This paper presents an underwater hybrid navigation system for a semi-autonomous underwater vehicle (SAUV). The navigation system consists of an inertial measurement unit (IMU), and a Doppler velocity log (DVL), accompanied by a magnetic compass. The errors of inertial measurement units increase with time, due to the bias errors of gyros and accelerometers. A navigational system model is derived, to include the scale effect and bias errors of the DVL, of which the state equation composed of the navigation states and sensor parameters is 20. The conventional extended Kalman filter was used to propagate the error covariance, update the measurement errors, and correct the state equation when the measurements are available. Simulation was performed with the 6-d.o,f equations of motion of SAUV, using a lawn-mowing survey mode. The hybrid underwater navigation system shows good tracking performance, by updating the error covariance and correcting the system's states with the measurement errors from a DVL, a magnetic compass, and a depth sensor. The error of the estimated position still slowly drifts in the horizontal plane, about 3.5m for 500 seconds, which could be eliminated with the help of additional USBL information.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.33
no.6
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pp.569-577
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2015
The navigation algorithm developed based on the extended Kalman filter (EKF) sometimes diverges when the linearity between the measurements and the states is not preserved. In this study, new update conditions together with two conditions from previous study for gravity gradient referenced navigation (GGRN) were deduced for the filter performance. Also, the effect of each update conditions was evaluated imposing the various magnitudes of the database (DB) and the sensor errors. In case the DB and the sensor errors were supposed to 0.1 Eo and 0.01 Eo, the navigation performance was improved in the eight trajectories by using part of gravity gradient components that independently estimate states located within trust boundary. When applying only the components showing larger variation, around 200% of improvement was found. Even the DB and sensor error were supposed to 3 Eo, six update conditions improved performance in at least seven trajectories. More than five trajectories generated better results with 5 Eo error of the DB and the sensor. Especially, two update conditions successfully control divergence, and bounded the navigation error to the 1/10 level. However, these update conditions could not be generalized for all trajectories so that it is recommended to apply update conditions at the stage of planning, or as an index of precision of GGRN when combine with various types of geophysical data and algorithm.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.12
no.2
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pp.106-112
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2006
A new model for the continuous-magnetic interferences has been proposed in this paper to remove external interferes of magnetic field to the dual electric compass. By this removal, the dual electric compass can be used for proving the azimuth angle in an automobile navigation system instead of the rate gyroscope. In the navigation system with a GPS receiver, a DR sensor such as a rate gyroscope is needed to overcome the shielded areas, which is relatively expensive and requires frequent calibrations. However the dual electric compass designed by this research is cheap and provides absolute azimuth angle precisely, which is beneficiary to be used as a DR sensor. The main contribution of this paper is that the long-lasting magnetic interferences have been removed out by using the proposed model, which never be studied before. With a hybrid navigation system using a DR sensor, we demonstrated that dual electric compass is better than a rate gyroscope in terms of both economics and performances.
This paper is about a complex sensor system of an automatic guided vehicle(AGV) for loading and unloading payloads. For the AGV to approach to the target rack for loading and unloading the payload, a way to identify the position and orientation was studied. To identify the position and orientation of the AGV accurately, a complex sensor system composed of RFID, IMU, and limit sensors was developed, and the performance of each sensor was undertaken. A model AGV was constructed, and the good performance of the developed complex sensor system was verified through performance experiments.
