. Based on the linearized equations from the TOA and AOA measurements, the weighted least square (WLS) method is proposed to obtain the location estimation of a mobile station (MS) by analyzing the statistical properties of the error vector in Line of Sight (LOS) and Non-line of Sight (NLOS) environments, respectively. Moreover, the precise expression of the Cramer-Rao lower bound (CRLB) for hybrid TOA/AOA measurements in different LOS/NLOS conditions was derived when the LOS error is a Gaussian variable and the NLOS error is an exponential variable. The idea of cooperative localization is proposed based on the additional information from short-range communication among the MSs in fourth generation (4G) cellular networks. Therefore, the proposed hybrid TOA/AOA WLS method can be improved further with the cooperative scheme. The simulation results show that the hybrid TOA/AOA method has better performance than the TOA only method, particularly when the AOA measurements are accurate. Moreover, the performance of the hybrid TOA/AOA method can be improved further by the cooperative scheme.
In this paper, we describes the information-theoretic approaches to sensor selection and sensor placement in sensor networks for target localization and tracking. We have developed a sensor selection heuristic to activate the most informative candidate sensor for collaborative target localization and tracking. The fusion of the observation by the selected sensor with the prior target location distribution yields nearly the greatest reduction of the entropy of the expected posterior target location distribution. Our sensor selection heuristic is computationally less complex and thus more suitable to sensor networks with moderate computing power than the mutual information sensor selection criteria. We have also developed a method to compute the posterior target location distribution with the minimum entropy that could be achieved by the fusion of observations of the sensor network with a given deployment geometry. We have found that the covariance matrix of the posterior target location distribution with the minimum entropy is consistent with the Cramer-Rao lower bound (CRB) of the target location estimate. Using the minimum entropy of the posterior target location distribution, we have characterized the effect of the sensor placement geometry on the localization accuracy.
Kim, Yeong-Sam;Yoon, Sang-Hun;Chong, Jong-Wha;Lee, Kyung-Kuk
Proceedings of the IEEK Conference
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2006.06a
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pp.127-128
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2006
In this paper, we propose a novel signaling method using chirp signals in UWB radio with satisfaction of FCC regulation. Chirp signals have been used in many ranging systems such as radar because of its good correlation properties. Because it is important to use broader signal bandwidth in order to get higher precision of the ranging, according to the Cramer-Rao Lower Bound, UWB radio is extremely good as the ranging systems. But, it is very difficult to apply existing chirp signals to UWB, because FCC regulates that the systems operating in UWB radio must occupy signal bandwidth more than 500MHz on the condition of stopping the frequency sweeping. So, we propose multiple chirp signals which can satisfy the regulation of FCC while maintaining chirp signal's properties. The multiple chirp signals which are composed of the sub-chirps modulated by sub-carriers can expand the signal bandwidth with the same principle of OFDM systems. The simulation results show that the BER performance of the proposed multiple chirp signals is identical to that of conventional OFDM when it is applied to data communication, and that the correlation properties of the proposed signals are almost the same with properties as those of single chirp signals whose sweeping bandwidth is the same value with the proposed one.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.9
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pp.1632-1652
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2011
This paper considers the object tracking problem in three dimensional (3-D) space when the azimuth and elevation of the object are available from the passive acoustic sensor. The particle filtering technique can be directly applied to estimate the 3-D object location, but we propose to decompose the 3-D particle filter into the three planes' particle filters, which are individually designed for the 2-D bearings-only tracking problems. 2-D bearing information is derived from the azimuth and elevation of the object to be used for the 2-D particle filter. Two estimates of three planes' particle filters are selected based on the characterization of the acoustic sensor operation in a noisy environment. The Cramer-Rao Lower Bound of the proposed 2-D particle filter-based algorithm is derived and compared against the algorithm that is based on the direct 3-D particle filter.
This paper presents performance comparison of several high-resolution frequency estimation algorithms for pure real tone signal. Algorithms are DFT (Discrete Fourier Transform - for reference purpose), Jacobsen, Candan, reassignment and Cedron. Each algorithm is evaluated under various experimental conditions, e.g., different SNR (Signal to Noise Ratio), window function and window length and performance is compared in the perspective of bias, MSE (Mean Square-Error) and variance. Experimental results indicate that Cedron algorithms works well in the most cases. For actual usage in the engineering problem, each algorithm needs additional analysis and modification.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2019.05a
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pp.210-212
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2019
위성항법시스템의 취약성에 따른 보완 시스템의 필요가 높아지면서, eLoran 시스템이 가장 현실적인 대안으로 인정받고 있다. 우리나라도 서해 일부 지역에서 eLoran 시스템의 테스트베드 구축 사업을 진행 중에 있다. 전 해양지역에 안정적인 서비스를 제공하기 위해서는 추가적인 송신국 설치가 필요하지만. 여러가지 현실적인 이유로 인해 추진되기 어렵다. 이런 문제를 해결하기 위해 기존의 NDGNSS 기준국을 활용한 측위기술이 개발되고 있다. 이미 운영 중인 NDGNSS 기준국을 활용하면 전 해상에서 탄력적 항법시스템 운용이 가능해질 수 있다. 본 논문에서는 eLoran 시스템과 NDGNSS의 기준국을 활용한 지상파 통합항법시스템의 성능을 예측할 수 있는 시뮬레이션 툴을 제작 하였다. ITU에서 배포한 송출 주파수와 거리에 따른 신호 세기, 대기잡음 등을 고려해 Cramer-Rao Lower Bound로 수신 신호의 측정 거리 오차를 계산하였다. 또한 한빛호가 항해하면서 수집한 DGPS 신호를 통해 실질적인 대기잡음을 추정하는 방법을 사용해 기존보다 정확한 SNR 계산이 가능해졌다. 해당 결과는 추후 진행될 지상파통합항법시스템 개발에 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
Kim, Dong-Gyu;Kim, Yong-Hee;Han, Jin-Woo;Song, Kyu-Ha;Kim, Hyoung-Nam
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.5
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pp.88-96
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2014
In modern electronic warfare systems, the necessity of a more accurate estimation method based on non-AOA (arrival of angle) measurement, such as TDOA and FDOA, have been increased. The previous researches using single TDOA have been carried out in terms of not only the development of emitter location algorithms but also the enhancement of measurement accuracy. Recently, however, the combined TDOA/FDOA method is of considerable interest because it is able to estimate the velocity vector of a moving emitter and acquire a pair of TDOA and FDOA measurements from a single sensor pair. In this circumstance, it is needed to derive the required FDOA measurement accuracy in order that the TDOA/FDOA combined localization system outperforms the previous single TDOA localization systems. Therefore, we analyze the contribution of FDOA measurement accuracy to emitter location, then propose the criterion based on CRLB (Cramer-Rao lower bound). Simulations are included to examine the validity of the proposed criterion by using the Gauss-Newton algorithm.
To enhance the reliability and/or resilience of the PNT service included in the e-Navigation strategy of the IMO, the evaluation of the AIS-TWR method for the asynchronous R-mode for maritime service, which is available even in the absence of the GNSS, is described. For the AIS-TWR, which is capable of ranging through message exchange even without high precision synchronization, the operation scenario and the error factors according to the AIS system specifications are proposed and analyzed. Cramer-Rao Lower Bound is presented for the performance evaluation of the AIS-TWR algorithm. A simulation by AIS-TWR method of two AIS systems in a 3 km static environment shows estimation error of about 41m compared to the real value..
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[게시일 2004년 10월 1일]
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