Autonomous driving systems are likely to be operated in various complex environments. However, the well-known integrated Global Navigation Satellite System (GNSS)/Inertial Navigation System (INS), which is currently the major source for absolute position information, still has difficulties in accurate positioning in harsh signal environments such as urban canyons. To overcome these difficulties, integrated Visual/Inertial/GNSS (VIG) navigation systems have been extensively studied in various areas. Recently, a Compressed-State Constraint Kalman Filter (CSCKF)-based VIG navigation system (CSCKF-VIG) using a monocular camera, an Inertial Measurement Unit (IMU), and GNSS receivers has been studied with the aim of providing robust and accurate position information in urban areas. For this new filter-based navigation system, on the basis of time-propagation measurement fusion theory, unnecessary camera states are not required in the system state. This paper presents a performance evaluation of the CSCKF-VIG system compared to other conventional navigation systems. First, the CSCKF-VIG is introduced in detail compared to the well-known Multi-State Constraint Kalman Filter (MSCKF). The CSCKF-VIG system is then evaluated by a field experiment in different GNSS availability situations. The results show that accuracy is improved in the GNSS-degraded environment compared to that of the conventional systems.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.5
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pp.1317-1340
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2024
With the rapid development of information technology, people's demands on precise indoor positioning are increasing. Wireless sensor network, as the most commonly used indoor positioning sensor, performs a vital part for precise indoor positioning. However, in indoor positioning, obstacles and other uncontrollable factors make the localization precision not very accurate. Ultra-wide band (UWB) can achieve high precision centimeter-level positioning capability. Inertial navigation system (INS), which is a totally independent system of guidance, has high positioning accuracy. The combination of UWB and INS can not only decrease the impact of non-line-of-sight (NLOS) on localization, but also solve the accumulated error problem of inertial navigation system. In the paper, a fused UWB and INS positioning method is presented. The UWB data is firstly clustered using the Fuzzy C-means (FCM). And the Z hypothesis testing is proposed to determine whether there is a NLOS distance on a link where a beacon node is located. If there is, then the beacon node is removed, and conversely used to localize the mobile node using Least Squares localization. When the number of remaining beacon nodes is less than three, a robust extended Kalman filter with M-estimation would be utilized for localizing mobile nodes. The UWB is merged with the INS data by using the extended Kalman filter to acquire the final location estimate. Simulation and experimental results indicate that the proposed method has superior localization precision in comparison with the current algorithms.
A robust minimum-time control (RMTC) strategy is addressed and it is extended to the dual-stage servo design. Rather than conventional switching type sub-optimal controls, it is a reference following control approach where the predetermined minimum-time trajectory (MTT) is tracked by the perturbation compensator based feedback controller. First, the minimum-time trajectory for a mass-damper system is derived. Then, the perturbation compensator to achieve robust tracking performance in spite of model uncertainty and external disturbance is suggested. The RMTC is also applied to the dual-stage positioner which consists of coarse actuator and fine one. To best utilize the actuation redundancy of the dual-stage mechanism, a null-motion controller to actively regulate the relative motion between the two stages is formulated. The performance of RMTC is validated through simulation and experiment.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.21
no.6
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pp.755-760
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2011
This paper presents a method for improving the positioning accuracy of the laser navigation. As a wireless navigation system, the laser navigation which is more flexible than a wired guidance system is used for the localization and control of an AGV(automatic guided vehicle). However, the laser navigation causes the large positioning error while the AGV turns or moves fast. To solve the problem, we propose the method for improving the positioning accuracy of the laser navigation using particle filter which has robust and reliable performance in non-linear/non-gaussian systems. For the experiment, we use the actual fork-type AGV. The AGV has a gyro, two encoders and a laser navigation. To verify the performance, the proposed method is compared with the laser navigation which is a product. In the experimental result, we verified that the proposed method could improve the positioning accuracy by approximately 66.5%.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.2
s.191
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pp.86-94
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2007
In this paper, a dual stage servo mechanism has been developed for image tracking system to improve control performances such as small rise time, small overshoot, small settling time, small stabilization error etc. A secondary stage, a platform, actuated by a pair of electro-magnets is mounted on a conventional elevation gimbal. In this mechanism, the gimbal provides large range but slow motion and the platform provides small range but fast positioning. A sliding mode control is applied to the platform positioning to attain robust performances and stability in the presence of the disturbance related to dynamic coupling of the gimbal and the platform. Results from experiments illustrate that the suggested dual stage mechanism controlled by the sliding mode control is effective in improving responses and attenuating the disturbance response related with dynamic coupling.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.49
