• 한국항행학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.536-542
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• 2011

본 논문에서는 GPS/INS 강결합 시스템에서 다중경로 오차에 대한 EKF와 total-state UKF 두 가지 필터의 성능을 비교 분석하였다. 도심 빌딩숲에서 많이 발생하는 다중경로 오차가 없는 경우와 있는 경우에 대하여 시뮬레이션을 수행하였고, 위성이 3개만 보이는 경우에 두 필터의 추정 성능을 비교하였다. 다중경로 오차가 없을 경우보다 있는 경우에 total-state UKF가 EKF에 비하여 더 좋은 추정 성능을 보여서 total-state UKF의 성능이 더 강인함을 확인할 수 있었다.

• ETRI Journal
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• 제35권5호
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• pp.943-946
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• 2013

Instead of the extended Kalman filter, the unscented Kalman filter (UKF) has been used in nonlinear systems without initial accurate state estimates over the last decade because the UKF is robust against large initial estimation errors. However, in a multirate integrated system, such as an inertial navigation system (INS)/Global Positioning System (GPS) integrated navigation system, it is difficult to implement a UKF-based navigation algorithm in a low-grade or mid-grade microcontroller, owing to a large computational burden. To overcome this problem, this letter proposes a modified UKF that has a reduced computational burden based on the basic idea that the change of probability distribution for the state variables between measurement updates is small in a multirate INS/GPS integrated navigation filter. The performance of the modified UKF is verified through numerical simulations.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제36권4호
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• pp.233-242
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• 2023

본 논문에서는 다중 시그마포인트 세트(MSP)를 사용하는 분산점 칼만필터(UKF)인 UKF-MSP를 소개한다. 비선형 동적시스템을 표현하기 위해 널리 알려진 Bouc-Wen 모델을 사용하였고, 비선형성 고려가 가능한 칼만필터 중 UKF를 선정하였다. 그런데 UKF는 두 가지 인공오차와 시그마포인트의 분포를 결정하는 스케일링 파라미터의 값을 튜닝(Tuning)하는 과정을 통해 적절히 설정해야만 대상 동적시스템의 추정하고자 하는 상태(State)를 정확히 추정할 수가 있다. 본 논문에서는 후자의 스케일링 파라미터 설정 문제를 완화하고자 하였으며, MSP를 사용함으로써 기존 UKF에 비해 칼만필터 튜닝 과정에 덜 민감한 UKF-MSP를 제안하였다. 지진으로 인한 급격한 구조손상 시나리오에 대해 UKF-MSP의 안정성을 검증하였다. 제안된 방법은 튜닝과정을 완화함과 동시에 다른 칼만필터 파라미터인 인공오차에 대해서도 덜 민감한 거동을 보임을 확인하였다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.87-94
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• 2013

UKF (Unscented Kalman Filter) has been used in the nonlinear systems without initial accurate state estimates instead of EKF (Extended Kalman Filter) of the last decade because the UKF has robustness to the large initial estimation error. In the multirate integrated system such as INS (Inertial Navigation System)/GPS (Global Positioning System) integrated navigation system, however, it is difficult to implement the UKF based navigation algorithm in the mid-grade micro-processor due to the large computational burden. To overcome this problem, this paper proposes a MUKF (Modified UKF) that has a reduced computation burden using the basic idea that the change of the provability distribution for the state variables between measurement updates is small in the multi-rate INS/GPS integrated navigation filter. The performance of the proposed MUKF is verified by numerical simulations.

• 대한전자공학회논문지SP
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• 제47권6호
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• pp.39-47
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• 2010

영상 기반의 모션 캡처에 대한 연구는 인체의 특징 영역 검출, 정확한 자세 추정 및 실시간 성능 등의 문제를 풀기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 인체의 많은 관절 정보를 복원하기 위해 다양한 방법이 제안되고 있다. 본 논문에서는 수치적인 역운동학 방법의 단점을 개선한 실시간 모션 캡처 방법을 제안한다. 기존의 수치적인 역운동학 방법은 많은 반복 연산이 필요하며, 국부최소치 문제가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 수치적인 역운동학 해법과 UKF를 결합하여 중간관절을 복원하는 방법을 제안한다. 수치적인 역운동학의 해와 UKF를 결합함으로써, 중간 관절 추정 시 최적값에 보다 안정적이고 빠른 수렴이 가능하다. 모션 캡처를 위해 먼저, 배경 차분과 피부색 검출 방법을 이용하여 인체의 특징 영역을 추출한다. 다수의 카메라로부터 추출된 2차원 인체 영역 정보로부터 3차원 정보를 복원하고, UKF와 결합된 수치적인 역운동학 해법을 통해 동작자의 중간 관절 정보를 추정한다. 수치적인 역운동학의 해는 UKF의 상태 추정 시 안정적인 방향을 제시하고, UKF는 다수의 샘플을 기반으로 최적 상태를 찾음으로써, 전역해에 보다 빠르게 수렴한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권2호
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• pp.772-778
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• 2012

