• 제목/요약/키워드: simulation-based learning

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엑셀/VBA를 이용한 배추 모형 제작 (Development of a Chinese cabbage model using Microsoft Excel/VBA)

  • 문경환;송은영;위승환;오순자
    • 한국농림기상학회지
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    • 제20권2호
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    • pp.228-232
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    • 2018
  • 기후변화 영향평가를 위하여 프로세스 작물모형이 많이 이용되고 있지만, FORTRAN, C++, Delphi, Java와 같은 컴퓨터 프로그래밍 언어로 만들어지기 때문에 농학자들이 작물 모형을 제작하는 것이 쉽지 않다. 배추 모형을 개발하기 위해 6 가지 온도 체계를 가진 토양-식물-대기 연구(SPAR) 실험 자료가 사용되었다. SPAR 챔버에서의 식물 재배 기간 동안 잎의 수, 잎의 면적, 식물의 생장률을 6 회 측정 하였다. 또한 휴대용 LI-6400 광합성 측정기를 이용하여 잎의 광합성을 측정 하였다. 잎 수준 광합성 예측은 Farquhar, von Caemmerer 및 Berry (FvCB) 모형을 적용 하였고, 수관의 광합성은 Sun/Shade 모형이 사용되었다. 이러한 전 과정은 BuildIt 이라는 Excel 추가기능이 포함된 엑셀 파일로 제작되었다. 개발된 모형으로 시간 단위의 기상 입력 자료를 사용하여 배추의 광합성, 생장률 및 기타 생리 변수의 변화를 모의할 수 있었으며, 측정된 배추의 건조 중량의 변화와 모형에서 예측된 동화량과는 비례적인 관계를 나타내었으나, 온도에 따라서 다르게 나타났다.

국민건강증진을 위한 응급구조학 교육의 나아갈 방향 -신임 119구급대원의 출동경험을 바탕으로- (Direction of Emergency Rescue Education Based on the Experience of New 119 Paramedics for National Health Promotion)

  • 김정선
    • 한국엔터테인먼트산업학회논문지
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    • 제15권1호
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    • pp.207-220
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    • 2021
  • 본 연구는 신임 119구급대원의 출동경험을 바탕으로 응급구조학 교육의 현장 적용 및 효용성을 파악한 후 대학교육의 한계점과 개선점 및 발전방향을 도출해내고자 한 질적 연구이다. 연구대상자는 응급구조학과를 졸업한 119 구급대원으로 구급활동을 시작한 지 3년 이내의 신임구급 대원 6명이다. 내러티브 인터뷰(narrative interview)방식으로 심층면담을 진행한 후 현상학적 방법 중 하나인 Colaizzi방법으로 분석하였다. 의미있는 진술에서 82개의 구성된 의미가 도출되었다. 구성된 의미로 부터 23개의 theme, 4개의 theme cluster, 2개의 category가 확인되었다. 4개의 주제모음은 '대학교육의 효용성', '대학교육의 한계점', '교육방법론에서의 개선방향', '교육내용에서의 개선방향'으로 신임구급대원들은 대학교육이 전반적으로는 도움이 되었으나 소방 현장보다는 병원 쪽에 치우친 이론교육이 주입식 강의로 이루어진 한계점을 지적하였다. 이에 신임대원들은 사례중심의 학습, 현장사례리뷰, 역할극방식 교육, 시뮬레이션 교육의 확대와 함께 실습위주로 장비를 활용한 술기교육을 강화할 것을 제안하였다. 또한 신임대원들은 대학교육과 현장사이에서 이론과 실제사이의 괴리감을 토로하며 소방현장에 맞는 교육의 도입을 제안하고 다양한 시각을 위한 다양한 지도를 언급하였다. 응급구조학 대학교육은 전반적으로 도움이 되었으나 제한점이 동시에 관찰되므로 교육방법론과 교육내용의 개선을 통해 발전해가야 한다.

