KR101231829B1

KR101231829B1 - 트랜시버 모듈을 구비하는 음향 시스템에 대한 방법 및장치

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Publication number: KR101231829B1
Application number: KR1020087009713A
Authority: KR
Inventors: 프레드릭 제이. 프로디마; 칼 지. 닥스랜드; 존 알. 구아리노; 나미르 더블유. 하부슈; 윌리엄 에프. 호란; 레이몬드 에이. 잔센; 레오나르드 브이. 리버노이스; 데이비드 에이. 샤프
Original assignee: 레이티언 캄파니
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2013-02-08
Also published as: AR055182A1; AU2006297752A1; ATE546745T1; JP5683788B2; TW200730861A; TWI384251B; KR20080051185A; EP1941298B1; US7512037B2; PE20070727A1; JP2009510401A; AU2006297752B8; US20070070814A1; EP1941298A1; AU2006297752B2; WO2007040729A1; ES2382350T3

Abstract

음향 시스템을 위한 음향 방법과 장치는 트랜시버 모듈을 사용하고, 트랜시버 모듈은 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 송신 소나 어레이의 송신 음향 엘리먼트에 송신하고 수신 소나 어레이의 수신 음향 엘리먼트로부터 수신할 수 있다.

Description

트랜시버 모듈을 구비하는 음향 시스템에 대한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ACOUSTIC SYSTEM HAVING A TRANSCEIVER MODULE}

본 발명은, 일반적으로 음향 시스템, 방법 및 관련된 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 소나(sonar, 음파 탐지) 어레이의 음향 엘리먼트로/부터 송신과 수신을 하는 트랜시버 모듈을 구비하는 소나 시스템에 관한 것이다.

소나 어레이를 구비하여 음향을 송수신하는 소나 시스템은 해당 분야에 널리 알려져 있다. 상기 소나 어레이는 예를 들어 실린더, 평면, 구 등과 같이 미리 선택된 패턴으로 배열된 하나 이상의 음향 엘리먼트들을 포함한다.

상기 소나 시스템은 송신 기능과 수신 기능을 모두 구비한다. 상기 송신 기능은, 이에 한정되지는 않지만, 빔형성(beamforming) 송신을 포함한다. 상기 수신 기능은, 이에 한정되지는 않지만, 빔형성 수신, 목표물 감지(target detection), 목표물 설정(target localization), 목표물 추적(target tracking), 목표물 디스플레이 및 발사 제어 솔루션 프로세싱을 포함하고, 상기 발사 제어 솔루션 프로세싱에 의하여 무기가 상기 목표물 설정과 목표물 추적에 기초하여 상기 목표물로 향하게 된다.

상기에 기술한 대로 배열된 소나 어레이와 관련하여, 송신 음과 관련된 송신 빔을 형성할 수 있고, 수신 음과 관련된 수신 빔을 형성할 수 있는 송수신 빔형성 기술이 알려져 있다. 일반적으로, 상기 송수신 빔들은 동일한 형태를 가질 필요는 없다. 또한 상기 송수신 빔들은 동일한 소나 어레이에 대하여 서로 다른 송수신 음향 주파수들에서 동일한 형태를 가질 필요는 없다.

음향 엘리먼트들이 라인 어레이 구조로 형성된 송수신 빔들은 상기 라인 어레이의 축에 대하여 대칭이어서 상기 빔형성은 일차원에서만 환상체(torodial) 모양의 빔처럼 속박되는 빔을 형성할 수 있다는 것이 알려져 있다. 또한 음향 엘리먼트들이 평면 어레이 구조로 형성된 송수신 빔들(예를 들어 링 구조) 또는 음향 엘리먼트들이 삼차원 구조로 형성된 송수신 빔들(예를 들어 실린더 구조)은 2차원 구조(예를 들어 집중 광선 형태)로 형성된다는 것이 알려져 있다.

알려진 빔형성 기술들에는 시간 지연 빔형성과 위상 천이 빔형성이 포함된다. 시간 지연 빔형성에서는 송신 빔형성 기능에 있어서는, 상대적 시간 지연이 송신 신호들에 적용되고, 상기 상대적 시간 지연이 적용된 송신 신호들은 음파를 송신하는데 사용되는 소나 어레이의 선택된 음향 엘리먼트들로 송신된다. 수신 빔형성 기능에 있어서는 상대적 시간 지연이 송신 신호들에 적용되고, 상기 상대적 시간 지연이 적용된 수신 신호들은 음파를 수신하는데 사용되는 소나 어레이의 선택된 음향 엘리먼트들에 의하여 생성되어 서로 더해진다. 상기 송신 빔형성 기능 및 상기 수신 빔형성 기능에 사용되는 상기 상대적 시간 지연은 서로 동일할 필요는 없다. 또한 음파를 송신하기 위하여 선택되는 음향 엘리먼트들은 음파를 수신하기 위하여 선택되는 음향 엘리먼트들과 동일할 필요는 없다. 또한 음파를 송신하기 위하여 선택되는 소나 어레이는 음파를 수신하기 위하여 선택되는 소나 어레이와 동일할 필요는 없다.

상기 상대적 시간 지연들은 상기 송신 빔 또는 수신 빔의 방향(steering)을 제어한다. 따라서 상기 상대적 시간 지연들을 선택하여 상기 송신 빔 또는 수신 빔, 예를 들어 위에 언급된 집중 광선 형태의 빔은 집중 광선 형태를 유지하면서 2차원에서 방향을 조절할 수 있다.

소나 시스템의 송신 기능은 원하는 송신 빔의 외부에서 생성되는 음파 레벨(즉, 송신 빔 패턴 측대파(sidelobe) 레벨), 상기 송신 빔이 원하는 방향으로 향하게 되는 정확도 및 상기 송신 빔의 원하는 출력 파워를 포함하는 여러 가지 성능지표들에 의하여 특징지어지지만 이에 한정되지는 않는다. 소나 시스템의 수신 기능은 노이즈 플로어(noise floor, 최저 레벨의 잡음전력), 상기 수신 빔이 원하는 방향으로 향하게 되는 정확도, 목표물 감지 능력, 목표물 설정 정확도, 및 목표물 추적 정확도와 같은 여러 가지 성능 지표들에 의하여 특징지어지지만 이에 한정되지는 않는다.

군에 의하여 사용되는 종래의 선박용 소나 시스템은 일반적으로 복수의 랙들로 이루어진 장비를 포함한다. 상기 복수의 랙들의 일부 그룹은 위에서 상술한 송신 빔형성을 포함하는 송신 기능들을 제공하고, 다른 그룹은 위에서 상술한 수신 빔형성을 포함하는 수신 기능들을 제공한다. 종래의 소나 시스템들에서는 상기 송신 기능 및 수신 기능은 여러 가지 이유 때문에 서로 물리적으로 분리되어 유지된 다. 상기 송신 기능 및 수신 기능이 분리되는 이유 중 하나는 상기 송신 기능이 수신 기능에 크로스토크(crosstalk)를 발생시켜서 상기 수신 기능의 수행이 열화(즉 열화된 수신 노이즈 플로어)되는 결과를 초래한다는 것이다. 다른 이유로는 파워가 있는데 상기 송신 기능들 중 일부는 수신 기능들보다 더 많은 파워를 필요로 하기 때문에 상기 송신 기능 및 수신 기능이 물리적으로 분리되면 파워 분배가 더 쉬어질 것이라는 생각이다. 또한 종래의 소나 시스템의 제어구조와 제어 신호들은 송신 기능과 수신 기능에 대하여 서로 달라서 상기 송신 기능과 수신 기능을 분리하는 결과로 나타나는 경향이 있다. 더욱이 종래의 소나 시스템에서는 엔지니어링 원칙과 송신 기능과 수신 기능에 대하여 전자 회로를 설계하는 관련분야의 사람들이 서로 다른 경향이 있었다.

종래의 소나 시스템에서 상기한 바대로 송신 기능과 수신 기능을 물리적으로 분리하면 케이블들과 캐비넷들의 수가 상당히 많아지게 된다. 상기 송신 기능과 상기 수신 기능들에 대하여 서로 분리된 제어 케이블들이 사용되기 때문이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 소나 시스템은 송신 제어 신호와 수신 제어 신호를 구비하는 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 송신 소나 어레이의 송신 음향 엘리먼트에 송신하고 수신 소나 어레이의 수신 음향 엘리먼트로부터 수신하는 트랜시버 모듈을 포함한다. 상기 소나 시스템은 또한 기 트랜시버 모듈에 연결되는 텔리메트리(telemetry) 인터페이스 및 제1 단자 및 제2 단자를 구비하고 상기 제1 단자는 상기 텔리메트리 인터페이스에 연결되고 상기 제2 단자는 상기 공통의 송신/수신 제어 신호를 수신하는 텔리메트리 매체(medium)를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 소나 트랜시버 모듈은 송신 소나 어레이의 송신 음향 엘리먼트에 연결되는 송신기와 수신 소나 어레이의 수신 음향 엘리먼트에 연결되는 수신기를 포함한다. 상기 소나 트랜시버 모듈은 또한 상기 송신기 및 상기 수신기에 연결되는 입/출력 프로세서를 포함하고, 상기 입/출력 프로세서는 송신 제어 신호와 송신 제어 신호를 구비하는 공통의 송신/수신 제어 신호를 수신한다. 상기 송신기는 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 상기 송신 제어 신호를 더 수신하고, 상기 수신기는 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 상기 수신 제어 신호를 더 수신하며, 상기 수신기는 입/출력 프로세스를 경유하여 상기 수신 음향 엘리먼트에 의하여 수신되는 음향 신호의 시간 샘플들을 더 송신한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 소나 시스템에서 송신 및 수신하는 방법은 송신 제어 신호와 수신 제어 신호를 구비하는 공통의 송신/수신 제어 신호를 수신하는 단계, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 송신 파형을 생성하는 단계, 상기 송신 파형을 송신 소나 어레이의 송신 음향 엘리먼트에 송신하는 단계 및 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 수신 소나 어레이의 수신 음향 엘리먼트로부터 수신 파형을 수신하는 단계를 포함한다. 상기 소나 시스템에서 송신 및 수신하는 방법은 또한 상기 수신 파형을 디지털 수신 신호로 변환하는 단계 및 상기 디지털 수신 신호를 송신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 상기 측면들에 따른 실시예에 있어서, 상기 송신 및 수신 소나 어레이들은 서로 동일한 소나 어레이일 수 있다. 본 발명의 상기 측면들에 따른 실시예에 있어서, 상기 송신 및 수신 음향 엘리먼트들은 서로 동일한 음향 엘리먼트일 수 있다.

본 발명 그 자체뿐 만 아니라, 앞서 언급한 본 발명의 특성들은 아래에 설명될 도면의 설명으로부터 보다 충분하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜시버 모듈 랙을 구비하는 소나 시스템의 블록 다이어그램이다.

도 2는 각각이 복수의 트랜시버 모듈들을 포함하는 복수의 트랜시버 서브 모듈 랙들을 구비하는 도 1의 트랜시버 모듈 랙을 상세히 나타내는 블록 다이어그램이다.

도 3은 도 2에 도시된 트랜시버 모듈을 상세히 나타내는 블록 다이어그램이다.

도 4는 도 2에 도시된 트랜시버 모듈 서브랙을 상세히 나타내는 확대된 블록 다이어그램이다.

첨부된 도면들에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.

