A survey on fractional order control techniques for unmanned aerial and ground vehicles

In recent years, numerous applications of science and engineering for modeling and control of unmanned aerial vehicles (UAVs) and unmanned ground vehicles (UGVs) systems based on fractional calculus have been realized. The extra fractional order derivative terms allow to optimizing the performance of the systems. The review presented in this paper focuses on the control problems of the UAVs and UGVs that have been addressed by the fractional order techniques over the last decade

Efficient Adaptive Filter Algorithms Using Variable Tap-length Scheme

Today the usage of digital signal processors has increased, where adaptive filter algorithms are now routinely employed in mostly all contemporary devices such as mobile phones, camcorders, digital cameras, and medical monitoring equipment, to name few. The filter tap-length, or the number of taps, is a significant structural parameter of adaptive filters that can influences both the complexity and steady-state performance characteristics of the filter. Traditional implementation of adaptive filtering algorithms presume some fixed filter-length and focus on estimating variable filter\u27s tap-weights parameters according to some pre-determined cost function. Although this approach can be adequate in some applications, it is not the case in more complicated ones as it does not answer the question of filter size (tap-length). This problem can be more apparent when the application involves a change in impulse response, making it hard for the adaptive filter algorithm to achieve best potential performance. A cost-effective approach is to come up with variable tap-length filtering scheme that can search for the optimal length while the filter is adapting its coefficients. In direct form structure filtering, commonly known as a transversal adaptive filter, several schemes were used to estimate the optimum tap-length. Among existing algorithms, pseudo fractional tap-length (FT) algorithm, is of particular interest because of its fast convergence rate and small steady-state error. Lattice structured adaptive filters, on the other hand, have attracted attention recently due to a number of desirable properties. The aim of this research is to develop efficient adaptive filter algorithms that fill the gap where optimal filter structures were not proposed by incorporating the concept of pseudo fractional tap-length (FT) in adaptive filtering algorithms. The contribution of this research include the development of variable length adaptive filter scheme and hence optimal filter structure for the following applications: (1) lattice prediction; (2) Least-Mean-Squares (LMS) lattice system identification; (3) Recursive Least-Squares (RLS) lattice system identification; (4) Constant Modulus Algorithm (CMA) blind equalization. To demonstrate the capability of proposed algorithms, simulations examples are implemented in different experimental conditions, where the results showed noticeable improvement in the context of mean square Error (MSE), as well as in the context of convergence rate of the proposed algorithms with their counterparts adaptive filter algorithms. Simulation results have also proven that with affordable extra computational complexity, an optimization for both of the adaptive filter coefficients and the filter tap-length can be attained

Development of Urban Electric Bus Drivetrain

The development of the drivetrain for a new series of urban electric buses is presented in the paper. The traction and design properties of several drive variants are compared. The efficiency of the drive was tested using simulation calculations of the vehicle rides based on data from real bus lines in Prague. The results of the design work and simulation calculations are presented in the paper

Microwave Photonic Signal Processing with Dynamic Reconfigurability

An optical beamforming network that uses an uncooled Fabry-Perot laser is demonstrated. This is achieved by using a fast-scanning, high-resolution optical spectrum analyzer to track the frequency and power shift of the uncooled laser, and then reconfiguring a programmable Fourier-domain optical processor to provide compensation. In this way, the need for temperature control of the laser is eliminated, and the number of optical sources is reduced by using the output spectral lines of the laser. The system realizes six wideband microwave photonic phase shifters, and the resulting magnitude and phase responses vary within a 2σ deviation of 6.1dB and 14.8°, respectively, even when the laser current is changed during measurement. A microwave photonic filter is presented based on a feedback structure, which uses a Fourier-domain optical processor as the control element and the fast-scanning optical spectrum analyzer as the feedback component. This system provides low-pass RF response. Experimental results demonstrate a 6-tap microwave photonic filter with a free spectral range of 2.5GHz. The power fluctuation of the first-order passband in RF response is within ±1dB over 20 minutes. A novel tunable all-optical microwave photonic mixer is presented based on serial phase modulation and an on-chip notch filter. The notch filter breaks the out-of-phase symmetry between the upper and lower sidebands generated from phase modulation, resulting in bandpass response of frequency selection. This system is achieved through an all-optical approach, which does not require electrical components, thus increasing the operation bandwidth of the system. The tunability of frequency selection is achieved through adjusting the wavelength of the optical source. Experimental results verify the technique with a 3rd-order SFDR of 91.7dBm/Hz2/3

