Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.12
no.1
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pp.114-122
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2009
An adaptive Kalman filter is designed as a post-navigation filter to improve the accuracy of GPS receiver's navigation performance in high dynamic environments. Not only the adaptive Kalman filter reduces the large noise error of navigation data which is obtained by least square method, but also the filter is not degraded as normal Kalman filter in high acceleration movements because the system noise is estimated. Also an initialization structure of the filter is desisted in consideration for irregular output condition of navigation data by least squared method such as reacquisition status in GPS receiver. The filter performance is verified by GPS simulator which has the simulation capability of high velocity and acceleration. Finally, a vehicle test including DGPS is executed to conform the real improvement of that filter performance. This filter can be applied to various data measurement systems to improve accuracy in high dynamic conditions besides GPS receiver.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.1
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pp.31-36
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2009
This paper presents a novel scalar adaptive filter, which is reformulated by additional acceleration term. The filter continuously estimates three different kinds of covariance such as the measurement noise covariance, the velocity error covariance and the acceleration error covariance. For estimating three covariances, we use the innovation method for the measurement noise covariance and the least square method for other covariances. In order to verify the proposed filter performance compared with the conventional scalar adaptive filter, we make indoor experimental environment similar to outdoor test using the ultrasonic sensors instead of GPS. Experimental results show that the proposed filter has better position accuracy than the traditional scalar adaptive filter.
The classical Kalman filter (KF) can provide effective state estimation for structural identification and vibration control, but it is applicable only when external inputs are measured. So far, some studies of Kalman filter with unknown inputs (KF-UI) have been proposed. However, previous KF-UI approaches based solely on acceleration measurements are inherently unstable which leads to poor tracking and fictitious drifts in the identified structural displacements and unknown inputs in the presence of measurement noises. Moreover, it is necessary to have the measurements of acceleration responses at the locations where unknown inputs applied, i.e., with collocated acceleration measurements in these approaches. In this paper, it aims to extend the classical KF approach to circumvent the above limitations for general real time estimation of structural state and unknown inputs without using collocated acceleration measurements. Based on the scheme of the classical KF, an improved Kalman filter with unknown excitations (KF-UI) and without collocated acceleration measurements is derived. Then, data fusion of acceleration and displacement or strain measurements is used to prevent the drifts in the identified structural state and unknown inputs in real time. Such algorithm is not available in the literature. Some numerical examples are used to demonstrate the effectiveness of the proposed approach.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.1
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pp.37-42
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2011
An extended scalar adaptive filter for guided missiles using a global positioning system receiver is presented. A conventional scalar adaptive filter is adequate filter for eliminating sudden abnormal jumping measurements. However, if missile or vehicle velocities have variation, the conventional filter cannot eliminate abnormal measurements. The proposed filter utilizes an acceleration term, which is an improvement not used in previous conventional scalar adaptive filters. The proposed filter continuously estimates noise measurement variance, velocity error variance and acceleration error variance. For estimating the three variances, an innovation method was used in combination with the least square method for the three variances. Results from the simulations indicated that the proposed filter exhibited better position accuracy than the conventional scalar adaptive filter.
This paper presents a vehicle mass and road grade estimator for developing an automated bus. To consider the dynamic characteristics of a bus varying with the number of passengers, the longitudinal controller needs the estimation of the vehicle's mass and road grade in real-time and utilizes the information to adjust the control gains. Discrete Kalman filter is applied to estimate the time-varying road grade, and the recursive least squares algorithm is adopted to account for the constant mass estimation. After being implemented in MATLAB/Simulink, the estimators are evaluated with the dynamic model and experimental data of the target bus. The proposed estimators will be applied to complement the algorithm of the longitudinal controller and proceed with algorithm verification.
In this study, we have developed a novel step detection algorithm for gait evaluation of patients with hemiplegia based on trunk accelerometry device. For this, we have used a bandpass filter and a least square acceleration (LSA) filter which is characterized by emphasizing the peak or valley point of the acceleration signals for each 3-axis accelerometer signals. To evaluate the algorithm, the detected steps by developed algorithm and real steps by the motion analysis system were compared. As a result, we could obtain the sensitivity of 96.44%, the specificity of 99.94% and the accuracy of 99.90% for the patients' data sets and the sensitivity of 100%, the specificity of 99.93% and the accuracy of 99.93% for the normal data sets. In conclusion, the developed algorithm is useful for the step detection for patients with hemiplegia as well as normal subjects.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.2
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pp.148-154
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2009
In this paper, an embedded Kalman filter for a time-delayed controller is designed on an FPGA to estimate accelerations of the robot arm. When the time-delayed controller is used as a controller, the inertia estimation along with accelerations is needed to form the control law. Although the time-delayed controller is known to be robust to cancel out uncertainties in the nonlinear systems, performances are very much dependent upon estimating the acceleration term ${\ddot{q}}(t-{\lambda})$ along with inertia estimation ${\hat{D}}(t-{\lambda})$. Estimating accelerations using the finite difference method is quite simple, but the accuracy of estimation is poor specially when the robot moves slowly. To estimate accelerations more accurately, various filters such as the least square fit filter and the Kalman filter are introduced and implemented on an FPGA chip. Experimental studies of following the desired trajectory are conducted to show the performance of the controller. Performances of different filters are investigated experimentally and compared.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.4
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pp.152-159
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2005
The method of induction noise reduction can be classified by using passive control or active control method. However, the passive control method has a demerit to reduce the effect of noise reduction to low frequency (below) 500Hz) range and to be limited in a space of the engine room. Whereas, the active control method can overcome the demerit of passive control method. The algorithm of active control is mostly used in LMS (Least-Mean-Square) algorithm because it can obtain the complex transfer function easily in real-time. Especially, Filtered-X LMS (FXLMS) algorithm is applied to an ANC system. However, the convergence performance of LMS algorithm could not match if the FXLMS algorithm is applied to an active control of the induction noise under rapidly accelerated driving conditions. So, in order to solve the problem in this study, the Moving Bandpass Filter(MBPF) was proposed and implemented. The ANC using MBPF for the reduction of the induction noise shows that more noise reduction as 4dB than without MBPF.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.12
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pp.146-153
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2009
One of the most important issues in the wearable healthcare sensors is to minimize the motion artifacts in the vital signals for continuous monitoring. This paper presents a reflected type photoplethysmograph (PPG) sensor for monitoring heart rates at the artery of the wrist. Active noise cancellation algorithm was applied to compensate the distorted signals by motions with Least Mean Square (LMS) adaptive filter algorithms, using acceleration signals from a MEMS accelerometer. Experiments with a watch type PPG sensor were performed to validate the proposed algorithm during typical daily motions such as walking and running. The developed sensor is suitable for ubiquitous healthcare system and monitoring vital arterial signals during surgery.
In this paper, we have proposed a new method to extract the fetal ECG from a pregnant woman's abdominal signal using least square acceleration (LSA) filter and adaptive impulse correlation (AIC) filter. To evaluate the performance, the proposed method and other fetal ECG extraction techniques were processed using the real ECG data and then the results were compared. According to comparative results, the proposed method is powerful and successful for extracting the fetal ECG. It was able to separate perfectly even though the fetal beats overlap with the QRS wave of the maternal beats and to extract fetal ECG using any single-channel abdominal signal measured from pregnant woman's abdominal surface. Also, it could be implemented easily by fast computation time and simple structure. It is sure that our method could be useful for portable fetal monitoring system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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