Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.17
no.1
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pp.52-57
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2009
One of the error sources for microwave ranging is the instability of the oscillator that drives the microwave signals. Dual one-way ranging (DOWR) minimizes the oscillator effect by combining two one-way carrier phase signals from two transmitter/receiver instrument. The DOWR is first implemented in the GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) satellites. Direct evaluation of the DOWR is not possible due to its extremely high accuracy. The flight performance of the GRACE DOWR is analyzed by applying several indirect methods. Comparison with the design noise level is discussed.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.14
no.3
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pp.587-594
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2010
In this paper, we propose an asynchronous IR-UWB ranging system based on the two-way ranging protocol. The periodic pulse sequence is used to measure a distance between two devices. At the receiver, a received signal is first transformed into a frequency-domain signal using an analog correlator bank and digital signal processing is followed in the frequency-domain. This make it possible for the system to use an ADC with a conversion speed of pulse rate. The proposed algorithm at the receiver side includes a peak detection procedure using mutipath channel compensation and matched filtering, and retransmits a pulse sequence synchronized with the detected peak. The validity of the proposed algorithm is verified from simulation results where the CM1 channel is assumed.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.5
no.4
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pp.234-242
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2010
Two-way ranging methods such as TWR and SDS-TWR have been considered for many ranging systems because these methods are useful in the absence of synchronization. To estimate the location of a mobile node, complicated ranging procedures consisting of ranging frames between an anchor node and the mobile node are performed. Supporting multiple mobile nodes such as a few hundreds or thousands and several anchor nodes, the ranging procedures have the fatal disadvantage of processing delay and inefficient traffic bandwidth. On the other hand, the one-way ranging method is simple and fast, but susceptible to network synchronization. In this paper, we propose a method to modify asynchronous ranging equations to establish exact frequency or frequency offset, a method to estimate frequencies or frequency offsets, and a method to establish post-facto synchronization with anchor nodes. The synchronization for a node pair is adapted using instantaneous time information and corresponding difference of distances can be determined. We evaluate the performance of TWR, SDS-TWR and proposed ranging algorithms.
Park, Jiwon;Lim, Jeongmin;Lee, Kyujin;Sung, Tae-Kyung
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.2
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pp.125-130
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2013
Compared to OWR (One-Way Ranging) method that requires precise network time synchronization, TWR (Two-Way Ranging) method has advantages in building an indoor WPAN (Wireless Personal Area Network) location system with lower cost. However, clock offsets of nodes in WPAN system should be eliminated or compensated to improve location accuracy of the TWR method. Because conventional clock offset elimination methods requires multiple TWR transactions to reduce clock offset, they produce network traffic burden instead. This paper presents a clock offset estimation method that can reduce clock offset error with a single TWR transaction. After relative clock offsets of sensor nodes are estimated, clock offsets of mobile tags are estimated using a single TWR communication. Simulation results show that location accuracy of the proposed method is almost similar to the conventional clock offset elimination method, while its network traffic is about a half of the conventional method.
UWB (Ultra Wide Band) refers to a system with a bandwidth of over 500 MHz or a bandwidth of 20% of the center frequency. It is robust against channel fading and has a wide signal bandwidth. Using the IR-UWB based ranging system, it is possible to obtain decimeter-level ranging accuracy. Furthermore, IR-UWB system enables acquisition over glass or cement with high resolution. In recent years, IR-UWB-based ranging chipsets have become cheap and popular, and it has become possible to implement positioning systems of several tens of centimeters. The system can be configured as one-way ranging (OWR) positioning system for fast ranging and TWR (two-way ranging) positioning system for cheap and robust ranging. On the other hand, the ranging based positioning system has a limitation on the number of terminals for localization because it takes time to perform a communication procedure to perform ranging. To overcome this problem, code multiplexing and channel multiplexing are performed. However, errors occur in measurement due to interference between channels and code, multipath, and so on. The measurement filtering is used to reduce the measurement error, but more fundamentally, techniques for removing these measurements should be studied. First, the TWR based positioning was analyzed from a stochastic point of view and the effects of outlier measurements were summarized. The positioning algorithm for analytically identifying and removing single outlier is summarized and extended to three dimensions. Through the simulation, we have verified the algorithm to detect and remove single outliers.
