KR0174075B1

KR0174075B1 - 음향 대항 체계의 신호전송모듈

Info

Publication number: KR0174075B1
Application number: KR1019950045078A
Authority: KR
Inventors: 정신재
Original assignee: 배순훈; 대우전자주식회사
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 1999-04-01
Also published as: KR970028609A

Abstract

본 발명은 수중의 음향 신호를 감지하여 음향원의 정확한 위치 등을 탐지하는 음향 대항 체계(Acoustic Counter Measure)에 있어서 음향모듈(Acoustic Module)에서 수신된 신호를 함상의 신호수신부로 전송하는 신호전송모듈(Telemetry Data Moudle)에 관한 것이다.

본 발명 신호전송모듈은 크게 아날로그 멀티플렉서부와 디지털 멀티플렉서/드라이버부로 이루어진 3그룹으로 구성되고, 상기 아날로그 멀티플렉서부는 수신된 전류형태의 신호를 전압형태의 신호로 변환하고, 신호를 일정한 주파수(예: 15.36KHz) 간격으로 샘플링 및 다중화하여 32채널의 음향센서신호는 20dB 증폭하고 4채널의 보조센서 신호는 증폭없이 디지털 멀티플렉서/드라이버부에 출력하고, 상기 디지털 멀티플렉서/드라이버부는 아날로그 멀티플렉서부에서 전송된 신호를 12비트 디지털 신호로 변환하여 디지털 다중화하고 각 그룹 신호 및 그룹내의 36채널 신호를 구분해 주는 프레임 신호와 반전된 프레임 신호를 채널 데이터의 시작 부분에 교대로 삽입한 후, 데이터 전송시 발생되는 오류의 검출과 교정을 용이하게 하기 위해 정해진 방식(예; HDB3, AMI)으로 코딩하고 라인 코딩된 단극성 신호를 전송선로에 유리한 양극성 신호로 변환한 다음 신호 전송시 발생되는 손실을 방지하기 위해 신호레벨은 그대로 두고 파워만을 키워 동축케이블로 전송함으로써 신호의 왜곡없이 원거리 송신을 가능하게 한 것이다.

Description

음향 대항 체계의 신호 전송모듈

제1도는 음향 대항 체계를 보인 일 예상 구성 블록도.

제2도는 제1도의 진동격리모듈 및 음향모듈을 세부적으로 보인 구성 블록도.

제3도는 본 발명 신호전송모듈의 구성 블록도.

제4 도는 제3도의 아날로그 멀티플럭서부를 세부적으로 보인 구성블록도.

제5도는 제3도의 디지털 멀티플렉서/드라이버부를 세부적으로 보인 구성블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 함상 110 : 자료처리부

120 : 신호수신부 200 : 예인케이블

300 : 음향센서부 310 : 진동격리모듈

311 : 텐션센서 312 : 버퍼

320 : 신호전송모듈 321A,321B,321C : 아날로그 멀티플렉서부

322A,322B,322C : 디지털 멀티플렉서/드라이버부

330 : 음향모듈 331 : 수중청음기

332 : 전치증폭기 333 : 보호회로

334 : 해수잡음보상회로 335,336 : 롤센서

337 : 수심센서 338 : 방위센서

340 : 꼬리로프조립체

본 발명은 수중의 음향을 감지하여 음향원의 정확한 위치 등을 탐지하는 음향 대항 체계(Acoustic Counter Measure)의 음향모듈(Acoustic Module)에서 전송한 신호들을 샘플링하여 아날로그/디지털 변환하고 변환된 신호를 다중화하여 신호의 왜곡없이 원거리 송신하는 신호전송모듈(Telemetry Data Module)에 관한 것이다.

일반적으로 수중의 음향 신호를 감지하여 음향원의 정확한 위치 등을 탐지하는 음향 대항 체계가 수중음파를 감지하는 방식은 선박에 음향 센서부를 설치하는 선박 고정형과 해저지면에 음향 센서를 설치하는 해저 고정형 및 선박에 예인케이블로 연결하는 예인형이 있다.

