GLONASS 측위를 위한 위성좌표 산출 정확도 향상 방안

이호석,박관동,김혜인 한국측량학회 2010 한국측량학회지 Vol.28 No.6

Precise determination of satellite positions is necessary to improve positioning accuracy in GNSS. In this study,GLONASS orbits were predicted from broadcast ephemeris using the 4th-order Runge-Kutta numerical integration method and their accuracy dependence on the integration step and the integration time was analyzed. The 3D RMS (Root Mean Square) differences between the results from 1-second integration step and 300-second integration step was about 3 cm, but the processing time was one hundred times less for the 1-second integration time case. For trials of different integration times, the 3D RMS errors were 8.3 m, 187.3 m, and 661.5 m for 30-, 150-, and 300-minutes of integration time, respectively. Though this integration-time analysis, we concluded that the accuracy gets higher with a shorter integration time. Thus we suggest forward and backward integration methods to improve GLONASS positioning accuracy, and with this method we can achieve a 5-meter level of 3-D orbit accuracy. 위성항법시스템에서 정확한 위성궤도결정 기술은 측위 정확도 향상의 필수적인 조건이다. 이 연구에서는GLONASS의 방송궤도력과 4차 Runge-Kutta 수치적분법을 이용하여 위성좌표를 결정하였으며, 적분간격과 적분시간에 따른 위성궤도의 정확도를 비교하였다. 적분간격에 따른 위성궤도 정확도 분석결과, 적분간격이 1초일때와 300초일 때의 3차원 RMS 오차의 차이가 3cm에 불과한 반면 처리시간은 100배 이상 향상되었다. 적분시간에 따른 위성좌표의 3차원RMS 오차는 적분시간이 30분, 150분, 300분일 때 각각 8.3m, 187.3m, 661.5m로 나타났으며, 이를 통해 적분시간을 짧게 할수록 정확도가 향상되는 것을 확인하였다. 따라서 이 연구에서는 GLONASS 측위를 위한 위성좌표 결정의 정확도 향상을 위해 적분시간을 최소화 할 수 있는 Forward와 Backward 적분을 적용하는 방안을 제안하였으며, 이와 같은 방법을 사용할 경우 5m이하의 위성좌표 산출 정확도를 확보할 수 있다.

외연적 시간적분법 활용 동적 구조해석 속도 향상을 위한 적합직교분해 기반 침습적 차수축소모델 적용 연구

황영광,김명일 한국전산구조공학회 2024 한국전산구조공학회논문집 Vol.37 No.1

일반적으로 적합직교분해(proper orthogonal decomposition, POD) 기반의 침습적(intrusive) 차수축소모델(reduced order model, ROM)을 활용하면 구조 시스템의 전체 자유도를 크게 줄이고 외연적 시간 적분법에서 해의 안정성을 만족하는 임계 시간 간격을 증가시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 POD-ROM을 활용하여 Voronoi-cell 격자 요소로 이산화된 구조 시스템의 축소와 이에 따른 외연적 시간 적분법의 임계 시간 간격 및 해석 정확도 변화를 살펴보았다. 또한 지진하중과 같은 불규칙한 하중 이력을 받는 구조물 응답해석에 POD-ROM을 적용하였다. 해석 결과 ROM을 통해 해의 정확도를 충분히 확보하면서 연산 시간을 크게 단축할 수 있음을 확인하였다. 또한 POD-ROM과 VCLM의 연계 방안의 적절성을 확인하였다. 향후 해당 연구는 고정밀 대용량 동적 구조해석의 실용성을 높이고, 설계 변수에 따른 구조물 동적 거동의 실시간 예측을 위한 기반 연구로 활용될 수 있다. Using the proper orthogonal decomposition (POD) based intrusive reduced order model (ROM), the total degrees of freedom of the structural system can be significantly reduced and the critical time step satisfying the conditional stability increases in the explicit time integrations. In this study, therefore, the changes in the critical time step in the explicit time integrations are investigated using both the POD-ROM and Voronoi-cell lattice model (VCLM). The snapshot matrix is composed of the data from the structural response under the arbitrary dynamic loads such as seismic excitation, from which the POD-ROM is constructed and the predictive capability is validated. The simulated results show that the significant reduction in the computational time can be achieved using the POD-ROM with sufficiently ensuring the numerical accuracy in the seismic analyses. In addition, the validations show that the POD based intrusive ROM is compatible with the Voronoi-cell lattice based explicit dynamic analyses. In the future study, the research results will be utilized as an elemental technology for the developments of the real-time predictive models or monitoring system involving the high-fidelity simulations of structural dynamics.

