International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.4
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pp.466-479
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2006
This paper addresses a formation navigation issue for a group of mobile robots passing through an environment with either static or moving obstacles meanwhile keeping a fixed formation shape. Based on Lyapunov function and graph theory, a NN formation control is proposed, which guarantees to maintain a formation if the formation pattern is $C^k,\;k\geq1$. In the process of navigation, the leader can generate a proper trajectory to lead formation and avoid moving obstacles according to the obtained information. An evolutionary computational technique using particle swarm optimization (PSO) is proposed for motion planning so that the formation is kept as $C^1$ function. The simulation results demonstrate that this algorithm is effective and the experimental studies validate the formation ability of the multiple mobile robots system.
This paper presents relative navigation using intermittent laser-based measurement data for spacecraft flying formation that consist of two spacecrafts; namely, chief and deputy spacecrafts. The measurement data consists of the relative distance measured by a femtosecond laser, and the relative angles between the two spacecrafts. The filtering algorithms used for the relative navigation are the extended Kalman filter (EKF), unscented Kalman filter (UKF), and least squares recursive filter (LSRF). Numerical simulations reveal that the relative navigation performances of the EKF- and UKF-based relative navigation algorithms decrease in accuracy as the measurement outage period increases. However, the relative navigation performance of the UKF-based algorithm is 95 % more accurate than that of the EKF-based algorithm when the measurement outage period is 80 sec. Although the relative navigation performance of the LSRF-based relative navigation algorithm is 94 % and 370 % less accurate than those of the EKF- and UKF-based navigation algorithms, respectively, when the measurement outage period is 5 sec; the navigation error varies within a range of 4 %, even though the measurement outage period is increased. The results of this study can be applied to the design of a relative navigation strategy using the developed algorithms with laser-based measurements for spacecraft formation flying.
Relative navigation system is presented using GPS measurements from a single-channel global positioning system (GPS) simulator. The objective of this study is to provide the real-time inter-satellite relative positions as well as absolute positions for two formation flying satellites in low earth orbit. To improve the navigation performance, the absolute states are estimated using ion-free GRAPHIC (group and phase ionospheric correction) pseudo-ranges and the relative states are determined using double differential carrier-phase data and singled-differential C/A code data based on the extended Kalman filter and the unscented Kalman filter. Furthermore, pseudo-relative dynamic model and modified relative measurement model are developed. This modified EKF method prevents non-linearity of the measurement model from degrading precision by applying linearization about absolute navigation solutions not about the priori estimates. The LAMBDA method also has been used to improve the relative navigation performance by fixing ambiguities to integers for precise relative navigation. The software-based simulation has been performed and the steady state accuracies of 1 m and 6 mm ($1{\sigma}$ of 3-dimensional difference errors) are achieved for the absolute and relative navigation using EKF for a short baseline leader/follower formation. In addition, the navigation performances are compared for the EKF and the UKF for 10 hours simulation, and relative position errors are mm-level for the two filters showing the similar trends.
Park, Jae-Ik;Park, Han-Earl;Shim, Sun-Hwa;Park, Sang-Young;Choi, Kyu-Hong
Bulletin of the Korean Space Science Society
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2008.10a
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pp.26.3-26.3
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2008
This research develops a GPS-based formation-flying testbed (FFTB) for formation navigation and control. The FFTB is a simulator in which spacecraft simulation and modeling software and loop test capabilities are integrated for test and evaluation of spacecraft navigation and formation control technologies. The FFTB is composed of a GPS measurement simulation computer, flight computer, environmental computer for providing true environment data and 3D visualization computer. The testbed can be simulated with one to two spacecraft, thus enabling a variety of navigation and control algorithms to be evaluated. In a formation flying simulation, GPS measurement are generated by a GPS measurement simulator to produce pseudorange, carrier phase measurements, which are collected and exchanged by the flight processors and subsequently processed in a navigation filter to generate relative and/or absolute state estimates. These state estimates are the fed into control algorithm, which are used to generate maneuvers required to maintain the formation. In this manner, the flight processor also serves as a test platform for candidate formation control algorithm. Such maneuvers are fed back through the controller and applied to the modeled truth trajectories to close simulation loop. Currently, The FFTB has a closed-loop capability of simulating a satellite navigation solution using software based GPS measurement, we move forward to improve using SPIRENT GPS RF signal simulator and space-based GPS receiver
This paper presents a satellite relative navigation strategy for formation flying, which chooses an appropriate navigation algorithm according to the operating environment. Not only global positioning system (GPS) measurements, but laser measurements can also be utilized to determine the relative positions of satellites. Laser data is used solely or together with GPS measurements. Numerical simulations were conducted to compare the relative navigation algorithm using only laser data and laser data combined with GPS data. If an accurate direction of laser pointing is estimated, the relative position of satellites can be determined using only laser measurements. If not, the combined algorithm has better performance, and is irrelevant to the precision of the relative angle data between two satellites in spherical coordinates. Within 10 km relative distance between satellites, relative navigation using double difference GPS data makes more precise relative position estimation results. If the simulation results are applied to the relative navigation strategy, the proper algorithm can be chosen, and the relative position of satellites can be estimated precisely in changing mission environments.
