• 제목/요약/키워드: Spherical harmonic function

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초 고차항 구 조화 중력모델링에 의한 상향 연속의 정확도 검증 (Accuracy Assessment of the Upward Continuation using the Gravity Model from Ultra-high Degree Spherical Harmonics)

  • 권재현;이종기
    • 한국측량학회지
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    • 제24권2호
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    • pp.183-191
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    • 2006
  • 최대 차수 10800의 초 고차 구 조화함수를 전개하여 중력을 모델링 하고, 이를 이용하여 상향 연속의 정확도를 검증하였다. 초 고차 구조화 함수에 의한 중력 모델링에 있어 수치계산적 난점인 르장드르 함수의 언더플로와 오버플로를 128 비트 연산에 의하여 성공적으로 수행하였으며, 이를 이용하여 지오이드상의 중력이상값을 공간 상도 $1'{\times}1'$ 으로 계산하였다. 생성된 중력이상값에 다양한 크기의 잡음을 첨가하고 자료의 간격을 달리하여 상향연속을 수행하였으며, 이로부터 도출된 중력 섭동 벡터와 중력 모델로부터 직접 계산된 섭동 벡터와의 비교를 통하여 실제적인 상향연속의 정확도를 할당하였다. 상향연속 방법의 비교에 있어, 직접방법이 포아송 방법에 비해 월등히 좋은 정확도를 보였고, 지상 중력자료의 잡음이 적을수록 또한 자료의 간격이 작을수록 상향연속에 의한 중력 섭동벡터의 정확도가 높게 나타남을 확인하였다. 특히 차세대 관성항법장치의 정밀 항법을 위한 중력의 필요조건인 5mGal의 정확도를 위해선, 지상 중력의 잡음 정도가 5mGal 이하, 자료의 간격이 2arcmin 이하이어야 함을 도출하였다.

발산 순압 로스비-하우어비츠 파동의 안정성 (Stability of the Divergent Barotropic Rossby-Haurwitz Wave)

  • 정한별;정형빈
    • 한국지구과학회지
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    • 제37권2호
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    • pp.107-116
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    • 2016
  • 전구영역 수치모델을 이용하여 순압 로스비-하우어비츠 파동의 안정성을 조사하였다. 본 연구에서 조사한 로스비-하우어비츠 파동은 강체 회전하는 동서 기본류와 유한한 진폭을 가지는 구면조화 파동으로 구성된다. 로스비-하우어비츠 파동은 강체 회전하는 동서 평균류의 강도에 따라 정상 또는 비정상의 구조로 나타난다. 수치 실험을 통해 임의의 다른 두 시간에서 섭동장의 진폭을 비교하여 파동의 안정성뿐만 아니라 성장률을 결정하였다. 로스비-하우어비츠 파동의 불안정 모드는 다양한 동서 파수 성분이 결합된 형태로 나타났다. 파동의 속도가 느린 지역에서 와도 섭동장은 불연속적인 형태를 보이는데, 이는 모델의 수평 해상도와 관계가 없는 것으로 밝혀졌다. 푸리에-유한 요소 모델에서 더 이른 적분 시간에 불안정 모드가 나타났는데, 이는 구면조화 스펙트럴 모델 대비 더 낮은 수치 정확도를 가지기 때문인 것으로 보인다. 모델의 전체적인 정확도를 고려하여, 불안정 모드가 구면 조화 파동을 전체적으로 지배하기 시작하는 시간을 추정하였다.