상수도관망 내 데이터 불확실성에 따른 절점 압력 예측 ANN 모델 수행 성능 비교 (Comparison of ANN model's prediction performance according to the level of data uncertainty in water distribution network)

  • 장혜운;정동휘;전상훈
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제55권spc1호
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    • pp.1295-1303
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    • 2022
  • 안정적인 수도 공급을 위한 상수도관망의 역할이 더욱 주목받음에 따라 비정상 상황에 대한 신속한 탐지와 적절한 대처 역시 중요시되고 있다. 장치에 의존한 탐지기법 등 기존의 방법론에는 한계가 존재하므로 데이터를 이용한 모델 기반의 방법이 개발되었다. 하지만 상수도관망 내 측정 데이터는 불확실성을 가져 실제 사용량과 다르다. 따라서 본 연구에서는 기계학습 방법의 하나인 인공신경망 모델을 이용하여 상수도관망 압력값을 예측함에 있어 데이터 불확실성의 영향을 조사한다. 정규분포를 따르는 임의의 값을 고려하여 데이터에 측정치 오류를 형성하고 측정치 오류 여부 및 종류에 따라 총 9가지 데이터를 인공신경망 모델을 통해 예측해 경향성을 비교한다. 분석을 통해 데이터 불확실성이 증가할수록 모델 성능이 감소하며, 출력데이터의 측정치 오류가 모델 성능에 미치는 정도가 더 큼을 확인하였다. 특히 입력데이터와 출력데이터의 측정 오차 크기가 동일한 경우 예측 정확도는 각각 72.25%, 38.61%로 큰 차이를 보였다. 따라서 ANN 모델 예측 성능 향상을 위해서는 입력 데이터보다 출력데이터인 주절점의 측정 오류 크기를 줄이는 것이 중요하다.

사례기반 추론기법과 인공신경망을 이용한 서비스 수요예측 프레임워크 (A Hybrid Forecasting Framework based on Case-based Reasoning and Artificial Neural Network)

  • 황유섭
    • 지능정보연구
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    • 제18권4호
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    • pp.43-57
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    • 2012
  • 제조업에 있어서 판매 후 서비스 건수와 내용 등은 향후 서비스 제공을 위한 자원배분의 효율성 증진과 서비스 품질 향상을 위해서도 매우 중요한 정보이다. 따라서 기업들은 향후 발생하는 판매 후 서비스에 대해 정확히 예측하고 그에 따라 적절히 대처하는 능력을 확보할 필요성이 제조업을 중심으로 증가하고 있다. 그러나 실제로 이들 기업들이 활용하고 있는 서비스 수요예측 방법들은 전통적인 통계적인 예측기법이거나, 시뮬레이션을 기반한 기법들이다. 예를 들면, 전통적인 통계적인 예측기법으로는 회귀분석(regression analysis)의 경우, 다양한 제품모델에 대한 판매 후 서비스 발생 패턴이 선형적인 관계가 매우 적음에도 불구하고 선형으로 가정하여 추정한다는 점과 적정한 회귀식을 가정하여야 되며, 이러한 가정이 실제 경영환경에서는 매우 어렵다는 점 등이 기존의 예측기법들의 한계점으로 지적되고 있다. 본 연구에서는 디지털 TV 모델을 생산 판매 하는 A사의 사례연구를 통하여 최근 인공지능연구에서 각광을 받고 있는 사례기반추론(case-based reasoning; CBR) 기법을 활용한 서비스 수요예측 프레임워크를 제안하고자 한다. 또한, 사례기반추론에서 핵심적인 역할 중 하나인 유사 사례추출 방법에 있어서 가장 일반적인 nearest-neighbor 방법 이외의 유사 사례추출 방법을 제안하고자 한다. 특히, 본 연구에서 제안하는 유사 사례추출 방법은 인공신경망(artificial neural network)을 활용한 자기조직화지도(Self-Organizing Maps : SOM) 군집화 기법을 활용한 유사 사례추출 방식으로 이를 활용한 서비스 수요예측 프레임워크에 구현하고, 실제 기업의 판매 후 서비스 데이터를 활용하여 본 연구에서 제안하는 서비스 수요 예측 프레임워크의 유효성을 실증적으로 검증하고자 한다.

