MATLAB의 PCT와 CMEX를 사용한 빠른 획득과 추적을 위한 오픈 소스 GPS L1 C/A SDR 구현

유승수,유재덕,김선용 한국통신학회 2024 韓國通信學會論文誌 Vol.49 No.9

본 논문에서는 MATLAB의 PCT (Parallel Computing Toolbox)와 CMEX (C/C++ for Matlab EXcutable) 기능을 이용한 빠른 획득과 추적 처리를 위한 오픈 소스(open source) GPS (Global Positioning System) L1 C/A (Coarse/Acquisition) SDR (Software-Defined-Radio)을 구현하고, 그 성능을 평가한다. 본 논문에서 구현한 SDR은가독성(readability)과 가변성(flexibility)에 중점을 둔 교육 및 연구용 SDR로서 MATLAB을 주 언어로 구성하였다. [9]의 대표적인 MATLAB 기반 오픈 소스 GPS L1 C/A SDR은 성능 평가를 위해 사용한 컴퓨터에서 약 37 초의 IF (Intermidiate Frequency) 표본을 처리할 때, 총 처리 시간은 약 431.301초가 소요되며, 이 가운데 획득시 약 3.78%인 약 16.296초가 소요되며, 추적 시 91.47%인 약 395.276초가 소요되는 것을 확인하였다. 이를 개선하기 위해 MATLAB에서 제공하는 PCT와 CMEX 기능 등을 활용해 빠른 획득과 추적을 위한 GPS L1 C/A SDR을 구현하였다. 같은 컴퓨터에서 구현한 SDR의 총 처리 시간은 약 73.086초로서 기존 SDR 대비 약 17.19% 의 처리 시간만 소요되며, 획득은 기존 SDR의 약 16.296초 대비 약 60.85%인 약 9.916초, 추적은 기존 SDR의약 395.276초 대비 약 9.05%인 약 35.79초로 빠른 획득과 추적을 할 수 있음을 확인하였다. 구현한 빠른 획득과추적을 위한 SDR은 관련 교육 및 연구에 쉽게 활용할 수 있도록 [10]과 같이 오픈 소스로 공개한다. In this paper, we implement an open source Global Positioning System (GPS) L1 Coarse/Acquisition(C/A) Software-Defined-Radio (SDR) for fast processing of acquisition and tracking using Parallel Computing Toolbox (PCT) and C/C++ for MATLAB EXcutable (CMEX), and evaluate its performance. The SDR implemented in this paper is an SDR for education and research that focuses on readability and flexibility and is mainly written in MATLAB. In this paper, a representative MATLAB-based open source GPS L1 C/A SDR was implemented in [9], and when the used computer processes IF (Intermediate Frequency) samples of about 37 seconds, the total processing time takes about 431.301 seconds, of which acquisition takes about 16.296 seconds (about 3.78%), and tracking takes about 395.276 seconds (91.47%). To improve this, we implemented an GPS L1 C/A SDR for fast acquisition and tracking using Parallel Computing Toolbox (PCT) and CMEX provided by MATLAB. The total processing time of the proposed SDR on the same computer is about 73.086 seconds, which is only about 17.19% of the processing time of the conventional SDR, and the acquisition is about 9.916 seconds, which is about 60.85% of the 16.296 seconds of the conventional SDR, and the tracking is about 9.916 seconds of 35.79 seconds of the conventional SDR, which is about 9.05% of the 395.276 seconds of the conventional SDR. The proposed SDR for quick acquisition and tracking is released as open source as in [10] so that it can be easily used for related education and research.

조합 탐색 방식과 MATLAB 병렬처리를 이용한 고정소수점 FIR 필터의 고속 설계

오우진(Woojin Oh) 한국정보통신학회 2023 한국정보통신학회논문지 Vol.27 No.4

최적 성능의 고정소수점 필터 설계는 대부분 긴 설계 시간이나 특수한 구조를 사용하므로 쉽게 구현에 적용하기 어려운 단점이 있다. 공학 도구인 MATLAB에서 제공하는 필터 설계 함수로 설계한 고정 소수점 필터는 단순 양자화로 설계하여 많은 성능 저하가 발생한다. 본 논문에서는 부동소수점 계수를 단순 양자화하고 주변 값을 조합하여 탐색하는 간단한 설계 방법을 제시하였다. 최적 설계는 아니지만 MATLAB 필터설계 도구에서 고정소수점 계수로 설계할 때 사용하는 단순 양자화보다 훨씬 우수한 성능을 얻었을 수 있다. 제안된 방식은 MATLAB의 병렬처리로 구현하여 수분 이내의 짧은 시간에 설계가 가능한 장점이 있다. 설계된 고정 소수점 필터는 16비트의 경우 부동소수점 필터와 근사한 성능을 보이며 12비트인 경우에도 MATLAB의 제공 함수로 설계한 것보다 9dB의 성능 개선을 보였다. 또한 조합 탐색의 범위를 늘리면 더 우수한 성능의 필터로 쉽게 개선할 수 있다. The design of an optimal fixed-point filter has disadvantages in that it is not easy to apply due to the long design time or the use of a special structure. The fixed-point filter designed using a filter design function of MATLAB shows poor performance because that is designed with simple quantization. In this paper, we present a method by simply quantizing floating-point coefficients and searching for combinations of neighboring values. Although it is not an optimal design, it shows much better performance than simple quantization used in MATLAB’s filter design tool for fixed-point design, and has the advantage of being able to design in a short time within several minutes using parallel processing in MATLAB. The designed fixed-point filter has similar performance to the floating-point filter in the case of 16 bits coefficients, and improved performance by 9dB compared to the designed 12bit filter by the MATLAB filter design function.