고정반복법에 의한 암시적 HHT 시간적분법을 이용한 철근콘크리트 골조구조물의 실시간 하이브리드실험

강대흥,김성일 한국지진공학회 2011 한국지진공학회논문집 Vol.15 No.5

고정반복법에 의한 암시적 HHT 시간적분법을 이용하여 3층 3경간 철근콘크리트 골조구조물을 수치해석모형과 물리적 분구조모형으로 나누어 실시간 하이브리드실험을 실시하였다. 물리적 부분구조모형으로는 1층 내부 비연성기둥 1개소가 선택되었고, 수치해석모형에 일축 방향의 지진하중을 시편이 심한 손상에 의하여 파괴에 이를 때까지 작용시켰다. 비선형 유한요소해석 프로그램인 Mercury가 실시간 하이브리드실험을 위하여 새로이 개발 및 적용되었다. 실험결과는 물리적 부분구조모형의 상부 수평방향 층간변위비를 OpenSees에 의한 수치해석시뮬레이션과 진동대실험의 그것과 비교하였다. 본 실험은 가장 복잡한 실시간 하이브리드실험 중의 하나이고, 하드웨어, 알고리즘 그리고 모형에 대한 기술적인 내용을 본 논문에 자세히 설명하였다. 수치해석모형의 개선, 물리적 부분구조 모형 접선강성행렬의 유한요소해석 프로그램에서의 평가 그리고 하중기반 보-요소의 요소상태결정의 연산시간을 줄이기 위한 소프트웨어의 개선이 이루어진다면 실시간 하이브리드실험과 진동대실험결과의 비교는 권장할 만하다. 그리고 "지진과 같은 동적하중하의 복잡한 구조물의 수치해석시뮬레이션"이라는 목적을 위하여 실시간 하이브리드실험은 동적하중에 대한 실험적 검증을 점진적으로 수치해석모형으로 대체하기 위한 저비용-고효율 실험법으로서의 가치를 충분히 가지고 있다고 할 수 있다. A real-time hybrid test of a 3 story-3 bay reinforced concrete frame which is divided into numerical and physical substructure models under uniaxial earthquake excitation was run using a fixed iteration implicit HHT time integration method. The first story inner non-ductile column was selected as the physical substructure model, and uniaxial earthquake excitation was applied to the numerical model until the specimen failed due to severe damage. A finite-element analysis program, Mercury, was newly developed and optimized for a real-time hybrid test. The drift ratio based on the top horizontal displacement of the physical substructure model was compared with the result of a numerical simulation by OpenSees and the result of a shaking table test. The experiment in this paper is one of the most complex real-time hybrid tests, and the description of the hardware, algorithm and models is presented in detail. If there is an improvement in the numerical model, the evaluation of the tangent stiffness matrix of the physical substructure model in the finite element analysis program and better software to reduce the computational time of the element state determination for the force-based beam-column element, then the comparison with the results of the real-time hybrid test and the shaking table test deserves to make a recommendation. In addition, for the goal of a "Numerical simulation of the complex structures under dynamic loading", the real time hybrid test has enough merit as an alternative to dynamic experiments of large and complex structures.

유한요소 기법을 적용한 시간적분법에서 형상함수에 따른 오차추정치 유도

장인식,맹주원,김동호 한국전산구조공학회 1998 한국전산구조공학회논문집 Vol.11 No.4

불연속 갤러킨 정식화에 기초를 둔 시간적분법에 대하여 시간을 변수로 한 유한요소적 접근법을 시도하였다. 단일 형상함수와 두 형상함수 정식화에 대해 각각 선형, 이차 형상함수를 적용하여 모두 네 종류의 시간적분법을 유도하였으며, 각 방법에 대하여 시간시텝의 증가에 따른 변위와 속도의 관계를 나타내는 증폭행렬을 계산하였다. 유도된 방법들의 성능을 평가하기 위하여 부하가 갑자기 변화는 진동 문제를 해석하고 변위의 오차를 비교하였다. 네 가지의 방법에 대하여 국부 오차 추정치를 개발하였으며, 오차 추정치의 정확도를 수치예를 이용하여 평가하였다. 단일 형상함수 정식화에서 이차 형상함수를 이용한 오차 추정치가 실제 국부오차를 잘 나타내었으며 유도된 오차 추정치는 시간간격제어 기법에서 시간간격의 크기를 결정하는 척도로 이용 가능하다.