상기 예인형 음향 대항 체계(Towed Acoustic Counter Module)는 제1도에 도시한 바와 같이 수중의 음향 신호를 감지하여 전기적인 아날로그 신호로 변환하고 이를 다시 디지털 신호로 변환하여 다중화하여 신호수신부(120)로 전송하는 음향센서부(300)와, 선박과 수중의 음향센서부(300)를 연결하는 예인케이블(200)과, 음향 센서부(300)로부터 수신한 전기신호를 함상(100)에 있는 자료처리부(110)에 전달하는 신호수신부(120)와 신호수신부(120)로부터 수신된 신호 데이터를 분류, 검색, 처리하는 자료처리부(110)로 구성된다.

또한 상기 음향센서부(300)는 초기 진동을 감쇄시키는 진동격리모듈(Vibration Isolation Module : 310)과, 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 전송하는 신호전송모듈(320)과, 음향신호를 감지하는 음향모듈(330)과, 최종적으로 진동을 감쇄시키는 꼬리로프조립체(340)로 구성되어 있다.

이하 상기 음향센서부(300)의 동작을 제2도를 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

음향모듈(Acoustic module :330)은 수중의 음향신호를 수신하여 전기적 신호로 변환시키면서 신호를 타고 흐르는 해수 잡음을 제거하는 기능을 하는 모듈로 수중의 음향 신호를 수신하여 전기 신호로 변환하는 수중청음기(Hydrophone : 331)와, 미세신호를 증폭하는 전치증폭기(Pre-Amp :332)와, 수중청음기(331)를 과전류로부터 보호하는 보호회로(Input Protector : 333)와, 음향센서부(330)의 기울어짐을 감지하는 롤센서(Roll Sensor : 335,336)와, 해수로 인한 잡음을 보상하는 해수잡음 보상회로(Sea Noise Correction Amp :334)와, 음향센서부(330)의 수심을 측정하는 수심센서(337)와, 음향센서부(330)의 방위를 측정하는 방위센서(338)로 구성된다.

상기 수중청음기(331)와 전치증폭기(332)는 하나의 패키지(Package)내에 120° 간격으로 3개의 그룹이 있고, 이러한 패키지가 32개 배열되므로 각각의 그룹은 32채널을 갖는다.

수중음향은 해수 입자의 기계적 소밀 작용에 의해 전파되며 이 진동이 주파수의 제곱과 진폭과의 곱에 정비례하는 크기로 수중청음기(331)에 체적변화를 일으키고 이로써 수중청음기(331)는 전기적 에너지 신호를 발생한다.

상기의 전기적 에너지 신호는 전류와 전압의 형태로 표현되는데 수중청음기(331)의 출력단 전치증폭기(332)와의 감도를 고려하여 임피던스 결합시키면 수중청음기(331)의 신호를 멀리 전송할 수 있다.

상기 전치증폭기(332)는 수중청음기(331)출력단의 미약한 신호를 증폭하고, 음파의 수중진행에 따른 감쇄 보상을 위해 엠퍼시스(Emphasis) 처리후 수중청음기(331)의 작은 신호를 신호처리하게 용이하게 증폭한다.

상기 엠퍼시스란 고주파 확산을 발생하도록 신호를 변경하는 프리 엠퍼시스(Pre-emphasis)와 저주파 성분을 고주파에 비해 확장시키는 디 엠퍼시스(De-emphasis)를 통칭하는 것으로 엠퍼시스 처리를 함으로써 수신단의 신호대잡음비(Signal To Noise Ratio : SNR)가 증가하게 된다.

좀 더 상세히 설명하면 음파와 같이 대부분의 에너지가 저주파 영역에 존재하는 신호는 같은 크기의 고주파 성분으로 인하여 커다란 주파수편이(Frequency Deviation)를 발생시키지 않는다.

그러므로 신호의 에너지가 할당된 대역폭에 균일하게 분포하는 것이 아니라 고주파 부분의 에너지는 적게 분포한 결과 고주파 신호에 대해서는 아주 낮은 신호대잡음비를 나타내는 약점을 가진다.

