본 논문에서는 자동화 사격장 Pop-Up시스템의 안정성 및 성능 향상을 위해 예측제어기를 설계하여 시간지연에 따른 문제를 보상하였다. 확률 모델에 기반한 예측제어기는 지연된 이전의 값들로부터 선형예측 기법과 확률함수를 이용하여 실제의 값을 추정하며, 이를 제어기에 적용하여 시간지연에 따른 문제점을 최소화하였다. 제안된 알고리즘의 타당성을 검정하기 위해 사격용 Pop-Up시스템에 본 알고리즘을 실현하였으며, 상이한 시간지연과 이득 변화에 따른 제어기의 성능을 관측하였다. 실험결과 제안된 예측제어기는 시간지연에 대해 PID 제어기보다 빠른 수렴 특성을 보이며, 제어기의 안정범위 내에서 허용할 수 있는 최대 시간지연 값도 증가시킬 수 있었다. 따라서 사격용 타겟의 Pop & Up동작이 제어시간 이내에 원활하게 작동되어 연속 사격의 실시간 제어를 효율적으로 수행하였다.
두 개 센서에 도래하는 신호 간의 시간 지연을 추정 방법에는 여러 가지가 존재한다. 그중에서 두 센서에 입력되는 서로 다른 신호간의 상호 상관과 신호 백색화로부터 상대적인 지연을 추정하는 GCC-PHAT(Generalized Cross Correlation-Phase Transform) 방법은 안정적인 성능을 내는 전통적으로 유명한 방법이다. 본 논문에서는 GCC-PHAT의 연산 과정 중에서 주기성을 이용하여 잡음을 제거할 수 있는 부분을 파악하였다. 그리고 파악된 부분에 자기상관을 적용하였다. 제안한 방법을 기존의 방법과 비교하여, 백색 가우시안 신호원인 경우 신호 대 잡음비 0 dB 이상에서 평균 자승 추정 오차 5 dB ~ 15 dB까지의 향상이 있음을 보이고, 유색 신호원에서도 신호 대 잡음비 2 dB 이상에서 평균 자승 추정 오차가 성능 개선되어 15 dB까지의 성능 개선 효과가 있음을 보인다.
본 연구는 폐쇄된 임의의 공간상에서 2개의 마이크로폰 어레이를 이용하여 마이크로폰에 수신된 신호들의 도착 시간차를 추정하는 새로운 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 입력 음성신호를 Discrete wavelet transform을 이용하여 인간의 청각 특성과 가장 유사한 주파수 해상도를 갖도록 대역 분할한 후 각 주파수 대역에서 신호 대 잡음비를 구하여 신호 대 잡음비가 가장 높은 대역만 선택적으로 취하고 해당 대역에서만 최종적인 시간 지연 값을 추정하게 된다. 최종 시간 지연 측정에 사용된 알고리즘은 기존의 CPSP에 해당 대역의 주파수 SNR을 가중치로 주어 구하게된다. 이러한 대역 분할 가중방식은 다양한 형태의 동적인 잡음 환경 하에서 안정적인 성능을 가질 수 있다. 제안된 알고리즘은 저주파와 고주파 각각의 모의 잡음환경 하에서 컴퓨터 실험을 통해 성능을 입증하도록 한다.
본 논문에서는 대역 확산 신호를 위한 고유치 해석 기반의 초 분해능 지연 시간 추정(super-resolution time delay estimation) 알고리즘을 개발하고 각 알고리즘의 성능을 비교, 분석한다. 먼저, 고유치 해석 기반의 대표적인 도래각 추정 알고리즘인 MUSIC, ESPRIT, Minimum-Norm을 이용하여 초 분해능 지연 시간 추정 알고리즘을 개발하고 직접 대역확산 방식의 ISO/IEC 24730-2.1 실시간 위치 추적 시스템 (real-time locating system: RTLS)에 적용하여 RTLS 환경에서 각 알고리즘의 성능을 시뮬레이션을 통해 비교, 분석한다. 시뮬레이션 결과로부터 세 알고리즘 모두 레일리이 분해능 한계 이내로 수신되는 다중 신호의 지연 시간을 모두 분리, 추정함을 알 수 있었다. 그러나, RTLS 환경에서는 MUSIC과 Minimum-Norm의 성능은 서로 비슷하나 ESPRIT은 두 알고리즘에 비해 성능이 현격히 저하됨을 알 수 있다.
본 연구는 2개의 마이크로폰을 이용한 지연 시간(TOOA) 추정에 대한 연구로서 기존의 Cross-Correlation 알고리듬과 Roth Processor 알고리듬에 Onset 알고리듬을 적용하영 기존 알고리듬의 성능 개선에 대한 연구를 수행하였다. 작은 사무실OR나 회의실내 주변 잡음과 음향반향이 동시에 존재한다는 가정 하에 Onset 알고리듬은 마이크로폰의 수신신호에 포함되어 있는 반향 신호를 효율적으로 마스킹하여 반향 현상을 제거함으로서 정확한 시간 지연 추정을 가능하게 한다. Onset을 적용한 Cross-Correlation 과 Roth Processor 알고리듬의 우수성을 입증하기 위하여 7개의 SNR 환경에서 총 420번의 컴퓨터 모의 실험을 수행하였으며 실험 결과 SNR이 508 이상에서는 Onset 알고리듬을 적용한 알고리듬이 Onset을 적용하지 않은 알고리듬에 비해 우수함을 입증할 수 있었다.