In this study, a wireless crack sensor is developed for monitoring cracks propagating in two dimensions. This sensor is developed by incorporating a laser-based optical navigation sensor board (ADNS-9500) into a smart wireless platform (Imote2). To measure crack propagation, the Imote2 sends a signal to the ADNS-9500 to collect a sequence of images reflected from the concrete surface. These acquired images can be processed in the ADNS-9500 directly (the navigation mode) or sent to Imote2 for processing (the frame capture mode). The computed crack displacement can then be transmitted wirelessly to a base station. The design and the construction of this sensor are reported herein followed by some calibration tests on one prototype sensor. Test results show that the sensor can provide sub-millimeter accuracy under sinusoidal and step movement. Also, the two modes of operation offer complementary performance as the navigation mode is more accurate in tracking large amplitude and fast crack movement while the frame capture mode is more accurate for small and slow crack movement. These results illustrate the feasibility of developing such a crack sensor as well as point out directions of further research before its actual implementation.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.12
no.5
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pp.509-515
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2006
This paper presents a navigation error compensation scheme for Strap-Down Inertial Navigation System(SDINS) using electro-optical sensor. The proposed scheme uses the position or the attitude information from the sensor. For each case, Kalman filter model is derived and implemented. To show the effectiveness of the present compensation scheme, computer simulations have been carried out resulting in the boundedness of position and attitude errors.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.5
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pp.522-526
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2015
Generally, underwater unmanned vehicle have adopted an inertial navigation system (INS), dead reckoning (DR), acoustic navigation and geophysical navigation techniques as the navigation method because GPS does not work in deep underwater environment. Even if the tactical inertial sensor can provide very detail measurement during long operation time, it is not suitable to use the tactical inertial sensor for small size and low cost UUV because the tactical inertial sensor is expensive and large. One alternative to INS is attitude heading reference system (AHRS) with the micro-machined electro mechanical system (MEMS) inertial sensor because of MEMS inertial sensor's small size and low power requirement. A cost effective and small size attitude heading reference system (AHRS) which incorporates measurements from 3-axis micro-machined electro mechanical system (MEMS) gyroscopes, accelerometers, and 3-axis magnetometers has been developed to provide a complete attitude solution for UUV. The AHRS based MEMS overcome many problems that have inhibited the adoption of inertial system for small UUV such as cost, size and power consumption. Several evaluation experiments were carried out for the validation of the developed AHRS's function and these experiments results are presented. Experiments results prove the fact that the developed MEMS AHRS satisfied the required specification.
This study presents sensor system for autonomous mobile robot capable of floor-to-floor self-navigation. The robot was modified using the Turtlebot3 hardware platform and ROS2 (robot operating system 2). The robot utilized the Navigation2 package to estimate and calibrate the moving path acquiring a map with SLAM (simultaneous localization and mapping). For elevator boarding, ultrasonic sensor data and threshold distance are compared to determine whether the elevator door is open. The current floor information of the elevator is determined using image processing results of the ceiling-fixed camera capturing the elevator LCD (liquid crystal display)/LED (light emitting diode). To realize seamless communication at any spot in the building, the LoRa (long-range) communication module was installed on the self-navigating autonomous mobile robot to support the robot in deciding if the elevator door is open, when to get off the elevator, and how to reach at the destination.
This paper describes a methodology of mobile robot navigation which is designed to carry heavy payloads at high speeds to be used in FMS(Flexible Manufacturing System) without human control. Intelligent control scheme using fuzzy logic is applied to the navigation control. It analyzes sensor readings from multi-sensor system, which is composed of ultrasonic sensors, infrared sensors and odometer, for environment learning, planning, landmark detecting and system control. And it is implemented on a physical robot, AGV(Autonomous Guided Vehicle) which is a two-wheeled, indoor robot. An on-board control software is composed of two subsystems, i.e., AGV control subsystem and Sensor control subsystem. The results show that the navigation of the AGV is robust and flexible, and a real-time control is possible.
Kim, Ki-Hun;Lee, Chong-Moo;Choi, Hyun-Taek;Lee, Pan-Mook
International Journal of Ocean System Engineering
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v.1
no.2
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pp.102-109
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2011
This paper describes the implementation of a precise underwater navigation solution using a multiple sensor fusion technique based on USBL, GPS, DVL and AHRS measurements for the operation of a remotely operated mine disposal vehicle (MDV). The estimation of accurate 6DOF positions and attitudes is the key factor in executing dangerous and complicated missions. To implement the precise underwater navigation, two strategies are chosen in this paper. Firstly, the sensor frame alignment to the body frame is conducted to enhance the performance of a standalone dead-reckoning algorithm. Secondly, absolute position data measured by USBL is fused to prevent cumulative integration error. The heading alignment error is identified by comparing the measured absolute positions with the DR algorithm results. The performance of the developed approach is evaluated with the experimental data acquired by MDV in the South-sea trial.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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