KR100520786B1 - System for localizing other ships position - Google Patents

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KR100520786B1
KR100520786B1 KR10-2003-0054596A KR20030054596A KR100520786B1 KR 100520786 B1 KR100520786 B1 KR 100520786B1 KR 20030054596 A KR20030054596 A KR 20030054596A KR 100520786 B1 KR100520786 B1 KR 100520786B1
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Abstract

본 발명은 타선의 위치 추적 시스템에 관한 것으로서, 타선의 위치 추적 시스템에 있어서, 거주구 상부에 설치되며, 모든 방향의 음압 신호에 대하여 반응하여 음압 신호를 수집하는 거주부 상부 마이크로폰과, 좌측 및 우측의 방향의 음압 신호에 대하여 반응하며, 좌현 및 우현에서 발생되는 음압 신호를 수집하는 좌현 및 우현에 각각 설치된 마이크로폰과, 선수 및 선미의 방향의 음압 신호에 대하여 반응하며, 전방 및 후방에서 발생되는 음압 신호를 수집하는 선수 및 선미에 각각 설치된 마이크로폰과, 상기 각각의 마이크로폰에서 수신된 상기 음압 신호를 수신하여 상기 음압 신호를 이산화된 데이터 값으로 변환하고 잡음을 제거한 후에 디지털 신호로 변환시키는 신호 처리부와, 상기 신호처리부로부터 디지털화된 데이터를 수신하여 음압레벨을 평가하고 음압레벨에 따라 경고음을 발송하며, 상기 각 마이크로폰에서 수신한 음압레벨을 이용하여 타선의 위치를 추적하는 PC를 포함하여 구성되고, 음압 레벨을 활용하여 타선의 위치 정보 추적이 가능하며, 안개 낀 상황 등에서 타선이 경고하는 혼 소리를 밀폐된 선교에서 쉽게 인지할 수 있을 뿐만 아니라, 타선이 존재할 수 있는 공간 좌표 상의 영역을 음원 추적으로 타선의 위치를 알아낼 수 있도록 하고, 타선이 가까이 있음을 인지한 경우에는 경고음 등을 통하여 선박들 간의 충돌을 회피하는 등의 안전 운항을 위한 조치를 취할 수 있는 효과가 있다. The present invention relates to a position tracking system of other ships, the position tracking system of other ships, the upper part of the living quarters, which is installed in the upper part of the mouth, and collects the sound pressure signals in response to the sound pressure signals in all directions, and left and right sides. Responds to sound pressure signals in the direction of, responds to microphones installed on the port and starboard, respectively, which collect sound pressure signals from port and starboard, and to sound pressure signals in the direction of bow and stern, A microphone installed at each of the player and the stern for collecting the signal, a signal processor for receiving the sound pressure signal received from each of the microphones, converting the sound pressure signal into discrete data values, removing noise, and converting the signal into a digital signal; Sound pressure level by receiving the digitized data from the signal processor It evaluates and sends a warning sound according to the sound pressure level, and comprises a PC that tracks the position of the other ship by using the sound pressure level received from each microphone, it is possible to track the position information of the other ship by using the sound pressure level, fog Not only can the sound of horns warned by other ships be easily recognized in closed bridges in the event of being caught, but also the sound source can be used to identify the location of other ships by tracking sound sources in areas where space can exist. In one case, it is possible to take measures for safe operation such as avoiding collisions between ships through warning sounds.

Description

타선 위치 추적 시스템{SYSTEM FOR LOCALIZING OTHER SHIPS POSITION}Line position tracking system {SYSTEM FOR LOCALIZING OTHER SHIPS POSITION}

본 발명은 타선의 위치 추적 시스템에 관한 것으로서, 선박의 5개의 지점에 마이크로폰을 설치하고 타선에서 들려오는 혼(Horn) 또는 기타의 음으로 타선의 위치를 파악할 수 있는 타선의 위치 추적 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a position tracking system of a rudder ship, and relates to a position tracking system of a rudder ship capable of detecting the position of the rudder ship by a horn or other sound heard from the rudder by installing microphones at five points of the ship. .