본 발명을 상세히 설명하기에 앞서 소개하는 개념 및 용어들이 설명된다. 본 출원서에서 사용되듯이 "원격 측정 매체(telemetry medium)"라는 용어는 정보가 전달될 수 있는 매체를 기술하기 위하여 사용된다. 예를 들어 통신 매체는 전 선(wire), 광섬유, 복수의 와이어들, 복수의 광섬유들 및/또는 자유공간을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는 "광섬유 원격 측정 매체(fiber optic telemetry medium)"라는 용어는 하나의 광섬유 케이블에 결합되거나 결합되지 않는, 하나의 통신 인터페이스를 포함하는 하나 이상의 광섬유를 기술하기 위하여 사용된다. 또한 "무선 원격 측정 매체(wireless telemetry medium)"라는 용어는 가스를 포함하는 예를 들어 공기를 포함하는 자유 공간 또는 가스를 포함하지 않는 예를 들어 우주를 포함하는 자유공간을 기술하기 위하여 사용된다.

"원격 측정 인터페이스(telemetry interface)"라는 용어는 원격 측정 매체를 통하여 정보를 통신하는 전자 회로를 기술하는데 사용된다. "광섬유 원격 측정 인터페이스(fiber optic telemetry interface)"라는 용어는 광섬유 원격 측정 인터페이스를 통하여 정보를 통신하는 전자 회로를 기술하는데 사용된다.

"음향 엘리먼트(acoustic element)"라는 용어는 일반적으로 점(point) 음향 송신기 또는 수신기를 나타내는 소나 어레이의 일 부분을 기술하기 위하여 사용된다. 하지만 음향 엘리먼트는 물리적 넓이를 가질 수 있고 대칭적인 형상일 필요가 없다. 음향 엘리먼트는 예를 들어 압전 세라믹 소자 압전 폴리머 소자와 같은 압전 소자, 자기제한(magnetorestrictive) 소자 또는 음파를 생성 및/또는 수신하는데 사용할 수 있는 임의의 물리적 소자들을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.

"송신 신호(transmit signal)"라는 용어는 아날로그 송신 파형 및 상기 아날로그 송신 파형을 나타내는 디지털 시간으로 샘플링한 신호를 일반적으로 기술하는 데 사용되고 상기 송신 신호는 음향 엘리먼트에 의하여 수중이나 다른 음향 매체속으로 궁극적으로 송신되는 송신 음파 신호를 나타낸다. 그러므로 상기 송신 신호는 시간 연속적인 전기 디지털 값과 같이 디지털로 표현될 수도 있고 전기적 아날로그 파형일 수도 있고 또는 해당하는 송신된 음파 신호일 수도 있다.

이와 유사하게 "수신 신호(receive signal)"라는 용어는 아날로그 수신 파형 및 상기 아날로그 수신 파형을 나타내는 디지털 시간으로 샘플링한 신호를 일반적으로 기술하는데 사용되고, 상기 수신 신호는 수중이나 다른 음향 매체로부터 최초로 수신된 수신 음파 신호를 나타낸다. 그러므로 상기 수신 신호는 시간 연속적인 전기적 디지털 값과 같이 디지털로 표현될 수도 있고 전기적 아날로그 파형일 수도 있고 또는 해당하는 수신된 음파 신호일 수도 있다.

"핑(ping)"이라는 용어는 송신 신호 또는 수신 신호의 형태를 언급하기 위하여 사용된다. 핑은 한정된 지속 시간(time duration)을 갖는 연속 파형(continuous wave, CW) 신호, 주파수 변조(FM) 신호, 시작 주파수와 종료 주파수를 스윕(sweep)하는 첩(chirp) 신호, 진폭 변조(AM) 신호, 주파수 편이 변조(frequency shifted keyed, FSK) 신호(또는 주파수 도약(frequency hopped) 음파 신호) 및 랜덤 신호를 포함할 수 있다.

다양한 빔 형성 기술들이 알려져 있고, 음향 송신 빔 또는 음향 수신 빔은 소나 어레이 내의 복수의 음향 엘리먼트들을 이용하여 형성되고/또는 스티어링된다. 시간 지연 빔형성에서는, 빔 스티어링 각도는 상기 소나 어레이로 송신되거나 상기 소나 어레이로부터 수신되는 신호들에 적용되는 상대적 시간 지연들에 의하여 결정된다. 일반적으로 빔의 폭(width)은 주로 상기 음향 엘리먼트들의 개수 및 물리적 크기에 의하여 결정되고, 또한 상기 소나 어레이로 송신되거나 상기 소나 어레이로부터 수신되는 신호들에 적용되는 상대적 진폭 스케일링에 의하여 결정된다. 소나 어레이에 의하여 생성되는 송신 또는 수신 빔의 측대파(sidelobe) 레벨은 상기 소나 어레이로 송신되거나 상기 소나 어레이로부터 수신되는 신호들에 적용되는 상대적 진폭 스케일링에 의하여 영향받을 수 있다. 종래의 진폭 스케일링(쉐이딩 또는 웨이팅이라고 함)은 균일(Uniform), 해밍(Hamming), 해닝(Hanning) 및 Chevyschev 스케일링을 포함하는데 각각이 고유한 빔폭과 측대파 특성을 갖는다.

하기의 시스템, 장치 및 방법은 선박의 소나 시스템과 결합하여 상세히 설명되지만, 본 발명에 따른 시스템, 장치, 및 방법은 선박의 소나 시스템에 한정되지 아니하고 임의의 소나 시스템 및 공기 음향 시스템을 포함하는 임의의 음향 시스템에 적용될 수 있음이 이해되어야 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소나 시스템(10)은 수신 프로세서(12), 송신 프로세서(13), 모드 선택 프로세서(36), 미드-핑(mid-ping) 자세 예측 프로세서(38)를 구비하는 선박 프로세서(11)를 포함한다. 상기 송신 프로세서(34)는 상기 소나 시스템(10)의 송신을 제어하는 송신 제어 프로세서(40)를 포함한다. 상기 송신 제어 프로세서(40)는 송신기 설정 프로세서(42), 송신 파형 생성기(44), 송신 빔형성 파라미터 프로세서(46) 및 송신 변조 프로세서(48)를 포함할 수 있다. 상기 송신 제어 프로세서(40)의 기능들이 하기에서 상세히 설명된다. 하지만 상기 송신 제어 프로세서(40)는 상기 모드 선택 프로세서(36)와 상기 미드-핑 자세 예측 프로세서(38)로부터 정보를 수신하고 송신 제어 신호(50)와 통신하는 것만으로도 충분하다. 상기 송신 제어 신호(50)는 송신기 설정 프로세서(42), 송신 파형 생성기(44), 송신 빔형성 파라미터 프로세서(46) 및 송신 변조 프로세서(48)의 출력 신호들이 결합된 신호이다. 상기 송신 제어 신호(50)는 상기 소나 시스템(10)이 하기의 논의에서 명백해질 원하는 특성들을 갖는 음파를 수중으로 송신하기에 충분한 정보를 포함할 수 있다.

상기 소나 시스템(10)은 또한 광섬유 텔리메트리(telemetry) 인터페이스(52)를 포함하여 광섬유 텔리메트리 매체(54)를 통하여 하나 이상의 트랜시버 모듈들(미도시, 도 3 참조)을 구비하는 트랜시버 모듈 랙으로의 송신을 위하여 소위 공통의 송신/수신 제어 신호(54a)" 내의 송신 제어 신호(50)를 수신하고 송신한다. 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(54a)는 하기에서 상세히 설명된다.

상기 트랜시버 모듈 랙(56)은 각각이 하나 이상의 음향 엘리먼트들(62a, 62b)을 구비하는 하나 이상의 소나 어레이들(62, 63)에 케이블들(58a 내지 58M)을 통하여 송신 신호들(59a 내지 59M)을 제공한다. 어떤 배치에서는, 상기 송신 신호들(59a 내지 59M) 각각은 오직 하나의 음향 엘리먼트에 각각 연결될 수 있다. 하지만 다른 배치에서는 상기 케이블들(58a 내지 58M) 중 하나 이상이 둘 이상의 각각의 음향 엘리먼트에 연결될 수 있다. 또 다른 배치에서는 상기 케이블들(58a 내지 58M) 중 둘 이상이 상기 음향 엘리먼트들 중 하나에 연결되어 병렬의 배치를 제공할 수 있다. 또 다른 배치에서는 스위칭 매트릭스(미도시)에 의하여 상기 케이블들(58a 내지 58M)을 상기 음향 엘리먼트들 중 선택가능한 복수의 음향 엘리먼트들 에 직접 연결할 수 있다.

상기 케이블들(58a 내지 58M)은 각각의 송신 신호들(59a 내지 59M) 및 각각의 수신 신호들(60a 내지 60M)을 포함한다고 도시되었지만, 다른 실시예에서는 상기 송신 신호들(59a 내지 59M) 및 수신 신호들(60a 내지 60M)은 개별적인 케이블들을 통하여 통신될 수 있다.

실시예에 따라서, 상기 송신 신호들(59a 내지 59M) 중 하나 이상이 선택적으로 더미 로드 매트릭스(64)에 연결될 수 있다. 상기 더미 로드 매트릭스(64)는 하나 이상의 음향 엘리먼트들을 나타내며 음파를 송신하지 않는 전자 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 상기 더미 로드 매트릭스(64)는 상기 소나 시스템(10)을 테스트 하기 위하여 상기 소나 어레이들(62, 63)을 대신하여 상기 트랜시버 모듈 랙(56)에 연결될 수 있다.

상기 수신 프로세서(12)는 상기 소나 시스템(10)의 수신 기능들을 제어하는 수신 제어 프로세서(14)를 포함할 수 있다. 상기 수신 제어 프로세서(14)는 수신 설정 프로세서(16), 수신 빔형성 프로세서(18) 및 테스트 신호/목표물 제어 프로세서(20)를 포함할 수 있다. 상기 수신 제어 프로세서(14)의 기능들은 하기에서 상세히 설명된다. 하지만 상기 수신 제어 프로세서(14)는 상기 수신 프로세서(12)의 다른 부분들과의 통신에 이용되는 제1 수신 제어 신호(32)를 생성하고, 상기 광섬유 텔리메트리 인터페이스(52)와의 통신에 이용되는 제2 수신 제어 신호(66)를 생성하는 것으로 충분하다. 상기 제1 및 제2 수신 제어 신호들(32, 66)은 상기 수신 설정 프로세서(16), 상기 수신 빔형성 프로세서(18) 및 상기 테스트 신호/목표물 제어 프로세서(20)의 출력 신호들이 결합된 신호이다. 상기 제1 및 제2 수신 제어 신호들(32, 66)은 상기 소나 시스템(10)이 하기의 논의에서 명백해질 원하는 특성들을 갖는 음파를 수중으로 송신하기에 충분한 정보를 포함할 수 있다.

상기 수신 프로세서(12)는 상기 소나 어레이들(62, 63)의 음향 엘리먼트들과 관련된 수신 신호들을 처리한다. 수신 신호들을 처리하기 위하여 수신 신호들(60a 내지 60M)은 상기 소나 어레이들(62, 63)로부터 상기 케이블들(58a 내지 58M)을 경유하여 상기 트랜시버 모듈 랙(56)으로 통신될 수 있다. 상기 수신 신호들(60a 내지 60M)은 상기 광섬유 텔리메트리 매체(54)를 통하여 수신 신호들(54b)로서 상기 광섬유 텔리메트리 인터페이스(52)로 전달된다. 상기 수신 신호들(60a 내지 60M)의 일부 또는 전부는 수신 신호들(68a 내지 68N)로서 상기 수신 프로세서(12)에 전달된다. 상기 수신 신호들(68a 내지 68N)의 개수는 상기 수신 신호들(60a 내지 60M)의 개수와 동일하거나 또는 다를 수 있다.

