As a countermeasure against the threat of jamming which can disrupt operation of the Global Positioning System (GPS) receivers, various kinds of technique to estimate the Direction-Of-Arrivals (DOAs) of incoming jamming signals have been widely studied, and among them, the MUltiple SIgnal Classification (MUSIC) algorithm is known to provide very high resolution. However, since the previous studies regarding the MUSIC algorithm does not consider the orientation of each antenna element of antenna arrays, there is a possibility that DOA estimation performance degrades in the case of a misaligned antenna array whose antenna elements are not oriented along the same direction. As an effort to solve this problem, there exists a previous work which presents an MUSIC-based method for DOA estimation. However, the error between the real and measured values of each antenna orientation is not taken into consideration. Therefore, in this paper, the effect of the aforementioned error on the DOA estimation performance in the case of a misaligned antenna array is analyzed by simulations.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.11
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pp.937-943
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2016
Vertical velocity is critical in many areas, such as the control of unmanned aerial vehicles, fall detection, and virtual reality. Conventionally, the integration of GPS (Global Positioning System) with an IMU (Inertial Measurement Unit) was popular for the estimation of vertical components. However, GPS cannot work well indoors and, more importantly, has low accuracy in the vertical direction. In order to overcome these issues, IMU-barometer integration has been suggested instead of IMU-GPS integration. This paper proposes a new complementary filter for the estimation of vertical velocity based on IMU-barometer integration. The proposed complementary filter is designed to minimize drift error in the estimated velocity by adding PID control in addition to a zero velocity update technique.
Kim, Jin-Won;Jee, Gyu-In;Lee, Jang-Gyu;Lee, Young-Jae
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.2
no.3
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pp.188-193
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1996
In this paper, an integrated navigation system based on GPS(Global Positioning System) and Dead-Reckoning (DR) is designed. For the calibration of DR, a self-calibration method and a GPS-based calibration method are proposed. From the field-test results, it is shown that DR can be successfully calibrated by the two proposed calibration methods. Also, a cascaded filter approach and a mixed-measurement algorithm are employed for GPS/DR integration. By using the newly proposed mixed-measurement algorithm, it is shown in simulation that the position error becomes smaller than by using only DR even if the number of visible GPS satellites is less than 4.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.12
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pp.1243-1251
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2007
In this paper a study on the simplified observability analysis of GPS/INS is introduced. Errors for the position, velocity, attitude, gyro and accelerometer biases, and lever arm between GPS antenna and inertial sensors are considered in the observablity analysis. From the error dynamics model in which relatively small terms are neglected, simple observability conditions are obtained such that the observability of GPS/INS is determined by the test on the attutude, gyro bias, and lever arm. Unobservable errors for the position, velocity, and accelerometer bias are determined by those for the attitude, gyro bias, and lever arm. The simplified observability conditions are applied to a constant speed horizontal motion. It is shown that there are seven unobservable modes for the motion including the vertical component of gyro bias. The analytic observability analysis results are confirmed with a covariance simulation.
Jung, Junwoo;Yang, Gi-Jung;Park, Sungyeol;Kang, Haengik;Kwon, Seungbok;Kim, Kap Jin
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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v.8
no.3
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pp.95-105
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2019
A method that applies space-time adaptive signal processing (STAP) algorithm based on an array antenna consisting of multiple antenna elements has been known to be effective to remove wide-band jamming signals in GPS receivers. However, the occurrence of phase distortion in navigation signals has been a problem when navigation signals, from which jamming signals are removed using STAP, are supplied to global positioning system (GPS) receivers. This paper verified the navigation performance degradation as a result of phase distortion. To mitigate this phenomenon, this paper proposes a mode switching scheme, in which a bypass mode is adopted to make the best use of the tracking performance of receivers without performing signal processing when jamming signals are not present or weak, and a STAP mode is employed when jamming signals exceed the threshold value. In this paper, the mode switching scheme is proposed for two environments: when receivers are stationary, and when receivers are moving. This paper confirmed that the performance of position error improved because phase distortion could be excluded due to STAP if the bypass mode was adopted under a condition where the jamming signal power level was below the threshold value in an environment where receivers were stationary. However, this paper also observed that the navigation failed due to the instability of tracking performance of receivers due to phase distortion that occurred at the switching time, although the number of switching could be reduced dramatically by proposing a dual threshold scheme of on- and off-thresholds that switched a mode due to the array antenna characteristics of varying gains according to the jamming signal incident direction in an environment where receivers were moving. The analysis results verified that running the STAP algorithm at all times is more efficient than the mode switching, in terms of maintaining stable navigation and ensuring position error performance, to remove jamming signals in an environment where receivers were moving.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.14
no.11
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pp.1139-1145
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2008
A robust position sensing system is proposed in this paper for a ubiquitous mobile robot which moves indoors as well as outdoors. The Differential GPS (DGPS) which has a position estimation error of less than 5 m is a general solution when the mobile robot is moving outdoor, while an active beacon system (ABS) with embedded ultrasonic sensors is reliable as an indoor positioning system. The switching from the outdoor to indoor or vice versa causes unstable measurements on account of the reference coordinates and algorithm changes. To minimize the switching time in the position estimation and to stabilize the measurement, a robust position sensing system is proposed. In the system, to minimize the switching delay, the door positions are stored and updated in a database. Using the database, the approaching status of the mobile robot from indoor to outdoor or vice versa has been checked and the switching conditions are prepared before the mobile robot actually moves out or moves into the door. The reliability and accuracy of the robust positioning system based on DGPS and ABS are verified and demonstrated through the real experiments using a mobile robot prepared for this research.
