• 로봇학회논문지
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• 제16권2호
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• pp.94-102
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• 2021

This study addresses a method for 3D reconstruction using acoustic data with heterogeneous sonar devices: Forward-Looking Multibeam Sonar (FLMS) and Profiling Sonar (PS). The challenges in sonar image processing are perceptual ambiguity, the loss of elevation information, and low signal to noise ratio, which are caused by the ranging and intensity-based image generation mechanism of sonars. The conventional approaches utilize additional constraints such as Lambertian reflection and redundant data at various positions, but they are vulnerable to environmental conditions. Our approach is to use two sonars that have a complementary data type. Typically, the sonars provide reliable information in the horizontal but, the loss of elevation information degrades the quality of data in the vertical. To overcome the characteristic of sonar devices, we adopt the crossed installation in such a way that the PS is laid down on its side and mounted on the top of FLMS. From the installation, FLMS scans horizontal information and PS obtains a vertical profile of the front area of AUV. For the fusion of the two sonar data, we propose the probabilistic approach. A likelihood map using geometric constraints between two sonar devices is built and a monte-carlo experiment using a derived model is conducted to extract 3D points. To verify the proposed method, we conducted a simulation and field test. As a result, a consistent seabed map was obtained. This method can be utilized for 3D seabed mapping with an AUV.

• 한국음향학회지
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• 제40권4호
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• pp.382-390
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• 2021

해저면 영상을 취득하기 위해 측면주사소나나 다중빔측심기 외에도 합성개구소나가 상용화되어 널리 사용되고 있으며 국내에서도 예인형 시스템 개발 등 관련 연구가 진행 중에 있다. 고해상도의 합성개구소나 영상을 얻기 위해서는 이를 탑재하고 있는 플랫폼의 운동을 정확하게 추정하는 것이 필요하며 이를 위해 정밀한 수중항법 시스템이 요구되고 있다. 본 논문에서는 합성개구소나를 탑재하고 있는 플랫폼의 운동 특성에 따라 소나 영상의 왜곡이 얼마나 발생하는지 정량적으로 분석함으로써 요구되는 항법 정확도와 항법센서의 정밀도를 설정하는데 있어서 기준이 되는 자료를 제공하고자 한다. 총 다섯가지의 운동을 고려하고 있으며 정량적 분석을 위해 정규화된 평균 제곱근 오차를 정의한다. 각 운동 특성의 변수값 변화에 따른 오차 분석 수치해석을 통해 yaw and sway 운동이 가장 큰 영상 왜곡을 야기하며 pitch and heave 운동의 영향은 크지 않음을 확인하였다.

• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
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• 한국컴퓨터정보학회 2017년도 제55차 동계학술대회논문집 25권1호
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• pp.39-40
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• 2017

소나 영상 시뮬레이션은 실시간 처리를 위해 병렬처리를 사용하여 연산성능을 증대시키고 있다. 하지만 모듈 간 병렬처리, 영상처리 알고리즘, 방대한 데이터 처리와 같은 시뮬레이션에 적용되는 작업은 성능향상을 위한 최적의 연산장치와 병렬처리 기법이 달라 실시간 처리를 위한 최적화가 어렵다. 본 논문에서는 효율적인 소나 영상 시뮬레이션의 개발을 위해 연산장치 및 병렬처리 기법에 따른 기술을 분류하고 실제 적용된 사례들을 소개한다.

• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
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• 한국컴퓨터정보학회 2018년도 제58차 하계학술대회논문집 26권2호
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• pp.1-2
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• 2018

해상 선박의 안전을 위해 해저의 객체 및 장애물의 정확한 탐지를 위해 해저환경에서 감쇠현상이 비교적 적은 음파 기반의 소나가 널리 활용된다. 그러나 기존의 소나 영상 시뮬레이션은 고해상도의 영상, 잡음 처리, 해저지형과 객체 데이터 등의 방대한 데이터 처리로 인해 물체 탐지 및 식별을 위한 처리속도와 비용이 크게 증가한다. 이러한 문제를 최소화하기 위해서 해저지형, 객체 생성과 잡음 처리 모델을 Multi-Threading, SIMD 등 병렬처리를 적용하여 처리속도를 최적화 한다. 본 논문에서는 혼합된 병렬처리 방법을 적용하여 소나를 기반으로 해저 환경 시뮬레이션을 위한 모의 신호를 생성하는 성능을 향상시킨다. 병렬처리로 인해 개선된 성능을 순차처리에 따른 속도와 실험적으로 비교한다.

• 한국음향학회지
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• 제40권6호
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• pp.546-554
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• 2021

수중 탐지를 위한 합성개구소나(Synthetic Aperture Sonar, SAS) 신호처리에서는 탑재플랫폼이 직선경로를 따라 주행한다고 가정한다. 그러나 실제로는 플랫폼의 복잡한 운동에 따른 궤적 교란으로 인해 SAS 영상에 번짐과 같은 왜곡이 발생한다. 본 연구에서는 예인형 SAS 개발을 위해 궤적 교란에 의한 SAS 영상 왜곡을 개선하기 위한 방법으로서, Redundant Phase Center (RPC)을 이용한 예인체 운동 추정 및 영상 보정, 그리고 자동 초점 기법인 Phase Gradient Autofocus (PGA) 기법에 대해 검토하였다. 그리고 시뮬레이션을 통해, sway로 인해 왜곡된 SAS 영상에 이 기법들을 적용하고 그 성능 및 유효성에 대해 살펴보았다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제10권2호
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• pp.225-234
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• 2018

A Multibeam Echo Sounder (MBES) is commonly used for rapid seafloor mapping. We herein present a time-domain integrated system simulation technique for MBES development. The Modeling and Simulation (M&S) modules consist of four parts: sensor array signal transmission, propagation and backscattering modeling in the ocean environment, beamforming of the received signals, and image processing. Also, the simulation employs a ray-theory-based algorithm to correct the reconstructed bathymetry, which has errors due to the refraction caused by the vertical sound velocity profile. The developed M&S technique enables design parameter verification and system parameter optimization for MBES. The framework of this technique can also be potentially used to characterize the seabed properties. Finally, typical seafloor images are presented and discussed.