상기 수신 프로세서(12)는 복조기들(22a 내지 22N)과 필터들(24a 내지 24N)을 포함할 수 있고, 상기 복조기들(22a 내지 22N)과 필터들(24a 내지 24N)은 수신 신호들(68a 내지 68N) 및 상기 소나 어레이들(62 및/또는 63) 중에서 선택된 음향 엘리먼트들과 관련된 복조 신호들을 다차원 빔형성기(26), 예를 들어, 3차원(3D) 빔형성기에 제공할 수 있다. 상기 다차원 빔형성기(26)는 하나 이상의 빔형성된 수신 신호들(26a)을 리코더(recorder, 28) 및 신호 프로세서(31)에 제공할 수 있고, 상기 리코더(28) 및 신호 프로세서(31)는 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface, 이하 GUI, 33)을 동작시킨다.

동작면에 있어서, 상기 송신 설정 프로세서(42)는 예를 들어 상기 트랜시터 모듈 랙에 포함된 송신기가 클래스 D 모드 또는 클래스 S 모드에서 동작할 것인지를 결정하는 값과 송신 음향 파워를 결정하는 값과 같은 다양한 셋 업 값들을 생성할 수 있다. 다른 설정 값들을 이하에서 도 3을 참조하여 설명된다.

상기 송신 파형 생성기(44)는 송신 파형과 관련된 복수의 송신 파형 값들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 송신 파형 값들은 송신 파형의 샘플들에 해당하는 디지털 값들일 수 있다. 다른 실시예에서는 상기 송신 파형 값들은 첩(chirp) 송신 파형과 관련된 최저 주파수, 최고 주파수 및 스윕(sweep) 비율을 나타내는 디지털 값들일 수 있다. 또 다른 실시예에서는 상기 송신 파형 값들은 펄스 사인 송신 파형의 주파수와 지속시간을 나타내는 디지털 값들일 수 있다. 또 다른 실시예에서는 상기 송신 파형 값들은 광대역 송신 파형과 관련된 최저 밴드 주파수와 최고 밴드 주파수를 나타내는 디지털 값들일 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 송신 파형 생성기(44)로부터의 출력 신호는 송신 파형을 나타내는 연속 시간 디지털 샘플들이다. 상기 시간 샘플들은 100 kHz의 속도로 제공되고, 각 시간 샘플은 16 비트를 포함한다. 하지만 상기 소나 시스템은 각 샘플마다 특정한 비트에 제한되는 것은 아니고, 또한 특정한 샘플 레이트에 제한되는 것은 아니다.

상기 송신 빔형성 파라미터 프로세서(46)는 송신 빔패턴과 관련되는 복수의 송신 빔형성 값들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 송신 빔형성 값들은 송신에 사용되는, 상기 소나 어레이 내의 선택된 음향 엘리먼트들, 상기 선택된 음향 엘리 먼트들에 전달되는 송신 파형들에 인가되는 상대적 시간 지연들 및 상기 선택된 음향 엘리먼트들에 전달되는 송신 파형들에 적용되는 상대적 진폭들(스케일링들)의 세트에서 하나 이상에 해당하는 디지털 값들일 수 있다.

상기 송신 변조 프로세서(48)는 송신된 음향 신호와 관련된 송신 변조 값들을 생성할 수 있다. 예를 들어 상기 송신 변조 값들은 주파수와 상기 송신 파형 생성기(44)에 의하여 결정된 파형에 적용되는 진폭 변조의 변조율을 나타내는 진폭 변조 값들 포함할 수 있다.

상기 송신 제어 프로세서(40)에 의하여 생성되는 송신 제어 신호(50) 내의 상세히 설명된 값들은 상기 모드 선택 프로세서(36) 및/또는 상기 미드-핑 자세 예측 프로세서(38)에 의하여 영향받을 수 있다. 예를 들어, 사용자에 의하여 제어되는 상기 모드 선택 프로세서(36)는 상기 어레이(62)가 소나 시스템(10)의 송신 기능을 위하여 사용될 것인가와 수신 기능을 위하여 사용될 것인가를 결정할 수 있다. 상기 모드 선택 프로세서(36)는 상기 소나 시스템(10)이 동작하는 방위 범위를 결정할 수 있다. 방위 범위를 결정하기 위하여, 상기 모드 선택 프로세서(36)는 상기 송신 제어 프로세서(40)가 상기 송신 제어 빔형성 파라미터 프로세서(46)에 시간 지연 제한을 두도록 하여 결과적인 송신 빔들의 스티어링 각들을 제한할 수 있게 한다. 상기 모드 선택 프로세서(36)는 상기 소나 어레이들(62, 63) 중에서 어떤 소나 어레이가 상기 송신 기능에 사용되는지에 영향을 미칠 수 있고, 또한 어떤 음향 엘리먼트들이 상기 선택된 소나 어레이에서 선택되는지에도 영향을 미칠 수 있다. 이와 유사하게 상기 미드-핑 자세 예측 프로세서(38)는 상기 송신 제어 프로세 서(40)에 의하여 생성되는 상기 송신 제어 신호(50)에 포함되는 상기한 값들의 일부에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 상기 소나 시스템(10)이 설치되는 선박이 겪는 피치, 롤 및/또는 히브(heave)에 영향을 미칠 수 있고, 원하는 송신(수신) 빔 스티어링 앵글은 상기 피치, 롤 및/또는 히브에 의하여 영향을 받을 수 있다. 상기 미드-핑 자세 예측 프로세서(38)는 다음 번 핑 때의 선박의 자세를 예측할 수 있고, 시간 지연 값들의 정정과 같은 정보를 상기 송신 제어 프로세서(40) 및/또는 상기 수신 제어 프로세서(14)에 제공하여 상기 송신 빔 및/또는 수신 빔의 원하는 방향으로 향하게 할 수 있다.

상기 송신 제어 프로세서(40)에 의하여 생성되는 상기 송신 제어 신호(50)는 상기 광섬유 텔리메트리 인터페이스(52)에 전달된다. 이와 유사하게. 상기 제2 수신 제어 신호(66)도 상기 광섬유 텔리메트리 인터페이스(52)에 전달된다. 상기 광섬유 텔리메트리 링크는 상기 송신 제어 신호(50)와 상기 제2 수신 제어 신호(66)를 "공통의 송신/수신 제어 신호(54a)"로 결합하고, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(54a)는 상기 광섬유 텔리메트리 매체(54)를 통하여 상기 송수신 모듈 랙(56)으로 통신된다.

"공통의 송신/수신 제어 신호"는 송신 기능과 수신 기능 측면의 제어를 모두 포함하는 제어 신호를 기술하기 위하여 사용된다. 이를 위하여 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(54a)는 상기 송신 제어 신호(50)와 상기 제2 수신 제어 신호(66)를 포함할 수 있다. 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(54a)는 하나 이상의 텔리메트리 매체들을 통하여 통신된다. 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(54a)는 예를 들어 하 나의 광섬유를 갖는 광섬유 케이블 또는 하나의 주 컨덕터를 가지는 광섬유 케이블과 같이 하나의 물리적 경로를 가지는 하나의 텔리메트리 매체를 통하여 통신될 수 있다. 하지만 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(54a)는 예를 들어 복수의 광섬유들을 갖는 광섬유 케이블 또는 복수의 컨덕터들을 가지는 광섬유 케이블과 같이 복수의 물리적 경로들을 가지는 하나의 텔리메트리 매체를 통하여 통신될 수 있다. 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(54a)는 직렬의 비트 스트림, 병렬의 비트 스트림 또는 직렬의 바이트 스트림으로 구성될 수 있다. 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(54a)는 상기 송시 및 수신 기능 측면에서의 제어를 위한 디지털 데이터, 상기 디지털 데이터가 상기 송신 및 수신 기능의 특정 측면을 제어하도록 하는 디지털 어드레스 및 데이터 구획 문자(delimiter) 등으로 사용되는 다른 디지털 비트들 및/또는 워드들을 포함할 수도 있다. 상기 송신 및 수신 기능들의 제어 측면은 상기 송신 및 수신 기능들의 설정 및 동기화 측면을 포함할 수 있다.

상기 광섬유 텔리메트리 매체(54)는 쌍방향 텔리메트리를 제공하고, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(54a)는 상기 광섬유 텔리메트리 인터페이스(52)로부터 상기 트랜시버 모듈 랙(56)으로 전달되고, 상기 수신 신호들(54b)은 상기 트랜시버 모듈 랙(56)으로부터 상기 광섬유 텔리메트리 인터페이스(52)로 전달된다.

동작면에 있어서는, 상기 케이블들(58a 내지 58M)은 쌍방향 신호들에 대한 링크들을 제공할 수 있다. 상기 송신 신호들(59a 내지 59M)은 상기 트랜시버 모듈 랙(56)으로부터 송신 소나 어레이(62 및/또는 63)로 송신되어 음파가 수중으로 송신될 수 있고, 상기 수신 신호들(60a 내지 60M)은 수신 소나 어레이(62 및/또는 63)로부터 상기 트랜시버 모듈 랙(56)으로 복귀된다. 상기 송신 및 수신 신호들은 상기 케이블들(58a 내지 58M) 중에서 동일한 케이블들이나 서로 다른 케이블들을 통하여 통신될 수 있다. 상기 송신 및 수신 소나 어레이들은 동일한 소나 어레이 일 수도 있고 또는 서로 다른 소나 어레이일 수 있다. 상기 송신 및 수신 소나 어레이가 서로 동일한 소나 어레인인 경우에도, 상기 소나 어레이 내의 송신 음향 엘리먼트들은 상기 소나 어레이 내의 수신 음향 엘리먼트들과 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 실시예에 따라서 상기 케이블들(58a 내지 58M) 중 적어도 일부는 단방향이어서, 송신 신호와 수신 신호 중 어느 하나의 신호만을 전달한다.

동작면에 있어서, 상기 소나 어레이들(62, 63)의 음향 엘리먼트들은 상기 수신 음향 엘리먼트들로부터 상기 케이블들(58a 내지 58M)을 통하여 상기 트랜시버 모듈 랙(56)으로 상기 수신 신호들(60a 내지 60M)을 다시 제공한다. 상기 수신 신호들(60a 내지 60M)은 목표물체로부터의 각각의 반향들(echo), 상기 소나 어레이들(62, 63)로부터의 음향 송신과 관련된 반향, 전기적 잡음 및 해양에 존재하는 음향 배경 잡음과 같은 다양한 신호 특성들을 포함할 수 있다.