도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 선박에서 타선의 위치를 추적하는 마이크로폰의 배치 및 이를 나타낸 디스플레이를 나타낸 배치도 및 시스템 설치도이다. 종래의 음 수신 시스템은 도 1a과 같이 선수, 선미, 좌현 및 우현에 4개의 마이크로폰(102, 104, 106, 108)을 배치하고 있다. 각각의 마이크로폰(102, 104, 106, 108)에서 수신한 음의 음압 레벨 신호를 활용하여, 선수 및 선미 중에서 음압레벨이 높은 곳을 선택하고, 좌현 및 우현 중에서도 음압 레벨이 높은 곳을 선택하여 선수 선미 좌현 및 우현에 대응하는 LED(112, 114, 116, 118)로 타선의 존재 위치를 사분면의 하나에 표시하는 일실시예가 도 1b에 나타나 있다. 따라서 타선의 거리에 관한 정보는 알 수 없으며, 방향각의 분해능도 90도가 되어 타선의 공간상의 위치 추적이 불가능하다. 스피커(122)를 통해 외부 소리를 들을 수 있는 기능에 있어서도 외부 소리가 항상 볼륨 조절 스위치(120)에 의해 결정되므로, 긴박한 순간에 대한 대처가 어려운 문제점이 있다. 1A and 1B are a layout view and a system installation diagram showing an arrangement of a microphone for tracking a position of another ship and a display showing the same in a vessel according to the related art. The conventional sound receiving system arranges four microphones 102, 104, 106 and 108 in the bow, the stern, the port and the starboard as shown in FIG. 1A. By utilizing the sound pressure level signals received from the microphones 102, 104, 106 and 108, the player selects a place with a high sound pressure level from the bow and stern, and selects a place with a high sound pressure level from the port and starboard. An embodiment in which the LEDs 112, 114, 116, and 118 corresponding to the stern port and starboard indicate the presence of the other ship in one of the quadrants is shown in FIG. 1B. Therefore, the information on the distance of the other ship is unknown, the resolution of the direction angle is 90 degrees, it is impossible to track the position of the other ship in space. In the function of listening to the external sound through the speaker 122, since the external sound is always determined by the volume control switch 120, it is difficult to cope with an urgent moment.

이와 유사한 특허의 경우로는 일본특허(출원번호 특원평 제10-137303호, 명칭: 음원 위치 산출 방법 및 그 장치)에서 찾아 볼 수 있으나, 이는 대포 등의 충격음의 의한 마이크로폰까지의 도달 시간차를 이용하는 방법에 대한 것으로, 본 발명에서 기술하는 것과 같은 특정 간격으로 반복되는 선박 혼음(Horn Sound) 및 잡음에 검출에 의한 위치 추적에는 적합하지 못하며, 예로든 일본특허는 음의 반사에 의하여 추적하는 시스템이므로 본 발명의 음압에 의하여 음원을 추적하는 시스템과는 상이하다. Similar patents can be found in Japanese Patent Application No. 10-137303, Name: Method for calculating the position of the sound source and the device thereof, but it uses the time difference of arrival to the microphone by the impact sound of the cannon. Method, which is not suitable for location tracking by detection of ship horn sound and noise repeated at specific intervals as described in the present invention. For example, Japanese patent is a system for tracking by sound reflection. It is different from the system for tracking the sound source by the sound pressure of the present invention.

본 발명은 앞서 기술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 음원의 공간상의 위치를 좌표(x,y) 상에서 추적하고, 이로부터 존재 가능한 영역을 나타낼 수 있는 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, and provides a system that can track the spatial position of the sound source on the coordinate (x, y), and represent an area that can exist therefrom. There is a purpose.

본 발명의 또 다른 목적은 선교에서 볼륨 기능에 의해 소리 재생 기능이 설정 되어 있더라도, 임의의 음압 레벨 이상인 경우에는 자동으로 이를 해지하여 외부 소리를 들을 수 있는 시스템을 개발 하고자 함이다. Still another object of the present invention is to develop a system that can listen to external sounds by automatically canceling them when the sound reproducing function is set by the volume function in the bridge, if it is above a certain sound pressure level.

본 발명은 타선의 위치 추적 시스템에 있어서, 거주구 상부에 설치되며, 모든 방향의 음압 신호에 대하여 반응하여 음압 신호를 수집하는 거주부 상부 마이크로폰과, 좌측 및 우측의 방향의 음압 신호에 대하여 반응하며, 좌현 및 우현에서 발생되는 음압 신호를 수집하는 좌현 및 우현에 각각 설치된 마이크로폰과, 선수 및 선미의 방향의 음압 신호에 대하여 반응하며, 전방 및 후방에서 발생되는 음압 신호를 수집하는 선수 및 선미에 각각 설치된 마이크로폰과, 상기 각각의 마이크로폰에서 수신된 상기 음압 신호를 수신하여 상기 음압 신호를 이산화된 데이터 값으로 변환하고 잡음을 제거한 후에 디지털 신호로 변환시키는 신호 처리부와, 상기 신호처리부로부터 디지털화된 데이터를 수신하여 음압레벨을 평가하고 음압레벨에 따라 경고음을 발송하며, 상기 각 마이크로폰에서 수신된 음압레벨을 이용하여 타선의 위치를 추적하는 PC를 포함하여 구성된다. The present invention is a position tracking system of other ships, installed in the upper part of the mouth port, and responds to the sound pressure signal in the left and right direction, and the upper part of the residence top microphone to collect the sound pressure signal in response to the sound pressure signal in all directions , Microphones installed in the port and starboard, respectively, to collect sound pressure signals from the port and starboard, and responses to sound pressure signals in the direction of the bow and stern, respectively, to the bow and stern for collecting sound pressure signals from the front and rear, respectively. A signal processor for receiving the installed microphone, the sound pressure signal received from each of the microphones, converting the sound pressure signal into discrete data values, removing noise, and converting the signal into a digital signal; and receiving digitized data from the signal processor. Evaluate the sound pressure level and send a warning sound according to the sound pressure level It said, is configured to include a PC for tracking the position of the offense using the sound pressure levels received by the respective microphones.