CAE 알고리즘을 이용한 레이더 강우 보정 평가 (Application of convolutional autoencoder for spatiotemporal bias-correction of radar precipitation)

  • 정성호;오성렬;이대업;레수안히엔;이기하
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제54권7호
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    • pp.453-462
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    • 2021
  • 최근 몇 년 동안 국지성 집중호우의 빈도가 증가함에 따라 고해상도 레이더 자료의 중요성 및 활용성이 증가하고 있다. 하지만 여전히 레이더 자료의 경우 시·공간적 편의가 존재하고 이를 보정하는 것이 매우 중요하며 많은 연구에서 레이더 강우의 편의 보정을 위해 다양한 통계적 기법이 시도되었다. 본 연구에서는 시·공간적으로 강우를 추정할 수 있는 이중편파레이더의 편의를 지점 강우와 비교하여 보정하는 것을 목표로 한다. 환경부의 수자원관리 및 홍수 예측에 사용되는 S-밴드 이중편파레이더의 편의 보정을 위하여 합성곱신경망(Convolutional Neural Network, CNN)기반의 Convolutional Autoencoder (CAE) 알고리즘을 구축하여 편의 보정을 수행하였다. CAE 모델의 입력자료는 환경부의 10분 단위 레이더 합성 강우자료와 같은 공간해상도로 보간된 지점 관측 강우자료를 사용하였으며, 자료의 기간은 미호천 유역에 홍수 경보가 발령된 2017년 7월 16일 00시부터 13시까지의 10분 단위 자료를 사용하였다. 그 결과로 지점 강우 대비 원시 레이더 강우의 편의가 줄어듦을 확인할 수 있으며 시·공간적으로 개선된 결과를 보여주고 있다. 따라서 각 인접한 격자 간의 공간 관계를 학습하는 CAE 모델은 레이더 및 위성에서 추정되는 격자형 기후 자료의 실시간 편의 보정에 사용할 수 있을 것으로 분석되었다.

보다 정확한 동적 상황인식 추천을 위해 정확 및 오류 패턴을 활용하여 순차적 매칭 성능이 개선된 상황 예측 방법 (Context Prediction Using Right and Wrong Patterns to Improve Sequential Matching Performance for More Accurate Dynamic Context-Aware Recommendation)