상기 트랜시버 모듈 랙(56)은 상기 수신 신호들(60a 내지 60M)을 수신 신호들(54b)로서 상기 광섬유 텔리메트리 매체(54)를 통하여 상기 광섬유 텔리메트리 인터페이스(52)로 통신한다. 실시예에 따라서 상기 트랜시버 모듈 랙(56)은 각각이 각 음향 엘리먼트와 관련된 각 수신 파형의 샘플들을 포함하는 288의 수신 채널들을 제공한다. 상기 샘플들은 각각 16 비트로 구성되고 100 kHz의 샘플율을 나타낸다. 하지만 상기 소나 시스템(10)은 특정한 개수의 수신 채널들의 수에 한정되지 아니하고, 각 샘플들의 특정한 수의 비트에 한정되지 아니하고, 특정한 샘플율에 한정되지 아니한다.

상기 광섬유 텔리메트리 인터페이스(52)는 직렬 비트 스트림으로 상기 광섬유 텔리메트리 매체(54) 상에서 통신되는 상기 수신 신호들(54b)을 상기 수신 기능을 위하여 사용된 음향 엘리먼트들의 개수에 해당하는 복수의 병렬의 수신 신호들(68a 내지 68N)로 분리한다. 수신 신호(68a)를 갖는 하나의 채널을 예로 들어보면, 상기 수신 신호(68a)는 복조기(22a)에 제공된다. 상기한 바와 같이, 상기 송신 파형은 다양하게 변조될 수 있고, 따라서 상기 음향 엘리먼트들은 동일하게 변조된 수신 신호들을 생성할 수 있다. 상기 복조기(22a)는 변조성분을 제거하고 복조된 신호를 상기 필터(24a)에 제공할 수 있다. 상기 복조기(22a)는 상기 수신 신호(68a)의 신호 진폭과 위상을 제공하는 직각 복조 및 상기 수신 신호(68a)에서 도플러 효과를 제거하고 상기 수신 신호(68a)를 베이스 밴드 신호보다 높은 중간 주파수로 믹싱하는 등의 여러 가지 다른 기능을 제공할 수 있지만 이에 한정되는 것을 아니다. 복수의 복조 및 필터링된 신호들은 필터들(24a 내지 24N)에 의하여 다차원 빔형성기(26)에 제공된다.

상기 다차원 빔형성기(26)는 하나 이상의 빔형성된 신호들(26a)을 상기 신호 프로세서(30)와 리코더(28)에 제공한다. 상기 리코더(28)는 나중의 재사용과 상기 신호 프로세서(30)의 분석을 위하여 상기 빔형성된 신호들(26a)을 저장할 수 있다. 상기 신호 프로세서(30)는 실시간으로 상기 빔형성된 신호들을 처리하여 목표물체의 감지를 나타내는 출력 신호(30a)을 제공할 수 있다. 상기 신호 처리기(30)로부 터의 상기 출력 신호(30a)는 상기 GUI(33)에 상기 목표 물체를 디스플레이하는 상기 디스플레이 프로세서(31)에 제공될 수 있다.

상기한 바대로, 상기 소나 시스템(10)의 수신 기능들의 제어는 상기 수신 제어 프로세서(14)에 의하여 제공된다. 이를 위하여 상기 제2 수신 제어 신호(66)에 의하여 상기 트랜시버 모듈 랙(56)을 제어하고, 상기 제1 수신 제어 신호(32)에 의하여 상기 트랜시버 모듈 랙(56)을 제어한다.

동작면에 있어서, 상기 수신 설정 프로세서(16)는 예를 들어 상기 트랜시버 모듈 랙(56)에 포함된 수신기의 전자 이득을 결정하는 값 및 상기 수신 신호들(60a 내지 60M)에 적용되는 필터링을 결정하는 값을 포함하는 다양한 수신기 설정 값들을 생성할 수 있다. 다른 수신기 설정 값들이 이하에서 도 3을 참조하여 설명된다. 상기 수신기 설정 값들은 상기 제2 수신 제어 신호(66)에서 제공될 수 있다.

상기 수신 빔형성 파라미터 프로세서(18)는 수신 빔패턴과 형성된 복수의 수신 빔형성 값들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 수신 빔형성 값들은 수신에 사용되는, 상기 소나 어레이 내의 선택된 음향 엘리먼트들, 상기 선택된 음향 엘리먼트들에 전달되는 송신 파형들에 인가되는 상대적 시간 지연들 및 상기 선택된 음향 엘리먼트들에 전달되는 송신 파형들에 적용되는 상대적 진폭들(스케일링들)의 세트에서 하나 이상에 해당하는 디지털 값들일 수 있다. 상기 수신 빔형성 값들은 상기 제1 수신 제어 신호(32)에서 제공될 수 있다.

상기 테스트 신호/목표물 제어 프로세서는 이하에서 도 3을 참조하여 설명되는, 상기 트랜시버 모듈 랙(56) 내의 테스트/훈련 목표물 생성기(도 3의 154) 및 테스트 신호 생성기(도 3의 150)와 관련되는 값들을 생성할 수 있다. 이 값들은 상기 제2 수신 제어 신호(66)에서 제공될 수 있다.

상기 다차원 빔형성기(26)는 상기 수신 빔형성 파라미터 프로세서(18)에 의하여 제공되는 상기의 상대적 시간 지연들과 상대적 진폭 스케일링들을 상기 필터들(24a 내지 24N)에 의하여 제공되는 상기 변조된 신호들에 적용할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 송신 빔형성에서는 상기 소나 시스템(10)은 상기 수신 기능에서 사용되는 수신 빔형성 파라미터들에 따라서 빔들을 형성하고 원하는 방향으로 스티어링할 수 있다.

상기 송신 제어 프로세서(40)에 대한 상기의 설명과 매우 유사하게, 상기 수신 제어 프로세서(14)는 상기 모드 선택 프로세서(36) 및 상기 미드-핑 자세 예측 프로세서(38)로부터 영향을 받을 수 있다.

상기 수신 기능에 사용되는 상기 음향 엘리먼트들은 소나 어레이에어 임의의 방향으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 평판 소나 어레이(62)에서 수신 기능을 위하여 사용되는 음향 엘리먼트들은 수평선, 수직선, 복수의 수평선들, 복수의 수직선들 또는 상기 수평선, 수직선, 복수의 수평선들, 복수의 수직선들로 이루어진 임의의 조합들을 따라서 배치될 수 있다. 그러므로 상기 수신 빔들은 공간으로 임의의 방향으로 스티어링 되고 그 결과로 다차원 빔형성이 될 수 있다.

상기한 바대로 상기 트랜시버 모듈 랙(56)은 상기 케이블들(58a 내지 58M) 중 하나 이상의 각각을 통하여 하나 이상의 송신 신호들(59a 내지 59M)을 제공하고 하나 이상의 수신 신호들(60a 내지 60M)을 수신한다. 상기 케이블들(58a 내지 58M) 각각은 소나 어레이의 음향 엘리먼트에 연결될 수 있다. 예를 들어 케이블(58a)은 실린더 모양의 소나 어레이(62)의 엘리먼트(62a)에 연결될 수 있다. 하지만, 다른 실시예들(배치들)에서는 상기 케이블들(58a 내지 58M) 중 일부분은 상기 송신 기능 또는 수신 기능 중의 하나 또는 모두를 위하여 소나 어레이의 둘 이상의 음향 엘리먼트들에 연결될 수 있다.

실시예에 따라서 상기 케이블들(58a 내지 58M)은 예를 들어 상기 실린더 모양의 소나 어레이(62) 및 평판 소나 어레이(63)와 같이 둘 이상의 소나 어레이의 음향 엘리먼트들에 송신 파형들을 제공한다. 상기 소나 어레이들(62, 63)은 동시에 동작할 수도 있고 동시에 동작하지 않을 수도 있다.

실시예에 따라서 하나의 소나 어레이의 288개의 음향 엘리먼트들에 288개의 케이블들이 연결된다. 하지만, 다른 실시예에서는 288개 초과 또는 미만의 음향 엘리먼트들이 288개 초과 미만의 케이블들에 연결될 수 있다.

실시예에 따라서 상기 케이블들(58a 내지 58M)은 모두가 상기 송신 및 수신 기능에 사용되는 쌍 방향 케이블일 수 있다. 하지만 다른 실시예들에서는 상기 케이블들(58a 내지 58M) 중 일부는 상기 송신 또는 수신 기능에만 사용되는 단 방향 케이블일 수 있다.

도 1에는 실린더 모양의 어레이(62)와 평판 어레이(63)가 도시되어 있지만, 실시예에 따라서 상기 트랜시버 모듈 랙(56)은 두 개의 소나 어레이를 초과 또는 미만의 소나 어레이로/부터 상기 송신 신호들(59a 내지 59M)을 송신하고 상기 수신 신호들(60a 내지 60M)을 수신할 수 있다. 또한 상기한 소나 시스템이 음향 에너지 를 송신하고 소나 어레이로부터 음향 에너지를 수신한다고 기술되어 있지만, 실시예에 따라서 상기 소나 시스템(10)은 하나의 소나 어레이, 예를 들어 평판 소나 어레이(63)에서는 소나 에너지를 송신하고, 다른 소나 어레이, 예를 들어 실린더 모양의 소나 어레이(63)서는 관련된 수신 음파를 수신할 수 있다.

실린더 모양의 소나 어레이(62)와 평판 소나 어레이(63)가 도시되었지만, 다른 실시예에서는 상기 트랜시버 모듈 랙(56)은 라인 어레이, 구 어레이 또는 등각 어레이와 같은 다른 형태의 어레이들에 연결될 수 있다.

하나의 트랜시버 모듈(56)이 도시되었지만, 실시예에 따라서 두 개 이상의 트랜시버 모듈 랙이 포함될 수 있다. 두 개 이상의 트랜시버 모듈 랙이 포함되는 실시예에서는 각 트랜시버 모듈 랙은 상기 광섬유 텔리메트리 매체(54)에 연결되어 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(54a)를 트랜시버 모듈 랙에 제공할 수 있고, 소나 어레이들(62, 63)과 관련된 수신 신호들(54b)을 제공할 수 있다. 하지만 두 개 이상의 트랜시버 모듈 랙이 포함되는 실시예에서는 상기 광섬유 텔리메트리 매체(54)와 유사한 두 개 이상의 광섬유 텔리메트리 매체들이 사용되어 상기 서로 다른 트랜시버 모듈 랙들로/부터 신호들을 제고할 수 있다.

상기 광섬유 텔리메트리 매체(54)는 하나 이상의 광섬유를 포함할 수 있고, 상기 광섬유들은 서로 다른 방향으로 서로 다른 신호들을 전달할 수 있다.

광섬유 텔리메트리 매체(54)가 도시되고 기술되었지만, 다른 실시예에서는 상기 광섬유 텔리메트리 매체(54)는 예를 들어 유선 또는 무선 텔리메트리 매체로 대체될 수 있고, 상기 광섬유 텔리메트리 인터페이스는 무선 텔리메트리 인터페이 스 또는 유선 텔리메트리 인터페이스로 대체될 수 있다. 실시예에 따라서는 상기 광섬유 텔리메트리 매체(54)는 이더넷(Ethernet) 인터넷 프로토콜 통신을 지원하는 유선 케이블일 수 있고, 상기 광섬유 텔리메트리 인터페이스는 이더넷 인터넷 프로토콜 텔리메트리 인터페이스일 수 있다.

도 2를 참조하면, 트랜시버 모듈 랙(72)은 도 1의 트랜시버 모듈 랙(56)과 동일하거나 유사할 수 있다. 광섬유 텔리메트리 매체(82)는 도 1의 광섬유 텔리메트리 매체(54)와 동일하거나 유사할 수 있다. 케이블들(84a 내지 84c)은 도 1의 케이블들(58a 내지 58M)과 동일하거나 유사할 수 있고, 소나 어레이의 음향 엘리먼트들에 연결된다.