이러한 약점을 개선하기 위한 프리엠퍼시스(Pre-emphasis)와 디엠퍼시스(De-emphasis)방식은 송신기에서는 신호레벨이 높고 잡음이 어느 정도 억제될 수 있어 변조할 신호는 저주파에 비하여 고주파를 확장시켜 의도적으로 변경하고, 수신기에서는 신호레벨이 높고 잡음이 어느정도 억제될 수 있어 복조할 신호를 고주파에 비하여 저주파를 확장시켜 의도적으로 변경하는 것을 말한다.

상기 전치증폭기(332)에서 신호가 증폭될 때 잡음도 신호에 실려 같이 증폭되므로, 주변잡음뿐만 아니라 증폭소자 자체 잡음 요인의 제거도 고려하여 전치증폭기(332)의 증폭회로 대역폭을 제한함으로써 잡음 레벨을 감소시키고 있다.

상기 증폭소자 자체 잡음 요인에는 증폭소자에서 발생하는 잡음을 저역통과 여파기 주파수 대역에서 발생하는 1/f 잡음, Shot 잡음, 그리고 Johnson 잡음들이 있으며, 1/f 잡음은 저역통과 대역에서 발생하며 Johnson 잡음, shot 잡음은 에프엠(Frequency Modulation)대역 이상에서 나타나고 주파수대역에 균일하게 분포하는 특성이 있으므로 백색잡음이라 한다.

상기와 같이 처리된 신호는 해수잡음보상회로(334)를 통과하면서 저주파영역에 존재하는 해수내의 잡음신호는 차단되고 감쇄된 고주파 성분신호는 보상되어 신호전송모듈(320)에 전달된다.

또한 음향모듈(330)의 수심센서(337)와 방위센서(338)는 음향센서부(300)의 예인 방위와 수심 정보를 각각 측정하여 상기 신호전송모듈(320)에 전달한다.

본 발명의 목적은 상기 음향모듈로부터 수신한 신호들을 샘플링하여 아날로그/디지털 변환하고 변환된 신호를 다중화하여 신호의 왜곡없이 원거리 송신하는 신호전송모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 구성을 제3도 내지 5도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명 신호전송모듈(320)은 3개의 그룹 A, B, C로 나위어지며 각 그룹은 36채널 입력을 갖는 아날로그 멀티플렉서부(321A, 321B, 321C)와, 디지털 멀티플렉서/드라이버부(322A, 322B, 322C)로 구성된다.

또한 상기 아날로그 멀티플렉서부(321A, 321B, 321C)는 음향 모듈(330)로부터 전류형태로 전송된 32개의 아날로그 음향센서 신호 및 4개의 보조센서 신호를 전압형태로 변환하는 전류/전압 변환수단(I/V CONV)과, 디지털 멀티플렉서/드라이버부(322A, 322B, 322C)의 제어신호를 이용하여 센서 신호를 일정한 주파수(예: 15.36KHz) 간격으로 샘플링 및 다중화하는 아날로그 멀티플렉서(AMUX)와, 32채널의 음향센서 신호는 20dB 증폭하고 4채널의 보조센서 신호는 증폭없이 출력하는 이득증폭수단(Gain Amp)으로 구성되고,

