본 연구에서는 128개의 능동소자로 구성된 컨벡스 (convex)형 초음파 탐촉자를 이용한 3차원 초음파 영상 진단용 초음파 섹터 프로브를 개발하였다 탐촉자는 중심주파수 4.5 ㎒, 대역폭 66%로 제작되었으며, 구동부는 감속 기어를 장착한 스텝모터와 이에 연결된 평기어를 이용해 탐촉자의 축을 회전시킴으로써 3차원 영상구현을 위한 연속적인 2차원 영상을 획득할 수 있게 고안하였다. 음향커버는 고분자 재료를 사용하여 탐촉자의 회전반경과 동일하게 설계 및 제작하였다. 제작된 섹터 프로브의 각도 제어성 및 구조적 안정성을 실험적 3차원 영상 획득을 통해 확인하였다.
본 연구에서는 차량 가속음에 대한 운전자와 탑승객의 지각적 차이를 평가하였다. 주관 평가를 통해 가속음의 크기에 따라 성가심과 스포티함의 지각 정도에 큰 차이가 있음을 발견하였다. 주관 평가는 주행 영상, 모션, 진동, 소리를 재현할 수 있는 멀티모달 시뮬레이터를 기반으로 가속음의 크기를 3 dB씩 5 단계로 변화시켜 지각되는 성가심과 스포티함이 평가되도록 설계되었다. 실험 결과 성가심과 스포티함의 지각 강도는 운전자보다 탑승객일 때 더 큰 것으로 나타났다. 한편, 가속음 크기의 변화에 따라 성가심의 민감도는 운전자가 탑승객보다 35 % 더 크게 나타났고 스포티함의 민감도는 74 % 더 큰 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 능동 음향 설계를 활용한 가속음 개발 시 운전자와 탑승객의 음량을 차별화하여 가속음에 대한 만족도를 향상 시킬 수 있는 사운드 디자인 방향 설정에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
능동 소나 시스템에서 잔향을 제거하기 위하여 최근 비음수 행렬 분해 기법을 활용한 잔향 제거 알고리즘이 고안된 바 있다. 비음수 행렬 분해 알고리즘을 설계하기 위해서는 분해된 기저 행렬의 곱이 원본 신호와 같도록 유도하는 추정 비용 함수가 필요한데, 기존의 연구에서는 이에 대한 고찰이 없이 쿨백-라이블러 발산 함수를 활용하였다. 본 논문에서는 쿨백-라이블러 발산 함수의 선택이 좋은 선택이었는지, 혹은 성능을 개선할 수 있는 다른 추정 비용 함수가 있는지 연구하고자 하였다. 이를 위하여, 먼저 쿨백-라이블러 함수를 포함하여 일반화된 베타-발산 함수를 활용하여 수정된 잔향 제거 알고리즘을 제안하였다. 그리고 수정된 잔향 제거 알고리즘에 대해 합성된 잔향 신호를 활용한 몬테-카를로 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 높은 신호대잔향비 환경에서는 쿨백-라이블러 발산 함수(β= 1)가 좋은 성능을 보이지만, 낮은 신호대잔향비 환경에서는 쿨백-라이블러 발산 함수와 유클리드 거리의 중간 특성을 가지는 함수(β= 1.25)가 더 좋은 성능을 보이는 것을 확인하였다.
능동 소나시스템에서 수신 신호의 해상도를 높이기 위한 방법은 다양하게 연구되어 왔다. 본 논문에서는 착저 물체의 탐지 해상도를 높이기 위한 방법으로 소나의 평면 배열 (planar array) 설계를 수행하였다. 해상력이 높은 좁은 형태의 빔 패턴을 얻기 위해서는 평면 형태의 어레이를 고려하는 것이 필요하다. 어레이를 구성하는 개별 음향 트랜스듀서의 송신 주파수는 13 kHz를 사용하였다. 비대칭 크기를 갖는 목표물의 효율적인 탐지를 위해 어레이 디자인에서 방위각(azimuth angle)과 고도각(elevation angle)에 따른 해상도를 동시에 고려하기 위해 areal angle 개념을 사용하였다. 그에 따라 목표 해상도를 만족하는 areal angle을 먼저 구하고 이를 역산하여 각각 목표 방위각과 고도각을 계산하여 어레이의 설계를 진행하였다.