In this paper, a packet-reduced ranging method using a superresolution time of arrival estimation algorithm for a chirp-based real-time locating system is presented. A variety of ranging methods, such as symmetric double-sided two-way ranging (SDS-TWR), have been proposed to remove the time drift due to the frequency offset using extra ranging packets. Our proposed method can perform robust ranging against the frequency offset using only two ranging packets while maintaining almost the same ranging accuracy as them. To verify the effectiveness of our proposed algorithm, the error performance of our proposed ranging method is analyzed and compared with others. The total ranging performance of TWR, SDS-TWR, and our proposed TWR are analyzed and verified through simulations in additive white Gaussian noise and multipath channels in the presence of the frequency offset.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.4
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pp.1248-1253
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2010
In this paper, the compensation algorithm for localization using the concept of equivalent distance rate(AEDR) in order to compensate ranging error in the SDS-TWR(Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging) is proposed and the performance of the proposed algorithm is analyzed by the localization experiments. The ranging error of the SDS-TWR in the distance between mobile node and beacon node is measured to average 1m~8m by ranging experiments. But it is confirmed that the performance of the localization by the AEDR is better than that of the SDS-TWR 4 times in university auditorium and corridor, and the localization error of above 3~10m is reduced to average 2m and that of below 3m is reduced to average 1m respectively. It is concluded that the AEDR is superior to the NLOS(Non Line Of Sight) than LOS(Line Of Sight) in performance of ranging compensation for localization, and the AEDR is more helpful to localization systems practically considering the environment of sensor networks is under NLOS.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.6
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pp.2263-2268
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2010
In this paper, the hybrid compensation algorithm($A_{HB}$) for localization using the Compensation Algorithm distance($CA_d$) and the Algorithm of Equivalent Distance Rate(AEDR) in SDS-TWR(Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging) is suggested and the performance of the proposed algorithm is analyzed by practical experimentations. From experimentations, it is confirmed that the errors are reduced in 28 coordinates of total 32 coordinates in the experimental region and the errors are reduced about above 70% in the assigned 3 type error level ranges by $A_{HB}$. Also, it is analyzed that the average localization error is reduced from 2.67m to 1.19m as 55.4% in total 32 coordinates by $A_{HB}$ and the error compensation capability of $A_{HB}$ is very excellent as above 90%. From above results, we have seen that the error reduction ratio and error compensation capability of $A_{HB}$ is more excellent than each $CA_d$ or AEDR.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.3
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pp.914-919
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2010
It is confirmed that as the distance measurements accuracy of the SDS-TWR(Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging) based on CSS(Chirp Spread Spectrum) is considerably degraded due to frequency interference and it causes to severe errors in the localization applications. In this paper, the compensation algorithm based on error rate offset of distance measurement ($CA_d$) is proposed for the purpose to reduce the ranging errors due to by the SDS-TWR ranging problems. The $CA_d$ measures the distance values between two nodes by means of 1m interval about 1~25m distances in the SDS-TWR, and compensates the distance values using the parameters related to the distance compensation. From the experiments, it is analyzed that the $CA_d$. have reduced the distance error to average 95cm and maximum 526cm, and the distance error by the $CA_d$ was below about 60cm in the 25m distances. In particular, the performance of the distance measurements accuracy by the $CA_d$ is very high in LOS(Line Of Sight) environments.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.9
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pp.898-902
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2015
Alternative radio-navigation technologies aim at providing continuous navigation solution even if one cannot use GNSS (Global Navigation Satellite System). In shadowing region such as indoor environment, GNSS signal is no longer available and the alternative navigation system should be used together with GNSS to provide seamless positioning. For soldiers in battlefield where GNSS signal is jammed or in street battle, the alternative navigation system should work without positioning infrastructure. Moreover, the radio-navigation system should have scalability as well as high accuracy performance. This paper presents a TWR (Two-Way-Ranging)-based cooperative positioning system (CPS) that does not require location infrastructure. It is assumed that some members of CPS can obtain GNSS-based position and they are called mobile anchors. Other members unable to receive GNSS signal compute their position using TWR measurements with mobile anchors and neighboring members. Error propagation in CPS is analytically studied in this paper. Error budget for TWR measurements is modeled first. Next, location error propagation in CPS is derived in terms of range errors. To represent the location error propagation in the CPS, Location Error Propagation Indicator (LEPI) is proposed in this paper. Simulation results show that location error of tags in CPS is mainly influenced by the number of hops from anchors to the tag to be positioned as well as the network geometry of CPS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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