KR101773180B1 - 음향 센서 고장 판단 장치 및 방법 - Google Patents

음향 센서 고장 판단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음향 센서에 대한 결함 발생 여부를 자동으로 판단하기 위한 고장 진단 기법을 수행하는 음향 센서 고장 판단 장치 및 방법을 제안한다. 본 발명에 따른 장치는 센서 어레이에서 선택된 음향 센서와 관련된 제1 채널의 제1 신호의 실효값(RMS)을 산출하는 실효값 산출부; 제1 신호의 실효값과 제1 채널의 제2 신호를 기초로 제1 신호의 실효치 교차율(RMSCR)을 산출하는 실효치 교차율 산출부; 제1 신호의 실효치 교차율을 기초로 제1 파라미터를 산출하는 제1 파라미터 산출부; 및 제1 파라미터와 적어도 하나의 제1 임계치를 비교하여 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단하는 제1 결함 센서 판단부를 포함한다.

Description

음향 센서 고장 판단 장치 및 방법 {Apparatus and method for determining fault of acoustic sensor}
본 발명은 음향 센서의 고장 및 결함을 판단하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 수중 음향 센서의 고장 및 결함을 판단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
수십 개의 음향 센서로 구성된 배열 형태의 소나 시스템을 운용하는 데에 있어, 센서에 대한 물리적 또는 전기적인 충격에 의해 음향 센서에 결함(fault) 및 고장(failure)이 발생할 수 있다.
특히 고장 센서와 달리 결함 센서의 출력 신호는 정상 센서 출력 신호와 유사한 형태를 나타내기 때문에 고장 채널에 대한 판단을 더욱 어렵게 만들고, 센서 결함에 따른 잡음의 유입으로 인해 오탐지 가능성이 높아지는 등 소나 시스템의 탐지 성능 저하를 야기한다.
(선행문헌 1) 한국공개특허 제2006-0014903호 (발명의 명칭 : 센서의 고장 유형 판단 시스템 및 그 방법)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 음향 센서에 대한 결함 발생 여부를 자동으로 판단하기 위한 고장 진단 기법을 수행하는 음향 센서 고장 판단 장치 및 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 센서 어레이(sensor array)에서 선택된 음향 센서(acoustic sensor)와 관련된 제1 채널의 제1 신호의 실효값(Root Mean Square)을 산출하는 실효값 산출부; 상기 제1 신호의 실효값과 상기 제1 채널로 입력된 제2 신호를 기초로 상기 제1 신호의 실효치 교차율(Root Mean Square Crossing Rate)을 산출하는 실효치 교차율 산출부; 상기 제1 신호의 실효치 교차율을 기초로 제1 파라미터를 산출하는 제1 파라미터 산출부; 및 상기 제1 파라미터와 적어도 하나의 제1 임계치(threshold)를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함(fault)이 있는 센서인지 여부를 판단하는 제1 결함 센서 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 장치를 제안한다.
바람직하게는, 상기 실효값 산출부는 상기 제1 신호를 선형 적분한 뒤 상기 제1 신호의 실효값을 산출한다.
바람직하게는, 상기 실효값 산출부는 상기 제1 신호의 크기 및 상기 제1 신호를 적분할 때 이용된 적분 시간을 기초로 상기 제1 신호의 실효값을 산출한다.
바람직하게는, 상기 실효치 교차율 산출부는 상기 제1 신호의 크기 및 상기 제1 신호의 실효값을 기초로 상기 제1 신호의 실효치 교차율을 산출한다.
바람직하게는, 상기 제1 파라미터 산출부는 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서들의 실효치 교차율들의 평균값을 상기 제1 신호의 실효치 교차율로 나누어서 얻은 값을 상기 제1 파라미터로 산출한다.
바람직하게는, 상기 제1 결함 센서 판단부는 최소 임계치와 최대 임계치 중 적어도 하나의 임계치를 상기 제1 임계치로 산출하며, 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단할 때 산출된 상기 제1 임계치를 이용한다.
바람직하게는, 상기 제1 결함 센서 판단부는 미리 정해진 값과 1 사이의 차이값을 상기 최소 임계치로 산출하고, 상기 미리 정해진 값과 1 사이의 합산값을 상기 최대 임계치로 산출한다.
바람직하게는, 상기 제1 결함 센서 판단부는 상기 제1 파라미터가 상기 최소 임계치보다 작거나 상기 제1 파라미터가 상기 최대 임계치보다 크면 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단한다.