첨부된 도 2 내지 도 6b를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 개시한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박에서 타선의 위치를 추적하는 마이크로폰의 배치를 나타낸 배치도이다. 도 2는 5개 마이크로폰의 배치도를 나타내고 있다. 선수에 설치된 마이크로폰(202), 선미에 설치된 마이크로폰(204), 좌현 및 우현에 각각 설치된 마이크로폰(206, 208) 및 거주구 상부에 설치된 마이크로폰(210)을 모두 합쳐 5개의 마이크로폰을 구성한다. 따라서 거주구 상부에 설치된 마이크로폰(210)의 신호는 모든 방향에 대하여 반응하게 되며, 좌현 및 우현에서 측정되는 신호는 좌측 및 우측의 방향에 대해 더 민감하게 반응한다. 또한 선수 및 선미의 신호도 전방 및 후방에 더 민감하게 반응한다.With reference to the accompanying Figures 2 to 6b discloses the configuration and operation of the present invention. Figure 2 is a layout showing the arrangement of the microphone to track the position of the other ship in the ship according to an embodiment of the present invention. 2 shows a layout of five microphones. The microphone 202 installed in the bow, the microphone 204 installed in the stern, the microphones 206 and 208 installed in the port and starboard, respectively, and the microphone 210 installed in the upper part of the port are combined to form five microphones. Therefore, the signal of the microphone 210 installed in the upper part of the mouth responds to all directions, and the signals measured at the port and starboard respond more sensitively to the left and right directions. In addition, the bow and stern signals are more sensitive to the front and rear.

또한, 본 발명의 구성에 있어 센싱 기능을 하는 선수, 선미, 좌현, 우현 및 각각의 환경용 마이크로폰(202, 204, 206, 208, 210)은 외부 환경 및 날씨에 견딜 수 있는 내후성을 갖도록 구현된다. 따라서 운항 중에 만날 수 있는 조건인, 눈, 비, 바람 등의 악천후 환경에 견딜 수 있게 된다. In addition, in the configuration of the present invention, the sensing player, the stern, the port, the starboard and the respective environmental microphones 202, 204, 206, 208, and 210 are implemented to have weather resistance to withstand the external environment and the weather. . Therefore, it is able to withstand the bad weather environment such as snow, rain and wind, which can be met during operation.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 타선의 위치를 추적하는 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다. 각 마이크로폰(202, 204, 206, 208, 210)은 전술한 바와 같이 외부 환경에 견딜 수 있는 환경용 마이크로폰(202, 204, 206, 208, 210)으로 구성된다. 3 is a block diagram showing the configuration of a system for tracking the position of another ship according to an embodiment of the present invention. Each microphone 202, 204, 206, 208, 210 is composed of environmental microphones 202, 204, 206, 208, 210 that can withstand the external environment as described above.

각각의 마이크로폰(202, 204, 206, 208, 210)에서 수신된 음압 신호는 각각신호 처리부(220)로 전송된다. 신호 처리부(220)는 이산화 처리부(222), 필터(224) 및 A/D 변환부(226)를 포함하여 구성된다. 각각의 마이크로폰(202, 204, 206, 208, 210)에 수신된 음압 신호를 연속적으로 이산화된 데이터 값으로 변환하는 이산화 처리부(222)와, 이산화 처리된 데이터의 잡음을 제거하기 위한 필터(224)와, 필터(224)에 의해 필터링된 아날로그 신호를 데이터화하여 연산하기 적합한 신호로 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(226)를 포함하여 구성된다. Sound pressure signals received at each of the microphones 202, 204, 206, 208, and 210 are transmitted to the signal processor 220, respectively. The signal processor 220 includes a discretization processor 222, a filter 224, and an A / D converter 226. Discretization processing unit 222 for converting the sound pressure signal received by each microphone 202, 204, 206, 208, 210 into a discrete data value, and filter 224 for removing noise of the discretized data And an A / D converter 226 for converting the analog signal filtered by the filter 224 into a digital signal into a signal suitable for data operation.