실시간 하이브리드 실험 시스템을 위한 Implicit 시간적분법

정래영 한국지진공학회 2006 한국지진공학회논문집 Vol.10 No.5

이 논문에서 소개되는 실시간 하이브리드 실험 시스템은 유사동적실험법을 근거로 하고 있으며, 실제 실험과수학적 모델을 이용한 수치해석을 결합한 실험법이다. 이 시스템은 종래의 유사동적해석법에 비해 지진하중을 받는 구조물의 실시간 반응에 근접하는 현저히 높은 하중재하 속도를 고려할 수 있도록 설계되었다. 또한 다자유도 구조물에 대해 안정적인 해석환경을 제공하기 위해 이 시스템은 implicit 시간적분법을 이용하여 수치해석을 수행한다. 이 논문은 연구를 통해 개발된 시스템의 전반적인 개요와 구성요소 그리고 이 시스템에서 사용하는 수치 해석법의 성능을 평가하기 위해 수행된 수치해석을 소개한다. 연구 결과 개발된 시스템에 적용된 수치해석법은 성능이 매우 우수하다는 것이 증명되었다. The Real-Time Hybrid Test system presented in this paper is based on the pseudodynamic test method, and it combines physical testing with model-based simulation. The system is designed to achieve a rate of loading that is significantly higher than that of a conventional pseudodynamic test approaching the real-time response of a structure subjected to earthquake loads. To provide robust computation environment for the analysis of many degree-of-freedom structures, the system adopts an implicit time integration scheme in the model-based simulation. This paper presents an overview of the developed system and numerical simulations that were conducted to evaluate the performance of the computation scheme adopted here. Results of these studies have demonstrated the good performance of the computation scheme for real-time multiple-degree-of-freedom tests.

유한요소 기법을 적용한 시간적분법에서 형상함수에 따른 오차추정치 유도

장인식,맹주원,김동호 한국전산구조공학회 1998 전산구조공학 Vol.11 No.4

불연속 갤러킨 정식화에 기초를 둔 시간적분법에 대하여 시간을 변수로 한 유한요소적 접근법을 시도하였다. 단일 형상함수와 두 형상함수 정식화에 대해 각각 선형, 이차 형상함수를 적용하여 모두 네 종류의 시간적분법을 유도하였으며, 각 방법에 대하여 시간시텝의 증가에 따른 변위와 속도의 관계를 나타내는 증폭행렬을 계산하였다. 유도된 방법들의 성능을 평가하기 위하여 부하가 갑자기 변화는 진동 문제를 해석하고 변위의 오차를 비교하였다. 네 가지의 방법에 대하여 국부 오차 추정치를 개발하였으며, 오차 추정치의 정확도를 수치예를 이용하여 평가하였다. 단일 형상함수 정식화에서 이차 형상함수를 이용한 오차 추정치가 실제 국부오차를 잘 나타내었으며 유도된 오차 추정치는 시간간격제어 기법에서 시간간격의 크기를 결정하는 척도로 이용 가능하다.

내연적 시간적분을 이용한 사각형 강관의 압괴강도 비교

오영철,고재용,김현진,정세윤,강병모 해양환경안전학회 2012 해양환경안전학회 학술발표대회 논문집 Vol.2012 No.04

선박은 박판으로 구성되어 있는 판구조물이며 사고하중을 받으면 압괴, 마찰접촉, 찢김, 대변형 등 같은 복잡한 비선형 거동을 경험하게 된다. 이런 구조물의 붕괴거동을 해석적인 방법으로 평가하기란 매우 힘들며 일반적으로 실험 및 외연적 시간적분을 이용하여 구조물의 압괴·충돌강도를 추정하고 있다. 이 논문에서는 내연적 시간적분, 외연적 시간적분 결과를 비교하여 합리적이고 효과적인 해석기법을 제안하고자 한다. 이번 수치 시뮬레이션 간 범용 유한요소해석 Ship are consist cf thin-walled structure and it subjected to accidental loading will experience a complicated non linear behaviour such as crushing, frictional contact, tearing, large deformation etc.