바람직하게는, 상기 음향 센서 고장 판단 장치는 상기 제1 신호의 실효값과 적어도 하나의 제2 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단하는 제2 결함 센서 판단부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 결함 센서 판단부는 상기 제1 신호의 실효값과 상기 제2 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단되면 상기 제1 파라미터와 상기 제1 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 최종적으로 판단한다.
바람직하게는, 상기 제2 결함 센서 판단부는 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수 및 상기 제1 신호의 실효값을 기초로 상기 제2 임계치를 산출하며, 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단할 때 산출된 상기 제2 임계치를 이용한다.
바람직하게는, 상기 제2 결함 센서 판단부는 최소 임계치와 최대 임계치 중 적어도 하나의 임계치를 상기 제2 임계치로 산출한다.
바람직하게는, 상기 제2 결함 센서 판단부는 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수 및 상기 제1 신호의 실효값을 연산하여 제1 값을 산출하고, 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수, 상기 제1 신호의 실효값 및 상기 제1 값을 연산하여 제2 값을 산출하며, 미리 정해진 배수를 상기 제2 값에 곱한 값과 상기 제1 값 사이의 차이값을 상기 최소 임계치로 산출하고, 미리 정해진 배수를 상기 제2 값에 곱한 값과 상기 제1 값 사이의 합산값을 상기 최대 임계치로 산출한다.
바람직하게는, 상기 제2 결함 센서 판단부는 상기 제1 신호의 실효값이 상기 최소 임계치보다 작거나 상기 제1 신호의 실효값이 상기 최대 임계치보다 크면 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단한다.
바람직하게는, 상기 음향 센서 고장 판단 장치는 상기 제2 신호가 없으면 상기 제1 신호의 크기 및 상기 제1 신호를 적분할 때 이용된 적분 시간을 기초로 상기 제1 신호의 영 교차율(Zero Crossing Rate)을 산출하는 영 교차율 산출부; 및 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서들의 영 교차율들의 평균값과 상기 제1 신호의 영 교차율을 기초로 제2 파라미터를 산출하는 제2 파라미터 산출부를 더 포함하며, 상기 제1 결함 센서 판단부는 상기 제2 파라미터와 상기 제1 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단한다.
바람직하게는, 상기 제1 결함 센서 판단부는 소나 시스템(sonar system)에 장착된 상기 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단한다.
또한 본 발명은 센서 어레이(sensor array)에서 선택된 음향 센서(acoustic sensor)와 관련된 제1 채널의 제1 신호의 실효값(Root Mean Square)을 산출하는 실효값 산출 단계; 상기 제1 신호의 실효값과 상기 제1 채널로 입력된 제2 신호를 기초로 상기 제1 신호의 실효치 교차율(Root Mean Square Crossing Rate)을 산출하는 실효치 교차율 산출 단계; 상기 제1 신호의 실효치 교차율을 기초로 제1 파라미터를 산출하는 제1 파라미터 산출 단계; 및 상기 제1 파라미터와 적어도 하나의 제1 임계치(threshold)를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함(fault)이 있는 센서인지 여부를 판단하는 제1 결함 센서 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 방법을 제안한다.
바람직하게는, 상기 실효값 산출 단계는 상기 제1 신호를 선형 적분한 뒤 상기 제1 신호의 실효값을 산출한다.
바람직하게는, 상기 실효값 산출 단계는 상기 제1 신호의 크기 및 상기 제1 신호를 적분할 때 이용된 적분 시간을 기초로 상기 제1 신호의 실효값을 산출한다.
바람직하게는, 상기 실효치 교차율 산출 단계는 상기 제1 신호의 크기 및 상기 제1 신호의 실효값을 기초로 상기 제1 신호의 실효치 교차율을 산출한다.
바람직하게는, 상기 제1 파라미터 산출 단계는 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서들의 실효치 교차율들의 평균값을 상기 제1 신호의 실효치 교차율로 나누어서 얻은 값을 상기 제1 파라미터로 산출한다.
바람직하게는, 상기 제1 결함 센서 판단 단계는 최소 임계치와 최대 임계치 중 적어도 하나의 임계치를 상기 제1 임계치로 산출하며, 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단할 때 산출된 상기 제1 임계치를 이용한다.