신호 처리부(220)의 이산화 처리부(222)에서 디지털화된 데이터는 PC(230)로 전송된다. PC(230)로 전송된 디지털화된 데이터의 음압레벨을 평가하고 음압레벨에 따라 경고음을 스피커(232)를 통하여 발송하며, 타선의 위치를 추적하는 기능을 갖는 알고리즘을 처리한다. 이와 같은 알고리즘에 따라 PC(230)에서 판단하여 음압 레벨이 일정 이상인 경우 음향 경보 시스템을 구동하게 되며, 그렇지 않은 경우는 시스템의 볼륨 조절 기능에 의해 음향 신호의 증감이 이루어져 사용자가 타선으로부터의 혼음 또는 기타의 잡음등을 증폭하여 들을 수 있으며, 디스플레이(234)를 통해서 실시간으로 그리고 연속적으로 타선의 위치를 좌표를 통해 볼 수 있는 디스플레이(234)를 제공한다. . The digitized data in the discretization processor 222 of the signal processor 220 is transmitted to the PC 230. The sound pressure level of the digitized data transmitted to the PC 230 is evaluated, and a warning sound is sent through the speaker 232 according to the sound pressure level, and an algorithm having a function of tracking the position of the other ship is processed. If the sound pressure level is determined by the PC 230 according to the algorithm as described above, the sound alarm system is driven. Otherwise, the sound signal is increased or decreased by the volume control function of the system, so that the user may experience confusion from other lines or Other noises can be amplified and listened to, and the display 234 provides a display 234 for viewing the position of the other ship through coordinates in real time and continuously. .

또한, 알고리즘에 의해 각각의 마이크로폰(202, 204, 206, 208, 210)에서 수신되어 신호 처리부(220)에서 디지털화 되어 데이터화된 데이터들은 PC(230)로 전송한다. 그러면, PC(230)는 연속적으로 디지털화된 데이터를 가지고 본 발명의 위치추적 알고리즘에 따라 연속적으로 위치추적한다. In addition, the data received by each microphone 202, 204, 206, 208, and 210 by the algorithm and digitalized by the signal processor 220 is transmitted to the PC 230. PC 230 then continuously digitizes the data according to the location tracking algorithm of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 위치를 추적하고 경고음을 발생시키는 단계를 나타낸 블록도이다. 신호 처리부(220)로부터 신호처리되어 실시간으로 수집된 디지털 데이터를 실시간으로 수신한다(단계 402). Figure 4 is a block diagram showing the steps of tracking the location and generating a beep according to one embodiment of the present invention. In step 402, the digital data received from the signal processor 220 and processed in real time is collected.

PC(230)는 실시간으로 수신된 이산화된 데이터로부터 각각의 마이크로폰(202, 204, 206, 208, 210)의 소음 레벨을 측정한다(단계 404). PC(230)는 각각의 마이크로폰(202, 204, 206, 208, 210)에서 측정된 각각의 소음의 레벨을 계산한다(단계 406). PC 230 measures the noise level of each microphone 202, 204, 206, 208, 210 from the discretized data received in real time (step 404). PC 230 calculates the level of each noise measured at each microphone 202, 204, 206, 208, 210 (step 406).

상기 계산 결과로 소음 기준 초과여부를 판단하여(단계 408) 소음 기준을 초과하는 경우에는 타선이 근접한 것으로 판단하여 자동 음향 경보를 스피커(232)를 통해 음향 경보를 송출하고(단계 410) 다음 단계로 진행된다. 상기 단계 408에서 판단하여 소음 기준을 초과하지 않은 경우면, 시스템 볼륨 기능에 의해 볼륨이 자동 또는 운용자에 의해 수동으로 조절되고(단계 412) 다음 단계로 진행된다. As a result of the calculation, it is determined whether the noise criterion is exceeded (step 408), and when the noise criterion is exceeded, it is determined that the other line is close and the automatic sound alert is transmitted through the speaker 232 (step 410). Proceed. If it is determined in step 408 that the noise standard is not exceeded, the volume is adjusted automatically or manually by the operator by the system volume function (step 412) and proceeds to the next step.

자동 음향 경보가 송출되거나, 혹은 스피커(122)의 볼륨이 조정된 이후에 타선의 위치를 3점 위치 계산법에 의해 계산한다(단계 414). 이와 같은 타선의 위치는 연속적으로 실행되며, PC(230)의 화면에 연속적으로 표시된다(단계 416). 이와 같이 외부로부터의 소음 또는 타선의 혼음이 입력되면, 단계 402로 리턴하여 전술한 단계를 반복하며, 기준치 이상의 소음 또는 혼음이 입력되지 않으면, 위치 추적 알고리즘을 종료하거나, 또는 운용자의 위치추적 정지 명령이 입력되는 경우 위치 추적을 종료한다. After the automatic acoustic alarm is issued or the volume of the speaker 122 is adjusted, the position of the other ship is calculated by the three-point position calculation method (step 414). The position of the other ship is continuously executed and displayed continuously on the screen of the PC 230 (step 416). In this way, when the noise from the outside or the mixed sound of other lines is input, the process returns to step 402 and repeats the above-described steps. If no noise or confusion is inputted above the reference value, the position tracking algorithm is terminated, or the operator stops tracking the position. If this is entered, location tracking ends.

