• 한국음향학회지
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• 제39권4호
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• pp.237-245
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• 2020

수중표적의 저소음화로 표적의 방사소음이 감소함에 따라 수동소나의 한계가 나타나면서 신호를 송신하고 표적 반사 신호를 탐지하는 능동탐지에 대한 연구가 활발해 지고 있다. 일반적으로 선체고정소나(Hull-Mounted Sonar, HMS)를 이용한 능동탐지 시 음파가 도달하지 않는 음영구역을 줄이기 위해 수직지향각을 조정하면서 다수의 Linear Frequency Modulation(LFM) 부펄스를 대역분할하여 순차적으로 송신한다. 하지만 최근에 Sinusoidal Frequency Modulation(SFM)의 일반화된 형태인 Generalized SFM(GSFM) 펄스가 제안되었고, 파라미터 설정에 따라 GSFM 부펄스 간에 직교성이 확인되었다. 따라서, 본 논문에서는 GSFM을 선체고정소나의 다중 수직지향각 능동탐지에 활용함으로써 부펄스의 대역폭 사용을 극대화 하여 신호처리 이득에 따른 능동탐지 성능을 향상 시킬 수 있음을 보였다. 모의실험을 통해 부펄스가 3개일 때, GSFM이 LFM 대비 약 5 dB 정도의 정합필터 이득이 있음을 확인하였다.

• 한국산업정보학회논문지
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• 제27권5호
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• pp.49-59
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• 2022

SHAPE 알고리즘은 펄스의 스펙트럼 형태를 원하는 대로 성형하면서, 이 외의 특성에는 왜곡을 발생시키지 않도록 설계할 수 있다는 장점이 있어 기존의 능동소나 펄스 설계에 활용되었다. 본 논문에서는 다중상태 소나 시스템을 위한 펄스를 설계할 때, 주파수 대역에서 인접한 펄스 간의 상호상관도를 감소시키면서도 펄스 자체의 성능 저하를 방지하기 위해 SHAPE 알고리즘을 적용한 펄스 신호 설계 기법을 제안한다. 이를 위해서 SHAPE 알고리즘의 경계함수를 펄스 대역폭으로 제한하도록 설정하였다. 제안하는 설계 기법을 사인화 주파수 변조 펄스 신호에 적용한 결과 상호상관도를 의미하는 peak cross-correlation level (PCCL)이 44.23 dB 감소하였다. PCCL이 수십 dB 감소하였음에도 모호성 함수의 변화가 크게 관찰되지 않았으며, 부엽의 평균값을 의미하는 integrated sidelobe level (ISL)이 11.64 dB 증가하였다.

• 한국음향학회지
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• 제37권1호
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• pp.66-72
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• 2018

본 논문에서 우리는 능동소나 시스템에서 삼중 배열의 적응 빔형성 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 정합필터, 카디오이드 빔형성, 선배열 빔형성으로 구성된 3단계의 과정을 통해 빔형성을 수행한다. 먼저, 송신 펄스에 대한 정합필터를 개별 수신 센서 신호에 적용하여 필터링된 신호를 획득한다. 그리고 정합필터 출력에 푸리에 변환을 적용하고, 각 삼각 센서 별 카디오이드 빔을 형성한다. 최종적으로 삼각 센서에 대한 카디오이드 빔들을 선배열 신호의 입력으로 가정하여 선배열 적응 빔형성을 적용한다. 실험 결과를 통해 제안하는 방법의 성능이 기존 기법보더 더 우수함을 확인한다.

