In the paper, we proposed a ring type structured light image based embedded ranging sensor for a mobile robot. Since the proposed ranging sensor obtains omnidirectional object distance, it is useful for autonomous navigation of a mobile robot. By matching the local omnidirectional distance map with a given global object map, it is possible to get position and heading angle of mobile robot in the global coordinates. Experiments for matching and navigation were carried out to verify the performance of the proposed ranging sensor.
Kim, Hoe-Woong;Joo, Young-Sang;Park, Sang-Jin;Kim, Sung-Kyun
Nuclear Engineering and Technology
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제52권4호
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pp.776-783
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2020
As the refueling of a sodium-cooled fast reactor is conducted by rotating part of the reactor head without opening it, the monitoring of existing obstacles that can disturb the rotation of the reactor head is one of the most important issues. This paper deals with the ultrasonic ranging technique that directly monitors the existence of possible obstacles located in a lateral gap between the upper internal structure and the reactor core in a prototype generation IV sodium-cooled fast reactor (PGSFR). A 10 m long plate-type ultrasonic waveguide sensor, whose feasibility has been successfully demonstrated through preliminary tests, was employed for the ultrasonic ranging technique. The design of the sensor's wave radiating section was modified to improve the radiation performance, and the radiated field was investigated through beam profile measurements. A test facility simulating the lower part of the upper internal structure and the upper part of the reactor core with the same shapes and sizes as those in the PGSFR was newly constructed. Several under-water performance tests were then carried out at room temperature to investigate the applicability of the developed ranging technique using the plate-type ultrasonic waveguide sensor with the actual geometry of the PGSFR's internal structures.
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.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권10호
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pp.4971-4987
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2019
Node localization is the basic task of underwater wireless sensor networks (UWSNs). Most of the existing underwater localization methods rely on ranging accuracy. Due to the special environment conditions in the ocean, beacon nodes are difficult to deploy accurately. The narrow bandwidth and high delay of the underwater acoustic communication channel lead to large errors. In order to reduce the ranging error and improve the positioning accuracy, we propose a localization algorithm based on ranging correction and inertial coordination. The algorithm can be divided into two parts, Range Correction based Localization algorithm (RCL) and Inertial Coordination based Localization algorithm (ICL). RCL uses the geometric relationship between the node positions to correct the ranging error and obtain the exact node position. However, when the unknown node deviates from the deployment area with the movement of the water flow, it cannot communicate with enough beacon nodes in a certain period of time. In this case, the node uses ICL algorithm to combine position data with motion information of neighbor nodes to update its position. The simulation results show that the proposed algorithm greatly improves the positioning accuracy of unknown nodes compared with the existing localization methods.
본 논문에서는 초음파 센서를 이용한 거리계의 성능개선에 대해 논하였다. 설계한 초음파 거리계는 동일 조건중에 설치한 더미센서를 이용하여 환경의 변화에 따라 값이 변화하는 기존 방식의 문제점을 해결하고 정밀한 거리측정이 가능하게 하였다. 또한 V40마이크로프로세서를 이용하여 데이터를 실시간으로 해석하고 저장 및 통신기능을 부가하여 동적인 시스템의 해석도 가능하도록 초음파의 응용범위를 확장하였다.
무선 센서망에서 이동노드의 위치를 추정하는데 센서노드의 클럭주파수 차이는 TOF 추정에 중요한 파라메타이며, 이동노드와 고정노드 간의 거리 추정에 크게 영향을 미친다. IEEE802.15.4a에서는 별도의 유선 등에 의한 망동기 공급이 없는 상태에서도 주파수 차이에 둔감한 비동기 TWR 및 SDS-TWR 거리 추정 방식을 제안하고 있다. 그러나 제안된 비동기 TWR 및 SDS-TWR 방식은 여전히 노드 쌍에 따른 주파수 차이, 프레임 처리 시간, 프레임 처리 시간 차이 등에 의한 영향을 충분히 제거하지 못하고 있다. 특히 주파수 차이가 큰 저가의 발진기 사용, 서로 다른 하드웨어 및 소프트웨어에서 동작하는 센서노드는 더 큰 위치추정 오류를 유발할 수 있다. 본 논문은 주파수 차이를 추정하는 방식을 제안하고, 기존의 TWR 및 SDS-TWR 방식에 적용하였다. 시뮬레이션을 통하여 주파수 차이 추정을 적용한 제안된 방식은 주파수 차이의 영향을 감소시켜 TWR 및 SDS-TWR 등의 성능을 개선시켰으며, 25cm 이하의 위치오류가 발생하는 것을 확인하였다.
This paper describes a new method for performance improvement ultrasonic ranging system using V40 controller. Detectable range of ultrasonic ranging system depends on transducer frequency and bandwidth of the receiver, and damping of the transducer, etc. Conventional ranging systems are somewhat inaccurate because they do not have capability of compensating changes in medium condition. The novel ranging system overcomes this disadvantage by placing in the same medium a dummy sensor functioning as a standard calibrating instrument and by providing data processing capability using V40 controller.
Received signal strength indicator (RSSI) is used as one of the ranging techniques to locate dynamic sensor nodes in wireless sensor network. Before it can be used for position estimation, RSSI values must be converted to distances using path loss model. These distances among sensor nodes are combined using trilateration method to find position. This paper presents an idea which attempts to integrate both path loss model and trilateration as one algorithm without going through RSSI-distance conversion. This means it is not simply formulas combination but a whole new model was developed. Several advantages were found after integration: it is able to reduce processing load, and ensure that all values do not exceed the maximum range of 16-bit signed or unsigned numbers due to antilog operation in path loss model. The results also show that this method is able to reduce estimation error while inaccurate environmental parameters are used for RSSI-distance conversion.
This paper describes the mechanism, guidance, sensor system, and navigation algorithm of METRO, a free ranging mobile robot. METRO is designed for use in structured surroundings or factory environments rather than unstructured natural environments. An overview of the physical configuration of the mobile robot is presented as well as a description of its sensor system, an omnidirectional laser range finder. Except for the global path planning algorithm, a guidance and a navigation algorithm with a local path planning algorithm are used to navigate the mobile robot. In METRO the computer support is divided into a supervisor with image processing and local path planning and a slave with motor control. The free ranging mobile robot is self-controlled and all processing being performed on board.
Precise localization heavily relies on the accuracy of its underlying ranging technique. It has been known that the Chirp Spread Spectrum (CSS) defined in the IEEE 802.15.4a provides more dependable ranging accuracy than the Received Signal Strength Indicator (RSSI) in the IEEE 802.15.4. This paper examines the accuracy of the CSS-based ranging technique in the indoor/outdoor environments and discovers its consistent inaccuracy in different environments. Next, it proposes an error-correction architecture for the CSS-based ranging technique that exploits the per-environment consistent inaccuracy information and user visiting patterns (represented by weights for each environment).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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