Range-resolved optical interferometric signal processing

The ability to identify the range of an interferometric signal is very useful in interferometry, allowing the suppression of parasitic signal components or permitting several signal sources to be multiplexed. Two novel range-resolved optical interferometric signal processing techniques, employing very different working principles, are theoretically described and experimentally demonstrated in this thesis. The first technique is based on code-division multiplexing (CDM), which is combined with single-sideband signal processing, resulting in a technique that, unlike prior work, only uses a single, regular electro-optic phase modulator to perform both range-based signal identification and interferometric phase evaluation. The second approach uses sinusoidal optical frequency modulation (SFM), induced by injection current modulation of a diode laser, to introduce range-dependent carriers to determine phase signals in interferometers of non-zero optical path difference. Here, a key innovation is the application of a smooth window function, which, when used together with a time-variant demodulation approach, allows optical path lengths of constituent interferometers to be continuously and independently variable, subject to a minimum separation, greatly increasing the practicality of the approach. Both techniques are applied to fibre segment interferometry, where fibre segments that act as long-gauge length interferometric sensors are formed between pairs of partial in-fibre reflectors. Using a regular single-mode laser diode, six fibre segments of length 12.5 cm are multiplexed with a quadrature bandwidth of 43 kHz and a phase noise floor of 0.19 mrad · Hz -0.5 using the SFM technique. In contrast, the 16.5 m spatial resolution achieved with the CDM technique points towards its applicability in medium-to-long range sensing. The SFM technique also allows high linearity, with cyclic errors as low as 1 mrad demonstrated, and with modelling indicating further room for improvement. Additionally, in an industrial measurement, the SFM technique is applied to single-beam, multi-surface vibrometry, allowing simultaneous differential measurements between two vibrating surfaces

Performance improvement of SS-WDM passive optical networks using semiconductor optical amplifiers: Modeling and experiment

Les sources incohérentes sont proposées comme alternatives aux lasers stabilisés en longueur d'onde pour réduire le coût des réseaux optiques passifs utilisant le multiplexage par longueur d'onde découpée dans le spectre (SS-WDM PONs). À cause de leur nature incohérente, ces sources génèrent au récepteur un large bruit d'intensité. Ce bruit limite l'efficacité spectrale et/ou le taux binaire pouvant être achevé. Cette thèse étudie l'utilisation des amplificateurs optique à semi-conducteur SOAs pour nettoyer le bruit d'intensité. De plus, lors de cette thèse, nous explorons les outils numériques et expérimentaux qui nous permettent d'analyser les performances des SOAs dans le cadre de systèmes de communication multi-canaux, incluant le SS-WDM. Nous présentons des modèles mathématiques pour le bruit d'intensité, ce bruit étant celui qui limite les performances des systèmes de communication utilisant des sources incohérentes. Nous discutons les dynamiques complexes des SOAs et présentons les équations qui gouvernent l'évolution des porteurs de charges dans ces amplificateurs. Nous identifions et soulignons l'effet des paramètres les plus importants, qui affectent le processus ainsi que la dynamique de nettoyage du bruit d'intensité. Nous passons en revue, les différentes techniques de nettoyage de bruit avec les SOAs, qui ont démontré les meilleurs résultats connus. De plus, nous effectuons une revue de littérature poussée pour ce qui a attrait au problème de post-filtrage lorsque le SOA est placé au transmetteur, avant la modulation. Notre première contribution pendant ce travail de recherche est de démontrer, en utilisant l'intermodulation de gain d'un SOA au récepteur pour convertir le signal incohérent en laser cohérent, une amélioration significative du taux d'erreur binaire BER. Cette méthode est spectralement efficace, d'autant plus qu'elle ne souffre point la limitation occasionnée par le post-filtrage au récepteur. En contre partie elle nécessite un ample budget de puissance qui doit assurer une saturation suffisante de l'amplificateur au récepteur. Une source laser est aussi nécessaire au récepteur. Ceci est un inconvénient, même si une telle source n'ait pas besoin d'une quelconque stabilisation. Pour contourner le problème causé par le post-filtrage quand le SOA est au transmetteur, nous proposons un nouveau récepteur pour les systèmes de communication WDM, qui permet de mieux garder le nettoyage de bruit, et ce malgré le filtrage optique au récepteur. La nouvelle méthode consiste en un détecteur balancé utilisé au récepteur: d'un bord, tous les canaux sont détectés sans distinction. De l'autre, le signal désiré est bloqué pendant que tous les autres canaux sont détectés. Avec cette méthode, il est facile de saturer l'amplificateur pour une meilleure suppression de bruit tout en évitant en grande partie la dégradation causé par le post-filtrage. Nous avons expérimentalement démontré un système WDM dense de 8 x 10 Gbps avec une source incohérente et un SOA en saturation. Une autre contribution originale de ce travail est le développement d'un outil de simulation pour les SOAs qui est numériquement plus efficace et léger que les modèles connus à ce jour. Nous avons donc développé un modèle théorique simple, pouvant être implémenté par diagramme block, dans le but de simuler les performances des hens de communications WDM. Notre modèle démontre une bonne concordance avec les résultats expérimentaux ainsi qu'une diminution de temps de calcul de l'ordre de 20 fois. Finalement, lors de la dernière partie de ces travaux, nous nous sommes occupés de mesurer, de façon précise, le temps de recouvrement du gain dans un SOA. Le temps de recouvrement des porteurs dans un SOA est un des paramètres les plus importants qui sont à l'origine du phénomène de nettoyage de bruit et qui régissent le comportement ainsi que les dynamiques de l'amplificateur. Nous avons étudié en particulier, la dépendance de ce temps de recouvrement r de la longueur d'onde. Pour le SOA utilisé lors de notre étude expérimentale, nous avons démontré que r dépendait de la longueur d'onde de façon similaire au spectre de gain. Ces mesures ont été possibles grâce au développement d'un nouveau dispositif de mesure pompe/sonde, qui permettait de mesurer le recouvrement du gain pour une pompe et une sonde à la même longueur d'onde et ayant le même état de polarisation

Speech coding at medium bit rates using analysis by synthesis techniques

Speech coding at medium bit rates using analysis by synthesis technique

Measurements, Models, Systems and Design

531 s.