바람직하게는, 상기 제1 결함 센서 판단 단계는 미리 정해진 값과 1 사이의 차이값을 상기 최소 임계치로 산출하고, 상기 미리 정해진 값과 1 사이의 합산값을 상기 최대 임계치로 산출한다.
바람직하게는, 상기 제1 결함 센서 판단 단계는 상기 제1 파라미터가 상기 최소 임계치보다 작거나 상기 제1 파라미터가 상기 최대 임계치보다 크면 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단한다.
바람직하게는, 상기 실효값 산출 단계와 상기 실효치 교차율 산출 단계 사이에, 상기 제1 신호의 실효값과 적어도 하나의 제2 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단하는 제2 결함 센서 판단 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 결함 센서 판단 단계는 상기 제1 신호의 실효값과 상기 제2 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단되면 상기 제1 파라미터와 상기 제1 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 최종적으로 판단한다.
바람직하게는, 상기 제2 결함 센서 판단 단계는 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수 및 상기 제1 신호의 실효값을 기초로 상기 제2 임계치를 산출하며, 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단할 때 산출된 상기 제2 임계치를 이용한다.
바람직하게는, 상기 제2 결함 센서 판단 단계는 최소 임계치와 최대 임계치 중 적어도 하나의 임계치를 상기 제2 임계치로 산출한다.
바람직하게는, 상기 제2 결함 센서 판단 단계는 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수 및 상기 제1 신호의 실효값을 연산하여 제1 값을 산출하고, 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수, 상기 제1 신호의 실효값 및 상기 제1 값을 연산하여 제2 값을 산출하며, 미리 정해진 배수를 상기 제2 값에 곱한 값과 상기 제1 값 사이의 차이값을 상기 최소 임계치로 산출하고, 미리 정해진 배수를 상기 제2 값에 곱한 값과 상기 제1 값 사이의 합산값을 상기 최대 임계치로 산출한다.
바람직하게는, 상기 제2 결함 센서 판단 단계는 상기 제1 신호의 실효값이 상기 최소 임계치보다 작거나 상기 제1 신호의 실효값이 상기 최대 임계치보다 크면 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단한다.
바람직하게는, 상기 제1 파라미터 산출 단계와 상기 제1 결함 센서 판단 단계 사이에, 상기 제2 신호가 없으면 상기 제1 신호의 크기 및 상기 제1 신호를 적분할 때 이용된 적분 시간을 기초로 상기 제1 신호의 영 교차율(Zero Crossing Rate)을 산출하는 영 교차율 산출 단계; 및 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서들의 영 교차율들의 평균값과 상기 제1 신호의 영 교차율을 기초로 제2 파라미터를 산출하는 제2 파라미터 산출 단계를 더 포함하며, 상기 제1 결함 센서 판단 단계는 상기 제2 파라미터와 상기 제1 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단한다.
바람직하게는, 상기 제1 결함 센서 판단 단계는 소나 시스템(sonar system)에 장착된 상기 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단한다.
또한 본 발명은 음향 센서 고장 판단 방법을 실행시키는 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제안한다.
또한 본 발명은 센서 어레이(sensor array)에서 선택된 음향 센서(acoustic sensor)와 관련된 제1 채널의 제1 신호의 실효값(Root Mean Square)을 산출하는 실효값 산출부; 상기 제1 신호의 실효값과 상기 제1 채널로 입력된 제2 신호를 기초로 상기 제1 신호의 실효치 교차율(Root Mean Square Crossing Rate)을 산출하는 실효치 교차율 산출부; 상기 제1 신호의 실효치 교차율을 기초로 제1 파라미터를 산출하는 제1 파라미터 산출부; 상기 제1 파라미터와 적어도 하나의 제1 임계치(threshold)를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함(fault)이 있는 센서인지 여부를 판단하는 제1 결함 센서 판단부; 및 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단되면 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 수리되도록 처리하는 결함 센서 수리 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 처리 장치를 제안한다.
또한 본 발명은 센서 어레이(sensor array)에서 선택된 음향 센서(acoustic sensor)와 관련된 제1 채널의 제1 신호의 실효값(Root Mean Square)을 산출하는 실효값 산출 단계; 상기 제1 신호의 실효값과 상기 제1 채널로 입력된 제2 신호를 기초로 상기 제1 신호의 실효치 교차율(Root Mean Square Crossing Rate)을 산출하는 실효치 교차율 산출 단계; 상기 제1 신호의 실효치 교차율을 기초로 제1 파라미터를 산출하는 제1 파라미터 산출 단계; 상기 제1 파라미터와 적어도 하나의 제1 임계치(threshold)를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함(fault)이 있는 센서인지 여부를 판단하는 제1 결함 센서 판단 단계; 및 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단되면 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 수리되도록 처리하는 결함 센서 수리 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 처리 방법을 제안한다.