두 개 센서에 도래하는 신호 간의 시간 지연을 추정 방법에는 여러 가지가 존재한다. 그 중에서 채널 추정 기법을 기반으로 한 방법의 경우는 두 센서에 입력되는 서로 다른 신호간의 상대적인 지연을 채널의 임펄스 응답처럼 추정하도록 되어 있다. 이 경우에는 해당 채널의 특성이 희박 채널의 특성을 가지고 있다. 기존의 방법들은 채널의 희박성을 이용하지 못하고 있는 방법이 대부분이다. 본 논문에서는 채널의 희박성을 이용하기 위하여 희박신호 최적화 방법의 하나인 LASSO 최적화를 사용한 시간 지연 추정 방법을 제안한다. 제안한 방법을 기존의 방법과 비교하여, 백색 가우시안 신호원에서는 약 10dB 이상의 성능 개선 결과를 보이고, 유색 신호원에서도 갑자기 추정성능이 열하되는 현상이 없음을 보인다.
여러 음원들에 의해 형성된 파동장내에서 각 신호음의 주파수 특성과 시간 지연 (time delay)을 추정할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 이 알고리즘의 관련 수식은 두 개의 상호 간섭하는 신호가 입사하고 여기에 주변 환경에 의한 랜덤 잡음이 첨가된다고 가정하여 유도되었으며 두 개 이상의 신호음이 있는 상황에 대해 확장이 가능하다. 본 논문에서 시간 지연이 일정한 수신 신호 영역에 등간격으로 놓여진 수신기로부터 각 센서에 수신된 신호의 스펙트럼은 M개의 센서에 대해 K개의 음원 스펙트럼과 K개의 조정 벡터(steering vector) 의 선형 조합(linear combination)으로 주파수에서 모델된다. 각 음원의 주파수 특성과 음원 으로 들어오는 신호의 입사각을 결정하기 위하여 본 알고리즘은 전달 행렬(transfer matrix) 을 계산하고 그 전달 행렬의 고유값(eigenvalue)과 고유벡터(eigenvector)를 분석한다. 이 고 유값들은 복소수이며 그 크기는 진폭 변환 계수를 결정한다. 위상은 수신기의 간격으로부터 시간 지연을 결정하는 기울기를 갖는 주파수의 선형 함수이다. 전달 행렬에의 입력 자료들 은 동일 간격 소자간의 cross-power spectra이다.
본 논문에서는 저속 롤링하는 유도형 탄약 모사체가 시간 지연된 측정치를 획득하였을 때 시간지연을 고려하여 탄약의 롤각을 추정하는 방법을 다루며 비행 실험을 통해 이를 검증한 결과를 소개한다. 수치적 안정화 및 잡음 제거를 위해 저역 통과 필터와 같은 후처리를 거친 측정치의 시간지연 정도를 사전에 파악하여 시간 지연의 분포를 모델링하며 이 분포를 활용한 증강 상태 칼만필터를 설계한다. 비행 실험에서는 대형 고정익 항공기를 이용해 표고 약 250m의 고도에서 수평방향으로 28m/s의 속력으로 탄약을 투하하였으며 탄약 내부의 반동차를 이용해 탄체를 롤축 회전시켰다. 상용 GPS/INS의 롤값과 제안한 방법으로 추정한 롤값의 비교를 통해 측정치 시간 지연보상을 반영한 필터 설계가 유효함을 보인다.
본 실험은 방화 사건 현장에서 지연 착화 재료로 쓰이는 양초의 연소 시간을 측정키 위해 실험을 수행하였고, 시중에서 판매되는 양초는 종류, 크기, 제조사별 모두 다른 연소 시간을 나타나는 결과를 확인하여 양초에 대한 일괄적인 연소량, 시간에 비례되는 공통적인 자료를 도출할 수 없다는 결론을 얻었다. 사건 현장에서 지연 착화의 재료로 사용한 양초가 발견된다면 그 양초를 시료로 한 현장의 분위기를 조건으로 연소실험을 통하여 연소량에 비례하는 시간 측정결과로 착화 시간을 추정해야 하다는 결론을 얻었다.
수동측거소나는 잠수함 플랫폼의 좌/우현에 각각 3개의 부배열로 구성된 수동소나의 한 종류로서 표적을 탐지하고 방위와 거리를 산출하는 특성을 갖는다. 방위와 거리 산출에는 물리적인 부배열 위치로 인하여 발생되는 시간지연과 삼각측량 기법이 활용된다. 이러한 기법에는 부배열의 정확한 위치정보가 요구되며 부배열의 위치정보가 부정확할 경우 방위와 거리정확도 성능이 저하되는 한계가 있다. 특히 하나의 시간지연을 사용하는 방위보다 두 개의 시간지연 값을 사용하는 거리 정확도 성능에 미치는 영향이 더 크다. 이를 개선하기 위하여 부배열의 위치 오차 추정 및 오차보상에 대한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 최적화 탐색 기법인 유전자 알고리즘을 바탕으로 부배열 위치오차를 추정하며, 위치오차로 인한 시간지연 오차 값을 보상하여 거리정확도 성능 개선 방법을 제시하고자 한다. 또한 해상시험 데이터를 이용하여 제시한 알고리즘과 성능을 검증하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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