본 논문은 데이터 캐시를 효과적으로 사용하기 위하여 개발된 원시 프로그램의 루프 변환체제에 대하여 논하고 있다. DIUS로 명명된 이 체계는 외부 루프 펼침을 중심으로 루프 분산, 교환이 선행되고 , 마직막에 스칼라화가 적용되는 변환체계이다. 루프 교환은 회전 공간이 루프 단위로 변형되어 전반적으로 캐시 재사용 기회를 높이지만 일부 배열 참조에 대해서는 오히려 재사용 기회를 감소시킨다. 본 연구에서는 이 문제를 외부 루프 펼침으로 해결하였다. 외부 루프 펼침과 루프 교환을 루프 몸체의 문장들에 선별적으로 적용하기 위하여 루프 분산을 도입하였다. 외부 루프 펼침을 적용하면 배열 참조를 스칼라 참조로 변환하는 스칼라화의 효과가 증대되어 레지스터 사용의 효율성이 높아진다. SPEC CFP95 벤치마크에 대하여 DIUS를 적용한 결과 기하학적 평균으로 속도 향상 1.10을 얻었으며, 특정 프로그램들은 모두 캐시 미스수가 줄어들었음을 확인하였다. 이와 같은 성능향상은사용된 루프 변환기법들이 갖는 캐시와 레지스터의 효율적인 사용에 기인한다.
항공기, 차량, 유도탄 둥과 같은 동적인 플랫폼에서 표적을 추적하기 위해서 시선을 안정화하는 외부의 추적 루프와 내부의 안정화 루프(또는 속도 루프)가 있고, 또한 표적을 추적하기 전 표적을 지향하고 포착하기 위해 김발을 동체에 대해 일정한 각도로 유지하기 위한 위치 루프도가지고 있다. 일반적으로 안정화 루프는 각속도를 측정하기 위한 검출기로 자이로를 사용하고, 위치 루프는 김발각을 제어하기 위한 위치 검출기를 사용한다. 그러나 안정화 루프에 사용되는 자이로는 루프 성능을 최적으로 하기 위해서 고성능/고가의 자이로가 사용되는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 위치 루프에 사용되는 위치 센서인 리졸버를 사용하여 고성능/고가의 자이로 센서 없이 안정화 루프를 설계하였고, 리졸버를 사용하여 설계된 안정화 루프가 동적인 플랫폼에 사용될 수 있는지 시뮬레이션 결과와 실험 결과를 통해 분석하였다.
현재 고속도로 교통관리시스템(FTMS)에 사용되고 있는 차량 검지기는 주로 루프 식 검지기가 이용되고 있으나, 유지관리에 많은 어려움이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제 점을 갖고 있는 루프 검지기를 대체하기 위한 대체 검지기를 개발하는데 그 목적이 있다. 자기 검지기 신뢰도 평가는 현장 실험으로 이루어지며 비디오 촬영 및 루프 검지기, test car를 이용하여 교통량·속도·점유율의 기준자료를 마련하고 자기 검지기 자료와 비교·분석 및 통계적 검정을 실시하였다. 1차 실험과 2차 실험의 결과, 교통량과 속도는 실측자료와 유사했으나 점유율은 실측치와 다소 차이가 발생함을 보였다. 향후 점유율에 대한 보정이 이루어진다면 현재 사용중인 루프 검지기를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
최근 국내에 확대 설치되고 있는 자동과속단속시스템의 핵심은 주행차량의 지점속도를 측정하는 속도검지부의 정확도라 할 수 있다. 우리나라 속도검지부의 경우 대부분 2중 루프검지기를 이용하여 속도를 측정하고 있는 데 속도측정정확도는 루프검지기의 하드웨어 성능뿐 아니라 루프검지기 발생신호를 처리하는 알고리즘에 상당부분 의존한다. 따라서 본 연구에서는 2중 루프검지기의 속도측정 정확도를 높이기 위한 신호처리 알고리즘을 개발하고 이를 현장에서 평가하였다. 먼저 이론 및 현장실험에서 밝혀진 문제점들을 분석하여 원인별로 개선방향을 분류한 뒤 알고리즘을 개발하였다. 이를 위해서 첫째, 검지기의 2개의 진입시점 신호 뿐 아니라 진출시점 신호까지 포함시켜 정확도를 높이는 2중 처리 알고리즘을 개발하였다. 둘째, 속도측정 오차의 허용범위인 $\pm$5%를 초과하는 원인이 되는 검지영역내 비정상적인 주행궤적차량 즉, 대자선주행과 동시진입차량을 걸러내는 필터링알고리즘을 개발하였다. 현장실험을 통하여 개발 알고리즘의 정확성을 평가한 결과 속도측정정확도가 대폭적으로 개선됨을 확인할 수 있었다. 또한 패각선 주행차량, 동시진입차량 등 검지영역 내에서 비정상적 주행궤적을 발생시켜 심각한 오차를 발생시키는 차량들을 성공적으로 제거할 수 있었다.