또한 본 발명은 음향 센서 고장 처리 방법을 실행시키는 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제안한다.
본 발명은 상기한 목적 달성을 위한 구성들을 통하여 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다.
첫째, 결함 센서에 대한 처리를 통해 탐지 성능의 저하를 최소화할 수 있다.
둘째, 잡음 발생에 따른 오탐지 확률을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수중 음향 센서 고장 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 각 채널 신호의 실효값을 보여주는 예시도이다.
도 3은 센서 채널 신호의 RMS, ZCR 및 RMSCR을 비교한 테이블도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향 센서 고장 판단 장치의 내부 구성을 도시한 개념도이다.
도 5는 도 4의 음향 센서 고장 판단 장치에 추가될 수 있는 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향 센서 고장 판단 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향 센서 고장 처리 장치의 내부 구성을 도시한 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 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 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
일반적으로 결함 센서 신호의 경우 다른 정상 채널 신호에 비해 비이상적으로 크거나 작은 실효치 값을 보인다. 그래서 기존의 센서 결함 진단은 전체 센서에 입력되는 신호의 실효치를 각 센서 채널별로 측정하여 운용 화면에 전시하고, 인접 센서 채널과의 실효치 차이가 가시적으로 크게 발생하는 경우 운용자가 주관적으로 센서의 결함 유무를 수동 판단하는 개념이 주로 적용되고 있다.
그런데 센서 배열 주변의 환경 소음이 크게 증가하는 경우, 인접 센서에 입력되는 신호의 실효치가 증가하게 되고, 결함이 발생한 채널과 정상 채널 간의 실효치 차이를 가시적으로 분간하기 어렵게 된다. 따라서 종래 방법으로는 결함이 발생한 채널과 정상 채널을 구분이 힘들어진다.
또한 운용자가 수동으로 결함 판단을 수행하기 때문에 결함 센서 채널에 대한 즉시 대응이 불가능하고 고장 센서 또는 결함 센서로 판별되어 해당 센서 채널에 대한 고장/결함 처리를 수행하기 전까지 센서 결함에 따른 잡음의 유입이 진행되어 탐지 시스템에서 오탐지가 지속적으로 발생할 수 있다.
본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하기 위한 수중 음향 센서 결함 탐지 방법에 대하여 설명한다. 이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수중 음향 센서 고장 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
수중 음향 센서 모듈들(acoustic sensor modules)이나 아날로그 디지털 변환(A/D conversion)을 수행하기 위해 수중 음향 센서 모듈들 각각에 전원을 공급하는 멀티플렉서(multiplexer)가 고장 나면(break down), 센서 결함(sensor fault)이 발생한다. 센서 결함이 발생하면, 특정 센서로부터 입력되는 신호는 인접하는 센서들로부터 입력되는 신호들과 큰 차이값을 가진다. 본 발명에서는 이 점에 착안하여 수중 음향 센서의 고장 및 결함을 탐지한다.
이하 설명에서는 고장 및 결함이 혼용되어 사용될 수 있으나, 본 발명에서 제안하는 시스템(수중 음향 센서 고장 탐지 시스템)은 센서의 결함을 검출함으로써 이 결함이 있는 센서를 고장난 센서로 검출할 수 있는 것을 특징으로 한다.
먼저 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 입력되는 센서 신호들에 대하여 선형 적분을 수행한다(S110). 수중 음향 센서들로부터 M개 채널의 센서 신호들이 입력되면, 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 사전에 설정된 적분 시간 T를 기초로 이 M개 채널의 센서 신호들에 대하여 선형 적분을 수행할 수 있다.
이후 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 각 채널의 센서 신호에 대한 실효값(RMS; Root Mean Square)을 계산한다(S120). 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 다음 수학식 1을 이용하여 각 채널의 센서 신호에 대한 실효값을 계산할 수 있다.