• 센서학회지
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• 제32권2호
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• pp.110-117
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• 2023

Reconstructing underwater geometry in real time with forward-looking sonar is critical for applications such as localization, mapping, and path planning. Geometrical data must be repeatedly calculated and overwritten in real time because the reliability of the acoustic data is affected by various factors. Moreover, scattering of signal data during the coordinate conversion process may lead to geometrical errors, which lowers the accuracy of the information obtained by the sensor system. In this study, we propose a three-step data processing method with low computational cost for real-time operation. First, the number of data points to be interpolated is determined with respect to the distance between each point and the size of the data grid in a Cartesian coordinate system. Then, the data are processed with a nonlinear interpolation so that they exhibit linear properties in the coordinate system. Finally, the data are transformed based on variations in the position and orientation of the sonar over time. The results of an evaluation of our proposed approach in a simulation show that the nonlinear interpolation operation constructed a continuous underwater geometry dataset with low geometrical error.

• Ocean Systems Engineering
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• 제13권2호
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• pp.195-224
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• 2023

This paper proposes a method for the acoustic imaging wherein the traditional requirement of the relative movement between the transmitter and target is overcome. This is facilitated through the beamforming acoustic array in the transmitter, in which the target is illuminated by the array at various azimuth and elevation angles without the physical movement of the acoustic array. The concept of beam steering of the acoustic array facilitates the formation of the beam at desired angular positions of azimuth and elevation angles. This paper substantiates that the combination of illumination of the target from different azimuth and elevation angles with respect to the transmitter (through the beam steering of beam forming acoustic array) and the beam steering at multiple frequencies (through SF) results in enhanced reconstruction of images of the target in the underwater scenario. This paper also demonstrates the possibility of reconstruction of the image of a target in underwater without invoking the traditional algorithms of Digital Image Processing (DIP). This paper comprehensively and succinctly presents all the empirical formulae required for modelling the acoustic medium and the target to facilitate the reader with a comprehensive summary document incorporating the various parameters of multi-disciplinary nature.

• 전자공학회논문지
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• 제53권5호
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• pp.55-65
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• 2016

해저면에 착저된 물체를 탐지하는 문제는 다양한 분야에서 중요한 문제이다. 본 논문에서는 천해에서 평탄한 해저면에 물체가 놓여있는 경우 이것의 위치를 탐지하는 방법을 제안한다. 기존 방법으로는 사이드스캔소나를 사용하여 탐지영역내에서 영상을 얻고 영상신호처리 기술을 이용하여 원통을 인식하는 연구들이 수행되어 왔으나 이는 높은 주파수를 사용하기 때문에 탐지거리가 짧고 깨끗한 영상을 얻기 위한 탐지시간이 길다. 본 논문에서는 6~20KHz의 중주파수의 linear frequency modulated (LFM) signal을 사용하는 monostatic active sonar system을 사용하여 수심 100m 내외의 천해에서 연속적인 ping에 따른 received reflected signals 간의 모델링을 수행하여 이 모델링 error의 변화에 따라 착저된 물체의 유무를 결정짓게 된다. 이 방법은 해저면이 균일한 sediment로 구성되었다는 가정만을 기반하며, 추가적으로 sediment를 구성하는 종류에 대한 사전 정보가 필요없다는 장점이 있다. 탐지확률과 탐지거리 측면에서 제안된 방법의 가능성을 모의실험을 통하여 검증하였다.

• 한국음향학회지
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• 제20권5호
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• pp.83-91
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• 2001

본 논문은 수중환경에서 비교적 근거리에 위치해 있는 목표물에서 방사되는 광대역 음원신호를 취득하여 목표물의 위치를 탐지하기 위한 표적추정 (Focused) 빔 형성 기법을 제안한다. 표적추정 (Focused) 빔 형성기 기법은 배열 센서를 사용하여 구면파 형태로 입사되는 방사 신호들의 각 센서로의 상이한 전달 지연 시간 성분들을 고려하여 센서 출력 신호들을 일정 시간 구간 동안 코히어런트하게 합해 줌으로써 목표물의 위치를 판단하게 된다. 이때 견인함의 이동에 의해 배열 센서의 형태가 시간적으로 변화하게 되며, 가상의 셀들로 분리된 이미지 공간상에서 각 셀과 배열 센서간의 기하학적인 구조 분석에 의해 계산된 시간 지연 값들을 이용하여 표적추정(Focused) 빔 형성 과정을 거친 최종적인 3차원 빔 패턴 출력을 얻게 된다. 본 논문에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 N차 다항식 (polynomial) 근사법을 이용한 실제 수차 모형 배열 형태 추정을 하였으며 생성된 가상의 수차 모형 배열을 이용하여 각각의 주파수 대역에 따른 광대역 목표물에 대한 추정 성능을 분석하여 보았다.