상기 디지털 멀티플렉서/드라이버부(322A, 322B, 322C)는 36채널의 신호를 아날로그 다중화 및 샘플링할 수 있도록 타이밍 신호(Timing Signal)를 발생하고 제어신호로 사용되는 3개의 CA신호와 6개의 GR신호를 발생하며 아날로그/디지털 변환기(A/D CON)가 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 컨버젼 신호(Conversion Signal)를 제공하고 프레임 타임 슬롯(Frame Time Slot : 데이터 처리 가능한 시간 간격)을 만드는 EPLD2(Erasable Programmable Logic Device 2 : 소거/프로그램 가능한 논리 소자)와, 아날로그 멀티플렉서부(321A, 321B, 321C)의 이득증폭수단(Gain Amp)을 통하여 출력되는 신호를 전송 받아 12비트 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(A/D CON)와 변환된 신호를 병렬 디지털 신호로 변환하기 위해 신호를 저장하는 데이터 래치(Data Latch)와 12비트의 병렬 데이터를 12:1 로 다중화하여 직렬 데이터로 출력하는 디지털 멀티플렉서(MUX)과 각 그룹 신호 및 그룹내의 36채널 신호를 구분해 주는 프레임 신호(Frame Aliment Signal : FAS)와 반전된 프레임 신호(FAX 인버젼)를 교대로 삽입하는 FAS 멀티플렉서(FAS MUX)와 데이터 전송시 발생되는 오류의 검출과 교정을 용이하게 하기 위해 정해진 방식(예:HDB3)으로 코딩하는 라인 코더(Line Coder)로 이루어진 EPLD1과, 라인 코딩된 단극성 신호를 전송선로에 유리한 양극성 신호로 변환하는 단극성/양극성 변환 수단(U/B CONV)과, 전송하기 전에 신호 전송시 발생되는 손실을 방지하기 위해 신호레벨은 그대로 두고 파워만을 키우는 라인 드라이버(LDRV)와, 3그룹의 데이터를 동시에 처리하기 위한 동기 클럭을 제공하기 위해 그룹 A, C는 클럭 수신기(CLK REV)를 그룹B는 클럭 발생기(CLK GEN)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 작용 및 효과를 제3도 내지 제5도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명 신호전송모듈의 구성 블록도이고, 제4도는 본 발명 신호전송모듈의 아날로그 멀티플렉서부를 세부적으로 보인 구성 블록도이며, 제5도는 본 발명 신호전송모듈의 디지털 멀티플럭세/드라이버부를 세부적으로 보인 구성블록도이다.

신호전송모듈의 각 그룹 A, B, C에 음향모듈(330)에서 전류형태로 전송된 32개의 아날로그 음향센서 신호 및 4개의 보조센서 신호가 입력되면 전류형태의 신호는 전류/전압 변환수단(I/V CONV)에서 전압형태로 변환되고 아날로그 멀티플렉서(AMUX)는 디지털 멀티플렉서/드라이버브(332A, 322B, 322C)의 EPLD2가 발생하는 GR 및 CA 신호를 제어신호로 이용하여 상기 변환된 신호를 일정한 주파수(예: 15.36KHz) 간격으로 샘플링 및 다중화하여 이득증폭수단(Gain Amp)에 출력한다.

상기 이득증폭수단(Gain Amp)은 아날로그 멀티플렉서(AMUX)에서 순차적으로 출력되는 신호 가운데서 32채널(CH1-CH32)의 음향센서 신호는 20dB 증폭하고 4채널(CH33-CH36)의 보조센서 신호는 증폭없이 디지털 멀티플렉서/드라이버부(322A, 322B, 322C)의 아날로그/디지털 변환기(A/D CON)에 출력한다.

상기 아날로그/디지털 변환기(A/D CON)는 EPLD2가 발생하는 컨버젼 신호를 받아 이득증폭수단(Gain Amp)에서 전송된 신호를 12비트 디지털 신호로 변환하여 EPLD1에 출력한다.

상기 EPLD1에서는 입력되는 디지털 신호를 12비트 병렬 데이터로 변환하기 위해 데이터 래치(Data Latch)는 신호를 저장하며, 12비트 병렬 데이터로 변환된 신호는 디지털 멀티플렉서(MUX)에 의하여 직렬 데이터로 다중화된 다음 FAS 멀티플렉서(FAS MUX)에서 그룹 A, B, C 및 그룹내의 36채널 신호를 구분해 주는 프레임 신호(FAX)와 반전된 프레임 신호(FAX 인버젼)를 채널 데이터의 시작 부분에 교대로 삽입한후, 라인코어(Line Coder)에서 데이터 전송시 발생되는 오류의 검출과 교정을 용이하게 하기 위해 정해진 방식(예:HDB3, AMI)으로 코딩하여 출력한다.