Figure 112016105818318-pat00001
상기에서 Rk는 k번째 센서 채널의 실효값을 의미한다. M은 센서 어레이(array)에 포함되는 센서들의 전체 개수를 의미한다. N은 프레임의 크기(frame size)를 의미하며, T는 적분 시간(integration time)을 의미하며, 단위는 초(second)이다. xk(n)은 k번째 센서 신호의 n번째 샘플을 의미한다. 여기서 k는 채널의 개수를 의미하며, n은 각 채널당 샘플의 개수를 의미한다. xk(n)은 다음 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112016105818318-pat00002
이후 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 2가지 스텝(step) 즉 첫번째 스텝(first step)과 두번째 스텝(second step)을 차례대로 수행한다.
첫번째 스텝은 특정 채널 신호와 그 채널에 인접하는 인접 채널 신호들 사이의 실효값 차이(the difference in RMS)를 기초로 센서의 결함(fault)을 1차적으로 검출하는 기법을 말한다. 그리고 두번째 스텝은 각 채널 신호의 실효치 교차율(RMSCR; crossing rate of RMS)과 모든 채널 신호들의 실효치 교차율의 평균값(average RMSCR)을 비교하여 센서의 결함을 최종적으로 검출하는 기법을 말한다.
도 2는 각 채널 신호의 실효값(RMS)을 보여주는 예시도이다. 도 2에서 (a)는 모든 채널 신호들의 실효치 교차율의 평균값(average RMSCR)이 -18.6dB일 때 각 채널 신호의 실효값을 보여주는 예시도이며, (b)는 모든 채널 신호들의 실효치 교차율의 평균값이 -9.7dB일 때 각 채널 신호의 실효값을 보여주는 예시도이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 8 채널 센서(sensor ch #8)(210), 10 채널 센서(sensor ch #10)(220), 12 채널 센서(sensor ch #12)(230) 등이 다른 센서들보다 매우 큰 실효값을 가지기 때문에 결함이 있는 센서임을 쉽게 판단할 수 있다. 본 발명에서는 첫번째 스텝을 이용하여 도 2 (a)의 경우에서 결함이 있는 것으로 판단된 센서들을 검출할 수 있다.
반면 도 2의 (b)를 참조하면, 8 채널 센서(210), 10 채널 센서(220), 12 채널 센서(230) 등이 도 2 (a)의 경우와 비교해볼 때 다른 센서들보다 매우 큰 실효값을 가지지 않기 때문에 8 채널 센서(210), 10 채널 센서(220), 12 채널 센서(230) 등을 결함이 있는 센서로 판단하는 것이 용이하지 않다. 본 발명에서는 이와 같은 경우 두번째 스텝을 이용하여 도 2 (b)의 경우에서도 결함이 있는 센서들을 용이하게 검출할 수 있다.
본 발명에서는 첫번째 스텝과 두번째 스텝을 모두 이용하여 결함이 있는 센서들을 검출할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 본 발명에서는 첫번째 스텝과 두번째 스텝 중 어느 하나의 스텝만을 이용하여 결함이 있는 센서들을 검출하는 것도 가능하다.
(1) 첫번째 스텝 : RMS 기반 결함 센서 검출 기법(RMS-based fault sensor detection)
수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 각 채널 신호의 실효값과 적어도 하나의 미리 정해진 문턱값(predefined threshold)을 비교하여 해당 채널 센서가 결함 센서인지 여부를 판단한다(S130).
수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 미리 정해진 문턱값으로 최소 문턱값(ηlower)과 최대 문턱값(ηupper) 중 적어도 하나의 값을 이용할 수 있다. 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 각 채널 신호의 실효값이 최소 문턱값보다 작거나(Rk < ηlower) 각 채널 신호의 실효값이 최대 문턱값보다 크면(Rk > ηupper) 해당 채널 센서를 1차 결함 센서(결함이 있는 것으로 추정되는 센서)로 판단하고, 1차 센서 고장 경보를 출력할 수 있다(S140).
최소 문턱값과 최대 문턱값은 임의로 정해질 수 있으나, 다음 수학식을 통해 계산하여 얻는 것도 가능하다(S125).
Figure 112016105818318-pat00003
최소 문턱값과 최대 문턱값은 수학식 3에서 보는 바와 같이 각 채널 신호의 실효값을 기초로 산출될 수 있다. 수학식 3에서 ηlower는 최소 문턱값을 의미하며, ηupper는 최대 문턱값을 의미한다. ηlower와 ηupper는 μR과 σR을 연산하여 구할 수 있다. 여기서 μR은 실효치에 대한 평균값을 의미하며, σR은 그 표준편차를 의미한다.
