A test miner named MineRo was constructed for the purpose of shallow water test of mining performance. In June of 2009, the performance test was conducted in depth of 100 m, 5 km away from Hupo-port (Korean East Sea), to assess if the developed system is able to collect and lift manganese nodules from seafloor. In August of 2010, in-situ test of automatic path tracking control of MineRo was performed in depth of 120 m at the same site. For path tracking control, a localization algorithm determining MineRo's position on seabed is prerequisite. This study proposes an improved underwater navigation algorithm through estimation of MineRo's kinematic parameters. In general, the kinematic parameters such as track slips and slip angle are indirectly calculated using the position data from USBL (Ultra-Short Base Line) system and heading data from gyro sensors. However, the obtained data values are likely to be different from the real values, primarily due to the random noise of position data. The aim of this study is to enhance the reliability of the algorithm by measuring kinematic parameters, track slips and slip angle.
Kim, Yun-Ki;Park, Jae-Hyun;Kwak, Hwy-Kuen;Park, Sang-Hoon;Lee, ChoonWoo;Lee, Jang-Myung
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.6
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pp.569-575
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2013
This paper proposes a method for PDR (Pedestrian Dead-Reckoning) using a low cost IMU. Generally, GPS has been widely used for localization of pedestrians. However, GPS is disabled in the indoor environment such as in buildings. To solve this problem, this research suggests the PDR scheme with an IMU attached to the pedestrian's waist. However, despite the fact many methods have been proposed to estimate the pedestrian's position, but their results are not sufficient. One of the most important factors to improve performance is, a new calibration method that has been proposed to obtain the reliable sensor data. In addition to this calibration, the PDR method is also proposed to detect steps, where estimation schemes of step length, attitude, and heading angles are developed. Peak and zero crossings are detected to count the steps from 3-axis acceleration values. For the estimation of step length, a nonlinear step model is adopted to take advantage of using one parameter. Complementary filter and zero angular velocity are utilized to estimate the attitude of the IMU module and to minimize the heading angle drift. To verify the effectiveness of this scheme, a real-time system is implemented and demonstrated. Experimental results show an accuracy of below 1% and below 3% in distance and position errors, respectively, which can be achievable using a high cost IMU.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.12
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pp.1284-1289
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2014
In this Paper, outdoor position estimation system was implemented using GPS (Global Positioning System) and INS (Inertial Navigation System). GPS position information has lots of errors by interference from obstacles and weather, the surrounding environment. To reduce these errors, multiple GPS system is used. Also, the Discrete Wavelet Transforms was applied to INS data for compensation of its error. In this paper, position estimation of the mobile robot in the straight line is conducted by EKF (Extended Kalman Filter). However, curve running position estimation is less accurate than straight line due to phase change in rotation. The curve is recognized through the rate of change in heading angle and the position estimation precision of the initial curve was improved by UPF (Unscented Particle Filter). In the case of UPF, if the number of particle is so many that big memory gets size is needed and processing speed becomes late. So, it only used the position estimation in the initial curve. Thereafter, the position of mobile robot in curve is estimated through switching from UPF to EKF again. Through the experiments, we verify the superiority of the system and make a conclusion.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.3
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pp.241-249
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2014
This paper presents a path planning algorithm of an autonomous vehicle (ADAM III) for collision avoidance in the presence of multiple obstacles. Under the requirements that a low-cost GPS is used and its computation should be completed with a sampling time of sub-second, heading angle estimation is proposed to improve performance degradation of its measurement and a hierarchical structure for path planning is used. Once it is decided that obstacle avoidance is necessary, the path planning consists in three steps: waypoint generation, trajectory candidate generation, and trajectory selection. While the waypoints and the corresponding trajectory candidates are generated based on position of obstacles, the final desired trajectory is determined with considerations of kinematic constraints as well as an optimal condition in a term of lateral deviation. Finally the proposed algorithm was validated experimentally through field tests and its demonstration was performed in Autonomous Vehicle Competition (AVC) 2013.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.9
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pp.4131-4138
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2012
In this paper, we propose a Pedestrian Position Information System(PPIS) using low-cost inertial sensors in GPS-disabled area. The proposed scheme estimates the attitude/heading angle and step detection of pedestrian. Additionally, the estimation error due to the inertial sensors is mitigated by using additional sensors. We implement a portable hardware module to evaluate performance of the proposed system. Through the experiments in indoor building, the estimation error of position information was measured as 2.4% approximately.