상기 트랜시버 모듈 랙(72)은 복수의 트랜시버 모듈 서브랙들(74a 내지 74c)을 포함할 수 있다. 상기 트랜시버 모듈 서브랙들(74a 내지 74c) 각각은, 예를 들어 트랜시버 모듈 서브랙(74a)은 복수의, 예를 들어 7개의 4 채널 트랜시버 모듈들(76a 내지 76g)을 포함할 수 있다. 상기 4 채널 트랜시버 모듈들(76a 내지 76g) 각각은 적어도 4개의 음향 엘리먼트들에 연결되고 상기 4개의 음향 엘리먼트들에 각각의 송신 신호들을 송신하고, 상기 4개의 음향 엘리먼트들로부터 각각의 수신 신호들을 수신한다.

상기 트랜시버 모듈 서브랙들(74a 내지 74c) 각각 내의 4채널 트랜시버 모듈들은 각각이 상기 광섬유 텔리메트리 매체(82)와 연결되는 광섬유 텔리메트리 인터페이스(80a 내지 80c)와 연결되는 각각의 통신 링크(78a 내지 78c) 상에서 통신할 수 있다. 상기 링크들(84a 내지 84c)은 단일 라인들로 도시되었지만, 상기 링크 들(84a 내지 84c)은 각각 적어도 상기 7 개의 4채널 트랜시버 모듈들에 대하여 4개씩 적어도 28개의 링크를 제공할 수 있다.

상기 트랜시버 모듈 랙(72)은 저전압 142전원 공급 장치(86)와 고전압 전원 공급 장치(88)를 포함할 수 있다. 상기 저전압 전원 공급 장치(86)는 백플레인(backplanes, 미도시)을 통하여 상기 4채널 모듈들에 저전압의 전력을 공급할 수 있다. 이와 유사하게, 상기 고전압 전원 공급 장치(88)는 백플레인을 통하여 상기 4채널 모듈들에 고전압의 전력을 공급할 수 있다. 실시예에 따라서 상기 고전압 및 저전압 백플레인들은 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 상기 저전압 전원 공급 장치(86)는 주로 상기 4채널 모듈들의 각각의 디지털 기능들과 소신호 증폭 기능들에 관련된다. 상기 고전압 전원 공급 장치(88)는 주로 상기 4채널 모듈들 각각의 최종 송신기 스테이지들과 관련된다.

세 개의 트랜시버 모듈 서브랙들(74a 내지 74c)이 도시되었지만, 실시예에 따라서 상기 트랜시버 모듈 랙(72)은 세 개를 초과하거나 세 개 미만의 트랜시버 모듈 서브 랙들을 포함할 수 있다. 상기 트랜시버 모듈 서브랙들(74a 내지 74c) 각각이 7개의 4채널 트랜시버 모듈들을 포함한다고 도시되었지만, 실시예에 따라서 상기 트랜시버 모듈 서브랙들(74a 내지 74c) 각각 또는 일부가 7개를 초과하거나 7개미만의 4채널 트랜시버 모듈들을 포함할 수 있다. 이하에서는 상기 4채널 모듈들(76a 내지 76g)이 네 개를 초과하거나 네 개 미만의 채널을 포함하는 경우를 상세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 4채널 트랜시버 모듈(100, 이하에서는 설명의 편의를 위하 여 "트랜시버 모듈"이라고 함)은 도 2의 4채널 트랜시버 모듈들의 임의의 하나, 예를 들어 도 2의 4채널 트랜시버 모듈(76a)과 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 트랜시버 모듈(100)은 4개의 송신기들(102a 내지 102d) 및 4개의 수신기들(124a 내지 124d)을 포함한다.

송신기(102a)를 예로 들면, 상기 송신기(102a)는 파형 합성기(104), 파형 메모리(103), 지연 프로세서(108), 진폭 스케일링 프로세서(110), 파워 증폭기(112) 및 튜닝 마그네틱 엘리먼트들(또는 마그네틱스; 114)을 포함한다. 상기 송신기(102a)는 이하에서 상세히 설명되는 다양한 기능들을 동기화하는 타이밍 레퍼런스(116)도 또한 포함한다.

상기 튜닝 마그네틱스(114)는 하나 이상의 변압기 및/또는 하나 이상의 인덕터의 형태일 수 있고, 하나 이상의 커패시터들 및/또는 하나 이상의 저항들을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서 상기 튜닝 마그네틱스(114)는 음향 엘리먼트과 연결되는 공명 및/또는 임피던스 매치에 튜닝될 수 있다. 케이블(118a)은 도 1의 케이블들(58a 내지 58M) 중 하나와 동일하거나 유사할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명되었듯이, 상기 케이블(118a)은 송신 음향 엘리먼트에 신호를 송신하고 수신 음향 엘리먼트로부터 신호를 수신할 수 있다. 여기서 상기 송신 음향 엘리먼트와 상기 수신 음향 엘리먼트는 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 하지만 도 1을 참조하여 설명되었듯이 실시예에 따라서 상기 케이블(118a)은 송신 음향 엘리먼트에 신호를 송신할 수만 있고, 케이블(125a)은 상기 수신 음향 엘리먼트드로부터 신호를 수신만 할 수 있다. 여기서도 음향 엘리먼트들을 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있고 동일한 소나 어레이 내에 있을 수도 있고 서로 다른 소나 어레이 내에 있을 수도 있다. 이와같이, 케이블들(118a 내지 118c)과 케이블들(125a 내지 125c)은 서로 다른 송신 및 수신 엘리먼트들에 신호들을 전달할 수 있다.

다른 수신기들(124b 내지 124d)도 마찬가지이지만 수신기(124a)를 예로 들어보면, 상기 수신기(124a)는 상기 링크(118a)로 상기 소나 어레이의 음향 송신 엘리먼트(미도시)에 연결되는 송신/수신 스위치(126)를 포함한다. 상기한 바와 같이, 실시예에 따라서 상기 링크(118a, 즉 케이블)는 송신 신호와 수신 신호를 모두 통신할 수 있고, 상기 수신 신호들을 상기 송신/수신 스위치(126)에 의하여 수신되어 상기 수신기(124a)의 다른 부분들로 전달된다. 실시예에 따라서 상기 수신 신호들은 상기 링크(125a) 상에서 통신되어 상기 수신기(124a)의 다른 부분들로 전달된다. 상기 수신기(124a)는 시변 이득(time varying gain; TVG) 증폭기(130), 아날로그 필터(132), 아날로그-디지털 변환기(134), 및 디지털 필터/신호 프로세서(136)를 포함한다. 상기 수신기(124a)는 또한 이하에서 설명되는 다양한 기능들을 동기시키는 타이밍 레퍼런스(158)를 포함한다. 실시예에 따라서 상기 송신/수신 스위치(126)는 예를 들어 싸이리스터(thyristor)를 구비하는 솔리드-스테이트 릴레이와 같은 솔리드-스테이트 릴레이를 포함한다. 이러한 타입의 송신/수신 스위치(126)에 의하여 종래의 소나 시스템의 구조에 비하여 약 15 dB 정도의 신호 대 잡음비 향상 효과가 발생한다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 상기 송신/수신 스위치(126)의 기능을 잘 이해할 것이다.

상기 디지털 필터/신호 프로세서(136)는 상기 수신 신호를 디지털 필터링할 수 있다. 하지만 실시예에 따라서 상기 디지털 필터/신호 프로세서(136)는 다른 기능을 수행하는 신호 프로세서를 포함할 수도 있다. 예를 들어 실시예에 따라서 상기 디지털 필터/신호 프로세서(136)는 도 1의 복조기(22a)와 같이 복조 기능을 제공할 수 있다. 따라서 실시예에 따라서 도 1의 복조기들(22a 내지 22N)은 도 1의 수신 프로세서(12) 내에 위치하지 않고 그 대신에 트랜시버 모듈(100)내에 위치할 수도 있다. 또한 실시예에 따라서는 상기 디지털 필터/신호 프로세서(136)는 도 1의 필터(24a)와 같은 필터링 기능을 더 제공할 수도 있다. 또한 실시예에 따라서는 상기 디지털 필터/신호 프로세서(136)는 패스트 푸리에 변환을 통하여 주파수 영역으로의 변환을 수행할 수 있고, 이 주파수 영역으로의 변환에 의하여 상기한 도 1의 삼차원 빔형성기(26)에서 수행된 수신 빔형성은 주파수 영역에서도 수행될 수 있다.

상기 수신기(124a)는 버퍼(142), 잡음 형성 프로세서(noise shaping processor; 144), 데이터 포맷 프로세서(146) 및 타임 슬롯 할당 프로세서(148)를 구비하는 데이터 프로세서(140)도 또한 포함한다. 상기 송신/수신 스위치(126)는 고전압 송신 신호가 상기 케이블(118a) 상의 음향 엘리먼트에 인가되는 경우 상기 시변 이득 증폭기(130)를 상기 케이블(118a)로부터 분리하는데 사용될 수 있다.

상기 송신/수신 스위치(126)는 상기 송신기(102a) 가까이에 위치하기 때문에 상기 수신기(124a)에 효용이 되는 추가적인 기능들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따라서 상기 트랜시버 모듈(100)이 사용되는 소나 시스템의 송신기 측정(calibration)동안에 상기 송신/수신 스위치(126)는 상기 케이블(118a) 상에 나 타나는 고전압 송신 신호를 상기 시변 이득 증폭기(130)에 연결할 수 있다(즉 음의 고정 이득을 설정할 수 있다). 상기 송신기 측정에서는 상기 수신기(124a)의 결과 신호는 상기 케이블(118a) 상의 전압을 나타내고, 상기 송신 신호는 이에 따라서 수정되어 원하는 전압으로 도달할 수 있다. 이를 위하여 상기 송신기 측정 값은 송신 측정 메모리(170)에 저장되어 상기 송신기(102a)에서 송신 신호 레벨을 조절하는데 사용된다.

상기 수신기(124a)도 수신기 측정 동안에 측정되어 수신 측정 값들이 수신 측정 메모리 (172)에 저장될 수 있다. 수신기 측정에서는 상기 송신/수신 스위치(126)를 경유하여 상기 시변 이득 증폭기에 적용될 수 있는(즉 고정 이득 설정) 테스트 신호(152)가 테스트 신호 생성기(150)에 의하여 생성될 수 있다. 상기 수신기(124a)에서의 결과 신호는 상기 수신기(124a)의 이득을 나타낸다.

상기 송신기 측정 및 상기 수신기 측정 모두에서, 예를 들어 상기 수신기(124a)에 나타나는 신호들은 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(예를 들어 도 1의 654)에 따라서 상기 신호들을 처리하여 상기 트랜시버 모듈(100)로 다시 보내는 도1의 선박 프로세서(11)로 전달될 수 있다(도 1의 54a). 하지만 실시예에 따라서는 상기 송신기 측정 및 상기 수신기 측정 모두에서 상기 수신기(124a)에 나타나는 신호들은 수신기에 의하여 측정되어, 즉 엘리먼트(136)에 의하여 측정되고 상기 송신 및 수신 측정 값들은 상기 트랜시버 모듈(100)에 의하여 생성될 수 있다.

