To estimate sound direction of arrival with a pair of microphones, a method based on Time Difference of Arrival (TDOA) estimation using the Cross Power Spectrum Phase (CPSP) function is largely used due to its simplicity and good performance. In this paper, we investigate CPSP maximum values for various SNRs and adverse environments, and propose a novel method to improve the estimation performance of sound direction of arrival. The proposed method applies a threshold to the CPSP values and increases the reliability of the estimated sound direction. Through computer simulation for various SNRs, we validate the effectiveness of the proposed method. When the threshold was set to 0.1, more than 90% of success rate of sound direction of arrival estimation has been achieved for directions of $10^{\circ}$, $40^{\circ}$, $70^{\circ}$ from the source location even with reverberation times of 0.1s.
Journal of Information Technology Applications and Management
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v.24
no.1
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pp.157-167
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2017
This paper proposes a simple sound source localization (SSL) method based on signal energies comparison and partial cross correlation for TDOA computation. Many sound source localization methods include multiple TDOA computations in order to eliminate front-back confusion. Multiple TDOA computations however increase the methods' computation times which need to be as minimal as possible for real-time applications. Our aim in this paper is to achieve the same results of localization using fewer computations. Using three microphones, we first compare signal energies to predict which quadrant the sound source is in, and then we use partial cross correlation to estimate the TDOA value before computing the azimuth value. Also, we apply a threshold value to reinforce our prediction method. Our experimental results show that the proposed method has less computation time; spending approximately 30% less time than previous three microphone methods.
There are many techniques for underwater source localization. These are the methods based on TDOA (Time Difference Of Arrival) estimation. beamforming techniques and high resolution techniques, etc. In this Paper we estimate the underwater source position using MCPSP (Modified Cross Power Spectrum Phase) function that is calculated on frequency domain using sensors of small number. However, the performances of the localizing method based on MCPSP function drops greatly in the case of CW (Continuous Wave) signal . In this Paper we proposed the TDOA estimation method for pulsed CW signal. In the Proposed method we composed of new segment including a edge of ping. This segment was computed by short-time energy detection. With theoretical representation the performances of the proposed method were analyzed under various environment.
Kim, Jaehyun;Lee, Sanguk;Sin, Cheonsig;Ahn, Woo-Geun
Journal of Satellite, Information and Communications
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v.10
no.4
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pp.146-150
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2015
The COSPAS-SARSAT committee decides MEOSAR (Medium-Earth Orbit for search and rescue) service development for installing 406MHz SAR instruments on their respective MEO navigation satellite system of the United States, EU, and Russia, since 2000. The transmitted beacon signal is separately arrived by satellites with different FOA (Frequency of Arrival) and TOA (Time of Arrival). It is directly transferred to MEOLUT. In MEOLUT, a LUT track at least 3 or 4 satellites simultaneously and estimate location of beacon using time difference of arrival (TDOA) and frequency difference arrival (FDOA). But the transmitted distress signals may be overlapped each other because the distress beacons transmit signal on mean interval of 50 seconds in arbitrary time. It's difficult that simultaneously estimate location of beacon by current scheme for several overlapped distress signal. So we use cross ambiguity function (CAF) Map algorithm and present Multi-CAF MAP scheme in order to satisfy performance requirement of system. The performance is analyzed for COSAPS-SARSAT MEOSAR.
Kim, Dong-Gyu;Kim, Yong-Hee;Han, Jin-Woo;Song, Kyu-Ha;Kim, Hyoung-Nam
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.5
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pp.88-96
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2014
In modern electronic warfare systems, the necessity of a more accurate estimation method based on non-AOA (arrival of angle) measurement, such as TDOA and FDOA, have been increased. The previous researches using single TDOA have been carried out in terms of not only the development of emitter location algorithms but also the enhancement of measurement accuracy. Recently, however, the combined TDOA/FDOA method is of considerable interest because it is able to estimate the velocity vector of a moving emitter and acquire a pair of TDOA and FDOA measurements from a single sensor pair. In this circumstance, it is needed to derive the required FDOA measurement accuracy in order that the TDOA/FDOA combined localization system outperforms the previous single TDOA localization systems. Therefore, we analyze the contribution of FDOA measurement accuracy to emitter location, then propose the criterion based on CRLB (Cramer-Rao lower bound). Simulations are included to examine the validity of the proposed criterion by using the Gauss-Newton algorithm.