개선된 레이 캐스팅을 이용한 3차원 객체 검색 기법 (3D Object Retrieval Based on Improved Ray Casting Technique)

  • 이선임;김재협;문영식
    • 전자공학회논문지CI
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    • 제43권2호
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    • pp.72-80
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    • 2006
  • 본 논문에서는 3차원 모델을 검색하기 위한 형태 기반 기술자를 추출하는 새로운 알고리즘을 제안한다. 제안한 형태 기반 기술자는 모델의 기하학적인 특성을 고려하여 레이 캐스팅 샘플링과 구면조화함수를 이용하는 방법이다. 레이 캐스팅 기법은 모델의 외형을 고려한 적응적인 방법으로 샘플링한다. 이 기법을 통해 기술자에 포함되는 형태 정보를 증가시켜 기술자의 식별성을 높인다. 구면조화함수 계수 추출에서는 기하학적인 주파수 특성을 고려하여 적응적인 계수를 추출한다. 이 방법은 검색 성능에 영향을 미치지 않고 기술자를 조밀하고 간결하게 만든다. 최종적으로 두 방법을 결합함으로서 검색 엔진에서 이용가능하고, 식별성이 향상되며 간결해진 기술자를 생성한다.

구면 스레피안 함수로 표현된 지각 자기이상값과 구배 성분 (Spherical Slepian Harmonic Expression of the Crustal Magnetic Vector and Its Gradient Components)

  • 김형래
    • 자원환경지질
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    • 제49권4호
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    • pp.269-280
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    • 2016
  • 지역에 최적화된 스레피안 구면함수(spherical Slepian function)를 활용하여 남극을 중심으로 반경 $20^{\circ}$ 범위의 지역에 지각 자기이상의 3개의 방향 성분과 6개의 구배성분들을 표현하였다. 2013년 11월 유럽 항공 우주국이 발사한 3개의 자력 위성인 Swarm은 궤도 전개를 통해 동서 방향의 구배값은 물론 남북 및 수직방향의 구배값을 얻을 수 있도록 계획하였다. 이미 발사된 여러 중력위성들(i.e., GRACE and GOCE) 역시 이러한 구배값을 활용하여 보다 정확한 중력 이상값 및 지표에서의 시간에 따른 중력변화 연구등을 수행해 왔으나 자력 위성자료를 통해서는 많은 연구들이 이루어지고 있지 않는 상태이다. 한편 지역화 모델링은 관심 지역 또는 자료 분포의 제한인 지역인 경우에 활용될 수 있다. 또한 전지구 모델보다 효율적인 연산이 가능하여 위성자료로부터 고해상도의 지각 자기이상값을 표현할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 또한 기존의 전지구 구면조화함수의 선형 결합으로 이루어진 기저함수들은 서로 직교성(orthogonality)이 유지되므로 스레피안 구면함수의 계수를 전지구 구면조화함수의 계수로 변환이 가능하여 스펙트럼 분석에 활용할 수 있다. 따라서 Swarm 위성자료의 구배 성분을 이용한 지역화 모델링 방법은 앞으로 많은 활용이 기대되며 여기서는 Swarm 위성자료로부터 얻어진 지각 자기이상값의 전지구 조화함수 계수 모델을 사용하여 자기이상의 방향성분과 구배성분을 유도하고 이를 스레피안 구면 조화함수에 적용하여 관심지역인 남극지역의 방향 성분과 구배 성분을 표현하고 이에 대한 결과를 토의 하고자 한다.

구면조화해석(球面調和解析)에 의(依)한 한반도내(韓半島內)의 지구자기장(地球磁氣場)의 분포(分布)에 관(關)한 연구(硏究) (Geomagnetic Field Distribution in the Korean Peninsula by Spherical Harmonic Analysis)