도 5는 본발명의 일실시예에 따른 타선의 위치 추적 시스템의 구성 화면을 도시한 화면 구성도이다. 타선에서 혼을 동작하여, 5개의 마이크로폰(202, 204, 206, 208, 210)에 음압이 수신되면, 이 신호로부터 타선의 위치(xs, ys, zs)를 계산하게 된다. 위치 추적은 음원에 노출된 3개의 마이크로폰 신호를 이용하게 되는데, 여기서 타선과 마이크로폰 사이의 거리는 다음의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.5 is a screen configuration diagram showing a configuration screen of a position tracking system of another ship according to an embodiment of the present invention. When the horn is operated on the other line and sound pressure is received by the five microphones 202, 204, 206, 208 and 210, the position of the other line (x s , y s , z s ) is calculated from this signal. The location tracking uses three microphone signals exposed to the sound source, where the distance between the other ship and the microphone can be expressed by Equation 1 below.

Rc 2 = (xs-xc)2 + (ys-yc)2 + (zs-zc)2 R c 2 = (x s -x c ) 2 + (y s -y c ) 2 + (z s -z c ) 2

Ri 2 = (xs-xi)2 + (ys-yi) 2 + (zs-zi)2 R i 2 = (x s -x i ) 2 + (y s -y i ) 2 + (z s -z i ) 2

Rj 2 = (xs-xj)2 + (ys-yj) 2 + (zs-zj)2 R j 2 = (x s -x j ) 2 + (y s -y j ) 2 + (z s -z j ) 2

여기서, Rc는 거주구 상부에 설치된 마이크로폰(210)으로부터의 타선의 거리이며, Ri는 선수 또는 선미에 설치된 마이크로폰(202, 204) 중의 음압레벨이 높은 마이로폰으로부터의 타선의 거리이고, Rj는 좌현 또는 우현에 설치된 마이크로폰(206, 208) 중의 음압레벨이 높은 마이크로폰으로부터의 타선의 거리이며, xs, ys, zs는 거주구 중앙부에 설치된 마이크로폰의 좌표상의 위치이며, xi, yi, zi는 선수, 선미 중 음압 레벨이 높은 곳에 설치된 마이크로폰의 좌표상의 위치이며, xj, yj, zj는 좌현, 우현 중 음압 레벨이 높은 곳에 설치된 마이크로폰의 좌표상의 위치이다.Here, R c is the distance of the rudder from the microphone 210 installed in the upper part of the mouth, R i is the distance of the rudder from the myrophone with a high sound pressure level in the microphone 202, 204 installed in the bow or stern, R j is the distance of the other ship from the microphone with a high sound pressure level in the microphones 206 and 208 installed in the port or starboard, x s , y s , z s are the positions on the coordinates of the microphone installed in the center of the residence port, x i , y i , z i are the coordinate positions of the microphone installed at the high sound pressure level in the bow and stern, and x j , y j , z j are the coordinate positions of the microphone installed at the high sound pressure level in the port and starboard.

거주구 중앙부(xc, yc, zc) 의 신호 SPLc와, 선수 및 선미 신호 중의 음압 레벨이 높은 신호 SPLi와, 그리고 좌현 및 우현 신호 중의 음압 레벨이 높은 신호 SPLj를 택하게 된다. 이를 이용하여 거리에 대한 비는 다음과 같이 표현할 수 있다.The signal SPL c of the central part of the residence (x c , y c , z c ), the signal SPL i having a high sound pressure level in the bow and stern signals, and the signal SPL j having a high sound pressure level in the port and starboard signals are selected. . Using this, the ratio of distance can be expressed as follows.

음압 레벨이 P ∝ (2/r)인 경우, 즉 반사면의 반사율이 1인 조건에서 이미지 소스를 고려한 경우의 최대 음압 레벨 조건인 경우, 또는 P ∝ (1/r)인 경우, 즉 자유 음장 조건인 경우로 가정하는 경우의 거리 Rij는 다음과 같이 계산된다.When the sound pressure level is P ∝ (2 / r), i.e. when the image source is taken into account under the condition that the reflectivity of the reflecting surface is 1, or when P ∝ (1 / r), that is, the free sound field The distance R ij in the case of the condition case is calculated as follows.

음압 레벨이 P ∝ (1/r2)와 같이 허상 음원으로 인한 쌍극자 음원이 되는 경우의 Rij는 다음과 같이 계산된다.R ij is calculated as follows when the sound pressure level becomes a dipole sound source due to a virtual image source such as P ∝ (1 / r 2 ).

