As a part of target motion analysis(TMA) with highly noisy bearings-only measurements from a passive sonar system, a nonlinear batch estimator is proposed to provide the initial estimates to a sequential estimator called the modified gain extended Kalman filter(MGEKF). Based on the system observability analysis of passive target tracking, a practical and effective method is suggested to determine the observer maneuvers for improved TMA performance through system observability enhancing. Also suggested is a method to determine observer location for enhanced system observability at the initial phase of TMA from various engagement boundaries which represent the relationship between observer-target relative geometrical data and system observability. The proposed TMA methods are tested by a series of computer simulation runs.
In decades, active sonar, which transmits signals and detects incident signals reflected by underwater targets, has been significantly studied since passive sonar in Anti-Submarine Warfare (ASW) detection performance becomes lowered, as underwater threats become their radiated noise reduced. In general, active sonar using Hull-Mounted Sonar (HMS) adjusts vertical tilt (depression) and sequentially transmits multiple Linear Frequency Modulation (LFM) subpulses which have non-overlapped bands, i. e. 1 kHz ~ 2 kHz, 2 kHz ~ 3 kHz, in order to reduce shadow zones. Recently, however, Generalized SFM (GSFM), which is generalized form of SFM, is proposed, and it is confirmed that subpulses of GSFM have orthogonality among each other depending on setting of GSFM parameters. Hence, in this paper, we applied GSFM to active target detection using HMS to improve the performance by the signal processing gain obtained from enlarged bandwidths of GSFM subpulses compared to those of LFM subpulses. Through simulation, we verified that when the number of subpulses is three, the matched filter gain of GSFM is approximately 5 dB higher than that of LFM.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP
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v.46
no.4
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pp.139-147
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2009
In this paper, optimum design of energy-aware distributed detection is considered for a parallel sensor network system consisting of a fusion center and two passive sonar nodes. AND rule and OR rule are employed as the fusion rules of the sensor network. For the fusion rules, it is shown that a threshold rule of each sensor node has uniformly most powerful properties. Optimum threshold for each sensor is investigated that maximizes the probability of detection under a constraint on energy consumption due to false alarms. It is also investigated through numerical experiments how signal strength, an energy constraint, and the distance between two sensor nodes affect the system detection performances.
In a cylindrical sonar, a conventional broadband energy detector has limitations in the separation of adjacent targets. In this paper, a broadband detection algorithm using cross-correlation is applied to the cylindrical sonar to improve the bearing resolution. The proposed algorithm uses split beamforming before broadband detection processing using cross-correlation to generate half beams. The time delay obtained from the peak of correlation between half beams is used to estimate the bearing of target. Simulations demonstrate the improved performance of the proposed algorithm against the conventional algorithm.
Kim, Sunhyo;Kim, Woojoong;Choi, Jee Woong;Yoon, Young Joong;Park, Joungsoo
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.18
no.5
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pp.538-547
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2015
The goal of this study is to develop an algorithm to propose optimal deployment of detection sensor nodes in the target area, based on a performance surface, which represents detection performance of active and passive acoustic sonar systems. The performance surface of the active detection system is calculated from the azimuthal average of maximum detection ranges, which is estimated with a transmission loss and a reverberation level predicted using ray-based theories. The performance surface of the passive system is calculated using the transmission loss model based on a parabolic equation. The optimization of deployment configurations is then performed by a hybrid method of a virtual force algorithm and a particle swarm optimization. Finally, the effectiveness of deployment configurations is analyzed and discussed with the simulation results obtained using the algorithm proposed in this paper.
In this paper we propose an auto tonal detection method which exploits short term stationary when targets located in a detection beam area and then additional methods are proposed in order to reduce the computational complexity of the proposed method. The proposed method is adaptive to input signals and robust against interference caused by multiple targets because it compares an expected value of input signals with a threshold value which are estimated from a single beam while signals are keep stationary. The performances of the proposed methods are evaluated using by simulated data and acquired data from real ocean. The proposed method has shown better performance than conventional CFAR (Constant False Alarm Rate) methods.
Lee, Ho Jin;Yoon, Kyung Sik;Shin, Dong Hoon;Lee, Kyun Kyung
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.17
no.2
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pp.182-188
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2014
Source localization is an important problem in the field of sonar and radar, etc. For the purpose of source localization, two or more spatially separated sensors are often used to measure the time difference of arrivals of a radiating source whose transmitted signal waveform is unknown. The NLS(Nonlinear Least Square) cost function with curve fitting method was proposed recently, which provide robust source localization performance by reducing estimation ambiguity. However, even this algorithm shows degraded performance in a multipath environment. To estimates source localization correctly, source localization algorithm that eliminate the effect of multipath signals is required. In this paper, PMP(Power Matching Procedure) is added to the algorithm, which provides improved source localization performance by properly cutting out the effect of multipath signals. Through simulation the performance of the proposed source localization algorithm is verified.
This study develops a simulator for determining the sonar sensor configuration of unmanned underwater vehicles (UUVs) based on a scenario, in order for UUVs to conduct an effective anti-submarine warfare (ASW). First, we analyze the missions and operational concepts of UUVs in the field of ASW, and then select a Hold-at-Risk scenario as the one with the highest priority. Next, for modeling the components of a simulator, the motion, acoustic characteristic, and environment condition of the platforms (UUV and target submarine) are specified. Especially, based on the beam pattern of each sonar configuration considered in this paper, the passive sonar equation is used to verify target detection, and we further estimate the azimuth and elevation of the target using amplitude and phase of the received signal, respectively. The simulation results show the performance tendency depending on the sonar sensor configurations of a UUV, and the simulator provides a high applicability under various scenarios.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics C
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v.34C
no.1
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pp.51-58
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1997
In passive sonar, the frequency spectrum of a sound radiated by underwater moving targets is composed of a broadband nonuniform background noise and narrowband discrete tonals. To detect the tonals, the background noise is estimated and removed. Using the existing algorithms that estimate the background noise, a week tonals are not detected. Because a freuqency line that is formed by tonals which are being extracted continuously is a feture of the target, we are nessesory to efficiently detect the tonals that compose the frequncy line. In this paper, we propose an efficient neural network that can remove automatically the background and detect the even errl tonals, and we extract the frequency line feature on the spectrogram by the proposed algorithm. The experimental results for a ship's radiated sound show a better performance in comparison with the existing TPM algorithm.
In this paper the MMAE(Multiple Model Adaptive Estimation) algorithm using the MGEKF(Modified Gain Extended Kalman Filter) of which modes are set to be measurement biases is proposed to enhance the performance of target tracking with bearing only measurements. The state are composed of relative position, relative velocity and taregt acceleration. The mode probability is calculated from the bearing only measurements from the HMS(Hull-Mounted Sonar). The proposed algorithm is tested in a series of computer simulation runs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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