  • 권오병
    • Asia pacific journal of information systems
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    • 제19권3호
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    • pp.51-67
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    • 2009
  • Developing an agile recommender system for nomadic users has been regarded as a promising application in mobile and ubiquitous settings. To increase the quality of personalized recommendation in terms of accuracy and elapsed time, estimating future context of the user in a correct way is highly crucial. Traditionally, time series analysis and Makovian process have been adopted for such forecasting. However, these methods are not adequate in predicting context data, only because most of context data are represented as nominal scale. To resolve these limitations, the alignment-prediction algorithm has been suggested for context prediction, especially for future context from the low-level context. Recently, an ontological approach has been proposed for guided context prediction without context history. However, due to variety of context information, acquiring sufficient context prediction knowledge a priori is not easy in most of service domains. Hence, the purpose of this paper is to propose a novel context prediction methodology, which does not require a priori knowledge, and to increase accuracy and decrease elapsed time for service response. To do so, we have newly developed pattern-based context prediction approach. First of ail, a set of individual rules is derived from each context attribute using context history. Then a pattern consisted of results from reasoning individual rules, is developed for pattern learning. If at least one context property matches, say R, then regard the pattern as right. If the pattern is new, add right pattern, set the value of mismatched properties = 0, freq = 1 and w(R, 1). Otherwise, increase the frequency of the matched right pattern by 1 and then set w(R,freq). After finishing training, if the frequency is greater than a threshold value, then save the right pattern in knowledge base. On the other hand, if at least one context property matches, say W, then regard the pattern as wrong. If the pattern is new, modify the result into wrong answer, add right pattern, and set frequency to 1 and w(W, 1). Or, increase the matched wrong pattern's frequency by 1 and then set w(W, freq). After finishing training, if the frequency value is greater than a threshold level, then save the wrong pattern on the knowledge basis. Then, context prediction is performed with combinatorial rules as follows: first, identify current context. Second, find matched patterns from right patterns. If there is no pattern matched, then find a matching pattern from wrong patterns. If a matching pattern is not found, then choose one context property whose predictability is higher than that of any other properties. To show the feasibility of the methodology proposed in this paper, we collected actual context history from the travelers who had visited the largest amusement park in Korea. As a result, 400 context records were collected in 2009. Then we randomly selected 70% of the records as training data. The rest were selected as testing data. To examine the performance of the methodology, prediction accuracy and elapsed time were chosen as measures. We compared the performance with case-based reasoning and voting methods. Through a simulation test, we conclude that our methodology is clearly better than CBR and voting methods in terms of accuracy and elapsed time. This shows that the methodology is relatively valid and scalable. As a second round of the experiment, we compared a full model to a partial model. A full model indicates that right and wrong patterns are used for reasoning the future context. On the other hand, a partial model means that the reasoning is performed only with right patterns, which is generally adopted in the legacy alignment-prediction method. It turned out that a full model is better than a partial model in terms of the accuracy while partial model is better when considering elapsed time. As a last experiment, we took into our consideration potential privacy problems that might arise among the users. To mediate such concern, we excluded such context properties as date of tour and user profiles such as gender and age. The outcome shows that preserving privacy is endurable. Contributions of this paper are as follows: First, academically, we have improved sequential matching methods to predict accuracy and service time by considering individual rules of each context property and learning from wrong patterns. Second, the proposed method is found to be quite effective for privacy preserving applications, which are frequently required by B2C context-aware services; the privacy preserving system applying the proposed method successfully can also decrease elapsed time. Hence, the method is very practical in establishing privacy preserving context-aware services. Our future research issues taking into account some limitations in this paper can be summarized as follows. First, user acceptance or usability will be tested with actual users in order to prove the value of the prototype system. Second, we will apply the proposed method to more general application domains as this paper focused on tourism in amusement park.

