KR101142616B1 - 직교 특성의 송신신호를 사용하여 갱신율을 증가시킨 이미징 소나 - Google Patents

직교 특성의 송신신호를 사용하여 갱신율을 증가시킨 이미징 소나

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KR101142616B1
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Abstract

본 발명은 송신 음향트랜스듀서에서 음파를 생성하고 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 음파를 수신 음향트랜스듀서에서 음파를 수신한 후 빔성형처리 기법을 이용하여 수중 물체의 영상을 획득하는 장비인 이미징 소나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직교 특성의 송신신호를 사용하여 갱신율을 증가시킨 이미징 소나에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 이미징 소나의 갱신율이 증가하여 원거리 탐지가 가능하며, 원거리에서도 빠르게 이동하는 수중 물체의 탐지가 용이해진다.

Description

직교 특성의 송신신호를 사용하여 갱신율을 증가시킨 이미징 소나{Imaging Sonar with High Update Rate Using Orthogonal Transmitting Signals}
본 발명은 송신 음향트랜스듀서에서 음파를 생성하고 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 음파를 수신 음향트랜스듀서에서 음파를 수신한 후 빔성형처리 기법을 이용하여 수중 물체의 영상을 획득하는 장비인 이미징 소나에 관한 것이다.
이미징 소나(Imaging Sonar)는 송신 음향트랜스듀서에서 음파를 생성하고 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 음파를 수신 음향트랜스듀서에서 음파를 수신한 후 빔성형처리 기법을 이용하여 수중 물체의 영상을 획득하는 장비를 말하는데, 그 구성은 도 2와 같다.
여기서 '빔성형처리 기법'이라 함은 다수의 센서에 입력되는 신호의 시간 차이 또는 위상 차이를 이용하여 입사되는 파의 각도를 추정하는 기법을 말한다. 선형 배열된 센서의 정면에서 입사되는 파의 경우 모든 센서에서 측정되는 신호가 동일하다(도 1의 a). 그러나 경사면 입사의 경우 센서에서 측정되는 신호의 시간 차이가 존재하며, 입사각이 증가할수록 그 차이도 같이 증가하게 된다(도 1의 b). 빔성형처리 기법은 이와 같은 특성을 이용하여 각 센서에서 측정되는 신호를 분석하여 입사각을 추정하는 방법이다.
도 2에서, 송신 음향트랜스듀서는 전기 신호를 이용하여 음파를 발생시키는 장치이며, 수신 음향트랜스듀서는 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시키는 장치이며, 송신 회로는 전기 신호의 전력을 증폭시키는 장치이며, 수신 회로는 수신된 미약한 신호를 증폭시키는 장치이며, 신호발생기는 전기 신호를 발생시키는 장치이며, 신호수집기는 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성하는 장치이며, 신호처리기는 수집된 데이터를 이용하여 빔성형처리를 수행하는 장치이며, 초음파 영상 표시장치는 빔성형 데이터를 이용하여 초음파 영상을 표시하는 장치이다.
이미징 소나는 송신된 음파가 수중 물체에 반사되어 오는 신호를 수신하여 수중 영상을 획득하므로 한 번의 영상을 획득하는 데 있어서 탐지 거리 및 음속의 제한을 받는다. 예를 들어 150m까지 탐지하는 이미징 소나의 경우 왕복 300m의 음파가 이동하여야 하며 수중 음속이 약 1,500m/s이므로 하나의 영상을 획득하는 데 약 0.2초의 시간이 소요된다. 이 경우 이미징 소나는 1초에 최대 5개의 영상을 획득할 수 있다(최대 갱신율 5 frame/s). 이처럼 이미징 소나의 갱신율은 거리가 증가할수록 감소하므로 원거리에 있는 이동 물체를 탐지하는 데에는 한계가 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 직교 특성의 송신신호를 사용하여 갱신율을 증가시킨 이미징 소나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시 예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
직교 특성의 송신신호를 사용하여 갱신율을 증가시킨 이미징 소나로서,
상기 송신신호는,
sn(t), n=1,2,…,N
와 같이 N개의 송신신호가 차례로 사용되며,
Figure 112010503554401-pat00012
와 같이 좌항의 적분값이
Figure 112011103550213-pat00013
일 때는 0의 값을,
Figure 112011103550213-pat00014
일 때는 1의 값을 갖는 직교 특성을 지니는 것을 특징으로 하는,
직교 특성의 송신신호를 사용하여 갱신율을 증가시킨 이미징 소나를 제시한다.
본 발명에 따르면, 이미징 소나의 갱신율이 증가하여 원거리 탐지가 가능하며, 원거리에서도 빠르게 이동하는 수중 물체의 탐지가 용이해진다.
본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시 예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
도 1은 선형 배열된 센서에 대한 정면 입사파(a) 및 경사면 입사파(b)의 모습.
도 2는 이미징 소나의 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 3종류의 송신신호를 사용하는 경우에 대한 송신신호 및 수신신호의 관계를 시간축에서 설명한 것.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
기존의 이미징 소나는 다음 식과 같이 단일주파수 신호 또는 선형주파수변조 (LFM; Linear Frequency Modulation) 신호를 송신신호로 사용한다.
- 단일주파수 신호: s(t)=sin2πft
- 선형주파수변조 신호: s(t)=sin[2πf(t)t],
Figure 112010503554401-pat00015
여기서 T는 송신신호의 길이를, f1과 f2는 각각 시작 및 종료 시점에서의 순간 주파수를 의미한다.
하지만 본 발명에 따른 이미징 소나는
sn(t), n=1,2,…,N
와 같이 N개의 송신신호를 차례로 사용하며,
이때 송신신호는
Figure 112010503554401-pat00016
와 같이 좌항의 적분값이
Figure 112011103550213-pat00017
일 때는 0의 값을,
Figure 112011103550213-pat00018
일 때는 1의 값을 갖는 직교 특성을 지닌다. 따라서 본 발명에 따른 이미징 소나의 경우 수신되는 신호를 보고 언제 송신한 신호인지 파악함으로써 갱신율을 증가시킬 수 있다.
도 3은 3종류의 송신신호(sn(t), n＝1,2,…,N 에서 N＝3인 경우)를 사용하는 경우에 대한 송신신호 및 수신신호의 관계를 시간축에서 설명한 것인데, 위는 1종류의 송신신호를 사용하는 경우이고 아래는 3종류의 송신신호를 사용하는 경우로서 아래의 경우 갱신율이 증가되었음을 쉽게 알 수 있다.
이처럼 본 발명에 따르면 이미징 소나의 갱신율이 증가하여 원거리 탐지가 가능하며, 원거리에서도 빠르게 이동하는 수중 물체의 탐지가 용이해진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 직교 특성의 송신신호를 사용하여 갱신율을 증가시킨 이미징 소나로서,
    상기 송신신호는,
    sn(t), n=1,2,…,N
    와 같이 N개의 송신신호가 차례로 사용되며,
    Figure 112011103550213-pat00019

