Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.32
no.7
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pp.1068-1079
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2008
Tilt and heading angles information of a remotely operated vehicle (ROV) are very important in underwater navigation. This paper presents a low.cost tilt and heading estimation system. Three single.axis rate gyros, a tri-axis accelerometer, and a tri-axis magnetometer are used. Output signals coming from these sensors are fused by two Kalman filters. The first Kalman filter is used to estimate roll and pitch angles and the other is for heading angle estimation. By using this method, we have obtained tilt (roll and pitch angles) and heading information which are reliable over long period of time. Results from experiments have shown the performance of the presented system.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.11
no.4
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pp.116-123
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2008
In this paper we study the performance of the measurement time-delay estimation of tightly-coupled GPS/INS(Global positioning system/Inertial Navigation system) system. Generally, the heading error estimation performance of loosely-coupled GPS/INS system using GPS's Navigation Solution is poor. In the case of tightly-coupled GPS/INS system using pseudo-range and pseudo-range rate, the heading error estimation performance is better. However, the time-delay error on the measurement(pseudo-range rate) make the heading error estimation performance degraded. So that, we propose the time-delay model on the measurement and compose the time-delay estimator. And we confirm that the heading error estimation performance in the case of measurement time-delay existence is similar with the case of no-delay by Monte-Carlo simulation.
This paper deals with three dimensional orientation estimation algorithm for an attitude and heading reference system (AHRS) based on nine-axis inertial/magnetic sensor signals. In terms of the orientation estimation based on the use of a Kalman filter (KF), the quaternion is arguably the most popular orientation representation. However, one critical drawback in the quaternion representation is that undesirable magnetic disturbances affect not only yaw estimation but also roll and pitch estimations. In this paper, a sequential direction cosine matrix-based orientation KF for AHRS has been presented. The proposed algorithm uses two linear KFs, consisting of an attitude KF followed by a heading KF. In the latter, the direction of the local magnetic field vector is projected onto the heading axis of the inertial frame by considering the dip angle, which can be determined after the attitude KF. Owing to the sequential KF structure, the effects of even extreme magnetic disturbances are limited to the roll and pitch estimations, without any additional decoupling process. This overcomes an inherent issue in quaternion-based estimation algorithms. Validation test results show that the proposed method outperforms other comparison methods in terms of the yaw estimation accuracy during perturbations and in terms of the recovery speed.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.6
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pp.470-476
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2016
This paper proposes a practical algorithm for the reduction of measurement errors due to drift in a micro-electromechanical system (MEMS) gyros that are used for a mobile robot. Any drift in a MEMS gyro will cause an unbounded growth of errors in the estimation of heading, which makes it nearly useless in applications that require high accuracy over a long operating time. In proposed method, maneuvers of a cleaning robot are observed through encoders' measurement process and a decision to correct bias drift will be made if necessary. The method used in this paper is called the "heading estimation filter". To evaluate the accuracy of the proposed method, a comparison was made between the estimation of the heading of the cleaning robot and one from a motion capture system.
With regards to heading estimation using gyroscope and magnetometer signals, magnetic disturbance added in the magnetometer signals is a main degradation factor in the estimation accuracy. Although there are a number of existing mechanisms that may properly compensate for the magnetic disturbances, they are designed to react only to the magnetic disturbances, but not to the time derivative of disturbances. Note that the sensors may experience abrupt changes in the magnetic disturbances, particularly for ambulatory applications. This paper proposes a magnetic disturbance model-embedded heading estimation filter for time-varying magnetic environments. The proposed magnetic disturbance model is based on a first-order Markov chain with a conditional switching technique depending on the time derivative of disturbances. Once a high amount of derivative is detected, the corrupted magnetometer signals are discarded to protect the filter from them. In our experimental results, the averaged heading error of tests was $1.46^{\circ}$, while that of the original approach without switching was $5.75^{\circ}$.
In this paper, an iterative array shape estimation technique is presented, which is based on the use of the least squares polynomial fitting to the data from heading sensors. The estimated polynomial shape model is then used for calculating the hydrophone positions on the assumption that the arc distances between sensors are constant. In order to verify the applicability of the proposed algorithm, numerical simulations are performed using two types of non-linear array shapes. In addition the noise effects of heading sensors on the array shape estimation results and the performance of beamformer are also investigated.
Choi, Ka Hyung;Cheon, Hyo Seok;Park, Jin Bae;Yoon, Tae Sung
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.3
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pp.387-394
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2013
A travel aid system for the visually impaired person is proposed by providing the position and heading information. The position and heading information is obtained from range difference localization estimator, and the information is notified to the visually impaired person by using braille display system. For the precise estimation of the position and heading information, we apply recently developed linear localization estimator which utilizes the instrumental variable method and the state augmentation method. The estimation results are compared with well-known Kalman filter through experiment.
This paper presents a new approach for mobile robot heading detection using MEMS Gyro north finding method in the indoor environment. Based on this, the robot heading angle measurement scheme is proposed; improved north finding theory and algorithm are also explained. Several approaches are applied to confirm system's precision and effectiveness. In order to find out the heading angle, a single axis MEMS gyroscope to sense the angle between the robot heading direction and the north is used. To reach enough estimation accuracy and reduce detection time, the least square method (LSM) for the signal fitting and parameter estimation is applied. Through a turn-table, we setup a carouseling system to decrease the substantial bias effect on gyroscope's heading angle. For the evaluation of the proposed method, this system is implemented to the Pioneer robot platform. The performance and heading error are analyzed after the test. From the simulation and experimental results, system's accuracy, usefulness and adaptability are shown.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.8
no.3
s.22
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pp.5-10
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2005
This paper presents the new in-flight alignment method using the flight distance of vehicle in order to improve the performance of the heading error estimation. In the proposed method, the Kalman filter having the difference between GPS and SDINS position as measurements is used for levelling of SDINS and heading error is estimated utilizing the flight distance information. It is shown in the simulation results that the in-flight method proposed in this paper has the high accuracy in heading error estimation and the heading error can be very quickly estimated at the high speed vehicle, compared with the existing method using the Kalman filter.
Hyeokjin Bak;Hoyoung Ban;SeongryulChang;Dongwon Gwon;Jae-Kyeong Baek;Jeong-Il Cho;Wan-Gyu Sang
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.80-80
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2022
Estimation of heading date of paddy rice is laborious and time consuming. Therefore, automatic estimation of heading date of paddy rice is highly essential. In this experiment, deep learning classification models were used to classify two difference categories of rice (vegetative and reproductive stage) based on the panicle initiation of paddy field. Specifically, the dataset includes 444 slanted view images belonging to two categories and was then expanded to include 1,497 images via IMGAUG data augmentation technique. We adopt two transfer learning strategies: (First, used transferring model weights already trained on ImageNet to six classification network models: VGGNet, ResNet, DenseNet, InceptionV3, Xception and MobileNet, Second, fine-tuned some layers of the network according to our dataset). After training the CNN model, we used several evaluation metrics commonly used for classification tasks, including Accuracy, Precision, Recall, and F1-score. In addition, GradCAM was used to generate visual explanations for each image patch. Experimental results showed that the InceptionV3 is the best performing model in terms of the accuracy, average recall, precision, and F1-score. The fine-tuned InceptionV3 model achieved an overall classification accuracy of 0.95 with a high F1-score of 0.95. Our CNN model also represented the change of rice heading date under different date of transplanting. This study demonstrated that image based deep learning model can reliably be used as an automatic monitoring system to detect the heading date of rice crops using CCTV camera.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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