A hybrid algorithm for the synthesis of computer-generated holograms

  • Nguyen The Anh;An Jun Won;Choe Jae Gwang;Kim Nam
    • 한국광학회:학술대회논문집
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    • 한국광학회 2003년도 하계학술발표회
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    • pp.60-61
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    • 2003
  • A new approach to reduce the computation time of genetic algorithm (GA) for making binary phase holograms is described. Synthesized holograms having diffraction efficiency of 75.8% and uniformity of 5.8% are proven in computer simulation and experimentally demonstrated. Recently, computer-generated holograms (CGHs) having high diffraction efficiency and flexibility of design have been widely developed in many applications such as optical information processing, optical computing, optical interconnection, etc. Among proposed optimization methods, GA has become popular due to its capability of reaching nearly global. However, there exits a drawback to consider when we use the genetic algorithm. It is the large amount of computation time to construct desired holograms. One of the major reasons that the GA' s operation may be time intensive results from the expense of computing the cost function that must Fourier transform the parameters encoded on the hologram into the fitness value. In trying to remedy this drawback, Artificial Neural Network (ANN) has been put forward, allowing CGHs to be created easily and quickly (1), but the quality of reconstructed images is not high enough to use in applications of high preciseness. For that, we are in attempt to find a new approach of combiningthe good properties and performance of both the GA and ANN to make CGHs of high diffraction efficiency in a short time. The optimization of CGH using the genetic algorithm is merely a process of iteration, including selection, crossover, and mutation operators [2]. It is worth noting that the evaluation of the cost function with the aim of selecting better holograms plays an important role in the implementation of the GA. However, this evaluation process wastes much time for Fourier transforming the encoded parameters on the hologram into the value to be solved. Depending on the speed of computer, this process can even last up to ten minutes. It will be more effective if instead of merely generating random holograms in the initial process, a set of approximately desired holograms is employed. By doing so, the initial population will contain less trial holograms equivalent to the reduction of the computation time of GA's. Accordingly, a hybrid algorithm that utilizes a trained neural network to initiate the GA's procedure is proposed. Consequently, the initial population contains less random holograms and is compensated by approximately desired holograms. Figure 1 is the flowchart of the hybrid algorithm in comparison with the classical GA. The procedure of synthesizing a hologram on computer is divided into two steps. First the simulation of holograms based on ANN method [1] to acquire approximately desired holograms is carried. With a teaching data set of 9 characters obtained from the classical GA, the number of layer is 3, the number of hidden node is 100, learning rate is 0.3, and momentum is 0.5, the artificial neural network trained enables us to attain the approximately desired holograms, which are fairly good agreement with what we suggested in the theory. The second step, effect of several parameters on the operation of the hybrid algorithm is investigated. In principle, the operation of the hybrid algorithm and GA are the same except the modification of the initial step. Hence, the verified results in Ref [2] of the parameters such as the probability of crossover and mutation, the tournament size, and the crossover block size are remained unchanged, beside of the reduced population size. The reconstructed image of 76.4% diffraction efficiency and 5.4% uniformity is achieved when the population size is 30, the iteration number is 2000, the probability of crossover is 0.75, and the probability of mutation is 0.001. A comparison between the hybrid algorithm and GA in term of diffraction efficiency and computation time is also evaluated as shown in Fig. 2. With a 66.7% reduction in computation time and a 2% increase in diffraction efficiency compared to the GA method, the hybrid algorithm demonstrates its efficient performance. In the optical experiment, the phase holograms were displayed on a programmable phase modulator (model XGA). Figures 3 are pictures of diffracted patterns of the letter "0" from the holograms generated using the hybrid algorithm. Diffraction efficiency of 75.8% and uniformity of 5.8% are measured. We see that the simulation and experiment results are fairly good agreement with each other. In this paper, Genetic Algorithm and Neural Network have been successfully combined in designing CGHs. This method gives a significant reduction in computation time compared to the GA method while still allowing holograms of high diffraction efficiency and uniformity to be achieved. This work was supported by No.mOl-2001-000-00324-0 (2002)) from the Korea Science & Engineering Foundation.

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자연 프루닝과 베이시안 선택에 의한 신경회로망 일반화 성능 향상 (Improving Generalization Performance of Neural Networks using Natural Pruning and Bayesian Selection)

  • 이현진;박혜영;이일병
    • 한국정보과학회논문지:소프트웨어및응용
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    • 제30권3_4호
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    • pp.326-338
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    • 2003
  • 신경회로망 설계 및 모델선택의 목표는 최적의 구조를 가지는 일반화 성능이 우수한 네트워크를 구성하는 것이다. 하지만 학습데이타에는 노이즈(noise)가 존재하고, 그 수도 충분하지 않기 때문에 최종적으로 표현하고자 하는 진확률 분포와 학습 데이타에 의해 표현되는 경험확률분포(empirical probability density) 사이에는 차이가 발생한다. 이러한 차이 때문에 신경회로망을 학습데이타에 대하여 과다하게 적합(fitting)시키면, 학습데이타만의 확률분포를 잘 추정하도록 매개변수들이 조정되어 버리고, 진확률 분포로부터 멀어지게 된다. 이러한 현상을 과다학습이라고 하며, 과다학습된 신경회로망은 학습데이타에 대한 근사는 우수하지만, 새로운 데이타에 대한 예측은 떨어지게 된다. 또한 신경회로망의 복잡도가 증가 할수록 더 많은 매개변수들이 노이즈에 쉽게 적합되어 과다학습 현상은 더욱 심화된다. 본 논문에서는 통계적인 관점을 바탕으로 신경회로망의 일반화 성능을 향상시키는 신경회로 망의 설계 및 모델 선택의 통합적인 프로세스를 제안하고자 한다. 먼저 학습의 과정에서 적응적 정규화가 있는 자연기울기 학습을 통해 수렴속도의 향상과 동시에 과다학습을 방지하여 진확률 분포에 가까운 신경회로망을 얻는다. 이렇게 얻어진 신경회로망에 자연 프루닝(natural pruning) 방법을 적용하여 서로 다른 크기의 후보 신경회로망 모델을 얻는다. 이러한 학습과 복잡도 최적화의 통합 프로세스를 통하여 얻은 후보 모델들 중에서 최적의 모델을 베이시안 정보기준에 의해 선택함으로써 일반화 성능이 우수한 최적의 모델을 구성하는 방법을 제안한다. 또한 벤치마크 문제를 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여, 제안하는 학습 및 모델 선택의 통합프로세스의 일반화 성능과 구조 최적화 성능의 우수성을 검증한다.

