Kwak, Kyungmin;Park, Daegil;Chung, Wan Kyun;Kim, Jinhyun
The Journal of Korea Robotics Society
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v.11
no.3
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pp.156-162
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2016
For the underwater localization, acoustic sensor systems are widely used due to greater penetration properties of acoustic signals in underwater environments. On the other hand, the good penetration property causes multipath and interference effects in structured environment too. To overcome this demerit, a localization method using the attenuation of electro-magnetic(EM) waves was proposed in several literatures, in which distance estimation and 2D-localization experiments show remarkable results. However, in 3D-localization application, the estimation difficulties increase due to the nonuniform (doughnut like) radiation pattern of an omni-directional antenna related to the depth direction. For solving this problem, we added a depth sensor for improving underwater 3D-localization with the EM wave method. A micro scale pressure sensor is located in the mobile node antenna, and the depth data from the pressure sensor is calibrated by the curve fitting algorithm. We adapted the depth(z) data to 3D EM wave pattern model for the error reduction of the localization. Finally, some experiments were executed for 3D localization with the fast calculation and less errors.
Kim, Yong Guk;Park, Jeong Won;Kim, Young Shin;Lee, Sang Hyuck;Kim, Hong Kook
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.36
no.1
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pp.30-38
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2017
In this paper, we propose an underwater acoustic sensor fault detection method for passive sonar systems. In general, a passive sonar system displays processed results of array signals obtained from tens of the acoustic sensors as a two-dimensional image such as displays for broadband or narrowband analysis. Since detection result display in the operation software is to display the accumulated result through the array signal processing, it is difficult to determine the possibility where signal may be contaminated by the fault or failure of a single channel sensor. In this paper, accordingly, we propose a detection method based on the analysis of RMSCR (Root Mean Square Crossing-Rate), and the processing techniques for the faulty sensors are analyzed. In order to evaluate the performance of the proposed method, the precision of detecting fault sensors is measured by using signals acquired from real array being operated in several coastal areas. Besides, we compare performance of fault processing techniques. From the experiments, it is shown that the proposed method works well in underwater environments with high average RMS, and mute (set to zero) shows the best performance with regard to fault processing techniques.
An acoustic vector sensor can simultaneously receive vector quantities, such as particle velocity and acceleration, as well as acoustic pressure at one location, and thus it can be used as a single input multiple output receiver in underwater acoustic communication systems. On the other hand, vector signals received by a single vector sensor have different channel characteristics due to the azimuth angle between the source and receiver and the difference in propagation angle of multipath in each component, producing different communication performances. In this paper, we propose a channel parameter-based weighting method to improve the performance of an acoustic communication system using a single vector sensor. To verify the proposed method, we used communication data collected from the experiment conducted during the KOREX-17 (Korea Reverberation Experiment). For communication demodulation, block-based time reversal technique which is robust against time-varying channels were utilized. Finally, the communication results showed that the effectiveness of the channel parameter-based weighting method for the underwater communication system using a single vector sensor was verified.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.2
no.1
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pp.69-75
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2000
The aim of the work described in this paper is to develop a complex underground acoustic system which detects and localizes the origin of an underground hammering sound using an array of hydrophones located about 100m underground. Three different methods for the sound localization will be presented, a time-delay method, a power-attenuation method and a hybrid method. In the time-delay method, the cross correlation of the signals received from the array of sensors is used to calculate the time delays between those signals. In the power-attenuation method, the powers of the received signals provide a measure of the distances of the source from the sensors. In the hybrid method, both informations of time-delays and power-ratios are coupled together to produce better performance of position estimation. A new acoustic imaging technique has been developed for improving the hybrid method. This new acoustic imaging method shows the multi-dimensional distribution of the normalized cost function, so as to indicate the trend of the minimizing direction toward the source location. For each method the sound localization is carried out in three dimensions underground. The distance between the true and estimated origins of the source is 28m for a search area of radius 250m.