본 논문은 비선형 시스템의 상태 추정에 널리 사용 되는 Unscented Kalman Filter(UKF)를 활용하여 동역학 시스템의 상태를 추정함과 동시에 파라미터를 추정하였다. 파라미터의 추정은 시스템 제어, 모델링, 성능분석 및 예측 등 다양한 분야에서 매우 중요하다. 공학에서 다루는 대부분의 시스템은 비선형성과 잡음이 존재하므로 파라미터 추정이 매우 어렵다. 이러한 경우에 대하여 본 논문에서는 비선형 필터로서 잡음에 강한 UKF를 이용하여 상태와 파라미터를 추정하였다. 본 논문에서 제안한 파라미터 추정은 기존의 상태방정식에 파라미터 항을 추가하여 확장된 비선형 방정식을 사용하였으며, 진자와 슬라이드로 구성된 2-자유도 동역학 시스템에 적용하였으며, 시스템 운동방정식의 측정 잡음으로 가우시안 잡음을 추가하여 컴퓨터 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션 결과 제안한 방법이 LSM보다 좋은 성능을 보였다. 추정 오차는 3%이내이며, 0.1sec 이내의 수렴하는 것을 확인하였다. 결과적으로 UKF는 상태나 측정 데이터에 잡음이 존재하더라도 시스템의 상태 및 파라미터 추정이 가능하다.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제10권3호
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• pp.1212-1220
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• 2015

This article presents a new nonlinear joint (state and parameter) estimation algorithm based on fusion of Kalman filter and randomized unscented Kalman filter (UKF), called Kalman randomized joint UKF (KR-JUKF). It is assumed that the measurement equation is linear. The KRJUKF is suitable for time varying and severe nonlinear dynamics and does not have any systematic error. Finally, joint-EKF, dual-EKF, joint-UKF and KR-JUKF are applied to a CSTR with cooling jacket, in which production of propylene glycol happens and performance of KR-JUKF is evaluated.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제12권11호
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• pp.1124-1129
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• 2006

In this paper, in-flight alignment algorithm using UKF is presented for an SDINS aided by SSBL or GPS system under large initial heading error. The EKF usually applied for this task. This approximates the propagation of mean and covariance accurate to first-order only. To overcome this limitation, the unscented transformation that achieves second order approximation is applied to the in-flight alignment. To analyze the performance of the proposed method, simulations for S-type trajectory are carried out. The results show that performance of EKF and UKF are the almost same when the initial heading error is smaller than $30^{\circ}$, but UKF has a better performance for large initial heading error about $45^{\circ}$.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제12권8호
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• pp.780-788
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• 2006

This paper deals with INS/GPS tightly coupled integration algorithms using extend Kalman filter (EKF) and unscented Kalman filter (UKF). In the tightly coupled approach, nonlinear pseudorange measurement models are used for the INS/GPS integration Kalman filter. Usually, an EKF is applied for this task, but it may diverge due to poor functional linearization of the nonlinear measurement. The UKF approximates a distribution about the mean using a set of calculated sigma points and achieves an accurate approximation to at least second-order. We introduce the generalized scaled unscented transformation which modifies the sigma points themselves rather than the nonlinear transformation. The generalized scaled method is used to transform the pseudo range measurement of the tightly coupled approach. To compare the performance of the EKF- and UKF-based tightly coupled approach, real van test and simulation have been carried out with feedforward and feedback indirect Kalman filter forms. The results show that the UKF and EKF have an identical performance in case of the feedback filter form, but the superiority of the UKF is demonstrated in case of the feedforward filer form.

• 전기학회논문지
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• 제57권10호
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• pp.1861-1868
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• 2008

In this paper, Passive Telemerty RF Sensor System using Unscented Kalman Filter algorithm(UKF) is proposed. General Passive Telemerty RF Sensor System means that it should be "wireless", "implantable" and "batterless". Conventional Passive Telemerty RF Sensor System adopts Integrated Circuit type, but there are defects like complexity of structure and limit of large power consumption in some cases. In order to overcome these kinds of faults, Passive Telemetry RF Sensor System based on inductive coupling principle is proposed in this paper. Because passive components R, L, C have stray parameters in the range of high frequency such as about 200[KHz] used in this paper, Passive Telemetry RF Sensor System considering stray parameters has to be derived for accurate model identification. Proposed Passive Telemetry RF Sensor System is simple because it consists of R, L and C and measures the change of environment like pressure and humidity in the type of capacitive value. This system adopted UKF algorithm for estimation of this capacitive parameter included in nonlinear system like Passive Telemetry RF Sensor System. For the purpose of obtaining learning data pairs for UKF Algorithm, Phase Difference Detector and Amplitude Detector are proposed respectively which make it possible to get amplitude and phase between input and output voltage. Finally, it is verified that capacitive parameter of proposed Passive Telemetry RF Sensor System using UKF algorithm can be estimated in noisy environment efficiently.