단극성/양극성 변환수단(U/B CONV)은 라인 코딩된 단극성 신호를 전송선로에 유리한 양극성 신호로 변환하여 라인 드라이버(LDRV)에 출력하면 라인 드라이버(LDRV)는 신호를 전송하기 전에 신호 전송시 발생되는 손실을 방지하기 위해 신호레벨을 그대로 두고 파워만을 키운다

이와 같이 처리된 시리얼 데이터는 예인함 및 예인케이블에서 발생되는 진동의 감쇄와 예인으로 인한 진동 발생을 텐션센서(Tension Sensor : 3110에서 감지하여 버퍼(Buffer :312)에서 감지된 진동을 완충하는 진동격리모듈(310)을 거쳐 예인케이블(200)을 경유하여 선박의 함상(100)에 설치된 신호수신부(120)에 전송된다.

신호수신부(120)는 수신한 신호들을 처리하여 자료처리부(110)에 전송하며 자료처리부(110)는 수신된 신호 데이터를 분류, 검색 등의 처리를 하게 된다.

상기와 같은 신호전송모듈(320)의 신호 전송은 그룹B의 클럭 발생기(CLK GEN)에서 발생하는 동기 클럭을 그룹A, C의 클럭 수신기(CLK REV)가 수신함으로써 3그룹의 각 회로들이 동기되고 EPLD2가 만들어내는 타이밍 신호, 제어신호, 컨버젼 신호, 프레임 타임 슬롯에 의해 제어됨으로써 이루어진다.

본 발명은 음향모듈로부터 수신한 신호들을 샘플링하고 적정하게 증폭하여 아날로그/디지털 변환하며 변환된 신호를 다중화한 다음 라인코딩, 단극성/양극성 변환, 라인 드라이브함으로써 신호의 왜곡없이 원거리 송신할 수 있는 효과가 있다.

Claims

수중의 음향을 감지하여 음향원의 정확한 위치 등을 탐지하는 음향 대항 체계의 음향 센서부(300)의 음향모듈(330)에서 3그룹으로 각각 분리되어 감지된 다수의 채널을 갖는 음향 센서 신호와, 수심 및 방위를 나타내는 소정 채널의 보조 센서 신호를 예인 케이블(200)을 통하여 함상(100)으로 송신하기 위한 장치로서, 상기 다수개의 센서 신호를 전압형태의 신호로 변환하는 전류/전압 변환수단(I/V CONV)과, 상기 전류/전압 변환수단(I/V CONV)로 부터의 병렬 신호를 제어 신호에 의거하여 샘플링 및 다중화하여 출력하는 아날로그 멀티플렉서(AMUX)와, 상기 아날로그 멀티플렉서(AMUX)로부터의 다중화된 신호를 증폭하여 출력하는 이득증폭수단(Gain Amp)로 이루어진 아날로그 멀티플렉서부(321A, 321B, 321C)와; 상기 이득증폭수단(Gain Amp)으로부터의 아날로그 신호를 컨버젼 신호에 의거하여 소정 비트의 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(A/D CON)와, 변환된 디지털 신호를 저장하는 데이터 래치(Data Latch)와, 래치된 소정 비트의 디지털 신호를 다중화하여 출력하는 디지털 멀티플렉서(MUX)와, 다중화된 디지털 신호에 각 그룹 및 그룹내의 채널을 구분하기 위한 프레임 신호와 반전된 프레임 신호를 교대로 삽입하여 출력하는 FAS 멀티플렉서(FAS MUX)와, 상기 FAS 멀티플렉서(FAS MUX)로부터의 신호를 전송하기 위하여 소정 코딩 방식으로 코딩하는 라인 코더(Line Coder)와, 라인 코딩된 단극성 신호를 양극성 신호로 변환하여 출력하는 단극성/양극성 변환수단(U/V CONV)과, 양극성으로 변환된 신호의 전력을 증폭하여 상기 예인 케이블(200)을 통하여 송신하는 라인 드라이버(LDRV)와, 상기 제어신호와 컨버젼 신호를 발생하고 각종 타이밍과 프레임 타임 슬롯을 발생하는 소거/프로그램 가능한 논리 소자부(EPLD2)로 이루어진 디지털 멀티플렉서/드라이버부(322A, 322B, 322C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향대항 체계의 신호전송모듈.