Joo, Ji Yong;Han, Seok Gi;Lee, Jun Ho;Rhee, Hyug-Gyo;Huh, Joon;Lee, Kihun;Park, Sang Yeong
Current Optics and Photonics
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v.6
no.5
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pp.445-452
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2022
We developed an adaptive optics test bench using an optical simulator and two rotating phase plates that mimicked the atmospheric turbulence at Bohyunsan Observatory. The observatory was reported to have a Fried parameter with a mean value of 85 mm and standard deviation of 13 mm, often expressed as 85 ± 13 mm. First, we fabricated several phase plates to generate realistic atmospheric-like turbulence. Then, we selected a pair from among the fabricated phase plates to emulate the atmospheric turbulence at the site. The result was 83 ± 11 mm. To address dynamic behavior, we emulated the atmospheric disturbance produced by a wind flow of 8.3 m/s by controlling the rotational speed of the phase plates. Finally, we investigated how closely the atmospheric disturbance simulation emulated reality with an investigation of the measurements on the optical table. The verification confirmed that the simulator showed a Fried parameter of 87 ± 15 mm as designed, but a little slower wind velocity (7.5 ± 2.5 m/s) than expected. This was because of the nonlinear motion of the phase plates. In conclusion, we successfully mimicked the atmospheric disturbance of Bohyunsan Observatory with an error of less than 10% in terms of Fried parameter and wind velocity.
Seo, Bong-Gyun;Choi, Jae-Hyung;Sung, Hong-Gye;Park, Jung-Woo;Park, Ik-Soo;Yoon, Hyun-Gull
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.588-593
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2011
In this study, the performance analysis method for ramjet engine system with atmospheric air disturbance was proposed. Flight path was determined to satisfy dynamic pressure constant at each flight altitude. The atmospheric air disturbance incoming into a engine intake was simulated by the model Tank proposed. The performance parameters was investigated at each flight condition with air disturbance. Engine operation stability was evaluated as analysis of the normal shock position.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.3
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pp.1-9
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2024
This study proposes a multi-scale template matching technique with image pyramids (TMI) to measure structural dynamic displacement using a vision sensor under atmospheric turbulence conditions and evaluates its displacement measurement performance. To evaluate displacement measurement performance according to distance, the three-story shear structure was designed, and an FHD camera was prepared to measure structural response. The initial measurement distance was set at 10m, and increased with an increment of 10m up to 40m. The atmospheric disturbance was generated using a heating plate under indoor illuminance condition, and the image was distorted by the optical turbulence. Through preliminary experiments, the feasibility of displacement measurement of the feature point-based displacement measurement method and the proposed method during atmospheric disturbances were compared and verified, and the verification results showed a low measurement error rate of the proposed method. As a result of evaluating displacement measurement performance in an atmospheric disturbance environment, there was no significant difference in displacement measurement performance for TMI using an artificial target depending on the presence or absence of atmospheric disturbance. However, when natural targets were used, RMSE increased significantly at shooting distances of 20 m or more, showing the operating limitations of the proposed technique. This indicates that the resolution of the natural target decreases as the shooting distance increases, and image distortion due to atmospheric disturbance causes errors in template image estimation, resulting in a high displacement measurement error.
Ji Hyun Pak;Ji Yong Joo;Jun Ho Lee;Ji In Kim;Soo Hyung Cho;Ki Soo Park;Eui Seung Son
Current Optics and Photonics
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v.8
no.4
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pp.382-390
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2024
Laser propagation through atmospheric disturbances is vital for applications such as laser optical communication, satellite laser ranging (SLR), laser guide stars (LGS) for adaptive optics (AO), and laser energy transmission systems. Beam degradation, including energy loss and pointing errors caused by atmospheric turbulence, requires thorough numerical analysis. This paper investigates the impact of laser beam parameters on ground-to-space laser propagation up to an altitude of 100 km using vertical atmospheric disturbance profiles from the Geochang SLR Observatory in South Korea. The analysis is confined to 100 km since sodium LGS forms at this altitude, and beyond this point, beam propagation can be considered free space due to the absence of optical disturbances. Focusing on a 100-watt class laser, this study examines parameters such as laser wavelengths, beam size (diameter), beam jitter, and beam quality (M2). Findings reveal that jitter, with an influence exceeding 70%, is the most critical parameter for long-exposure radius and pointing error. Conversely, M2, with an influence over 45%, is most significant for short-exposure radius and scintillation.