Han, Younghoon;Ko, Jaeyoung;Shin, Mi Young;Cho, Deuk Jae
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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v.2
no.1
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pp.33-40
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2013
In this paper, GPS signal anomaly generation software is proposed which can be used for the analysis of GPS signal anomaly effect and the design, verification, and operation test of anomalous signal monitoring technique. For the implementation of anomalous signal generation technique, anomalous signals are generated using a commercial signal generation simulator, and their effects and characteristics are analyzed. An error model equation is proposed from the result of analysis, and the anomalous signal generation software is constructed based on this equation. The proposed anomalous signal generation software has high scalability so that users can easily utilize and apply, and is economical as the additional cost for purchasing equipment is not necessary. Also, it is capable of anomalous signal generation based on real-time signal by comparing with the commercial signal generation simulator.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.31
no.5
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pp.421-427
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2013
In general, it can be assumed that the tropospheric effect are removed through double-differencing technique in short-baseline GPS data processing. This means that the high-accuracy positioning can be obtained because various error sources can be eliminated and the number of unknown can be decreased in the adjustment computation procedure. As a consequence, short-baseline data processing is widely used in the fields such as deformation monitoring which require precise positioning. However, short-baseline data processing is limited to achieve high positioning accuracy when the height difference between the reference and the rover station is significant. In this study, the effects of tropospheric delays on the determination of short-baseline is analyzed, which depends on the orientation of baseline. The GPS measurements which include tropospheric effect and measurement noises are generated by simulation, and then rover coordinates are computed by short-baseline data processing technique. The residuals of rover coordinates are analyzed to interpret the tropospheric effect on the positioning. The results show that the magnitudes of the biases in the coordinate residuals increase as the baseline length gets longer. The increasing rate is computed as 0.07cm per meter in baseline length. Therefore, the tropospheric effects should be carefully considered in short-baseline data processing when the significant height difference between the reference and rover is observed.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.40
no.9
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pp.1837-1845
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2015
The longitudinal velocity is necessary for accurate vehicular positioning in urban environment. The pitch angle, which is a road slope, should be calculated to acquire the longitudinal velocity. However, it is impossible to consider very accurate pitch, when using a sensor and an algorithm. That's why process noise and positioning stimation error of IMU should be adjusted to the driving environment and fuse GPS, OBD data with ACF which consist of AKF, CF in this paper. Then, final pitch angle which is appropriate for driving environment is estimated by IMMKF in order to optimize the system model according to road slope models.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.24
no.4
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pp.319-326
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2006
To get the highly-accurate and precise position of a GPS receiver, they should consider the state-of-the-art GPS force and measurement models. Especially, the phase center variations (PCV) of a GPS antenna can cause several centimeters of positioning errors in the vertical direction. In this study, we implemented four different models of PCV and evaluated their impact on the computed coordinates. The test data were taken from the 14 National Geography Information Institute permanent GPS stations and 30 Minisry of Government Administration and Home Affairs sites. For different combinations of calibration methods, an average of 1.3-2.6cm of height difference was observed. Also, we found a maximum error of ${\sim}4mm$ in the estimates of the precipitable water vapors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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