본 논문에서는 멀티채널 오디오 재생시스템을 구성하는 라우드스피커들이 표준위치와 상이한 위치에 존재할 경우 입력된 멀티채널 오디오 신호가 표현하는 음장감을 최대한 유지하면서 주어진 라우드스피커 배치환경에 최적으로 가상음원과 멀티채널 오디오 신호를 재생하는 방법을 제안한다. 능동잡음제어 기술에 이용되는 LSM 기술을 활용하여 원음장과 스피커를 통해 재생되는 복원음장 사이의 오차를 최소화하는 음향공간필터를 설계하여 적용하였으며, 청취평가를 통하여 음장감이 유지됨을 확인하였다.
본 연구에서는 다양한 멀티미디어 기술과 인터넷의 열린 접근성을 이용하여 고등학교 윤리과목에 대해서 폐쇄적 운영이 가능한 학습 시스템을 개발하였다 이 개별 학습별 수업의 요구에 부응하여 학습자와 상호작용이 가능하며 즉각적인 피드백을 통해 학습자에게 적절한 자극을 줌으로써 학습의욕의 고취를 강화할 수 있고 학습자의 능력에 따라 학습의 속도를 조절이 가능하여서 개별학습의 효과를 높여줄 수있도록 계획되었다. 특히 문자, 그래픽, 영상, 음향, 음성 그리고 비디오 등과 같은 여러 미디어를 병합시켜 표현하는 멀티미디어를 교육에 적용시킨 하이퍼미디어 학습 코스웨어는 학습자의 주의력과 상상력을 키워 줄 수 있으며 학습자가 학습에 흥미를 갖고 학습 과정에 능동적으로 참여할 수 있도록 하며 적극적으로 원하는 정보를 선정하고 학습 순서를 조정하는 등 학습 동기가 높은 상호 작용적 학습 환경을 창조하고 자신에게 적합하게 여러 주제로 이동하고 정보를 연결해 보다 융통성 있는 시스템을 이용함으로써 학습의 효과를 높일 수 있음을 살펴보았다. 이러한 멀티미디어의 특성을 이용하여 교수의 효율성을 최대한으로 살리기 위해 고등학교 윤리과목에 대한 멀티미디어 CAI와 폐쇄적으로 운영가능한 학습사이트를 설계 및 개발하였다.
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.
본 논문에서는 UHF 대역인 900 MHz에서 열음향 영상(thermoacoustic imaging, TAI) 응용을 위한 1 kW급 반도체 펄스 전력 증폭기를 설계 및 제작하였다. 반도체 펄스 전력 증폭기는 단펄스(short pulse) 동작을 위하여 펄스 폭 $80{\mu}s$, 듀티사이클 1 %, 900 MHz의 캐리어 주파수 조건에서 설계되었다. 전체 전력 증폭기는 16개의 단일 전력 증폭기를 윌킨슨 전력 분배기를 통해 결합하여 제작되었고, 사용된 능동 소자는 Freescale사의 MRFE6P9220HR3 LDMOSFET이 사용되었다. 제작된 전력 증폭기는 입력 전력이 -16 dBm일 때 중심주파수에서 60.2 dBm의 출력 전력과 76.2 dB의 전력 이득, 그리고 25 %의 드레인 효율 특성을 나타내었다.
초계함(천안함급)에 탑재 된 HMS(Hull Mount Sonar) 장비는 능동모드에 적합하도록 설계 되어 있다. 이에 센서 및 시스템 특성이 어뢰 탐지 주파수 대역에 적당하도록 구성되어 있지는 않다. 이에 초계함에 장착 된 기존 HMS 장비를 이용한 어뢰탐지 기능 구현을 위하여, 초계함 함 별 입력 특성을 분석하고, 입력 주파수 신호에 대한 역보상 회로 설계, 입력 신호 크기에 따른 AGC(Auto Gain Control) 기능 구현 및 함별 신호특성에 따른 대역설정 기능을 통하여 함정 별 특성 및 운용환경 특성에 맞는 어뢰방어시스템을 구현하였다.
The array equations are commonly used for analysis and conceptual design of active sonar projector arrays. Calculation of the radiation impedance matrix poses a major computational bottleneck for the solution of the array equations, which leads to a dramatic increase in computational load as the number of constituent transducers increases. Here, we propose an iteration-based solution method that does not require the calculation of the radiation impedance matrix, as a computationally efficient alternative to the status quo. The validity of the iteration-based analysis is judged against the full finite-element analysis that includes the entire array as well as the medium. The array equations for the 1/3-sector of a cylindrical array comprised of 48 Tonpilz transducers are augmented by the lumped element models, and are solved iteratively for the acoustic and electro-mechanical characteristics. The iteration-based analysis exhibits rapid convergence and accuracy comparable with the FE analysis. Simulations also reveal that the acoustic coupling between transducers has more pronounced effects on the electro-mechanical characteristics of individual transducers than the acoustic performance of the array.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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