PBL/S-PBL 패키지 평가도구 개발 및 평가 : 보건계열(학)과와 간호(학)과를 중심으로 (Development and Evaluation Frameworks for PBL/S-PBL Packages: in the case of the Dept. in Allied Health Professionals and Nursing)

  • 양정화;김수진;김효실;임진형;채수경
    • 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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    • 제33권3호
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    • pp.203-211
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    • 2010
  • 본 연구의 목적은 PBL/S-PBL에 사용되는 패키지(교재)를 측정할 수 있는 타당하고 신뢰할 수 있는 평가도구를 개발하는 것이다. 이러한 목적을 실현하기 위해 문헌 고찰을 통하여 PBL 및 S-PBL 패키지를 측정하는 도구의 3항목 15문항의 예비문항들을 만들었다. 예비문항을 대학의 교수 9인의 전문가를 통해 내용타당도를 검증하여 PBL은 14문항, S-PBL은 15문항으로 구성하였다. 개발된 평가도구의 구성 타당도 검증을 위하여 요인분석을 하였다. PBL은 동기부여 3항목, 통합성 7항목, 체계성 4항목, 총 14항목으로, S-PBL은 동기부여 4항목, 통합성 6항목, 체계성 5항목, 총 15항목으로 이루어진 평가도구가 제시되었으며 Cronbach's $\alpha$계수가 PBL은 0.9112, S-PBL은 0.9166으로 적절한 신뢰도를 갖는 평가도구로 검증되었다.

원거리 무인기 신호 식별을 위한 특징추출 알고리즘 (Feature Extraction Algorithm for Distant Unmmaned Aerial Vehicle Detection)

  • 김주호;이기배;배진호;이종현
    • 전자공학회논문지
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    • 제53권3호
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    • pp.114-123
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    • 2016
  • 본 논문에서는 무인항공기의 엔진 음향 신호를 탐지하기 위한 효과적인 특징 추출 방법을 제안하고 검증한다. 엔진 음향신호는 기본주파수와 배음이 정수배 관계를 갖는 조화 복합음(Harmonic complex tone)으로 구성되며, 각 주파수의 시간에 따른 변화는 연속적이다. 이러한 특성을 이용하여 기본주파수의 정수배와 실제 배음 주파수 차이의 평균과 분산, 주파수 변화량 등으로 구성된 특징벡터를 제안하였다. 모의 실험을 수행한 결과 제안한 특징벡터는 목표신호와 다양한 간섭 신호에 대해 우수한 변별력을 보였으며, 시간에 따라 주파수가 변하는 경우에도 영향을 받지 않고 안정적인 결과를 보였다. 원거리에서 실측된 엔진 음향신호로 부터 특징의 Fisher score를 계산하여 변별력을 비교한 결과, 제안한 특징 중 주파수에 기반한 세 가지 특징들이 신호 대 잡음비가 낮은 상황에서도 높은 변별력을 보였다. ELM 분류기를 이용해 MFCC와의 인식 성능을 비교한 결과, 제안한 방법을 이용할 경우 모의 간섭신호에 대한 오류율이 37.6% 개선되었다. 또한 신호대 잡음비가 시간에 따라 점진적으로 증가하는 경우 MFCC에 비해 4.5 dB 낮은 시점에서 목표신호 탐지가 가능하였다.