Presented in this paper is a complete error covariance analysis for strapdown inertial navigation system(SDINS). We have found that in SDINS the cross-coupling terms in gyrocompass alignment errors can significantly influence the SDINS error propagation. Initial heading error has a close correlation with the east component of gyro bias erro, while initial level tilt errors are closely related to accelerometer bias errors. In addition, pseudo-state variables are introduced in covariance analysis for SDINS utilizing the characteristics of gyrocompass alignment errors. This approach simplifies the covariance analysis because it makes the initial error covariance matrix to a diagonal form. Thus a real implementation becomes easier. The approach is conformed by comparing the results for a simplified case with the covariance analysis obtained from the conventional SDINS error model.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics B
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v.31B
no.2
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pp.69-79
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1994
The conventional machine vision system which has uniform rectangular grid requires tremendous amount of computation for processing and analysing an image especially in 2-D image transfermations such as scaling, rotation and 3-D reconvery problem typical in robot application environment. In this study, the imaging system with nonuiformly distributed image sensors simulating human visual system, referred to as Ploar Exponential Grid(PEG), is compared with the existing conventional uniform rectangular grid system in terms of image resolution and computational complexity. By mimicking the geometric structure of the PEG sensor cell, we obtained PEG-like images using computer simulation. With the images obtained from the simulation, image resolution of the two systems are compared and some basic image processing tasks such as image scaling and rotation are implemented based on the PEG sensor system to examine its performance. Furthermore Fourier transform of PEG image is described and implemented in image analysis point of view. Also, the range and heading-angle measurement errors usually encountered in 3-D coordinates recovery with stereo camera system are claculated based on the PEG sensor system and compared with those obtained from the uniform rectangular grid system. In fact, the PEC imaging system not only reduces the computational requirements but also has scale and rotational invariance property in Fourier spectrum. Hence the PEG system has more suitable image coordinate system for image scaling, rotation, and image recognition problem. The range and heading-angle measurement errors with PEG system are less than those of uniform rectangular rectangular grid system in practical measurement range.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.7
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pp.627-633
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2015
Accurate heading information is crucial for the navigation of intelligent vehicles. In outdoor environments, GPS is usually used for the navigation of vehicles. However, in GPS-denied environments such as dense building areas, tunnels, underground areas and indoor environments, non-GPS solutions are required. Yaw-rates from a single gyro sensor could be one of the solutions. In dealing with gyro sensors, the drift problem should be resolved. HDR (Heuristic Drift Reduction) can reduce the average heading error in straight line movement. However, it shows rather large errors in some moving environments, especially along curved lines. This paper presents a method called VDR (Vision-based Drift Reduction), a system which uses a low-cost vision sensor as compensation for HDR errors.
Odometry using wheel encoder is a common relative positioning technique for wheeled mobile robots. The major drawback of odometry is that the kinematic modeling errors are accumulated when the travel distance increases. Therefore, accurate calibration of odometry is required. In several related works, various schemes for odometry calibration are proposed. However, design guidelines of test tracks for odometry calibration were not considered. More accurate odometry calibration results can be achieved by using appropriate test track because the position and orientation errors after the test are affected by the test track. In this paper, we propose the design guidelines of test tracks for odometry calibration schemes using experimental heading errors. Numerical simulations and experiments clearly demonstrate that the proposed design guidelines result in more accurate calibration results.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.5
no.7
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pp.827-835
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1999
In this paper, a dead reckoning navigation system for differential drive mobile robots is presented. The navigation system consists of two incremental encoders and a gyroscope. We have built a third order polynomial function for compensating the nonlinear scale factor errors of the gyroscope. We utilize an indirect Kalman filter that feeds back estimated errors to the main navigation system. Also, the observability of the filter is analyzed in order to systematically evaluate the filter's performance. Experimental results show that the proposed navigation system provides a reliable position and heading angle by mutually compensating the encoder and the gyroscope errors. The proposed filter also reduces the computational burden and enhances the navigation system's reliability. The observability analysis confirms the characteristics of inevitably unbounded position error growth in dead reckoning navigation systems.