    와 같이 좌항의 적분값이
    Figure 112011103550213-pat00020
    일 때는 0의 값을,
    Figure 112011103550213-pat00021
    일 때는 1의 값을 갖는 직교 특성을 지니는 것을 특징으로 하는,
    직교 특성의 송신신호를 사용하여 갱신율을 증가시킨 이미징 소나.
  2. 직교 특성의 송신신호를 사용하여 이미징 소나의 갱신율을 증가시키는 방법으로서,
    상기 송신신호는,
    sn(t), n=1,2,…,N
    와 같이 N개의 송신신호가 차례로 사용되며,
    Figure 112011103550213-pat00022

    와 같이 좌항의 적분값이
    Figure 112011103550213-pat00023
    일 때는 0의 값을,
    Figure 112011103550213-pat00024
    일 때는 1의 값을 갖는 직교 특성을 지니는 것을 특징으로 하는,
    직교 특성의 송신신호를 사용하여 이미징 소나의 갱신율을 증가시키는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
김정헌 등, '최적 상호상관을 갖는 소나배열 쌍의 생성에 관한 연구', 한국통신학회논문지, Vol. 26, No. 9B *
이종길, 권휴상, '곡면 배열 센서의 등가 선형 배열 변환 연구' *
인용발명: 최영호 등, ‘평면배열기법을 이용한 음향측심기용 Narrow-Beam 트랜스듀서’, 한국마린엔지니어링학회 전기학술대회, 2007
인용발명: 최영호 등, '평면배열기법을 이용한 음향측심기용 Narrow-Beam 트랜스듀서', 한국마린엔지니어링학회 전기학술대회, 2007 *

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