상기 트랜시버 모듈(100)은 입/출력 프로세서(166) 및 제어 프로세서(120)를 또한 포함할 수 있다.

동작을 살펴보면, 상기 입/출력 프로세서(166)는 통신 링크(168)를 통하여 도 1을 참조하여 설명된 상기 공통의 송신/수신 제어 신호를 수신한다. 다시 도 2를 간략하게 참조하면, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호는 상기 광통신 텔리메트리 매체(82)를 통하여 상기 광통신 텔리메트리 인터페이스들(80a 내지 80c)에 전달되고 통신 링크들(78a 내지 78c)을 통하여 상기 트랜시버 모듈 랙(72) 내의 트랜시버 모듈들에 전달된다. 도 3의 링크(168)는 통신 링크들(78a 내지 78c) 중 하나와 동일하거나 또는 유사할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 상기 입/출력 프로세서(166)는 상기 제어 프로세서(120)에 상기 공통의 송신/수신 제어 신호를 전달한다. 상기 제어 프로세서(120)는 또한 점선으로 도시된 바와 같이 상기 송신기들(102a 내지 102d) 및 수신기들(124a 내지 124d)의 엘리먼트들에 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(122)를 전달한다.

상기 공통의 송신/수신 제어 신호(122)는 상기 송신기들(102a 내지 102d) 및 수신기들(124a 내지 124d)의 기능들을 제어하는 값들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(122)는 상기 파형 메모리(106)에 저장될 수 있고, 송신 파형을 생성하기 위하여 상기 파형 합성기(104)로 전달될 수 있는 도 1을 참조하여 설명된 송신 파형 값들을 포함할 수 있다.

상기 공통의 송신/수신 제어 신호(122)는 상기 지연 프로세서(108) 및 상기 증폭 스케일링 프로세서(110)에 영향을 미치는 상기 송신 빔형성 값들을 포함하는 송신기 설정 값들을 포함할 수 있다. 상기 송신 설정 값들은 상기 파워 증폭기의 동작 모드와 출력 파워를 선택할 수 있는 파워 증폭기 이득을 포함할 수 있다. 상기 송신 설정 값들은 상기 송신 기능에 상기 수신기들(102a 내지 102d)중에서 어떤 것을 사용할 지를 선택할 수 있는 송신기 선택 값들을 포함할 수 있다. 상기 송신 설정 값들은 상기 파형 합성기(104)의 샘플 레이트에 영향을 줄 수 있는 송신 파형 샘플 레이트 값들을 또한 포함할 수 있다.

상기 공통의 송신/수신 제어 신호(122)는 상기 시변 이득 프리앰프(130)에 영향을 미치는 수신 이득 및 시변 이득 설정 값들을 포함하는 수신기 설정 값들들 포함할 수 있다. 상기 수신기 제어 값들은 상기 디지털 필터(136)에 영향을 미치는 디지털 필터 값들(예를 들어 탭 가중치)을 또한 포함할 수 있다. 상기 수신기 제어 값들은 상기 아날로그-디지털 변환기(134)의 샘플 레이트와 상기 데이터 포맷 프로세서(146)의 샘플 레이트에 영향을 줄 수 있는 수신기 샘플 레이트 값들을 또한 포함할 수 있다. 상기 수신기 제어 값들은 상기 데이터 포맷 프로세서(146)에 영향을 줄 수 있는 데이터 포맷 값들(예를 들어 단위 샘플에 포함된 비트의 수와 부동 소수점 또는 고정 소수점 데이터)을 또한 포함할 수 있다. 상기 수신기 제어 값들은 상기 수신 기능에서 상기 수신기들(124a 내지 124d) 중 어느 것을 선택할지와 따라서 타임 슬롯 할당 프로세서(148)에 영향을 줄 수 있는 수신기 선택 값들을 또한 포함할 수 있다.

전체적으로 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(122)는 다음의 송신 제어 값들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다: (상기 파형 메모리(106)와 상기 파형 합성기(104)를 제어하는) 송신 파형 값, (상기 파워 증폭기(112)를 제어하는) 파워 증 폭기 모드 값(클래스 D 또는 클래스 S 모드), 트랜스듀서 송신 선형 값들, (상기 지연 프로세서(108) 및 상기 진폭 스케일링 프로세서(110)를 제어하는 송신 빔 형성 값들(상대 시간 지연 값들, 상대 진폭 스케일링 값들, 상대 위상 천이 값들), (상기 타이밍 레퍼런스(116)를 제어하는) 동기화 값들, (상기 파워 증폭기(112)를 제어하는) 송신 필터 계수 값들(클래스 D 파워 증폭기 모드에서), 또는 상기 파형 합성기(10)를 제어하는) 송신 파형 변조 값들. 상기의 트랜스듀서 송신 선형화 값들은 예를 들어 주파수 및/또는 출력 파워 레벨에 대하여 알려진 비선형성에 따라서 상기 송신기들(102a 내지 102d)의 출력 파워 레벨을 조절하는 값들을 포함할 수 있다.

전체적으로 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(122)는 다음의 수신 제어 값들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다: (상기 시변 프리앰프(130)를 제어하는) 수신 증폭기 이득 제어 값(예를 들어 이득 및 시변 이득 율 및 기울기), 트랜스듀서 수신 선형화 값들, (상기 아날로그-디지털 변환기(134), 데이터 포맷 프로세서(146) 및 타임 슬롯 할당 프로세서(148)를 제어하는) 수신 신호 샘플링 값(예를 들어 샘플링 레이트, 비트의 수, 출력율), (상기 디지털 필터(136)를 제어하는) 수신 디지털 필터 계수 값들, (도 1의 복조기들(22a 내지 22N)을 제어하는 수신 복조 값, (도 1의 빔형성기(26)를 제어하는) 수신 빔형성 값들(예를 들어 상대 시간 지연 값들, 상대 진폭 스케일링 값들, 상대 위상 천이 값들), (테스트/훈련 목표 데이터 생성기(154)를 제어하는 테스트 톤 값들 및 테스트 톤 제어 값들, (상기 테스트 신호 생성기(150)를 제어하는) 테스트 목표 값들 및 테스트 목표 제어 값들, 또 는 자가 진단 제어 값들. 하지만, 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 실시예에 따라서는 상기 수신 복조 값들 및 상기 수신 빔형성 값들은 도 1의 상기 수신 프로세서(12)에만 제공되어 이용될 수 있고, 따라서 상기 공통의 송신/수신 제어 신호(122)에 포함될 필요는 없다. 상기의 트랜스듀서 수신 선형화 값들은 예를 들어 주파수 및/또는 출력 파워 레벨에 대하여 알려진 비선형성에 따라서 상기 수신기들(124a 내지 124d)의 출력 파워 레벨을 조절하는 값들을 포함할 수 있다.

일단 설정되면, 상기 송신기들, 예를 들어 송신기(102a)는 측정된, 타임-스케일링되고 적절히 지연된(및/또는 위상 천이된) 송신 파형을 생성할 수 있고, 상기 생성된 송신 파형은 상기 파워 증폭기(112) 및 튜닝 마그네틱스(114)를 통하여 소나 어레이의 음향 엘리먼트 또는 엘리먼트들(도 1의 62a 및/또는 63a)에 복조될 수 있다. 상기 타임 스케일링과 진폭 스케일링은, 다른 송신기들(102b 내지 102d) 또는 다른 트랜시버 모듈의 다른 송신기들(미도시)과 결합되어 송신하는 경우 수중에 하나 이상의 송신 음향 빔패턴들을 생성할 수 있다.

일단 설정되면, 상기 수신기들, 예를 들어 수신기(124a)는 수중으로부터 음향 신호를 수신하고 증폭하고 필터링하고, 상기 수신 신호의 디지털 타임 샘플들을 생성하고, 상기 디지털 타임 샘플들을 통신 링크(164a)를 통하여 상기 입/출력 프로세서(166)에 제공할 수 있다. 상기 입/출력 프로세서(168)는 상기 수신 신호의 디지털 타임 샘플들을 상기 링크(168)를 통하여 광섬유 텔리메트리 인터페이스(예를 들어 도 2의 80a)로, 광섬유 케이블(도 2의 82)을 통하여 광섬유 텔리메트리 인터페이스(예를 들어 도 1의 52)로 케이블(도 1의 68a)을 통하여 상기 수신 프로세 서(도 1의 12)로 제공할 수 있다. 이와 유사하게, 상기 다른 수신기들(124b 내지 124d) 및/또는 다른 트랜시버 모듈들 내의 다른 수신기들(미도시)은 상기 수신 프로세서(12)와 관련된 수신 신호들을 제공할 수 있다. 상기 수신 프로세서(12)는 상기 도 1을 참조하여 설명된 수신 빔형성 기능과 다른 수신 기능 프로세싱을 수행할 수 있다.

실시예에 따라서, 상기 트랜시버 모듈(100)은 공통의 회로 기판위에 배치될 수 있다. 하지만 실시예에 따라서 상기 트랜시버 모듈(100)은 두 개 이상의 회로 기판들로 분리되어 전체적으로 하나의 공통 어셈블리를 형성할 수도 있다.

실시예에 있어서, 상기 송신기들(102a 내지 102d)중 하나 이상은 다음과 같은 특징을 구비한다:

관련되는 파워 증폭기(예를 들어 112)가 클래스 D 증폭기로 동작할 때의 대역폭은 0.5kHz 내지 100kHz이고, 관련되는 파워증폭기가 클래스 S 증폭기로 동작할 때의 대역폭은 90kHz 내지 250kHz.

최대 출력 파워의 적어도 15 퍼센트와 최대 출력 파워 3dB 이하 파워에서의 100 퍼센트에서 최대 핑 듀티 사이클.

적어도 2 초의 최대 핑 시간, 및

-60도의 위상에서 최소 600와트(Watt)의 파워 출력

실시예에 있어서, 상기 수신기들(124a 내지 124d)중 하나 이상은 다음과 같은 특징을 구비한다.

적어도 324kHz의 샘플레이트를 갖는 24 비트의 수신 신호의 샘플들

등가 입력 전기 노이즈 1.2 nV/root Hertz 미만, 밴드 레벨 노이즈 플로어는 -135dBV 미만

순시 동적(dynamic) 레인지는 120dB 이상 및 총 동적 레인지는 140 dB 이상

+/-0.02dB 오차의 평행 주파수 응답범위는 1kHz 내지 100kHz

수신기들(124a 내지 124d) 사이의 이득 추적(tracking)은 0.5dB 이상

수신기들(124a 내지 124d) 사이의 위상 추적는 10도 미만

수신기들(124a 내지 124d) 사이 및 송신기들(102a 내지 102d) 사이 및 수신기들(124a 내지 124d) 중 임의의 두 개 이상의 사이의 크로스토크는 -110dB 이하

상기 트랜시버 모듈(100)은 4개의 송신기들(102a 내지 102d) 및 4개의 수신기(124a 내지 124d)를 포함하는 구조로 도시되었지만, 실시예에 따라서는 상기 트랜시버 모듈은 4개를 초과하거나 4개 미만의 송신기들과 4개를 초과하거나 4개 미만의 수신기들을 포함할 수 있다.