  • 민경덕;이선희
    • 자원환경지질
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    • 제12권2호
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    • pp.95-104
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    • 1979
  • The position of any point on the earth's surface can be. represented in the spherical coordinates by surface spherical harmonics. Since geomagnetic field is a function of position on the earth, it can be also expressed by spherical harmonic analysis as spherical harmonics of trigonometric series of $a_m({\theta})$ cos $m{\phi}$ and $b_m({\theta})$ sin $m{\phi}$. Coefficients of surface spherical harmonics, $a_m({\theta})$ and $b_m({\theta})$, can be drawn from the components of the geomagnetic field, declination and inclination, and vice versa. In this paper, components of geomagnetic field, declination and inclination in the Korean peninsula are obtained by spherical harmonic analysis using the Gauss coefficients calculated from the world-wide magnetic charts of 1960. These components correspond to the values of normal geomagnetic field having no disturbances of subsurface mass, structure, and so on. The vertical and total components offer the zero level for the interpretation of geomagnetic data obtained by magnetic measurement in the Korean peninsula. Using this zero level, magnetic anomaly map is obtained from the data of airborne magnetic. prospecting carried out during 1958 to 1960. The conclusions of this study are as follows; (1) The intensity of horizontal component of normal geomagnetic field in Korean peninsula ranges from $2{\times}10^4$ gammas to $2.45{\times}10^4$ gammas. It decreases about 500 with the increment of $1^{\circ}$ in latitude. Along the same. latitude, it increases 250 gammas with the increment of $1^{\circ}$ in longitude. (2) Intensity of vertical component ranges from $3.85{\times}10^4$ gammas to $5.15{\times}10^4$ gammas. It increases. about 1000 gammas with the increment of $1^{\circ}$ in latitude. Along the same latitude, it decreases. 150~240 gammas with the increment of $1^{\circ}$ in longitude. Decreasing rate is considerably larger in higher latitude than in lower latitude. (3) Total intensity ranges from $4.55{\times}10^4$ gammas to $5.15{\times}10^4$ gammas. It increases 600~700 gammas with the increament of $1^{\circ}$ in latitude. Along the same latitude, it decreases 10~90 gammas. with the increment of $1^{\circ}$ in longitude. Decreasing rate is considerably larger in higher latitude as the case of vertical component. (4) The declination ranges from $-3.8^{\circ}$ to $-11.5^{\circ}$. It increases $0.6^{\circ}$ with the increment of $1^{\circ}$ in latitude. Along the same latutude, it increases $0.6^{\circ}$ with the increment of l O in longitude. Unlike the cases of vertical and total component, the rate of change is considerably larger in lower latitude than in higher latitude. (5) The inclination ranges from $57.8^{\circ}$ to $66.8^{\circ}$. It increases about $1^{\circ}$ with 'the increment of $1^{\circ}$ in latitude Along the same latitude, it dereases $0.4^{\circ}$ with the increment of $1^{\circ}$ in longitude. (6) The Boundaries of 5 anomaly zones classified on the basis of the trend and shape of anomaly curves correspond to the geologic boundaries. (7) The trend of anomaly curves in each anomaly zone is closely related to the geologic structure developed in the corresponding zone. That is, it relates to the fault in the 3rd zone, the intrusion. of granite in the 1st and 5th zones, and mountains in the 2nd and 4th zones.

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NMR Chemical Shift for 4d$^n$ Systems (Ⅰ). Evaluation of the Required Hyperfine Integrals

  • Sang-woon Ahn;Hyuck-Choon Suh;Kee-Hag Lee
    • Bulletin of the Korean Chemical Society
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    • 제4권1호
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    • pp.17-25
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    • 1983
  • The hyperfine integrals for 4d orbitals have been evaluated adopting a general method which is applicable to a general vector, R, pointing arbitrary direction in space. The operator and the spherical harmonic part of 4d orbitals are expressed in terms of R and r$_{N}$ and the exponential part, r$^{2}$exp(-2${\beta}$r), of 4d orbitals is also translated as a function of R and r$_{N}$ and then integration is performed. The radial integrals for 4d orbitals are tabulated in analytical forms. The hyperfine integrals for 4d orbitals are also represented in analytical forms, using the specific formulas of radial series which we found.