즉, 음원의 감쇠 모델은 순음 성분에 의한 상쇄 간섭이 주요소가 되지 않는 한 음전달 모델의 감쇠율의 설정 범위를 1/r2 내지 2/r의 범위에 있을 것임을 기대할 수 있다.That is, the attenuation model of the sound source can be expected that the setting range of the attenuation rate of the sound transfer model will be in the range of 1 / r 2 to 2 / r unless the destructive interference by the pure sound component is a major factor.

수학식 2 및 수학식 3에 의해 음원으로부터 마이크로폰 사이의 거리비를 구하였다. 음원의 위치 추적은 다음의 일련의 수학식에 의해 구할 수 있다. 먼저 x 좌표계는 다음과 같은 2차식의 형태로 정리된다.The distance ratio between the microphone and the microphone was obtained by the following equations (2) and (3). The position tracking of the sound source can be obtained by the following series of equations. First, the x coordinate system is arranged in the following quadratic form.

여기서, 각각의 계수는 다음의 수학식 5와 같이 계산된다. Here, each coefficient is calculated as shown in Equation 5 below.

수학식 5에 나타난 계수들을 이용하여 수학식 4를 풀면 음원의 x축 좌표의 타선의 지점을 나타내는 해인 xs의 값을 2개 구할 수 있고 결국 y축 좌표의 타선 지점을 나타내는 해인 ys의 값을 2개 구할 수 있게 된다. ys의 값은 다음의 수학식 6에 의해 구할 수 있다. 수학식 6은 다음과 같다.Solving Equation 4 using the coefficients shown in Equation 5 yields two values of x s , a solution representing the other line of the x-axis coordinates of the sound source, and finally a value of y s representing the other point of the y-axis coordinates. You can get two. The value of y s can be obtained by the following equation. Equation 6 is as follows.

ys = αxs + βy s = αx s + β

이로부터 얻은 각각 2개의 해의 값을 갖는 xs 및 ys로부터 2개의 음원 지점까지의 거리(rimage, rtrue)을 얻을 수 있다. 실제 타선의 위치는 다음과 같은 해의 성질에 의해 선택할 수 있다.The distances (r image , r true ) from x s and y s, each having two solutions, to two sound source points, can be obtained. The actual position of the rudder ship can be selected by the following solution properties.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따라 좌표상에서 음원의 위치를 좌표에 의해 추적하는 방법을 나타낸 좌표도이다. 이 중 도 6a를 참조하여 보면, 전술한 바와 같이 음압의 차이에 의하여 타선의 위치는 1사분면 내지 4사분면 중의 하나에 존재함이 추론된다. 도 6a에서는 타선, 음원이 4사분에 있다고 가정하여 도시하였다. 6A and 6B are coordinate diagrams illustrating a method of tracking a position of a sound source by coordinates according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6A, it is inferred that the position of the other ship exists in one of the first to fourth quadrants as described above due to the difference in sound pressure. In FIG. 6A, it is assumed that the rudder line and the sound source are in four quarters.

따라서, 전술한 바와 같은 수학식 1 내지 수학식 6의 연산에 의하여 추적 결과 2개의 지점이 타선의 위치, 즉 음원 지점(506, 508)을 결정한다. 이와 같은 음원 지점(506, 508)을 나타내면, 2개의 음원 지점(506, 508) 중의 하나의 지점은 선수에 설치된 마이크로폰(202)과 우현에 설치된 마이크로폰(208)을 연결하는 원(502)의 내부에 존재하고 다른 하나는 그 원(502)의 외부에 존재한다. 이와 같은 음원 지점(506, 508)은 원(502)의 중심점(504)의 동일한 연장직선 상에 존재한다. 이 중 원(502)의 내측에 있는 음원 지점(506)은 허상이므로 실제의 타선의 위치일 가능성이 희박하다. 만약의 경우에 있어서 이와 같은 허상 이미지를 나타내는 음원 지점(506)이 실제의 타선의 위치를 가리킬 수도 있지만, 그 경우에는 도 4에서 전술한 단계 410에 의해서 경보를 울려 사전 조치를 하기 때문에 이와 같이 접근하여 있는 음원의 위치(506)가 타선의 위치일 가능성은 희박하다. 따라서, 이에 대한 가능성은 배제가 가능하다. Accordingly, the two points of the tracking result determine the position of the other ship, that is, the sound source points 506 and 508, by the calculation of Equations 1 to 6 as described above. When such sound source points 506 and 508 are represented, one of the two sound source points 506 and 508 is the inside of the circle 502 connecting the microphone 202 installed in the bow and the microphone 208 installed in the starboard. And the other outside of the circle 502. These sound source points 506, 508 are on the same extension line of the center point 504 of the circle 502. Since the sound source point 506 inside the circle 502 is a virtual image, it is unlikely that it is a position of actual other ship. In some cases, the sound source point 506 representing such a virtual image may indicate the actual position of the other ship, but in this case, since the alarm is triggered by the step 410 described above with reference to FIG. It is unlikely that the position 506 of the sound source is the position of the other ship. Thus, the possibility for this can be excluded.

