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웨이블릿 패킷 변환을 이용한 초음파 거리계 스파이크 제거 기법
Ultrasonic Rangefinder Spike Rejection Method Using Wavelet Packet Transform 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.20 no.4 = no.79, 2016년, pp.298 - 304  

김성훈 (한서대학교 항공시스템공학과) ,  홍교영 (한서대학교 항공시스템공학과)

초록
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본 논문은 초음파 거리계를 이용하는 쿼드로터 무인항공기의 고도 제어 성능 향상을 위한 웨이블릿 패킷 변환 기법을 제시하였다. 쿼드로터의 수직 이착륙 시 많이 사용되는 초음파 거리계를 이용하여 지상시험을 수행하였다. 초음파 거리계는 정반사율 (specular reflectance)과 음향 잡음 (acoustic noise)으로 인한 신호의 스파이크가 생긴다. 짧은 시간 간격으로 발생하는 스파이크는 시간과 주파수 영역에서의 동시 분석을 필요로 한다. 이에 초음파 거리계의 스파이크를 웨이블릿 패킷 변환을 이용하여 분석하였다. DWT (discrete wavelet transform)에 비해 웨이블릿 패킷 분해가 더 풍부한 시간-주파수 국소 정보를 얻을 수 있어 초음파 신호의 스파이크를 분석하고 처리하기에 더 효과적이다. 실험결과 초음파 거리계의 스파이크를 효과적으로 제거할 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a wavelet packet transform method is proposed for improving the altitude control performance of quadrotor UAV using an ultrasonic rangefinder. A ground tests are conducted using an ultrasonic rangefinder that is much used for vertical takeoff and landing. An ultrasonic rangefinder suf...

주제어

#Altitude   #Quadrotor   #Wavelet packet transform   #Spike   #Ultrasonic rangefinder  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 초음파 거리계를 탑재한 쿼드로터의 안정적인 고도 제어를 위한 웨이블릿 패킷 변환기법을 제안하였다. 제안된 기법은 쿼드로터의 수직이착륙 환경을 고려하여 지면간의 지상실험을 통하여 이루어졌다.
  • 이에 본 논문에서는 초음파 거리계의 스파이크를 효율적으로 제거하기 위해 웨이블릿 패킷 변환 기법을 제안한다. 웨이블릿 패킷 변환은 DWT에 비해 더 풍부한 시간-주파수 국소 정보를 얻을 수 있고 분리가 용이하며 고주파 부분에서 더욱 작은 대역으로 세분되어 웨이블릿 변환보다 고주파 부분의 노이즈 제거에 효과적이다[4],[5].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
초음파 거리계를 쿼드로터에 활용 시 생길 수 있는 단점은? 그러나 초음파 거리계는 일반적으로 정반사율과 음향 잡음으로 인한 스파이크가 생기며 이와 같이 이상치 및 측정 잡음이 섞여 있는 측정치를 기반으로 고도 제어가 수행되는 경우 수직 이착륙 실패와 공중정지비행 성능 저하 문제 등 치명적인 문제가 초래될 수도 있다[3].
쿼드로터란? 쿼드로터(quadrotor)는 동체에 4개의 회전모터로부터 추진력을 얻어 수직 이착륙 및 공중정지비행(hovering)이 가능한 소형 무인항공기로 관련기술의 발달과 함께 최근 급속도로 이용가치와 관심도가 증가함에 따라 국내외에서 연구가 집중적으로 행해지고 있다. 쿼드로터는 제작이 용이하고 구조가 간단하다.
쿼드로터의 공간 활용도에 있어 장점은? 쿼드로터는 제작이 용이하고 구조가 간단하다. 또한 수직이착륙이 가능하여 공간적 제약을 적게 받으며 전방향 이동 및 공중정지비행이 가능하다는 장점이 있다. 이러한 여러 장점들로 인해, 군사 분야에서는 적 기지 정찰이나 지형탐색, 민간 분야에서는 산불 같은 재해 발생 시 구조작업수행을 위한 실시간 감시, 대기오염감시 등 다양한 분야에서 응용되어 사용되고 있다.
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참고문헌 (12)

  1. S. H. Kim, K. S. Choi and G. Y. Hong, "Spike rejection method for improving altitude control performance of qadrotor UAV using ultrasonic rangefinder," The Journal of Advanced Navigation Technology, Vol. 20, No. 3, pp 1-5, Jun. 2016. 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. J. M. Jong, S. K. Han, T. S. Yoon, and J. B. Park, "Hypothesis-based filtering method for improving altitude control performance of quadrotor UAV using ultrasonic sensor," in 43th Summer Conference on The Korean Institute of Electrical Engineers, Jeongseon: Korea, pp. 1401-1402, Jul. 2012. 

  3. A. Ei-Badawy, R. Rashad, "Ultrasonic rangefinder spikes rejection using discrete wavelet transform: application to UAV," Journal of Sensor Technology, Vol. 5, No. 2, pp. 45-53, June. 2015. 

    상세보기 crossref

  4. S. F. Qi, C. Zhao, and Y. Yang, "Research on ultrasonic detection of seabed oil pipeline based on wavelet packet de-noising", in 2009 5th International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, Qingdao: China, pp. 1-4, Sep. 2009. 

  5. K. R. Ryu, "Image restoration based on wavelet packet transform with AA thresholding", The Korean Institute of Maritime Information and Commucation Sciences, Vol. 11, No. 6, pp. 1122-1128, Jun. 2007. 

  6. S. P. Kim, E. T. Kim, and K. J. Seong, "Sensor fusion of GPS/INS/Baroaltimeter using wavelet analysis," International Journal of control Automation and Systems, Transactions on Control Automation and Systems Engineering, Vol. 14, No. 12, pp. 1232-1237, Dec. 2008. 

  7. H. R. Yu, "Study for the noise rejection threshold value decision with using band information of stationary wavelet," master's degree, Daejeon University, Daejeon:Koera, Aug. 2007. 

  8. I. J. Kim, A new method for selecting thresholding on wavelet packet denoising, Master's degree, Hanyang University, Seoul, Korea, Dec. 2000. 

  9. J. G. No, Speech feature vector extraction based on discrete wavelet packet transform, Master's degree, Sogang University, Seoul, Korea, Jan. 2003. 

  10. K. S. Choi, J. W. Hyun, J. W. Jang, D. M. Ahn, and G. Y. Hong, "Ground altitude measurement algorithm using laser altimeter and ultrasonic rangefinder for UAV," The Korea Navigation Institute, Vol. 17, No. 6, pp. 749-756, Dec. 2013. 

  11. J. E. Lee, and I. S. Kim, "A study on the fault detection technique of the grid-connected photovoltaic system using wavelet transformation," The Korean Institute of Power Electronics, Vol. 16, No. 1, pp. 79-87, Feb. 2011. 

    원문보기 상세보기 crossref

  12. H. S. Lee, Blind estimation of hop timing and duration of FHSS systems, Master's degree, Chungnam University, Chungnam, Korea, Feb, 2010. 

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