On Mode Correlation of Solar Acoustic Oscillations

  • Chang, Heon-Young
    • Journal of Astronomy and Space Sciences
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    • 제26권3호
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    • pp.287-294
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    • 2009
  • In helioseismology it is normally assumed that p-mode oscillations are excited in a statistically independent fashion. Unfortunately, however, this issue is not clearly settled down in that two experiments exist, which apparently look in discrepancy. That is, Appourchaux et al. (2000) looked at bin-to-bin correlation and found no evidence that the assumption is invalid. On the other hand, Roth (2001) reported that p-mode pairs with nearby frequencies tend to be anti-correlated, possibly by a mode-coupling effect. This work is motivated by an idea that one may test if there exists an excess of anticorrelated power variations of pairs of solar p-modes. We have analyzed a 72-day MDI spherical-harmonic time series to examine temporal variations of p-mode power and their correlation. The power variation is computed by a running-window method after the previous study by Roth (2001), and then distribution function of power correlation between mode pairs is produced. We have confirmed Roth's result that there is an excess of anti-correlated p-mode pairs with nearby frequencies. On the other hand, the amount of excess was somewhat smaller than the previous study. Moreover, the distribution function does not exhibit significant change when we paired modes with non-nearby frequencies, implying that the excess is not due to mode coupling. We conclude that the origin of this excess of anticorrelations may not be a solar physical process, by pointing out the possibility of statistical bias playing the central role in producing the excess.

Evaluating High-Degree-and-Order Gravitational Harmonics and its Application to the State Predictions of a Lunar Orbiting Satellite

  • Song, Young-Joo;Kim, Bang-Yeop
    • Journal of Astronomy and Space Sciences
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    • 제32권3호
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    • pp.247-256
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    • 2015
  • In this work, an efficient method with which to evaluate the high-degree-and-order gravitational harmonics of the non-sphericity of a central body is described and applied to state predictions of a lunar orbiter. Unlike the work of Song et al. (2010), which used a conventional computation method to process gravitational harmonic coefficients, the current work adapted a well-known recursion formula that directly uses fully normalized associated Legendre functions to compute the acceleration due to the non-sphericity of the moon. With the formulated algorithms, the states of a lunar orbiting satellite are predicted and its performance is validated in comparisons with solutions obtained from STK/Astrogator. The predicted differences in the orbital states between STK/Astrogator and the current work all remain at a position of less than 1 m with velocity accuracy levels of less than 1 mm/s, even with different orbital inclinations. The effectiveness of the current algorithm, in terms of both the computation time and the degree of accuracy degradation, is also shown in comparisons with results obtained from earlier work. It is expected that the proposed algorithm can be used as a foundation for the development of an operational flight dynamics subsystem for future lunar exploration missions by Korea. It can also be used to analyze missions which require very close operations to the moon.

Construction of Orthogonal Basis Functions with Non-Divergent Barotropic Rossby-Haurwitz Waves

  • Cheong, Hyeong-Bin;Jeong, Hanbyeol;Kim, Wonho
    • 한국지구과학회지
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    • 제35권5호
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    • pp.333-341
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    • 2014
  • A new set of basis functions was constructed using the Rossby-Haurwitz waves, which are the eigenfunctions of nondivergent barotropic vorticity equations on the sphere. The basis functions were designed to be non-separable, that is, not factored into functions of either the longitude or the latitude. Due to this property, the nodal lines of the functions are aligned neither along with the meridian nor the parallel. The basis functions can be categorized into groups of which members have the same degree or the total wavenumber-like index on the sphere. The orthonormality of the basis functions were found to be close to the machine roundoffs, giving the error of $O(10^{-15})$ or $O(10^{-16})$ for double-precision computation (64 bit arithmetic). It was demonstrated through time-stepping procedure that the basis functions were also the eigenfunctions of the non-divergent barotropic vorticity equations. The projection of the basis functions was carried out onto the low-resolution geopotential field of Gaussian bell, and compared with the theory. The same projections were performed for the observed atmospheric-geopotential height field of 500 hPa surface to demonstrate decomposition into the fields that contain disturbance of certain range of horizontal scales. The usefulness of the new basis functions was thus addressed for application to the eigenmode analysis of the atmospheric motions on the global domain.