Park, Jae-Ik;Park, Han-Earl;Shim, Sun-Hwa;Park, Sang-Young;Choi, Kyu-Hong
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.26
no.1
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pp.99-110
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2009
The main purpose of the current research is to developments a real-time Hardware In-the-Loop (HIL) simulation testbed for the satellite formation flying navigation and orbit control. The HIL simulation testbed is integrated for demonstrations and evaluations of navigation and orbit control algorithms. The HIL simulation testbed is composed of Environment computer, GPS simulator, Flight computer and Visualization computer system. GPS measurements are generated by a SPIRENT GSS6560 multi-channel RF simulator to produce pseudorange, carrier phase measurements. The measurement date are transferred to Satrec Intiative space borne GPS receiver and exchanged by the flight computer system and subsequently processed in a navigation filter to generate relative or absolute state estimates. These results are fed into control algorithm to generate orbit controls required to maintain the formation. These maneuvers are informed to environment computer system to build a close simulation loop. In this paper, the overall design of the HIL simulation testbed for the satellite formation flying navigation and control is presented. Each component of the testbed is then described. Finally, a LEO formation navigation and control simulation is demonstrated by using virtual scenario.
This study presents a precise relative navigation algorithm using both laser and Global Positioning System (GPS) measurements in real time. The measurement model of the navigation algorithm between two spacecraft is comprised of relative distances measured by laser instruments and single differences of GPS pseudo-range measurements in spherical coordinates. Based on the measurement model, the Extended Kalman Filter (EKF) is applied to smooth the pseudo-range measurements and to obtain the relative navigation solution. While the navigation algorithm using only laser measurements might become inaccurate because of the limited accuracy of spacecraft attitude estimation when the distance between spacecraft is rather large, the proposed approach is able to provide an accurate solution even in such cases by employing the smoothed GPS pseudo-range measurements. Numerical simulations demonstrate that the errors of the proposed algorithm are reduced by more than about 12% compared to those of an algorithm using only laser measurements, as the accuracy of angular measurements is greater than $0.001^{\circ}$ at relative distances greater than 30 km.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2004.04a
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pp.321-332
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2004
The purpose of this research is to introduce the concept of "relationship formation factors" in inter-firm relations and to empirically demonstrate that they are effective in improving the relationship results by means of anmediating variable. Therefore, the basic model of this study consists of the independent, mediating, and dependent variables. First, the independent variable, that is, the relationship formation factors, is further classified into three components: transactional, relational, environmental characteristics. Then, the study empirically examines how each of the three components influences the dependent variable, that is, the business performance(Load Factor), by way of the mediating variables, that is, trust and relationship commitment.
The purpose of this research is to introduce the concept of "relationship formation factors" in inter-firm relations and to empirically demonstrate that they are effective in improving the relationship results by means of an mediating variable. Therefore, the basic model of this study consists of the independent, mediating, and dependent variables. First, the independent variables, that is, the relationship formation factors, are further classified into three components. transactional, relational, and environmental characteristics. Then, the study empirically examines how each of the three components influences the dependent variable. that is, the business performance(Load Factor), by way of the mediating variables, that is, trust and relationship commitment.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.12
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pp.1321-1330
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2012
This paper describes an advanced formation algorithm of clustered multiple robots for their navigation using flexible formation method for collision avoidance under static environment like narrow corridors. A group of clustered multiple robots finds the lowest path cost for navigation by changing its formation. The suggested flexible method of formation transforms the basic group of mobile robots into specific form when it is confronted by particular geographic feature. In addition, the proposed method suggests to choose a leader robot of the group for the obstacle avoidance and path planning. Firstly, the group of robots forms basic shapes such as triangle, square, pentagon and etc. depending on number of robots. Secondly, the closest to the target location robot is chosen as a leader robot. The chosen leader robot uses $A^*$ for reaching the goal location. The proposed approach improves autonomous formation characteristics and performance of all system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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