도 4를 참조하면, 트랜시버 모듈 서브랙(200)은 도 1의 트랜시버 모듈 랙(56)에 포함되는 도 2의 트랜시버 모듈 서브랙들(74a 내지 74b) 중 하나와 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 트랜시버 모듈 서브랙(200)은 하우징(201), 적어도 하나의 백플레인(202), 및 7개의 4채널 트랜시버 모듈들(204a 내지 204g)을 포함한다. 상기 7개의 4채널 트랜시버 모듈들(204a 내지 204g)은 각각 한 세트의 4개의 마그네틱 엘리먼트들을 포함한다. 다른 트랜시버 모듈들(204b 내지 204g)과 마찬가지인 트랜시버 모듈(204a)을 예로 들어보면, 상기 트랜시버 모듈(204a)은 적어도 두 개의 마그네틱 엘리먼트들(208aa, 208ab)을 포함하는 제1 서브어셈블리(206aa)와 또한 적어도 두 개의 마그네틱 엘리먼트들(208ac, 208ad)을 포함하는 제2 서브어셈블리(206ab)를 포함한다. 상기 트랜시버 모듈 서브랙(200)은 또한 광섬유 텔리메트리 인터페이스(210)도 포함한다.

상기 트랜시버 모듈들(204a 내지 204g)의 그룹은 트랜시버 모듈들(76a 내지 76g)의 그룹들과 동일하거나 유사할 수 있고, 각각의 트랜시버 모듈들은 도 1의 트랜시버 모듈(100)과 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 광섬유 텔리메트리 인터페이스(210)도 도 2의 광섬유 텔리메트리 인터페이스들(80a 내지 80c)들 중 하나와 동일하거나 유사할 수 있다.

상기 마그네틱 엘리먼트들(208aa 내지 208ad)은 변압기로서 도시되었다. 하지만 실시예에 따라서는 상기 마그네틱 엘리먼트들(208aa 내지 208ad)은 인덕터일 수 있고, 또는 인덕터, 변압기, 저항 및 커패시터들 중 임의의 조합일 수 있다. 상기 마그네틱 엘리먼트들(208aa 내지 208ad)은 연결되는 음향 엘리먼트들 중 적어도 하나를 튜닝하는데 선택될 수 있다. 또한 상기 마그네틱 엘리먼트들(208aa 내지 208ad) 상에 나타나는 신호들은 비교적 고 전압, 비교적 고 전류 또는 비교적 고 전압과 고 전류를 모두 나타낼 수 있다.

상기 마그네틱 엘리먼트들(208aa 내지 208ad) 상에 나타나는 신호들이 서로간에, 다른 마그네틱 엘리먼트들에 또는 상기 트랜시버 모듈들(204a 내지 204g) 중 임의의 다른 회로에 크로스 토크 현상을 발생시키는 것은 바람직하지 않다. 크로스 토크를 줄이기 위하여 상기 서브어셈블리(206aa)는 y축(214)을 따라서 상기 서브어 셈블리(206ab)에 대하여 한쪽으로 치우칠 수 있다. 실시예에 따라서 상기 마그네틱 엘리먼트(208ab)는 상기 마그네틱 엘리먼트(208aa)에 대하여 상기 y축(214)을 중심으로 회전된 위치에 배치될 수 있고 상기 마그네틱 엘리먼트(208ad)는 상기 마그네틱 엘리먼트(208ac)에 대하여 상기 y축(214)을 중심으로 회전된 위치에 배치될 수 있다.

상기 백플레인(202)은 상기 트랜시버 모듈 서브랙(200)이 배치되는 랙(도 2의 72) 내의 전압 공급장치들로부터 유래되는 저전압 전력과 고전압 전력을 상기 트랜시버 모듈(204a 내지 204g)로 분배할 수 있다. 상기 전원 공급 장치는 도 2의 저전압 전력 공급 장치(86)와 고전압 전력 공급 장치(88)와 동일하거나 유사할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 트랜시버 모듈 서브랙(200) 및 트랜시버 모듈들(204a 내지 204g)은 VME(Versa Module Europa) 기준(standards)에 따르는 크기와 차원을 갖는다.

트랜시버 모듈, 즉 도 3의 트랜시버 모듈(100)이 랙, 즉 도 1의 트랜시버 모듈 랙(56) 내에 배치되는 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 실시예에 따라서는 상기 트랜시버 모듈(100)은 소나 어레이, 즉 도 1의 소나 어레이들(62, 63) 내에 배치될 수도 있다. 이 실시예에서는 상기 트랜시버 모듈은 네 개를 초과하거나 네 개 미만의 송신기들 및 수신기들을 구비할 수 있다. 이 실시예예서 도 1의 케이블들(58a 내지 58M)은 제거되어 비용과 공간을 절약할 수 있다.

여기서 인용되는 모든 참조들은 전체로서 참조에 의하여 여기에 편입된다.

본 발명의 설명된 바람직한 실시예들을 가지고, 그들의 개념들을 편입하는 다른 실시예들이 사용될 수 있음은 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 그러므로, 이러한 실시예들은 개시된 실시예들에 한정되어서는 아니되고, 오직 첨부된 청구항들의 기술적 사상 및 범위에 의해서만 한정되어야만 할 것이다.

Claims

개별적인 회로 기판들에 배치되고 송신 제어 신호와 수신 제어 신호를 구비하는 공통의 송신/수신 제어 신호를 수신하는 복수의 트랜시버 모듈들;

텔리메트리(telemetry) 인터페이스; 및

제1 단자 및 제2 단자를 구비하고 상기 제1 단자는 상기 텔리메트리 인터페이스에 연결되고 상기 제2 단자는 상기 복수의 트랜시버 모듈들에 연결되어 상기 공통의 송신/수신 제어 신호를 상기 복수의 트랜시버 모듈들과 통신하는 텔리메트리 매체(medium)를 포함하고,

상기 복수의 트랜시버 모듈들 중 선택된 트랜시버 모듈들은 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 각각의 복수의 송신 신호들을 송신 소나 어레이의 각각의 복수의 송신 음향 엘리먼트들에 전송하고, 상기 선택된 트랜시버 모듈들은 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 각각의 복수의 수신 신호들을 수신 소나 어레이의 각각의 복수의 수신 음향 엘리먼트들로부터 수신하고, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호는 상기 선택된 트랜시버 모듈들을 서로 시간적으로 동기시켜서 전자적으로 스티어링된 송신 음향 빔 패턴에 기여하는 동기화 정보를 포함하는 소나 시스템(sonar system).
제 1 항에 있어서, 상기 송신 및 수신 소나 어레이들은 서로 동일한 소나 어레인 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 송신 및 수신 음향 엘리먼트들은 서로 동일한 음향 엘리먼트들인 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 텔리메트리 인터페이스는 광섬유 텔리메트리 인터페이스를 포함하고, 상기 텔리메트리 매체는 광섬유 텔리메트리 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 텔리메트리 인터페이스는 무선 텔리메트리 인터페이스를 포함하고, 상기 텔리메트리 매체는 무선 텔리메트리 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 선택된 트랜시버 모듈들 각각은,

상기 송신 소나 어레이의 상기 각각의 복수의 송신 음향 엘리먼트들에 연결되는 각각의 복수의 송신기들;

상기 수신 소나 어레이의 상기 각각의 복수의 수신 음향 엘리먼트들에 연결되는 각각의 복수의 수신기들(상기 동기화 정보는 상기 복수의 송신기들을 서로 시간적으로 동기시켜서 상기 전자적으로 스티어링된 송신 음향 빔 패턴에 기여하고, 상기 복수의 수신기들을 서로 시간적으로 동기시켜서 전자적으로 스티어링된 수신 음향 빔 패턴에 기여함); 및

상기 선택된 트랜시버 모듈들 및 상기 텔리메트리 인터페이스에 연결되는 입/출력 프로세서를 포함하고,

상기 입/출력 프로세서는 상기 텔리메트리 인터페이스로부터 상기 공통의 송신/수신 제어 신호를 수신하고, 상기 복수의 송신기들은 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 상기 송신 제어 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 복수의 수신기들은 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 상기 수신 제어 신호를 수신하도록 연결되며, 상기 복수의 수신기들은 상기 입/출력 프로세스와 상기 텔리메트리 인터페이스를 경유하여 상기 복수의 수신 음향 엘리먼트들에 의하여 수신되는 음향 신호를 나타내는 시간 샘플들을 더 송신하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 복수의 송신기들 및 상기 복수의 수신기들은 공통의 회로 기판 어셈블리에 배치되는 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
삭제
제 6 항에 있어서, 상기 복수의 송신기들 각각은,

제1 입력 노드와 제1 출력 노드를 구비하고, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 제1 입력 노드에서 송신 신호의 특성을 수신하여 상기 송신 신호의 특성을 저장하고, 상기 제1 출력 노드에서 상기 송신 신호의 특성을 제공하는 파형 메모리; 및

상기 파형 메모리에 연결되고, 제2 입력 노드와 제2 출력 노드를 구비하며, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 제2 입력 노드에서 상기 송신 신호의 특성을 수신하고, 상기 제2 입력 노드에서 수신된 상기 송신 신호의 특성을 합성하고 상기 송신 신호를 나타내는 신호를 생성하는 파형 합성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 복수의 송신기들 각각은,

상기 파형 합성기에 연결되고, 제3 입력 노드와 제3 출력 노드를 구비하여 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 제3 입력 노드에서 상기 송신 신호를 나타내는 상기 신호를 수신하고 상기 제3 출력 노드에서 상기 송신 신호를 나타내는 상기 신호의 시간-지연된 버전을 생성하는 지연 프로세서;

상기 지연 프로세서에 연결되고, 제4 입력 노드와 제4 출력 노드를 구비하여 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 제4 입력 노드에서 상기 송신 신호를 나타내는 상기 신호의 시간-지연된 버전을 수신하고 상기 제4 출력 노드에서 상기 송신 신호를 나타내는 상기 신호의 진폭이 스케일된 버전을 생성하는 진폭 스케일링 프로세서; 및

상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 송신 신호를 나타내는 상기 신호의 타이밍에 영향을 미치는 타이밍 레퍼런스를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 복수의 수신기들 각각은,

제1 입력 노드와 제1 출력 노드를 구비하고, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 제1 입력 노드에서 수신 신호를 나타내는 데이터를 수신하고 상기 수신된 데이터를 선택된 데이터 포맷으로 변환하고 상기 제1 출력 노드에서 상기 선택된 데이터 포맷을 갖는 상기 데이터를 제공하는 데이터 포맷 프로세서;

상기 데이터 포맷 프로세서와 연결되고 제2 입력 노드와 제2 출력 노드를 구비하며, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 제2 입력 노드에서 상기 선택된 데이터 포맷을 갖는 상기 데이터를 수신하고 상기 제2 출력 노드에서 선택된 타임 슬롯(time slot)에서 상기 데이터를 제공하는 타임 슬롯 할당 프로세서; 및

상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 수신기의 특성을 동기시키는 타이밍 레퍼런스를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 수신기의 특성은 상기 수신기의 이득(gain)이나 상기 데이터의 선택된 타임 슬롯 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 텔리메트리 인터페이스에 연결되고 상기 복수의 수신 음향 엘리먼트들에 의하여 수신된 상기 음향 신호를 나타내는 시간 샘플들을 수신하고, 상기 타임 샘플들에 따라서 다차원 공간에서 상기 수신 소나 어레이와 관련된 수신 빔들을 스티어링하는 빔형성기를 포함하는 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 텔리메트리 인터페이스에 연결되고 상기 공통의 송신/수신 제어 신호를 생성하는 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 복수의 트랜시버 모듈들 각각은 각각의 복수의 측정(calibration) 메모리들을 더 포함하고, 상기 측정 메모리들 각각은 상기 복수의 수신기들 각각의 이득과 관련된 수신 측정 값들 또는 상기 복수의 송신기들 각각의 출력 신호의 크기와 관련되는 송신 측정 값들 중 적어도 하나를 보유하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
송신 소나 어레이의 각각의 복수의 송신 음향 엘리먼트들에 연결되는 복수의 송신기들;

