The Journal of the Acoustical Society of Korea (한국음향학회지)

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Design and output control technique of sonar transmitter considering impedance variation of underwater acoustic transducer

수중 음향 트랜스듀서의 임피던스 변화를 고려한 소나 송신기의 설계 및 출력 제어 기법

  • 신창현 (LIG넥스원(주) 해양연구소) ;
  • 이윤호 (LIG넥스원(주) 해양연구소) ;
  • 안병선 (LIG넥스원(주) 해양연구소) ;
  • 윤홍우 (LIG넥스원(주) 해양연구소) ;
  • 권병진 (국방과학연구소 해양기술연구원) ;
  • 김경섭 (국방과학연구소 해양기술연구원) ;
  • 이정민 (국방과학연구소 해양기술연구원)
  • Received : 2022.07.11
  • Accepted : 2022.09.06
  • Published : 2022.09.30
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Abstract

The active sonar transmission system consists of a transmitter that outputs an electrical signal and an underwater acoustic transducer that converts the amplified electrical signal into an acoustic signal. In general, the transmitter output characteristics are dependent on load impedance, and an underwater acoustic transducer, which is a transmitter load, has a characteristic that the electrical impedance varies largely according to frequency when driven. In such a variable impedance condition, the output of the active sonar transmission system may become unstable. Hence, this paper proposes a design and control technique of a sonar transmitter for transmitting a stable transmission signal even under variable impedance conditions of an underwater acoustic transducer in an active sonar transmission system. The electrical impedance characteristics of the underwater acoustic transducer are experimentally analyzed, and the sonar transmitter is composed of a single-phase full-bridge inverter, an LC filter, and a matching circuit. In this paper, the design and output control method of the sonar transmitter is proposed to protect the transmitter and transducer. It can secure stable output voltage characteristics even if it transmits the Linear Frequency Modulation (LFM) signal. The validity is verified through the simulation and the experiment.

능동 소나 송신시스템은 전기신호를 증폭하여 출력해주는 송신기와 증폭된 전기신호를 음향신호로 변환해주는 수중 음향 트랜스듀서로 구성된다. 일반적으로 송신기 출력 특성은 부하 임피던스에 의존적이며 송신기 부하인 수중 음향 트랜스듀서는 구동 시 전기적 임피던스가 주파수에 따라 크게 변화하는 특성을 갖는다. 이러한 가변 임피던스 조건에서는 능동 소나 송신시스템의 출력이 불안정해질 수 있다. 이에 본 논문에서는 능동 소나 송신시스템에서 수중음향 트랜스듀서의 가변 임피던스 조건에서도 안정적인 송신 신호를 전송하기 위한 소나 송신기의 설계 및 제어 기법을 제안하였다. 수중 음향 트랜스듀서의 전기적 임피던스 특성은 실험적 방법으로 분석하였고, 소나 송신기는 단상 풀브릿지 인버터, LC 필터와 정합회로로 구성하였다. 실시간으로 부하 특성이 변하는 Linear Frequency Modulation(LFM) 신호를 송신하면서 송신기와 트랜스듀서를 보호하고 안정적으로 출력 전압 특성을 확보할 수 있는 소나 송신기의 설계 및 출력 제어 기법을 제안하였으며, 시뮬레이션과 실험을 통해 타당성을 검증하였다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 국방과학연구소의 지원을 받아 수행된 연구임(계약번호 UC170001DD).

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