로봇 매니퓰레이터를 위한 적분형 슬라이딩 매니폴드를 가진 광범위한 시간지연 제어 알고리즘

백재민,강민석,윤경수 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集A Vol.47 No.5

본 논문은 로봇 매니퓰레이터에 적용할 수 있는 적분형 슬라이딩 변수 기반 광범위한 시간지연 기법을 제안한다. 제안된 제어 알고리즘은 불가피하게 요구되는 시간지연 제어 기법의 안정성 기준에 위배되더라도 항상 로봇 매니퓰레이터의 안정성을 보장할 수 있고, 시간지연 추정 방법을 활용하기 때문에 로봇 매니퓰레이터에 대한 속성 정보를 필요로 하지 않는다. 게다가, 이 기법에서 사용된 적분형 슬라이딩 변수는 슬라이딩 단계에서 가장 많이 사용되는 1계 슬라이딩 변수보다 높은 수렴 속도를 보장할 수 있으며, 로봇 매니퓰레이터의 강인성을 향상시킨다. 제안된 기법에 대한 효과는 2축 평면 로봇 매니퓰레이터에 근간을 둔 시뮬레이터에서 분석되었고, 그것은 잘 알려진 광범위한 시간지연 기법의 성능과 비교하여 검증되었다.

부분 시스템 합성 방법 기반의 실시간 차량 모델을 위한 반복하지 않는 내재적 적분기

조준희,김성수,김명호 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集A Vol.43 No.12

In this paper, we applied the non-iterative implicit integration method, as based on the subsystem synthesis method, to a vehicle model to develop a vehicle analysis method that ensures reliable computational expense and realtime vehicle analysis. To derive the complementary equations for HHT-α implicit integrator application, and to implement the non-iterative integration method, we derived the linearization equation as solely based on the previous states. We also validated the efficiency of the proposed method by simulating a six-wheeled vehicle model with six identical suspension subsystems. 본 논문에서는 안정적인 실시간 차량 해석을 위해, 적분 스텝마다 동일한 계산량을 보장하는 반복하지 않는 내재적 적분 방법을 부분 시스템 합성 방법의 차량 모델에 적용하였다. HHT-α 내재적 적분기를 적용하기 위해서 보완된 운동방정식을 구성하고 반복하지 않는 적분 방법을 구현하기 위해 오직 이전 단계의 상태로 표현되는 선형화된 운동방정식을 도출하였다. 또한 6개의 동일한 부분 시스템을 가진 6륜 차량 모델의 시뮬레이션을 통해서 제안한 방법의 효율성을 확인하였다.

안정적이고 병렬화가 용이한 옷감 애니메이션 기법

강영민,Kang Young-Min 한국정보통신학회 2005 한국정보통신학회논문지 Vol.9 No.5

효율적인 옷감 애니메이션 생성을 위해 암시적 적분법이 표준적 접근법으로 자리 잡았다. 이 기법은 시스템의 안정성이 보장되므로 큰 시간 간격을 사용할 수 있으며, 옷감 모델의 실시간 혹은 상호작용적 애니메이션을 위한 최선의 선택으로 받아들여지고 있다. 암시적 방법이 옷감 애니메이션에 도입된 이후 다양한 종류의 암시적 적분 기반 옷감 애니메이션 기법들이 제안되었으며 일반적인 PC 환경에서 수천 개의 질점을 가진 옷감 모델을 실시간에 시뮬레이션 할 수 있는 수준에 도달해 있다. 암시적 적분법이 안정성을 보장한다는 장점을 가지지만 명시적 기법에 비해 구현이 조금 더 복잡하며 병렬화가 어렵다는 문제를 가지고 있다. 암시적 적분법을 통해 옷감 애니메이션을 생성하는 것은 대규모 희소행렬을 가진 선형 시스템을 푸는 것으로 정형화된다. 본 논문에서는 암시적 적분법의 특성을 이용하여 안정적으로 복잡한 옷감 모델의 동작을 생성하면서도 매우 쉽게 병렬화가 가능한 기법을 제안한다. 옷감 애니메이션은 동작 시뮬레이션과 함께 자체충돌을 고려해야만 사실적인 결과를 얻을 수 있다. 그런데 자체충돌 감지 역시 중요한 계산상의 병목으로 작용한다. 본 논문에서는 효율적인 자체 충돌 처리 기법도 같이 제안한다. Implicit Integration has become a standard approach to efficient cloth animation, and it guarantees the stability of the system so that large steps can be used. Therefore, it is regarded as the best method for the real-time or interactive animation of cloth. Since the implicit method was introduced for stable cloth animation, various cloth animation techniques based on the method have been proposed. It is now possible to generate the real-time animation of cloth model with thousands of mass-point in general PC environments. Although the implicit method guarantees the stability, the implementation of the implicit method is generally more difficult than that of the explicit method. Even worse, it is very difficult to parallelize the computation process of the implicit method. The cloth animation with implicit method can be formalized as a linear system solving. In this paper we propose an stable and efficient cloth animation techniques based on the implicit method. The proposed method can be easily parallelized. Self-collision is another important issue in cloth animation, we also propose an efficient self-collision avoidance techniques.