수신 소나 어레이의 각각의 복수의 수신 음향 엘리먼트들에 연결되는 복수의 수신기들; 및

상기 복수의 송신기들 및 상기 복수의 수신기들에 연결되는 입/출력 프로세서를 포함하고, 상기 입/출력 프로세서는 송신 제어 신호와 수신 제어 신호를 구비하는 공통의 송신/수신 제어 신호를 수신하고,

상기 공통의 송신/수신 제어 신호는 상기 복수의 송신기들을 서로 시간적으로 동기시켜서 전자적으로 스티어링된 송신 음향 빔 패턴에 기여하고, 상기 복수의 수신기들을 서로 시간적으로 동기시켜서 전자적으로 스티어링된 수신 음향 빔 패턴 에 기여하는 동기화 정보를 포함하고,

상기 복수의 송신기들은 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 상기 송신 제어 신호를 수신하도록 연결되고 상기 복수의 수신기들은 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 상기 수신 제어 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 복수의 수신기들은 상기 입/출력 프로세서를 경유하여 상기 복수의 수신 음향 엘리먼트들이 수신한 음향 신호를 나타내는 타임 샘플들을 더 송신하는 소나 트랜시버 모듈.
제 16 항에 있어서, 상기 송신 및 수신 소나 어레이들은 서로 동일한 소나 어레인 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 16 항에 있어서, 상기 복수의 송신 음향 엘리먼트들 및 상기 복수의 수신 음향 엘리먼트들은 서로 동일한 음향 엘리먼트들인 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 16 항에 있어서, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호는 송신 파형의 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 19 항에 있어서, 상기 송신 파형의 특성은 상기 송신 파형의 변조(modulation) 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 16 항에 있어서, 상기 복수의 송신기들 및 상기 복수의 수신기들은 공통의 회로 기판 어셈블리에 배치되는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
삭제
제 16 항에 있어서, 상기 복수의 송신기들 각각은,

제1 입력 노드와 제1 출력 노드를 구비하고, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 제1 입력 노드에서 송신 신호의 특성을 수신하여 상기 송신 신호의 특성을 저장하고, 상기 제1 출력 노드에서 상기 송신 신호의 특성을 제공하는 파형 메모리; 및

상기 파형 메모리에 연결되고, 제2 입력 노드와 제2 출력 노드를 구비하며, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 제2 입력 노드에서 상기 송신 신호의 특성을 수신하고, 상기 제2 입력 노드에서 수신된 상기 송신 신호의 특성을 합성하고 상기 송신 신호를 나타내는 신호를 생성하는 파형 합성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 23 항에 있어서, 상기 복수의 송신기들 각각은,

상기 파형 합성기에 연결되고, 제3 입력 노드와 제3 출력 노드를 구비하여 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 제3 입력 노드에서 상기 송신 신호를 나타내는 상기 신호를 수신하고 상기 제3 출력 노드에서 상기 송신 신호를 나타내는 상기 신호의 시간-지연된 버전을 생성하는 지연 프로세서;

상기 지연 프로세서에 연결되고, 제4 입력 노드와 제4 출력 노드를 구비하여 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 제4 입력 노드에서 상기 송신 신호를 나타내는 상기 신호의 시간-지연된 버전을 수신하고 상기 제4 출력 노드에서 상기 송신 신호를 나타내는 상기 신호의 진폭이 스케일된 버전을 생성하는 진폭 스케일링 프로세서; 및

상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 송신 신호를 나타내는 상기 신호의 타이밍에 영향을 미치는 타이밍 레퍼런스를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 16 항에 있어서, 상기 복수의 수신기들 각각은,

제1 입력 노드와 제1 출력 노드를 구비하고, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 제1 입력 노드에서 수신 신호를 나타내는 데이터를 수신하고 상기 수신된 데이터를 선택된 데이터 포맷으로 변환하고 상기 제1 출력 노드에서 상기 선택된 데이터 포맷을 갖는 상기 데이터를 제공하는 데이터 포맷 프로세서;

상기 데이터 포맷 프로세서와 연결되고 제2 입력 노드와 제2 출력 노드를 구비하며, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 제2 입력 노드에서 상기 선택된 데이터 포맷을 갖는 상기 데이터를 수신하고 상기 제2 출력 노드에서 선택된 타임 슬롯(time slot)에서 상기 데이터를 제공하는 타임 슬롯 할당 프로세서; 및

상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 수신기의 특성을 동기시키는 타이밍 레퍼런스를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 25 항에 있어서, 상기 수신기의 특성은 상기 수신기의 이득(gain)이나 상기 데이터의 선택된 타임 슬롯 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 16 항에 있어서, 상기 복수의 송신기들 각각은 상기 복수의 송신 음향 엘리먼트들 중 하나 이상의 송신 음향 엘리먼트들 각각과 튜닝되는 변압기 또는 인덕터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 16 항에 있어서, 상기 복수의 송신기들 각각은 적어도 두 개의 변압기들을 포함하고, 상기 적어도 두 개의 변압기들은 그 사이의 크로스토크를 감소시키기 위하여 대응되는 위치에 대응되는 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 16 항에 있어서, 상기 복수의 송신기들 각각은 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 수중의 타겟을 나타내는 디지털 테스트 신호를 생성하는 테스트 목표 데이터 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 16 항에 있어서, 상기 복수의 수신기들 각각은 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 아날로그 테스트 신호를 생성하는 테스트 목표 데이터 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 16 항에 있어서, 상기 복수의 트랜시버 모듈들 각각은 각각의 복수의 측정(calibration) 메모리들을 더 포함하고, 상기 측정 메모리들 각각은 상기 복수의 수신기들 각각의 이득과 관련된 수신 측정 값들 또는 상기 복수의 송신기들 각각의 출력 신호의 크기와 관련되는 송신 측정 값들 중 적어도 하나를 보유하는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
송신 제어 신호와 수신 제어 신호를 구비하고 시간 동기화 정보를 포함하는 공통의 송신/수신 제어 신호를 수신하는 단계;

상기 공통의 송신/수신 제어 신호 및 상기 시간 동기화 정보에 따라서 복수의 송신 신호들을 생성하는 단계;

상기 복수의 송신 신호들을 송신 소나 어레이의 각각의 복수의 송신 음향 엘리먼트들에 전송하여 복수의 전자적으로 스티어링된 송신 음향 빔들을 생성하는 단계;

상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 따라서 수신 소나 어레이의 각각의 복수의 수신 음향 엘리먼트들로부터 복수의 수신 신호들을 수신하는 단계;

상기 복수의 수신 신호들을 각각 복수의 디지털 수신 신호들로 변환하는 단계; 및

상기 복수의 디지털 수신 신호들을 전송하는 단계를 포함하는 소나 시스템에서 송신 및 수신하는 방법.
제 32 항에 있어서, 상기 송신 및 수신 소나 어레이들은 서로 동일한 소나 어레이인 것을 특징으로 하는 소나 시스템에서 송신 및 수신하는 방법.
제 32 항에 있어서, 상기 복수의 송신 음향 엘리먼트들 및 상기 복수의 수신 음향 엘리먼트들은 서로 동일한 음향 엘리먼트들인 것을 특징으로 하는 소나 시스템에서 송신 및 수신하는 방법.
제 32 항에 있어서, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호는 상기 복수의 송신 신호들 각각의 복수의 특성들을 포함하고, 상기 복수의 송신 신호들을 생성하는 단계는,

상기 복수의 송신 신호들의 복수의 특성들을 저장하는 단계;

상기 저장된 복수의 송신 신호들의 복수의 특성들을 호출하는 단계; 및

상기 복수의 특성들에 따라서 상기 복수의 송신 신호들을 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템에서 송신 및 수신하는 방법.
제 32 항에 있어서, 상기 복수의 송신 신호들을 생성하는 단계는 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 송신 신호들 중 선택된 송신 신호들의 시간을 지연시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템에서 송신 및 수신하는 방법.
제 32 항에 있어서, 상기 복수의 송신 신호들을 생성하는 단계는 상기 공통의 송신/수신 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 송신 신호들 중 선택된 송신 신호들의 진폭을 스케일링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템에서 송신 및 수신하는 방법.
제 32 항에 있어서, 상기 복수의 송신 신호들을 생성하는 단계는,

송신 측정 값들을 생성하는 단계; 및

상기 송신 측정 값들에 따라서 상기 복수의 송신 신호들 중 선택된 송신 신호들의 진폭을 스케일링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템에서 송신 및 수신하는 방법.
제 32 항에 있어서, 상기 복수의 수신 신호들을 수신하는 단계는,

수신 측정 값들을 생성하는 단계; 및

상기 수신 측정 값들에 따라서 상기 복수의 수신 신호들 중 선택된 수신 신호들의 이득을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템에서 송신 및 수신하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호는 송신 파형 값들을 포함하고, 상기 송신 파형 값들은 첩(chirp) 송신과 관련된 최저 주파수, 최고 주파수 및 스윕 비율을 나타내는 디지털 값들 또는 광대역 송신 파형과 관련된 최저 밴드 주파수와 최고 밴드 주파수를 나타내는 디지털 값들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 송신 신호들 중 일부는 제1 소나 기능을 제공하는 제1 소나 어레이와 통신되고, 상기 복수의 송신 신호들 중 나머지 일부는 제2 소나 기능을 제공하는 제2 소나 어레이와 통신되는 것을 특징으로 하는 소나 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호는 송신 파형 값들을 포함하고, 상기 송신 파형 값들은 첩(chirp) 송신과 관련된 최저 주파수, 최고 주파수 및 스윕 비율을 나타내는 디지털 값들 또는 광대역 송신 파형과 관련된 최저 밴드 주파수와 최고 밴드 주파수를 나타내는 디지털 값들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 16 항에 있어서, 상기 복수의 송신 신호들 중 일부는 제1 소나 기능을 제공하는 제1 소나 어레이와 통신되고, 상기 복수의 송신 신호들 중 나머지 일부는 제2 소나 기능을 제공하는 제2 소나 어레이와 통신되는 것을 특징으로 하는 소나 트랜시버 모듈.
제 32 항에 있어서, 상기 공통의 송신/수신 제어 신호는 송신 파형 값들을 포함하고, 상기 송신 파형 값들은 첩(chirp) 송신과 관련된 최저 주파수, 최고 주파수 및 스윕 비율을 나타내는 디지털 값들 또는 광대역 송신 파형과 관련된 최저 밴드 주파수와 최고 밴드 주파수를 나타내는 디지털 값들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 소나 시스템에서 송신 및 수신하는 방법.
제 32 항에 있어서, 상기 복수의 송신 신호들 중 일부는 제1 소나 기능을 제공하는 제1 소나 어레이와 통신되고, 상기 복수의 송신 신호들 중 나머지 일부는 제2 소나 기능을 제공하는 제2 소나 어레이와 통신되는 것을 특징으로 하는 소나 시스템에서 송신 및 수신하는 방법.