Keunhwa Lee;Wooyoung Hong;Jungyong Park;Su-Uk Son;Ho Seuk Bae;Joung-Soo Park
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.43
no.3
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pp.314-323
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2024
Recently, a score-penalty method has been used for the acoustic passive tracking of marine mammals. The interesting aspect of this technique lies in the loss function, which has a penalty term representing the mismatch between the measured signal and the modeled signal, while the traditional time-domain matched-field processing is positively considering the match between them. In this study, we apply the score-penalty method into the depth estimation of a passive target with a known source waveform. Assuming deep ocean environments with uncertainties in the sound speed profile, we evaluate the score-penalty method, comparing it with the time-domain matched field processing method. We shows that the score-penalty method is more accurate than the time-domain matched field processing method in the ocean environment with weak mismatch of sound speed profile, and has better efficiency. However, in the ocean enviroment with strong mismatch of the sound speed profile, the score-penalty method also fails in the depth estimation of a target, similar to the time-domain matched-field processing method.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.1062-1073
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2007
Acoustic Target Strength (TS) is a major parameter of the active sonar equation, which indicates the ratio of the radiated intensity from the source to the re-radiated intensity by a target. In developing a TS equation, it is assumed that the radiated pressure is known and the re-radiated intensity is unknown. This research provides a TS equation for polygonal plates, which is applicable to near field acoustics. In this research, Helmholtz-Kirchhoff formula is used as the primary equation for solving the re-radiated pressure field; the primary equation contains a surface (double) integral representation. The double integral representation can be reduced to a closed form, which involves only a line (single) integral representation of the boundary of the surface area by applying Stoke's theorem. Use of such line integral representations can reduce the cost of numerical calculation. Also Kirchhoff approximation is used to solve the surface values such as pressure and particle velocity. Finally, a generalized definition of Sonar Cross Section (SCS) that is applicable to near field is suggested. The TS equation for polygonal plates in near field is developed using the three prescribed statements; the redection to line integral representation, Kirchhoff approximation and a generalized definition of SCS. The equation developed in this research is applicable to near field, and therefore, no approximations are allowed except the Kirchhoff approximation. However, examinations with various types of models for reliability show that the equation has good performance in its applications. To analyze a general shape of model, a submarine type model was selected and successfully analyzed.
Typical hydrophones in line array sensors for early detection of covert underwater targets can measure only sound-pressure-magnitude with the limitation of being unable to identify the direction of an incoming wave. In this study, a thickness shear mode vibrator was proposed as the main component of an inertia type vector hydrophone to measure both magnitude and direction of acoustic signals from targets. The equation to analyze the output voltage of the vibrator to an external force was derived, and the validity of the equation was verified through finite element analysis of a PMN-PT single crystal vibrator. The analysis results from this study will be utilized in the future for the design of inertia type vector hydrophones made of thickness shear vibrators.
Target Strength(TS) is an important factor for the detection of the target in an active sonar system: thus the numerical model for the prediction of TS is widely being developed. For the frequency range of several kHz, the most important scattering mechanism is known to be specular reflection, which is largely affected by the geometrical shape of the target. In this paper, a numerical algorithm to predict TS is developed based on the Kirchhoff approximation which is computationally efficient. The developed algorithm is applied to the canonical targets of simple shapes, for which the analytical solutions exist. The numerical results show good agreement with the analytical solutions. Also, the algorithm is applied to more complex scatterers, and is compared with the experimental data obtained in the water tank experiment for the purpose of verifying the developed numerical model. Discussions on the effect of spatial sampling and other aspects of numerical m odeling are presented.
When an array receives a signal with a frequency higher than the design frequency, there is an ambiguity in beamforming due to spatial aliasing. In order to overcome this problem, Abadi proposed frequency-difference beamforming. However, there is a constraint that the minimum frequency bandwidth is required according to the value of the difference frequency. In this paper, we propose a method to find the direction of the target signal with spatial aliasing based on the frequency-wavenumber spectrum combined with Radon transform. The proposed method can estimate the direction of the target without ambiguities when the signal has nonnegligible bandwidth. We tested the algorithm by simulating a broadband signal and verified the results with the frequency-difference beamforming method using SAVEX15 (Shallow Water Acoustic Variability EXperiment 2015)'s shrimp noise data.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.5
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pp.199-206
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2021
This paper describes the feasibility and reliability verification of installing a protective structure to protect attack periscopes. The attack periscope is the critical equipment of a submarine to enable the user to monitor surface and air activity, collect navigational data, and detect and identify targets. The attack periscope provides target information acquired through TV, IR camera, and laser range finder to the combat system. In the product improvement program, the upper part of the masts was exposed to the outside of the sail because the existing attack periscope was replaced with a new one. On the other hand, the head sensor can be damaged by floating objects, such as fishing nets, during sea navigation. Therefore, the installation of a protective structure for an attack periscope improved the equipment operation performance. The feasibility and reliability of the installation of the protective structure were verified by examining the influence of URN.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.8
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pp.694-701
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2013
This paper deals with the problem of accurately tracking a single target moving through UWSNs (Underwater Wireless Sensor Networks) by employing underwater acoustic sensors. This paper addresses the issues of estimating the states of the target, and improving energy efficiency by applying a Kalman filter in a distributed architecture. Each underwater wireless sensor nodes composing the UWSNs is battery-powered, so the energy conservation problem is a critical issue. This paper provides an algorithm which increases the energy efficiency of each sensor node through WuS (Waked-up/Sleeping) and VM (Valid Measurement) selecting schemes. Simulation results illustrate the performance of the distributed tracking filter.
In this paper we discuss an algorithm to discriminate a target under track against multiple acoustic counter-measure (ACM) sources, based on sequential testings of multiple hypotheses. The ACM sources are separated from the target under track and generate, while drifting, measurements with false range and Doppler information. The purpose of the ACM is to mislead the target tracking and to help the true target evade a pursuer. The proposed algorithm uses as a test statistic a function of both the sequences of processed waveform signature and the innovation sequences from extended Kalman filters to estimate the target dynamics and the drifting positions of the ACM sources. Numerical experiments on various scenarios show that the proposed algorithm discriminates the target faster with a higher probability of success than the algorithm using only the innovation sequences from extended Kalman filters.
The problem of underwater target detection and classification has been attracted a substantial amount of attention and studied from many researchers for both military and non-military purposes. The difficulty is complicate due to various environmental conditions. In this paper, we study classifier ensemble methods for active sonar target classification to improve the classification performance. In general, classifier ensemble method is useful for classifiers whose variances relatively large such as decision trees and neural networks. Bagging, Random selection samples, Random subspace and Rotation forest are selected as classifier ensemble methods. Using the four ensemble methods based on 31 neural network classifiers, the classification tests were carried out and performances were compared.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.18
no.5
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pp.517-524
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2015
In this paper, we propose a new target tracking filter architecture using active and passive sensors in underwater environment. A passive sensor for target tracking needs a bearing measurement of target. And target tracking filter for using passive sensor has the observability problem. On the other hand, an active sensor does not have the problem associated with system observability problem because an active sensor uses bearing and range measurement. In this paper, the tracking filter algorithm that could be used in the active and passive sensor system is proposed to analyze maneuvering target and to improve target tracking performance. The proposed tracking filter algorithm is tested by a series of computer simulation runs and the results are analyzed and compared with existing algorithm.
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