Inverse problem in electrical impedance tomography (EIT) is highly ill-posed therefore prior information is used to mitigate the ill-posedness. Regularization methods are often adopted in solving EIT inverse problem to have satisfactory reconstruction performance. In solving the EIT inverse problem, iterative Gauss-Newton method is generally used due to its accuracy and fast convergence. However, its performance is still suboptimal and mainly depends on the selection of regularization parameter. Although, there are few methods available to determine the regularization parameter such as L-curve method they are sometimes not applicable for all cases. Moreover, regularization parameter is a scalar and it is fixed during iteration process. Therefore, in this paper, a novel method is used to determine the regularization parameter to improve reconstruction performance. Conductivity norm is calculated at each iteration step and it used to obtain the regularization parameter which is a diagonal matrix in this case. The proposed method is applied to human thorax imaging and the reconstruction performance is compared with traditional methods. From numerical results, improved performance of proposed method is seen as compared to conventional methods.
Kim, Dong-Hyouk;Song, Seung-Hun,;Park, Kyoung-Soon;Sung, Tae-Kyung
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.44
no.4
s.316
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pp.1-7
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2007
When the sensor geometry is poor, the user position estimate obtained by of GN (Gauss-Newton) method is often diverged in radio navigation. In other to avoid divergence problem QCLS (Quadratic Correction Least Square) method using TDOA (Time Difference of Arrival) measurements is introduced, but the estimation error is somewhat large. This paper presents the modified QCLS method using weighted least square. Since the weighting matrix is influenced by the unknown user position, two-step approach is employed in the proposed method. The weighting matrix is estimated in the first step using least square, and then find user position is obtained using weighted least square. Simulation results show that the performance of the proposed method is superior to the conventional QCLS all over the workspace.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.54
no.2
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pp.106-114
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2017
In this paper, we propose the method of designing an extended kalman filter in order to accurately measure the position of the spatial-phase system using sensor fusion. We use the quaternion as a state variable in expressing the attitude of an object. Then, the attitude of rigid body can be calculated from the accelerometer and magnetometer by applying the Gauss-Newton method. We estimate the changes of state by using the measurements obtained from the gyroscope, the quaternion, and the vision informations by ARVR_SDK. To increase the accuracy of estimation, we designed and implemented the extended kalman filter, which showed excellent ability to adjust and compensate the sensor error. As a result, we could experimentally demonstrate that the reliability of the attitude estimation value can be significantly increased.
This paper presents a practical inversion method for recovering a three-dimensional (3D) resistivity model and static shifts simultaneously. Although this method is based on a Gauss-Newton approach that requires a sensitivity matrix, the computer time can be greatly reduced by implementing a simple and effective procedure for updating the sensitivity matrix using the Broyden's algorithm. In this research, we examine the approximate inversion procedure and the weighting factor ${\beta}$ for static shifts through inversion experiments using synthetic MT data. In methods using the full sensitivity matrix constructed only once in the iteration process, a procedure using the full sensitivity in the earlier stage is useful to produce the smallest rms data misfit. The choice of ${\beta}$ is not critical below some threshold value. Synthetic examples demonstrate that the method proposed in this paper is effective in reconstructing a 3D resistivity structure from static-shifted MT data.
Lee, Bo An;Kim, Bong Seok;Ko, Min Seok;Kim, Kyung Youn;Kim, Sin
Nuclear Engineering and Technology
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v.46
no.1
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pp.109-116
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2014
An electrical resistance tomography (ERT) technique combining the particle swarm optimization (PSO) algorithm with the Gauss-Newton method is applied to the visualization of two-phase flows. In the ERT, the electrical conductivity distribution, namely the conductivity values of pixels (numerical meshes) comprising the domain in the context of a numerical image reconstruction algorithm, is estimated with the known injected currents through the electrodes attached on the domain boundary and the measured potentials on those electrodes. In spite of many favorable characteristics of ERT such as no radiation, low cost, and high temporal resolution compared to other tomography techniques, one of the major drawbacks of ERT is low spatial resolution due to the inherent ill-posedness of conventional image reconstruction algorithms. In fact, the number of known data is much less than that of the unknowns (meshes). Recalling that binary mixtures like two-phase flows consist of only two substances with distinct electrical conductivities, this work adopts the PSO algorithm for mesh grouping to reduce the number of unknowns. In order to verify the enhanced performance of the proposed method, several numerical tests are performed. The comparison between the proposed algorithm and conventional Gauss-Newton method shows significant improvements in the quality of reconstructed images.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.12
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pp.3007-3019
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1993
For the same configuration, the stiffness of 6-node two dimensional isoparametric is stiffer than that of 8-node two dimensional isoparametric element. This phenomenon may be called 'Relative Stiffness Stiffening Phenomenon.' In this paper, the relative stiffness stiffening phenomenon was studied, and could be corrected by modifying the position of Gauss integral points used in the numerical integration of the stiffness matrix. For the same deformation (bending) energy of 6-node and 8-node two dimensional isoparametric elements, Gauss integral points of 6-node element have to move closer, in comparison with those of 8-node element, in the case of numerical integration along the thickness direction.