항공기, 차량, 유도탄 등과 같은 동적인 플랫폼에서 표적을 추적하기 위해서는 시선을 안정화하는 외부의 추적루프와 내부의 속도 루프를 포함하는 서보 구조가 필요하다. 본 논문에서는 내부의 속도 루프인 안정화 루프에 큰 입력 전압이 인가되었을 때 구동기(Actuator) 포화 현상에 의해서 공간 안정화 루프 성능이 나빠지지 않게 와인드업 방지(Anti-windup) 기능을 가진 디지털 비례적분(Proportional Integral, PI) 제어기를 설계한다. 디지털 와인드업 방지 비례적분 제어기는 일반적으로 SISO 시스템 설계를 위한 방법으로 와인드업 방지 기능을 가진 R, S, T 다항식으로 표현되는 입출력 형태의 제어기를 이용하여 설계하였다. 설계된 제어기는 모델링에 의한 시뮬레이션 결과와 실험결과를 통해 성능을 분석하였다.
회전 항체용 GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기의 회전 추적 루프를 제안하였다. 제안하는 회전 추적 루프는 항체의 회전속도와 회전각을 추적하는 회전 추적 루프가 반송파 추적 루프에 추가되는 형태이다. 회전 추적 루프에서 수신기의 상관기 출력값을 이용하여 항체의 회전 속도를 추정하고 이를 이용하여 회전 변조된 반송파의 위상과 주파수를 추적할 수 있도록 하였다. 제안하는 GNSS 수신기의 회전 추적 루프는 모의실험을 통하여 검증하였으며, 이 루프를 사용함으로써 회전 변조된 신호를 GNSS 수신기에서 추적할 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 산업용 서보 구동 시스템의 새로운 PID 속도 제어기를 제안한다. 제안된 속도 제어기는 전류 제어 루프의 주파수 대역에 의해서 속도 제어 루프의 대역폭이 자동적으로 결정되고, 속도제어 루프의 지연을 고려하여 제어기 이득이 자동적으로 선정이 된다. 제안된 설계 방식은 그 자체로 최소한의 오버슈우트와 진동을 갖는 빠른 속도 응답을 실현한다. 또한, 제안된 방식은 기존의 직렬 구조 형태의 위치제어기에 간단히 적용할 수 있다.
본 논문에서는 디지털 하이브리드 위상고정루프(Digital Hybrid Phase-Locked Loop, DHPLL) 주파수 합성기 구조에서 고 순도 스펙트럼과 초고속 스위칭 속도를 위한 설계기술을 제안한다. D/A 변환기 출력으로 전압제어발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)를 구동하는 개 루프(open-loop) 구성 방식과 기존 위상고정루프(Phase Locked Loop, PLL)의 폐 루프(closed-loop) 구성 방식을 혼합한 하이브리드 구조의 주파수 합성기를 고려하여, 시스템 변수(개 루프 대역과 위상 여유)와 성능 파라미터(정착시간, 위상 잡음, 그리고 최대 오버슈트(Max. overshoot)의 관계를 연구하였다. 그리고 이 관계를 통해 스펙트럼 순도와 스위칭 속도를 향상시키기 위한 최적의 3가지 설계방안을 제시한다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과, 주파수 스위칭 과정에서 발생하는 최대 오버슈트가 0.0991%이고 완전 정상상태 도달시간은 0.288msec이다. offset 주파수 10KHz에서 위상 잡음은 -128.15dBc이다.
일반적인 위성 항법 장치 수신기는 루프 필터 기반의 스칼라 추적 루프를 통해 신호 추적이 이루어진다. 본 논문에서는 루프 필터를 LQG 제어기로, 스칼라 추적 루프를 벡터 추적 루프로 대체한 LQG 기반 벡터 추적 루프의 성능을 정확성과 강건성 측면에서 살펴보았다. 정확성을 판단하기 위해서, 일반적인 루프 필터 기반 스칼라 추적 루프 대비 LQG 기반 스칼라 추적 루프의 측정치 추정 오차가 60% 이상 향상됨을 확인하였다. 다음으로 LQG 기반 스칼라 추적 루프 대비 LQG 기반 벡터 추적 루프의 측정치 추정 오차의 성능 향상과 위성 개수 증가에 따른 위치/속도 추정 오차 성능 향상을 확인함으로써 정확성을 확인하였다. 마지막으로 4초 동안의 30 dB-Hz의 일시적 신호 감쇄 상황에서 루프 필터 기반의 스칼라 추적 루프는 신호 추적에 실패하는 반면, LQG 기반 벡터 추적 루프는 연속적으로 위치/속도, 측정치 추정이 가능함을 확인함으로써 강건성을 확인하였다.
자바가상머신은 플랫폼에 독립적인 실행을 위해서 바이트코드라고 하는 스택(stack) 기반의 가상 기계어를 사용하므로 실행 속도가 느리다는 단점이 있다. 특히 루프문을 포함하는 자바프로그램을 자바가상머신에서 수행 시키면 루프에 관련된 몇 개의 동일한 바이트코드가 루프의 실행 횟수만큼 반복적으로 인터프리트해서 수행하므로 상당한 성능 저하를 유발한다. 본 논문에서는 이런 비효율적인 성능상의 문제점을 개선하기 위해 루프를 수행하는 새로운 바이트코드를 정의 및 구현하고, 이를 실제 클래스 파일에 적용하기 위한 코드 변경 절차와 방법을 제시한다. 제안된 바이트코드를 사용해서 루프의 처리 속도를 개선할 경우, 클래스 파일의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 간단한 성능 평가를 통해서 자바가상머신의 성능 개선 효과를 확인할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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