Kim, Yong Hwi;Park, Min Soo;Park, Jin Bae;Yoon, Tae Sung
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.3
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pp.445-450
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2015
In the moving target problem, the velocity information of the moving target is very important as well as the high accuracy position information. To solve this problem, active researches are being conducted recently with combine the Time Difference of Arrival (TDOA) and Frequency Delay of Arrival(FDOA) measurements. However, since the FDOA measurement is utilizing the Doppler effect due to the relative velocity between the target source and the receiver sensor, it may be difficult to use the FDOA measurement if the moving target speed is not sufficiently fast. In this paper, we propose a method for estimating the position and the velocities of the target by using only the TDOA measurements for the low speed moving target in the indoor environment with sensor network. First, the target position and heading angle are obtained from the estimated positions of two attached transmitters on the target. Then, the target angular and linear velocities are also estimated. In addtion, we apply the Instrumental Variable (IV) technique to compensate the estimation error of the estimated target velocity. In simulation, the performance of the proposed algorithm is verified.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.3
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pp.220-227
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2014
This paper presents about multi-rate sensors' synchronization and filter fusion via a sigmoid function of the Kalman filter. To synchronize multi-rate sensors, the estimation states of the Kalman filter is modified. A specific matrix that makes the filter choose sensor values only updated is multiplied to measurement matrix. For the filter that has weak points on some criteria, filter fusion is suggested by using sigmoid function. Modified kalman filter is tested with practical case. A sigmoid function was designed for the test and the performance of the modified function is estimated with respect to conventional Kalman filter. Unscented Kalman filter is used to the base filter of the suggested filter because of its stability.
This paper introduces a video based traffic monitoring system for detecting vehicles and obstacles on the road. To segment moving objects from image sequence, we adopt the background subtraction algorithm based on the local binary patterns (LBP). Recently, LBP based texture analysis techniques are becoming popular tools for various machine vision applications such as face recognition, object classification and so on. In this paper, we adopt an extension of LBP, called the Diagonal LBP (DLBP), to handle the background subtraction problem arise in vision-based autonomous parking systems. It reduces the code length of LBP by half and improves the computation complexity drastically. An edge based shadow removal and blob merging procedure are also applied to the foreground blobs, and a pose estimation technique is utilized for calculating the position and heading angle of the moving object precisely. Experimental results revealed that our system works well for real-time vehicle localization and tracking applications.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.7
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pp.51-60
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2002
The Monte-Carlo simulation of statistical analysis is used to investigate the final conditions of states as well as the footprint boundaries resulting from the atmospheric re-entry dispersions. The re-entry dispersions in this paper are specified by a $7\times7$ covariance matrix of latitude, longitude, altitude, bank angle, flight path angle, heading error, and range at entry velocity. The error sources that affect these at re-entry for a deboost are the uncertainties associated with atmospheric density and temperature, initial errors, wind, and estimation error of aerodynamic coefficients. Using $3{\sigma}_n$ deviations of these errors and a nominal flight trajectory, the covariance matrix of state variables can be determined by performing a trajectory error analysis. Major considerations in the application of the Monte-Carlo method are the simulation of perturbed trajectories, bank reversal, and determination of the impact points for each of these trajectories. This paper analyzes the results of uncertainties from the viewpoint of aero-coefficients and bank reversal.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.25
no.6
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pp.809-818
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2019
Since January 1, 2020, the International Maritime Organization (IMO) has put in place strong regulations to reduce air pollution caused by ships by lowing the upper limit of ship fuel oil sulfur content from 3.5% to 0.5% for ships passing through all sea areas around the world. Although it is important to reduce air pollutants by using fuel oil with low sulfur content, reducing the amount of energy waste through the economic operation of a ship can also help reduce air pollutants. Ships can follow designated routes accurately even under the influence of noise using autopilot systems. However, regardless of their quality, the performance of these systems is af ected by noise; heading angles with added measurement noise from the gyroscope are input into the autopilot system and degrade its performance. A technique to solve these problems reduces noise effects through the application of a Kalman filter, which is widely used in condition estimation. This method, however, cannot completely eliminate the effects of noise. Therefore, to further improve noise removal performances, in this study we propose a better denoising method than the Kalman filter technique by applying a multi-layer perceptron (MLP) in forward direction motion and a Kalman Filter in rotation motion. Simulations show that the proposed method improves forward direction motion by preventing the malfunction of a rudder more so than merely using a Kalman Filter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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