MATLAB/Simulink기반 HILS 환경 구축 및 제어 성능 검증

함민우,백인수 한국풍력에너지학회 2024 풍력에너지저널 Vol.15 No.1

In this study, a hardware-in-the-loop simulation (HILS) environment was established using MATLAB/ Simulink to simulate and verify the power performance of a wind turbine. The target wind turbine was selected as the NREL 5 MW model, and modeling was performed based on the disclosed specifications. The HILS environment consists of a PC equipped with a MATLAB/Simulink program, a programmable logic controller (PLC) for uploading and linking control algorithms, and data acquisition (DAQ) equipment to manage wind turbine data input and output. The operation of the HILS environment was carried out as a procedure of operation (PC) of the target wind turbine modeled based on MATLAB/Simulink, data acquisition (PLC) of control algorithms, control command calculation (PLC), and control command input (PC). The simulation was performed using the HILS environment under turbulent wind conditions and compared with the simulation results performed under the same conditions in the HILS environment using the commercial program Bladed for performance verification. From the comparison, it was found that the dynamic simulation results of the Bladed HILS and the MATLAB HILS were close in power performances and the errors in the average values of rotor rotation speed and power generation between the two simulations were about 0.44 % and 3.3 %, respectively.

MATLAB/Simulink 모듈화 기반 우주왕복선 주엔진 시뮬레이션 툴박스 개발

조우성(Woosung Cho),차지형(Jihyoung Cha),고상호(Sangho Ko) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.12

본 논문에서는 MATLAB/Simulink를 기반으로 한 우주왕복선 주엔진(Space Shuttle Main Engine, SSME)의 툴박스 개발을 다루었다. 로켓 연구에 있어서 실제모델의 로켓엔진 실험은 사고발생 가능성이 크며 많은 비용을 요구한다. 이러한 사고발생의 가능성과 비용을 감소시키기 위하여 로켓엔진의 수학적 모델링의 개발은 필수적이다. 이때 수학적 모델링에는 많은 시간과 신뢰성 확보가 필요하다. 로켓엔진 시뮬레이션 툴박스를 개발하면 이를 해결할 수 있으며 업그레이드와 새로운 엔진 개발의 용이성을 기대할 수 있다. SSME의 수학적 모델링은 7개의 지배방정식을 통해 유도한 32개의 미분방정식을 사용하여 구성하였으며 이를 구성요소 별로 모듈을 구별하여 SSME 시뮬레이션 툴박스를 개발하였다. 성능검증을 위하여 기존 시뮬레이션 결과와 비교하여 검증하였다. This paper deals with the development of the toolbox for Space Shuttle Main Engine(SSME) based on MATLAB/Simulink. In rocket developments, experiments of rocket engines demand high cost and have a risk of accidents. To reduce these kinds of problems, mathematical modeling must be developed. Since mathematical modelings require a long time and reliability, development of the rocket engine simulation toolbox composing with module is needed to solve the problems and to be convenient for upgrading the performances and developing new engines. A mathematical modeling of SSME is formed by 32 first-order differential equations derived from seven governing equations. We develop the toolbox for SSME classifying each module according to components. And then, we confirm the results of simulation formed by using the toolbox comparing with the original simulation.

Matlab을 이용한 자동 점자 변환기

김현진(Hyun-JIn Kim),김예찬(Ye-Chan Kim),박창진(Chang-Jin Park),오세종(Se-Jong Oh),이붕주(Boong-Joo Lee) 한국전자통신학회 2017 한국전자통신학회 논문지 Vol.12 No.4