Kim, Dong-Gyu;Park, Jin-Oh;Lee, Moon Seok;Park, Young-Mi;Kim, Hyoung-Nam
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.52
no.4
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pp.37-45
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2015
In modern electronic warfare systems, a demand on the more accurate estimation method based on TDOA and FDOA has been increased. TDOA/FDOA localization consists of two-stage procedures: the extraction of information from signals and the estimation of emitter location. Various algorithms based on CAF(complex ambiguity function), which is known as a basic method, has been presented in the area of extractions. When we extract TDOA and FDOA information using a conventional method based on the CAF algorithm from communication signals, considerably long integration time is required for the accurate position estimation of an unknown emitter far from sensors more than 300 km. Such long integration time yields huge amount of transmission data from sensors to a central processing unit, resulting in heavy computiational complexity. Therefore, we theoretically analyze the integration time for TDOA/FDOA information using CRLB and propose a two-stage global optimization algorithm which can minimize the transmission time and a computational complexity. The proposed method is compared with the conventional CAF-based algorithms in terms of a computational complexity and the CRLB to verify the estimation performance.
Journal of Information Technology Applications and Management
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v.23
no.3
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pp.87-97
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2016
This paper proposes a fast sound source localization method using a TDOA sign-based algorithm. We present an L-shaped microphone set-up which creates four major regions in the range of $0^{\circ}{\sim}360^{\circ}$ by the intersection of the positive and negative regions of the individual microphone pairs. Then, we make an initial source region prediction based on the signs of two TDOA estimates before computing the azimuth value. Also, we apply a threshold and angle comparison to tackle the existing front-back confusion problem. Our experimental results show that the proposed method is comparable in accuracy to previous three microphone array methods; however, it takes a shorter computation time because we compute only two TDOA values.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.28-32
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2007
While various methods for sound source localization have been developed, most of them utilize on the time difference of arrival (TDOA) between microphones or the measured head related transfer functions (HRTF). In case of a real robot implementation, the former has a merit of light computation load to estimate the sound direction but can not consider the effect of platform on TDOAs, while the latter can, because characteristics of robot platform are included in HRTF. However, the latter needs large resources for the HRTF database of a specific robot platform. We propose the compensation method which has the light computation load while the effect of platform on TDOA can be taken into account. The proposed method is used with spherical head related transfer function (SHRTF) on the assumption that robot platform, for example a robot head, installed microphones can be modeled to a sphere. We verify that the proposed method decreases the estimation error caused by the robot platform through the simulation and experiment in real environment.
This paper considers a localization problem of a moving tag on RFID(Radio Frequency Identification) systems, where a positioning engine collects TDOA(Time-difference of Arrival) signal from a target tag to estimate the position of the tag. To localize the tag in the RFID system, we develop two heuristic algorithms and evaluate their performance in the estimation error and computational time by using randomly generated numerical examples. Based upon the performance evaluation, we can conclude our algorithms are valuable for localization the moving target.
Kim, Yong Hwi;Park, Min Soo;Park, Jin Bae;Yoon, Tae Sung
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.3
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pp.445-450
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2015
In the moving target problem, the velocity information of the moving target is very important as well as the high accuracy position information. To solve this problem, active researches are being conducted recently with combine the Time Difference of Arrival (TDOA) and Frequency Delay of Arrival(FDOA) measurements. However, since the FDOA measurement is utilizing the Doppler effect due to the relative velocity between the target source and the receiver sensor, it may be difficult to use the FDOA measurement if the moving target speed is not sufficiently fast. In this paper, we propose a method for estimating the position and the velocities of the target by using only the TDOA measurements for the low speed moving target in the indoor environment with sensor network. First, the target position and heading angle are obtained from the estimated positions of two attached transmitters on the target. Then, the target angular and linear velocities are also estimated. In addtion, we apply the Instrumental Variable (IV) technique to compensate the estimation error of the estimated target velocity. In simulation, the performance of the proposed algorithm is verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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