This study is essential for advancing our knowledge about the interaction between long-range high-power lasers and energetic materials, with a particular emphasis on understanding the response of a 155-mm shell under various surface irradiations, taking into account external factors such as atmospheric disturbances. The analysis addresses known limitations in understanding the use of non-realistic targets and the negligence of ambient conditions. The model employs the three-dimensional level-set method, computer-aided design (CAD)-based target design, and a message-passing interface (MPI) parallelization scheme that enables rapid calculations of the complex chemical reactions of the irradiated high explosives. Important outcomes from interaction modeling include the accurate prediction of the initiation time of ignition, transient pressure, and temperature responses with the location of the initial hot spot within the shell, and the relative magnitude of noise with and without the presence of physical ambient disturbances. The initiation time of combustion was increased by approximately a factor of two with atmospheric disturbance considered, while slower heating of the target resulted in an average temperature rise of approximately 650 K and average pressure increase of approximately 1 GPa compared to the no ambient disturbance condition. The results provide an understanding of the interaction between the high-power laser and energetic target at a long distance in an atmospheric condition.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.1210-1215
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2000
Investigation is performed on the stability of general form of dynamic system under colored noise random disturbance whose damping and stiffness are varying in irregular manner along time, which is a preliminary result in the course of research on the characteristic and the control of the stochastic system. Adopted physical model is airfoil under random atmospheric disturbance, which becomes a "time-varying system" whose the governing equation is derived via F-P-K approach in stochastic sense. Control performance and effect of 'Heo-stochastic controller for colored noise' is studied. Also stochastic feature of flutter boundary is discussed as well.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.11
no.3
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pp.262-269
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2005
Automatic landing of UAVs receives increasing interest these days, with increasing number of the developed UAV systems. In this paper, a glidepath tracking algorithm of the subscale UAV was proposed and the performance was analyzed. Flight data analysis shows that the existing autolanding flight control algorithm has a classical type glidepath control. This paper presents an alternative glidepath tracking strategy based on embedded flight control law. The performance of the proposed strategy was investigated through the TDP(Touch Down Point) error analysis with regard to various flight environment: steady headwind, atmospheric disturbance, communication transfer delay. It was verified that the proposed glidepath tracking strategy can be successfully applied to the practical autolanding of UAV systems.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.10
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pp.962-969
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2007
In this paper, an approach is developed for relative state estimation of satellite formation flying. To estimate relative states of two satellites, the Extended Kalman Filter Algorithm is adopted with the relative distance and speed between two satellites and attitude of satellite for measurements. Numerical simulations are conducted under two circumstances. The first one presents both chief and deputy satellites are orbiting a circular reference orbit around a perfectly spherical Earth model with no disturbing acceleration, in which the elementary relative orbital motion is taken into account. In reality, however, the Earth is not a perfect sphere, but rather an oblate spheroid, and both satellites are under the effect of $J_2$ geopotential disturbance, which causes the relative distance between two satellites to be on the gradual increase. A near-Earth orbit decays as a result of atmospheric drag. In order to remove the modeling error, the second scenario incorporates the effect of the $J_2$ geopotential force, and the atmospheric drag, and the eccentricity in satellite orbit are also considered.
Han-Gyol Oh;Pilseong Kang;Jaehyun Lee;Hyug-Gyo Rhee;Young-Sik Ghim;Jun Ho Lee
Current Optics and Photonics
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v.8
no.3
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pp.259-269
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2024
Optical imaging systems that operate through atmospheric pathways often suffer from image degradation, mainly caused by the distortion of light waves due to turbulence in the atmosphere. Adaptive optics technology can be used to correct the image distortion caused by atmospheric disturbances. However, there are challenges in conducting experiments with strong atmospheric conditions. An optical phase plate (OPP) is a device that can simulate real atmospheric conditions in a lab setting. We suggest a novel two-step process to fabricate an OPP capable of simulating the effects of atmospheric turbulence. The proposed fabrication method simplifies the process by eliminating additional activities such as phase-screen design and phase simulation. This enables an efficient and economical fabrication of the OPP. We conducted our analysis using the statistical fluctuations of the refractive index and applied modal expansion using Kolmogorov's theory. The experiment aims to fabricate an OPP with parameters D/r0 ≈ 30 and r0 ≈ 5 cm. The objective is defined with the strong atmospheric conditions. Finally, we have fabricated an OPP that satisfied the desired objectives. The OPP closely simulate turbulence to real atmospheric conditions.
Lee, Jun Ho;Shin, Sunmy;Park, Gyu Nam;Rhee, Hyug-Gyo;Yang, Ho-Soon
Current Optics and Photonics
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v.1
no.2
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pp.107-112
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2017
An adaptive optics system can be simulated or analyzed to predict its closed-loop performance. However, this type of prediction based on various assumptions can occasionally produce outcomes which are far from actual experience. Thus, every adaptive optics system is desired to be tested in a closed loop on an optical test bench before its application to a telescope. In the close-loop test bench, we need an atmospheric simulator that simulates atmospheric disturbances, mostly in phase, in terms of spatial and temporal behavior. We report the development of an atmospheric turbulence simulator consisting of two point sources, a commercially available deformable mirror with a $12{\times}12$ actuator array, and two random phase plates. The simulator generates an atmospherically distorted single or binary star with varying stellar magnitudes and angular separations. We conduct a simulation of a binary star by optically combining two point sources mounted on independent precision stages. The light intensity of each source (an LED with a pin hole) is adjustable to the corresponding stellar magnitude, while its angular separation is precisely adjusted by moving the corresponding stage. First, the atmospheric phase disturbance at a single instance, i.e., a phase screen, is generated via a computer simulation based on the thin-layer Kolmogorov atmospheric model and its temporal evolution is predicted based on the frozen flow hypothesis. The deformable mirror is then continuously best-fitted to the time-sequenced phase screens based on the least square method. Similarly, we also implement another simulation by rotating two random phase plates which were manufactured to have atmospheric-disturbance-like residual aberrations. This later method is limited in its ability to simulate atmospheric disturbances, but it is easy and inexpensive to implement. With these two methods, individually or in unison, we can simulate typical atmospheric disturbances observed at the Bohyun Observatory in South Korea, which corresponds to an area from 7 to 15 cm with regard to the Fried parameter at a telescope pupil plane of 500 nm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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