본 논문은 시각 장애인들을 위해 영상처리 기반의 자동 점자 변환기의 설계 및 구현에 관한 내용을 기술한다. 영상처리 기반의 변환 알고리즘은 웹캠으로 획득한 입력 영상을 이진 영상화 한 다음, 문자 영역을 라벨링 처리하여 저장되어 있는 문자 패턴 영상과 상호 상관도를 계산하여 해당되는 점자로 변환한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안한 알고리즘을 모의 실험한 결과, A5 용지에 인쇄된 숫자와 알파벳에 대하여 각각 95%, 91% 변환 성공률을 보여 주었고, 아두이노를 이용하여 서보모터로 구현한 시제품 시험을 통해 89% 변환 성능을 확인함으로서 구현된 자동 점자 변환기의 실용화 가능성을 확인하였다 This paper describes the design and implementation of automatic braille converter based on image processing for a person who is visually impaired. The conversion algorithm based on the image processing converts the input image obtained by the web-cam to binary image, and then calculates the cross-correlation with the stored character pattern image by labeling the character area and converts the character pattern image into the corresponding braille. The computer simulations showed that the proposed algorithm showed 95% and 91% conversion success rates for numerals and alphabets printed on A5 paper. The prototype test implemented by the servo motor using Arduino confirmed 89%, conversion performance. Therefore, we confirmed the feasibility of the automatic braille transducer.

MATLAB/Simulink를 이용하여 유도형 풍력발전기 계통연계시 발생하는 돌입전류 제어

장은영(Jang, EunYoung),경남호(Kyung, NamHo),김홍우(Kim, HongWoo) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

풍력발전 설비의 발전기로는 구조가 간단하고 견실한 유도형 발전기가 일반적으로 사용되고 있다. 풍력발전은 계통 연계시에 정격전류의 7~8배의 돌입전류가 흘러 발전저하를 무시하기 어렵다. 따라서, 돌입전류 억제 및 대책의 검토가 필요하다. 본 연구는 MATLAB/SIMULINK를 통해 유도기형 풍력발전기를 모델링 및 시뮬레이션하고, 유도기형 풍력발전기 계통연계시 발생하는 돌입전류를 저감하는 방법에 대해 살펴보았다.

MATLAB/Simulink를 활용한 지능형 조종익의 서보공력탄성학적 구조 응답 시뮬레이션

강유진(Yoo Jin Kang),박철우(Chul Woo Park),신상준(Sang Joon Shin) 한국항공우주학회 2016 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.4

Matlab/Simulink를 활용한 계통연계형 1MW급 태양광 발전의 해석

심 헌(Hun Shim) 산업기술교육훈련학회 2018 산업기술연구논문지 (JITR) Vol.23 No.2

The introduction and operation of photovoltaic (PV) systems is rapidly increasing around the world. Therefore, the technology for this system is easily accessed based on the demand. Consequently, the standardized specifications of a PV system, regarding design, manufacture, installation and operation, is met. Although the technology related to power conversion, grid connection, and interface is widely used, owing to the expansion of a PV system, a systematic interpretation of a comprehensive system, from intermittent irradiation to the grid connected interface, is somewhat lacking. Therefore, in this study, we propose a systematic implementation of solar power generation, using Matlab / Simulink, by analyzing and implementing power conversion, control, and grid cooperative operation for a grid connected PV system. This study implemented a PWM control method with MPPT control using the P&0 method and PLL for grid connection of a 1 MWp system. This was based on the change in output of irradiance according to the solar radiation intensity. These studies are useful, as a proposed model, for universal research and utilization of a grid connected PV system on a macro level.

Matlab GUI를 활용한 Gerotor 치형 설계 도구 개발

장주섭(J. S. Jang) 유공압건설기계학회 2010 유공압건설기계학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.6

A geortor type pump is widely used in lubrication and actuator systems. Especially the pump is an essential machine element of an automotive engine to feed lubrication oil and power source of automatic transmission. A gerotor is a planar mechanism consist of a pair of rotor and circular tooth of stator assembly which forms a closed space. However, related industries do not have necessary technology to design and optimize the pump and paid royalties of gerotor profile on an advanced company. Also, gerotor profiles with setting design parameter have not been sufficiently analyzed from a theoretical view. Therefore, it is very difficult for designer to decide the specifications of the gerotor profiles, and calculation and fluctuation of flow rate is not yet confirmed. In this study, theoretical analyses and optimal design of the gerotor profiles have been performed numerical method by mathematical base. An automated design system of the tooth profile has been developed through MATLAB GUI Program considering various design parameters.

구조물의 위상최적화를 위한 매트랩 코드

이상진(Lee, Sang-Jin),박경임(Park, Gyeong-Im) 대한건축학회 2013 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.29 No.10

In this paper, we provides a two-dimensional topology optimization (TO) code which is an extended version of the 99-line TO code written by Sigmund. The 99-line TO code has been very popular for both engineers and researchers. However, it is only applicable to the rectangular design domain with square finite element (FE). Therefore, a new TO code is here produced by the extension of the optimality criteria and the filtering process. In addition, the input routine and FE analysis module are introduced to deal with more general TO problems. Numerical examples are carried out to verify the capability of the present Matlab code. From numerical results, it is found to be that the present code can successfully optimize arbitrary shapes of two-dimensional structures without any restrictions. Finally, we provide the present code as a prototype of structural TO Matlab code for future research works.