Accurate positioning is essential for unmanned underwater vehicle (UUV) operations, particularly for long-term survey missions. To reduce the inherent positioning errors from the inertial navigation systems of UUVs, or dead reckoning, underwater terrain observations from sonar sensors are typically exploited. Within the framework of pose-graph optimization, we can generate submaps of the seafloor and use them to add loop-closure constraints to the pose graph by determining the best match between the submaps. However, this approach results in error accumulation in long-term operations because the quality of local submaps depends on the dead reckoning. Hence, we can adopt external acoustic positioning systems, such as an ultrashort baseline (USBL), to add global constraints to the existing pose graph. We assume that the acoustic transponder is installed on a UUV and that the acoustic transceiver is equipped in an unmanned surface vehicle trailing the UUV to maintain an acoustic connection between the vehicles. We simulate the terrain and USBL measurements as well as evaluate the performance of the UUV's pose estimation via online pose-graph optimization.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.6
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pp.641-648
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2009
Currently several kinds of sensor localization methods have been developed for terrestrial wireless sensor networks. This study, in order to extend the field to underwater environments, a localization technique is studied for UWSNs (Underwater Wireless Sensor Networks). In underwater environments, RF (Radio Frequency) signal is not suitable for underwater usage because of extremely limited propagation. Because of that reason UWSNs should be constituted with acoustic modems. But, to realize underwater application, we can borrow many design principles from ongoing research for terrestrial environments. So, in this paper we introduce the modified localization algorithm using ToA method which is based on the terrestrial research. First of all, we study the localization techniques for terrestrial environments where we investigate possible methods to underwater environment. And then the appropriate algorithm is presented in the underwater usage. Finally the proposed underwater based localization algorithm is evaluated by using computer.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.8
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pp.754-759
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2007
In this paper, we proposed the Bi-Modal Sensor Fusion Algorithm which is the emotional recognition method that be able to classify 4 emotions (Happy, Sad, Angry, Surprise) by using facial image and speech signal together. We extract the feature vectors from speech signal using acoustic feature without language feature and classify emotional pattern using Neural-Network. We also make the feature selection of mouth, eyes and eyebrows from facial image. and extracted feature vectors that apply to Principal Component Analysis(PCA) remakes low dimension feature vector. So we proposed method to fused into result value of emotion recognition by using facial image and speech.
Dubey, Awanish C.;Subramanian, V. Anantha;Kumar, V. Jagadeesh
Ocean Systems Engineering
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v.9
no.4
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pp.391-407
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2019
Tracking the location (position) of a surface or underwater marine vehicle is important as part of guidance and navigation. While the Global Positioning System (GPS) works well in an open sea environment but its use is limited whenever testing scaled-down models of such vehicles in the laboratory environment. This paper presents the design, development and implementation of a low energy ultrasonic augmented single beacon-based localization technique suitable for such requirements. The strategy consists of applying Extended Kalman Filter (EKF) to achieve location tracking from basic dynamic distance measurements of the moving model from a fixed beacon, while on-board motion sensor measures heading angle and velocity. Iterative application of the Extended Kalman Filter yields x and y co-ordinate positions of the moving model. Tests performed on a free-running ship model in a wave basin facility of dimension 30 m by 30 m by 3 m water depth validate the proposed model. The test results show quick convergence with an error of few centimeters in the estimated position of the ship model. The proposed technique has application in the real field scenario by replacing the ultrasonic sensor with industrial grade long range acoustic modem. As compared with the existing systems such as LBL, SBL, USBL and others localization techniques, the proposed technique can save deployment cost and also cut the cost on number of acoustic modems involved.
Park, Dae-Won;Jo, Hyang-Eun;Kim, Sun-Jae;Kil, Gyung-Suk
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.8
no.6
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pp.1468-1473
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2013
This paper dealt with the propagation characteristics of acoustic signals produced by partial discharges and the positioning of PD origin in insulation oil to develop insulation diagnostic techniques of oil-immerged transformers. Electrode systems such as needle to plane, plane to plane, and particle electrodes were fabricated to simulate some defects of power transformers. In addition, the frequency spectrum and propagation characteristics of acoustic signals with partial discharge (PD) in insulation oil were analyzed. Although there were differences based on the type of defect, the frequency spectra of the acoustic signals measured by wide and narrow band acoustic emission (AE) sensors were distributed in the range of 50 kHz-400 kHz. Therefore, a narrowband AE sensor is suitable for the diagnosis of oil-immersed power transformers. We could find the position of the PD source with an error margin of 10% in the experiments by calculating the position of the PD occurrence using the time difference of arrival measured by five AE sensors.
KIPS Transactions on Computer and Communication Systems
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v.5
no.3
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pp.71-78
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2016
Recently, The interest about underwater acoustic communication is increase such as marine resources, disaster prevention, weather prediction, and so on. Because the underwater acoustic communication uses a water as media, the underwater acoustic communication has a lot of restrictions. Although the underwater acoustic communication is hard, it is important to consider the security. In this paper, we estimate the performance of cryptographic algorithms(AES, ARIA, and LEA) on a various devices, available in underwater acoustic communication, and analysis the results. This result will be provide effective data confidentiality for underwater communication.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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