• 한국음향학회지
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• 제42권1호
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• pp.25-31
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• 2023

능동소나를 이용하여 수중물체의 속도를 추정하려면 Continuous Wave(CW) 펄스를 이용하는 것이 일반적이나, 수중물체의 속도가 느리고 근거리의 해양에서는 잔향음의 영향으로 수중물체의 속도 추정이 용이하지 않다. 2017년도에 Wang 연구진은 이를 극복하고자 수중물체의 속도에 의한 도플러 변이에 둔감한 광대역 신호인 Hyperbolic Frequency Modulation(HFM) 펄스 두 개를 상반된 스윕방향으로 이용하였다. 두 펄스 간 송신 시간간격과 탐지시간 차이의 변화를 통하여 수중물체 속도 추정이 가능하다는 것을 시뮬레이션으로 제시하였다. 하지만 동일한 대역을 이용하므로 상호상관성에 의해서 수중물체 탐지 성능이 영향을 받을 수 밖에 없다. 상호상관성에 의한 수중물체 탐지 성능저하를 방지하기 위하여 대역이 분리된 상반된 스윕방향의 두 HFM 펄스 이용을 제안한다. 본 논문에서는 상반된 스윕방향의 두 대역 HFM을 이용하여 수중물체의 시선속도 추정에 관한 이론을 도출하였고, 펄스길이와 대역폭이 1 s와 400 Hz인 HFM 펄스로 시뮬레이션을 수행하였다. 제안한 방법을 이용하여 수중물체의 시선속도를 추정하면 약 6 %의 오차로 표적 속도 추정이 가능하다는 것을 시뮬레이션을 통하여 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제33권4호
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• pp.262-267
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• 2014

최근 능동소나에서 표적의 탐지성능을 향상하기 위해 상당히 긴 펄스가 사용되고 있다. 이렇게 송신 파형의 길이가 길어지면 콘볼루션(convolution)을 이용하여 구현한 정합필터는 과도한 연산량이 요구되어 구현측면에서 불리하다. 주파수 영역에서 중첩-합(overlap-add) 또는 중첩-저장(overlap-save) 방법을 이용한 정합필터를 수행하면 이러한 문제를 해결할 수 있으나, 실시간 처리를 위해 시스템의 입출력 연동주기가 고정된 경우 FFT 길이가 제한되어 성능저하가 발생한다. 이 경우 연산효율을 높이기 위한 방법으로 필터를 균등 분할하되 IFFT 연산의 재사용을 통해 연산 효율을 높이는 FDL(Frequency Delay Line, 주파수 영역 지연-합) 방법과 필터를 가변적으로 최적 분할하는 MC(Minimum Cost, 최소 비용) 방법이 알려져 있다. 본 논문은 위 두 가지 방법을 결합하여, 정합필터를 효율적으로 분할하여 수행할 수 있는 새로운 방법을 제안하였다.

• 한국음향학회지
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• 제42권4호
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• pp.320-328
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• 2023

고속 수중운동체 능동 탐지는 수중 무기 방어 시스템에 중요한 기술로, 정확한 표적 탐지와 거리 및 속도 추정이 필수적이다. 빔 형성 각도마다 신호를 순차적으로 송신해야 하지만 펄스 분할 송신 방법은 거리 추정의 모호성이 발생한다. 이를 보완하기 위해 다중 주파수 기반 방법이 제안되었지만 대역폭을 분할할 경우 시간-대역폭 곱에서 손실이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 연구에서는 대역폭을 분할하지 않아도 부펄스 간의 상관관계를 낮게 설계할 수 있는 일반화된 사인파 주파수 변조(Generalized Sinusoidal Frequency Modulation, GSFM)를 사용한 능동 고속 탐지 기법을 제안한다. 제안한 방법은 펄스 길이를 최소화시킨 GSFM을 사용함으로써 표적의 거리와 속도를 빠르게 갱신할 수 있다. 제안한 방법의 성능을 검증하기 위해 잔향이 존재하는 모의 환경을 구축하였다. 모의 실험 결과 0.05 s의 선형 주파수 변조 펄스는 한정적인 주파수 대역으로 인해 추정 거리 대비 평균적으로 50 %의 거리 추정 오차와 103 %의 속도 추정오차가 발생하였다. 이에 반해, GSFM은 같은 길이의 펄스를 사용하더라도 추정 거리 대비 거리 추정 오차와 속도 추정 오차가 각각 10 %와 14 %로 표적을 비교적 정확하고 빠르게 추적할 수 있었다. 게다가, GSFM은 방위별로 직교성이 높은 부펄스를 송신하여 표적의 대략적인 방위까지 알 수 있었다.