Kim, Yong-Hee;Kim, Dong-Gyu;Han, Jin-Woo;Song, Kyu-Ha;Kim, Hyoung-Nam
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.7
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pp.76-84
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2013
In the passive emitter localization using instantaneous TDOA (time difference of arrival) and FDOA (frequency difference of arrival) measurements, the estimation accuracy can be improved by collecting additional measurements. To achieve this goal, it is required to increase the number of the sensors. However, in electronic warfare environment, a large number of sensors cause the loss of military strength due to high probability of intercept. Also, the additional processes should be considered such as the data link and the clock synchronization between the sensors. Hence, in this paper, the passive localization of a stationary emitter is presented by using the successive TDOA and FDOA measurements from two moving sensors. In this case, since an independent pair of sensors is added in the data set at every instant of measurement, each pair of sensors does not share the common reference sensor. Therefore, the QCLS (quadratic correction least squares) methods cannot be applied, in which all pairs of sensor should include the common reference sensor. For this reason, a Gauss-Newton algorithm is adopted to solve the non-linear least square problem. In addition, to show the performance of the proposed method, we compare the RMSE (root mean square error) of the estimates with CRLB (Cramer-Rao lower bound) and derived the CEP (circular error probable) planes to analyze the expected estimation performance on the 2-dimensional space.
Kim, Yong-Hee;Kim, Dong-Gyu;Han, Jin-Woo;Song, Kyu-Ha;Kim, Hyoung-Nam
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.6
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pp.62-71
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2013
The passive emitter location method using TDOA and FDOA measurements has higher accuracy comparing to the single TDOA or FDOA based method. Moreover, it is able to estimate the velocity vector of a moving platform. Recently, several non-iterative methods were suggested using the nuisance parameter but the common reference sensor is needed for each pair of sensors. They show also relatively low performance in the case of a long range between the sensor groups and the emitter. To solve this, we derive the estimation method of the position and velocity of a moving platform based on the Gauss-Newton method. In addition, to analyze the estimation performance of the position and velocity, respectively, we decompose the CRLB matrix into each subspace. Simulation results show the estimation performance of the derived method and the CEP planes according to the given geometry of the sensors.
Kim, Won-Yeol;Zin, Hyeon-Cheol;Kim, Jong-Chan;Noh, Duck-Soo;Seo, Dong-Hoan
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.7
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pp.647-654
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2016
Indoor localization based on visible-light communication using the received signal strength intensity (RSSI) has been widely studied because of its high accuracy compared with other wireless localization methods. However, because the RSSI can vary according to the inclination and azimuth of the receiver, a large error can occur, even at the same position. In this paper, we propose a visible-light communication-based 3-D indoor positioning algorithm using the Gauss-Newton technique in order to reduce the errors caused by the change in the inclination of the receiver. The proposed system reduces the amount of computations by selecting the initial position of the receiver through the linear least-squares method (LSM), which is applied to the RSSIs, and improves the position accuracy by applying the Gauss-Newton technique to the 3-D nonlinear model that contains the RSSIs acquired by the changes in the azimuth and inclination of the receiver. In order to verify the validity of the proposed algorithm in an indoor space with dimensions of $6{\times}6{\times}3m$ where 16 LED lights are installed, we compare and analyze the errors of the conventional linear LSM-based trilateration technique and the proposed algorithm according to the changes in the inclination and azimuth of the receiver. The experimental results show that the location accuracy of the proposed algorithm is improved by 82.5% compared to the conventional LSM-based trilateration technique.
In this paper, we present new methods for solving the inverse kinematics associated with 6 degree of freedoms manipulator by the numerical method. This method will be based on tracking stability of special nonlinear dynamical systems, and differs from the typical techniques based by the Newton-Gauss or Newton-Raphson method for solving nonlinear equations. This simulation results show that the new method is solving the inverse kinematics of PUMA 560 without the derivative of a given task space trajectories.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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