In this paper we analyzed the localization error of near-field detection algorithm in the sea. The near-field detection algorithms using triangulation and wavefront curvature basically assume a signal in two dimension of bearing and range. But the assumption causes localization error because there is three dimension of bearing, range, and depth in the sea. Even through three dimensional effect is considered, the localization error is occurred if multipath propagation in the sea is ignored. To analyze the localization error in the sea, we simulate the near-field localization using acoustic propagation model and focused beamforming considering wavefront curvature. The simulation results indicate that localization error always occurs in the sea and the error varied with sound velocity profile, water depth, bottom slope, source range, etc.
Recently, Lee et al. have proposed an algorithm utilizing the signals from different paths by using bottom mounted simple linear array to estimate 3-D location of oceanic target. But this algorithm assumes that sound velocity is constant along depth of sea. Consequently, serious performance loss is appeared in real oceanic environment that sound speed is changed variously. In this paper, we present a 3-D near field localization algorithm for inhomogeneous sound speed. The proposed algorithm adopt localization function that utilize ray propagation model for multipath environment with linear sound speed profile(SSP), after that, the proposed algorithm searches for the instantaneous azimuth angle, range and depth from the localization cost function. Several simulations using linear SSP and non linear SSP similar to that of real oceans are used to demonstrate the performance of the proposed algorithm. The estimation error in range and depth is decreased by 100m and 50m respectively.
Active sonar has been commonly used to detect targets existing in the shallow water. When a signal is transmitted and returned back from a target, it has been distorted by various properties of acoustic channel such as multipath arrivals, scattering from rough sea surface and ocean bottom, and refraction by sound speed structure, which makes target detection difficult. It is therefore necessary to consider these channel properties in the target signal simulation in operational performance system of active sonar. In this paper, a monostatic active sonar system is considered, and the target echo, reverberation, and ambient noise are individually simulated as a function of time, and finally summed to simulate a total received signal. A 3-dimensional highlight model, which can reflect the target features including the shape, position, and azimuthal and elevation angles, has been applied to each multipath pair between source and target to simulate the target echo signal. The results are finally compared to those obtained by the algorithm in which only direct path is considered in target signal simulation.
Park, Joung-Soo;Chun, Seung-Yong;Lee, Sung-Eun;Shim, Tae-Bo
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.16
no.6
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pp.100-105
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1997
To analyze the multipath propagation effects on the source bearing detection of HLA(Horizontal Line Array), the conversion mechanism of the multipath into the bearing is described, and the bearing is estimated from the multipath modeled with typical sound velocity structures of the East and the South Sea of Korea. The erroneous bearing is observed from the beamforming outputs simulated with the modeled multipath, and the erroneous phenomena are analyzed. In case of the East Sea, since the multipath propagation with a high receiving angle occurs due to strong inverse slope of the sound velocity structure, it is possible that the estimated source bearing is different from the real source bearing, and that the number of the source is misrecognized.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.6
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pp.251-257
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2021
An underwater platform operating a passive sonar needs to acquire the target position to perform its mission. In an environment where sea-floor reflections exist, the position of a target can be estimated using the difference in the arrival time between the signals received through multipaths. In this paper, a method of localization for passive sonar is introduced, based on the EKF (Extended Kalman Filter) using the multipath time difference of arrival in underwater environments. TMA (Target Motion Analysis) requires accumulated measurements for long periods and has limitations on own-ship movement, allowing it to be used only in certain situations. The proposed method uses an EKF, which takes measurements of the time differences of the signal arrival in multipath environments. The method allows for target localization without restrictions on own-ship movement or the need for an observation time. To analyze the performance of the proposed method, simulation according to the distance and depth of the target was performed repeatedly, and the localization error according to the distance and water depth were analyzed. In addition, the correlation with the estimated position error was assessed by analyzing the arrival time difference according to the water depth.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.2
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pp.311-318
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2021
Underwater, signals are transmitted by sound waves. Sound waves are transmitted through a multipath, either directly or through reflection, due to the variety of underwater environmental characteristics. In such diverse and complex underwater environments, tests must be conducted to determine the extent of the hazard from the survivability and pitfalls of submarines by measuring the underwater radiated noise. Usually, the sound source level measurement of underwater radiated noise should be made within the closest point (CPA: Closest Point of Approach) ± a few meters between the measurement sensor and the submarine. In this study, FDOA and TDOA methods were proposed to estimate the underwater source range. A simulation based on the underwater channel model confirmed the performance of the proposed method.
The Line array sonar consisting of several hydrophones increases array gain and improves the performance for detecting the direction of the target compared to single hydrophone. However, line array sonar produces the bearing error that makes it difficult to determine the bearing of incoming source signal due to the relation between bearing angle of target and vertical angle of multipath signals. Vertical angles of multipath are varied with the geometry of receiver and target and various underwater environments, therefore it is necessary to consider the bearing error to estimate accurately the bearing of the target. In this study, acoustic modelling was performed to understand the effect of multipath signals on the target signal. The errors of bearing angle estimated from the bottom bounced signals are calculated with several environment. In addition, the expected bearing line, as a function of source-receiver range, compensated for the bearing error is predicted from the estimated bearing angle.
Kim, Tae-Woo;Hwang, A-Rom;Seong, Woo-Jae;Lim, Young-Kon
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.27
no.3
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pp.154-162
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2008
Signals in an underwater channel get distorted by multipath propagation. In this paper, pre-coding method is suggested which helps comprehending the signals with minimum equalization. The signals are transformed based on the knowledge of the impulse response of the channel. Proposed pre-coding method is tested by simulations based on the ray theory and through water tank experiments. In weak multipath environment, in case of an SNR of about 20 dB, BER is $10^{-3}{\sim}10^{-4}$, while in strong multipath environment, similar BER is achieved with SNR of about 30 dB. In order for the pre-coding method to be used for underwater vehicles, channel prediction method utilizing the waveguide invariant is suggested and tested.
Low-frequency mono-static reverberation model for shallow-water environment is presented. It is necessary to develop the transmission loss model to calculate the sub-bottom interaction because the ray-based transmission loss model is difficult to compute the pressure accurately which penetrates the bottom medium. In this paper reverberation level is calculated using the RAM (Range dependent Acoustic Model) to augment the multi-path expansion model because it does not estimate transmission loss accurately in shallow water. The signals generated by the L-HYREV and the GSM are compared with the observed signals and it is showed that the L-HYREV model provides a closer fit to the observed signals than those obtained using the GSM.
Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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spring
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pp.429-432
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2002
천해에서의 저주파 단상태 잔향음 모델(L-HYREV)을 개발하였다. 음선이론에 기초한 전파모델은 해저 내로 투과되는 음파에 대한 효과를 적절하게 고려 할 수 없으므로, 해저 내 상호작용을 계산할 수 있는 전파모델이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 RAM을 이용해서 전달손실을 계산 후, 다중경로 확장모델을 이용해서 산출한 전달손실을 보정하였다. 모델의 검증을 위하여 GSM(generic sonar model) 잔향음 모의 신호 및 실측잔향음 신호와 비교하였으며, 비교 결과 GSM 보다 L-HYREV 모델이 저주파 잔향음 예측에 적합함을 확인할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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