따라서, 실제의 음원 지점(506), 즉 원(502)의 중심점(504)으로부터 이미지 방향으로 rtrue가 떨어져 있는 거리에 있는 지점이 되며, 이와 같은 음원 지점의 거리가 산정된다. 또한, 필요한 경우에는 운용자가 스피커(122)의 볼륨을 조정하여 타선, 즉 실제의 음원 지점(rtrue)에서 발생하는 소음 및 혼음을 들을 수 있다.Therefore, it becomes a point at which r true is spaced apart from the actual sound source point 506, that is, the center point 504 of the circle 502 in the image direction, and the distance of such a sound source point is calculated. In addition, if necessary, the operator may adjust the volume of the speaker 122 to hear noise and confusion generated at the other line, that is, the actual sound source point r true .

도 6b를 참조하여 보면, 타선이 존재하는 영역을 각각의 사분면에 따라 분리하여 측정할 수 있는 좌표를 도시한다. 전술한 바와 같이 추적된 2개의 음원 지점(506, 508)은 두 마이크로폰(202, 208) 사이의 기하학적 중심점(504)을 원점으로 하는 직선 상에 존재하며, 실제 음원의 위치와 가상 음원의 위치는 다음과 같은 관계를 갖는다.Referring to FIG. 6B, coordinates that can be measured by dividing the region where the other line exists are divided according to each quadrant. The two sound source points 506 and 508 tracked as described above exist on a straight line with the geometric center point 504 between the two microphones 202 and 208 as the origin of the actual sound source and the position of the virtual sound source. The relationship is as follows.

여기서 ρ는 평면 좌표의 사분면에서 각각의 축을 이루는 4개의 마이크로 폰들(202, 204, 206, 208) 중 인접한 두개의 마이크로폰 사이의 반경이며, rimage는및 rtrue 는 마이크로폰(202, 208) 사이의 기하학적 중심점(504)으로부터 2개의 음원 지점까지의 거리이며, 이중 허상까지의 거리는 rimage이고, rtrue는 실제 음원까지의 거리이다. 그런데, 선박에 적용하는 경우, 관심 있는 음원의 위치는 타선의 위치이므로, 도 6b의 굵은 각각의 원(502, 510, 512, 514)의 외부에 존재하는 지점이 실제 타선의 위치가 된다. 결과적으로, 전술한 방법으로 추적된 음원의 위치 중에서, 절대값의 크기가 큰 경우의 음원 지점(508)이 실재의 음원의 위치가 됨을 알 수 있다.Where ρ is the radius between two adjacent ones of the four microphones 202, 204, 206, and 208 forming each axis in the quadrant of the plane coordinates, and r image and r true are between the microphones 202 and 208. The distance from the geometric center point 504 to the two sound source points, the distance to the double virtual image is r image , and r true is the distance to the actual sound source. By the way, when applied to the vessel, the position of the sound source of interest is the position of the other ship, so the point existing outside of the thick circle 502, 510, 512, 514 of Figure 6b is the position of the actual other ship. As a result, it can be seen that, from the position of the sound source tracked by the above-described method, the sound source point 508 when the magnitude of the absolute value is large becomes the position of the actual sound source.

본 발명은 음압 레벨을 활용하여 타선의 위치 정보 추적이 가능하며, 안개 낀 상황 등에서 타선이 경고하는 혼 소리를 밀폐된 선교에서 쉽게 인지할 수 있을 뿐만 아니라, 타선이 존재할 수 있는 공간 좌표 상의 영역을 음원 추적으로 타선의 위치를 알아낼 수 있도록 하고, 타선이 가까이 있음을 인지한 경우에는 경고음 등을 통하여 선박들 간의 충돌을 회피하는 등의 안전 운항을 위한 조치를 취할 수 있는 효과가 있다. The present invention can be used to track the location information of other ships by using sound pressure levels, and can easily recognize the horn sound warned by other ships in a foggy situation in a closed bridge, as well as the area on the spatial coordinates where other ships can exist. It is possible to determine the position of the other ship by tracking the sound source, and when it is recognized that the other ship is near, it is effective to take measures for safe operation such as avoiding collision between ships through a warning sound.

도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 선박에서 타선의 방위를 추적하는 마이크로폰의 배치도 및 시스템 설치도. 1a and 1b is a layout and system installation of the microphone for tracking the orientation of the other ship in the ship according to the prior art.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박에서 타선의 위치를 추적하는 마이크로폰의 배치를 나타낸 배치도이다. Figure 2 is a layout showing the arrangement of the microphone to track the position of the other ship in the ship according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 타선의 위치를 추적하는 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다. 3 is a block diagram showing the configuration of a system for tracking the position of another ship according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 위치를 추적하고 볼륨을 조절하는 단계를 나타낸 블록도이다. Figure 4 is a block diagram showing the steps of tracking the position and adjusting the volume in accordance with one embodiment of the present invention.