In this paper, we propose a Correction Dead Reckoning (CDR) solution using correction information such as Map Matching FeedBack (MMFB) in an underground parking lot. In order to correct position errors in an underground parking lot, vehicle position and heading errors are corrected using MMFB information in road link properties. The proposed method was applied to an in-vehicle navigation system and tested. The experimental results show that the proposed robust dead reckoning solution corrects Dead Reckoning (DR) position errors that occur when driving for a long time in an underground parking lot.
As intelligent autonomous driving vehicle development has become a big topic around the world, accurate reference dynamics estimation has been more important than before. Current systems generally use speed and heading information sensed from a distant point as a vehicle reference dynamic, however, the dynamics between different points are not same especially during rotating motions. In order to estimate properly estimate the reference dynamics from the information such as velocity and heading sensed at a point distant from the reference point such as center of gravity, this study proposes estimating reference dynamics from any location in the vehicle by combining the Bicycle and Ackermann models. A test system was constructed by implementing multiple GNSS/INS equipment on an Robot Operating System (ROS) and an actual car. Angle and speed errors of 10° and 0.2 m/s have been reduced to 0.2° and 0.06 m/s after applying the suggested method.
This paper presents the use of 3 axis accelerometer for getting the gait information including the number of gaits, stride and walking distance. Travel distance is usually calculated from the double integration of the accelerometer output with respect to time; however, the accumulated errors due to the drift are inevitable. The orientation change of the accelerometer also causes error because the gravity is added to the measured acceleration. Unless three axis orientations are completely identified, the accelerometer alone does not provide correct acceleration for estimating the travel distance. We proposed a way of minimizing the error due to the change of the orientation. Pedestrian localization is implemented with the heading angle and the travel distance. Heading angle is estimated from the rate gyro and the magnetic compass measurements. The performance of the localization is presented with experimental data.
Jo, Hyeon-Jeong;Shin, Hyeong-Il;Lee, Dae-Jae;Hyun, Yun-Ki;Bae, Mun-Ki;Kim, Kwang-Sik
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.41
no.1
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pp.70-77
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2005
The study was results obtained from the trial make of the hybrid GPS-electromagnetic(EM) compass which overcome shortcoming of GPS compass and EM compass. The results were summarized as follows: GPS compass detected the stable ship's heading at 0.1^{\circ}$ intervals with the turning angular velocity of less than 25^{\circ}$/sec in the experiment for the characteristics of turning angular velocity with stepmotor, but in case of over 25^{\circ}$/sec the compass did not detect it. On the contrary, the EM compass always indicated the ship's heading with no connection of the turning angular velocity, however the compass is low accuracy compared with GPS one owing to a compass error. The ship's headings by the hybrid GPS-EM compass were displayed at fixed point and moving by car; if the GPS compass work the headings were displayed by GPS compass, if not, the heading is provided stably by adding or subtracting of a compass error to the heading of EM compass. Also, each ship's heading was derived from not only the GPS compass but also the EM one by add or subtract of the compass errors, and then was worked covariance for the analogy. The results show that the ship's heading of two compasses has been verified the similarity to 95% confidence level.
Two dimensional non-parametric model using daily mean temperature and daylength as predictor variables was established and daily developmental rates (DVR) for the period of seedling emergence to heading were estimated for 26 rice cultivars by using data from field direct seeding dates and short-day treatments experiment carried out at experimental farm of Seoul National University in 1990. Three existing parametric models were tested for the comparision of predictability with non-parametric model. The non-parametric model was found to be superior to parametric models in predicting heading date. The developmetal indice(DVI) at heading date, cummulative DVR's from seedling emergence showed 0.5 to 2.2 percent of coefficient of variations. The non-parametric model revealed errors of 0 to three days in 11 varieties when applied to data independent of those used in estimating DVR.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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