no.2
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pp.153-160
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2013
Control allocation is an important part of a system. It implements the function that map the desired command forces from the controller into the commands of the different actuators. In this paper, the authors present an approach for solving constrained control allocation problem in vessel system by using multi-parametric quadratic programming (mp-QP) algorithm. The goal of mp-QP algorithm applied in this study is to compute a solution to minimize a quadratic performance index subject to linear equality and inequality constraints. The solution can be pre-computed off-line in the explicit form of a piecewise linear (PWL) function of the generalized forces and constrains. The efficiency of mp-QP approach is evaluated through a dynamic positioning simulation for a vessel by using four tugboats with constraints about limited pushing forces and found to work well.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.153-156
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2006
The vibration isolation system is a system that attenuates the vibration transmitted from surroundings by using external energy supply like electricity and feedback and/or feedforward functions. Such a system needs stiff structure to make precise positioning without ripple within a certain bandwidth. So, a horizontal and rotary arrangement of the actuation module is suggested by using lever linkage. Modeling and kinematic formulation are completed and system identification is accomplished to tune the design variables accurately. The vibration isolation control is performed by mu-synthesis with the uncertainties in design variables. Low frequency signal enhancement circuit and saturation proof integration algorithm are devised to use seismic sensors for displacement control. This overall system shows good disturbance rejection performance.
This paper presents a design method of dynamic positioning control system(DPS) for floating Platform with rotatable and retractable thrusters using H$\infty$ servo control design method. The norm band of uncertainty is captured by multiplicative perturbation between nominal model and reduced order model. A controller robust to the uncertainty is designed applying H$\infty$ synthesis. The control law satisfying robust stability and nominal performance condition is determined through the mixed sensitivity approach. The control algorithm was evaluated on the basis of computer simulation for a proposed DPS design method and experiments was carried out with an image processing method for measurement of DPS position in a water tank The results of overall experiments show that proposed control method will be good to keep at a specified position. And they are compared with the experimental results by LQG synthesis and H$\infty$ optimal control design method.
Kim, Sang-Cheol;Cho, Sung-In;Lee, Seung-Gi;Lee, W.Y.;Hong, Young-Gi;Kim, Gook-Hwan;Cho, Hee-Je;Gang, Ghi-Won
Journal of Biosystems Engineering
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v.36
no.2
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pp.116-121
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2011
This study was conducted to develop a robust navigator which could be in positioning for precision farming through developing a plural GPS receiver with 4 sets of GPS antenna. In order to improve positioning accuracy by integrating GPS signals received simultaneously, the algorithm for processing plural GPS signal effectively was designed. Performance of the algorithm was tested using a simulation program and a fixed point on WGS 84 coordinates. Results of this study are aummarized as followings. 1. 4 sets of lower grade GPS receiver and signals were integrated by kalman filter algorithm and geometric algorithm to increase positioning accuracy of the data. 2. Prototype was composed of 4 sets of GPS receiver and INS components. All Star which manufactured by CMC, gyro compass made by KVH, ground speed sensor and integration S/W based on RTOS(Real Time Operating System)were used. 3. Integration algorithm was simulated by developed program which could generate random position error less then 10 m and tested with the prototype at a fixed position. 4. When navigation data was integrated by geometrical correction and kalman filter algorithm, estimated positioning erros were less then 0.6 m and 1.0 m respectively in simulation and fixed position tests.
In this paper, the authors consider control system design problem of barge type surface vessel. It is based on the Dynamic Positioning System(DPS) design problem. The main role of barge ship is to carry and supply the materials to the floating units and other places. To carry out this job, it should be positioned in the specified area. Even though sometimes the thrust systems are installed on it, in general the mooring winch system with the rope is used. It may be difficult to compare the control performances of two types. But, if we consider this problem in point of usefulness, we can easily find out that the winch control system is more useful and applicable to the real field than the thrust control system except a special use. Therefore, in this paper we consider a single type mooring winch system and control system design problem in which accurate position control is needed. Because this result can be extended to the general type mooring system in which a number of winch are installed. At first, a mathematical model of winch is obtained and evaluated to verify the usefulness for control system design by experiment. Also, the disturbance model is extracted from experiment data to evaluate the strength of the uncertainty. Based on this results, the robust control system is designed and control performance is evaluated by simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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