도 5는 본발명의 일실시예에 따른 타선의 위치 추적 시스템의 구성 화면을 도시한 화면 구성도.5 is a screen configuration diagram showing a configuration screen of a position tracking system of another ship according to an embodiment of the present invention.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따라 좌표상에서 음원의 위치를 좌표에 의해 추적하는 방법을 나타낸 좌표도. 6A and 6B are coordinate diagrams illustrating a method of tracking a position of a sound source by coordinates according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

202, 204, 206, 208, 210 : 마이크로폰 202, 204, 206, 208, 210: microphone

220 : 신호 처리부 222 : 이산화 처리부220: signal processing unit 222: discretization processing unit

224 : 필터 226 : A/D 변환부224: filter 226: A / D conversion unit

230 : PC 232 : 스피커 230: PC 232: Speaker

234 : 디스플레이234: display

Claims (6)

타선의 위치 추적 시스템에 있어서, In the position tracking system of other ships, 거주구 상부에 설치되며, 모든 방향의 음압 신호에 대하여 반응하여 음압 신호를 수집하는 거주부 상부 마이크로폰과;A housing upper microphone installed at an upper portion of the inlet and collecting sound pressure signals in response to sound pressure signals in all directions; 좌측 및 우측의 방향의 음압 신호에 대하여 반응하며, 좌현 및 우현에서 발생되는 음압 신호를 수집하는 좌현 및 우현에 각각 설치된 마이크로폰과; Microphones installed in the port and starboard, respectively, which respond to sound pressure signals in the left and right directions and collect sound pressure signals generated at the port and starboard; 선수 및 선미의 방향의 음압 신호에 대하여 반응하며, 전방 및 후방에서 발생되는 음압 신호를 수집하는 선수 및 선미에 각각 설치된 마이크로폰과;Microphones installed in the bow and stern, respectively, for responding to sound pressure signals in the bow and stern direction and collecting sound pressure signals generated from the front and rear; 상기 각각의 마이크로폰에서 수신된 상기 음압 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환시키는 신호 처리부와; A signal processor which receives the sound pressure signal received by each microphone and converts the sound pressure signal into a digital signal; 상기 신호처리부로부터 디지털화된 데이터를 수신하여 음압레벨을 평가하고 음압레벨에 따라 경고음을 발송하며, 상기 각 마이크로폰에서 수신된 음압레벨을 이용하여 타선의 위치를 추적하는 PC를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 타선의 위치 추적 시스템.And receiving a digitized data from the signal processor, evaluating sound pressure level, sending a warning sound according to the sound pressure level, and using a sound pressure level received from each microphone to track the position of the other ship. Rudder position tracking system. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 신호처리부는 상기 각각의 마이크로폰에 수신된 음압 신호를 연속적으로 수신하는 신호 연결부와;The signal processing unit includes a signal connection unit for continuously receiving the sound pressure signal received by each of the microphones; 상기 신호 연결부에서 수신한 아날로그 신호를 데이터화하여 연산하기 적합한 신호인 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(226)를 포함하는 것을 특징으로 하는 타선의 위치 추적 시스템. And an A / D conversion unit (226) for converting the analog signal received from the signal connection unit into a digital signal which is a signal suitable for computing. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 음압 레벨의 감쇠율의 설정 범위를 1/r2 내지 2/r의 범위에 있는 것으로 설정하여 계산하는 것을 특징으로 하는 타선의 위치 추적 시스템.And calculating the setting range of the attenuation rate of the sound pressure level to be in the range of 1 / r 2 to 2 / r. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 타선이 위치한 x축의 좌표점은 다음의 수학식 The coordinate point of the x-axis where the other line is located is the following equation 의 2차 방정식에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 타선의 위치 추적 시스템. Positioning system of the other ship, characterized in that obtained by the quadratic equation. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 타선이 위치한 y축의 좌표점은 다음의 수학식 The coordinate point of the y-axis where the other line is located is the following equation ys = αxs + βy s = αx s + β 에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 타선의 위치 추적 시스템. The position tracking system of the other ship, which is obtained by. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 타선의 위치는 상기 2차 방정식의 결과값으로 나온 2개의 해 중에서 절대값이 크기가 큰 경우의 음원 지점을 실재의 타선의 위치로 선택하는 것을 특징으로 하는 타선의 위치 추적 시스템. The position of the rudder ship is the position of the rudder ship, characterized in that the sound source point when the absolute value is large among the two solutions resulting from the quadratic equation is selected as the position of the actual rudder ship.
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