한편 Rk는 k번째 센서 채널의 실효값을 의미하며, M은 센서 어레이(array)에 포함되는 센서들의 전체 개수를 의미한다.
(2) 두번째 스텝 : RMSCR 기반 결함 센서 검출 기법(RMSCR-based faulty sensor detection)
수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 각 채널 신호에 대하여 실효치 교차율(RMSCR; Root Mean Square Crossing Rate)을 계산한다(S150). 선형 적분(S110)을 거쳐 각 채널 신호에 대한 실효값(RMS)이 계산되면(S120), 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 각 채널 신호의 실효값을 기초로 각 채널 신호에 대하여 실효치 교차율을 계산할 수 있다.
수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 다음 수학식 4를 이용하여 각 채널 신호에 대한 실효치 교차율을 계산할 수 있다.
Figure 112016105818318-pat00004
상기에서 RMSCRk는 k번째 채널의 센서 신호에 대한 실효치 교차율을 의미한다. N은 프레임의 크기(frame size)를 의미하며, T는 적분 시간(integration time)을 의미한다. 또한 g(x)는 실효치 교차율 즉 RMSCR 값을 의미한다.
한편 상기에서 g(x)는 다음 수학식 5를 통해 구할 수 있다.
Figure 112016105818318-pat00005
상기에서 Rk는 k번째 채널 신호의 실효값(RMS)을 의미한다. 또한 f(x)는 영 교차율 값 즉 ZCR을 의미한다.
한편 본 발명에서 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 실효치 교차율(RMSCR) 대신 ZCR(Zero Crossing Rate)을 이용하는 것도 가능하다. 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 다음 수학식 6을 이용하여 각 채널 신호에 대한 ZCR을 계산할 수 있다.
Figure 112016105818318-pat00006
도 3은 센서 채널 신호의 RMS, ZCR 및 RMSCR을 비교한 테이블도이다. 도 3의 (a)는 적분 시간이 2초이고(T = 2) 모든 채널 신호들의 실효치 교차율의 평균값이 -21.2dB일 때(average RMSCR = -21.2dB) 몇몇 센서들의 RMS, ZCR, RMSCR 등을 비교한 테이블도이고, 도 3의 (b)는 적분 시간이 2초이고(T = 2) 모든 채널 신호들의 실효치 교차율의 평균값이 -12.8dB(average RMSCR = -12.8dB)일 때 몇몇 센서들의 RMS, ZCR, RMSCR 등을 비교한 테이블도이다.
도 3 (a) 및 (b)의 경우에서 결함 센서(fault sensor)는 8 채널, 10 채널 및 12 채널에 위치하는 센서이다. 도 3 (a) 및 (b)에서 보는 바와 같이 RMS 값이나 ZCR 값의 경우보다 결함 센서의 RMSCR 값이 정상 센서의 RMSCR 값과 현격한 차이를 보이므로, RMSCR 값을 이용하는 것이 결함 센서를 검출하는 데에 유리하다. 따라서 본 발명에서 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 최종적으로 결함 센서를 검출할 때에 ZCR 값보다 RMSCR 값을 이용하는 것이 바람직하다.
다시 도 1을 참조하여 설명한다.
S150 단계 이후, 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 각 채널 신호에 대한 실효치 교차율을 기초로 최종적으로 결함 센서인지 여부를 판단하기 위한 채널별 결함 판단 파라미터를 계산한다(S160).
수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 다음 수학식 7을 이용하여 채널별 결함 판단 파라미터를 계산할 수 있다.
Figure 112016105818318-pat00007
상기에서 γk는 k번째 채널 센서가 결함 센서인지 여부를 판단하기 위한 파라미터를 의미한다. M은 센서 어레이(array)에 포함되는 센서들의 전체 개수를 의미한다.
한편 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 S150 단계에서 ZCR을 계산하는 경우, 이 ZCR을 기초로 최종적으로 결함 센서인지 여부를 판단하기 위한 채널별 결함 판단 파라미터를 계산하는 것도 가능하다.
이 경우 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 다음 수학식 8을 이용하여 채널별 결함 판단 파라미터를 계산할 수 있다.
Figure 112016105818318-pat00008
상기에서 ψk는 k번째 채널 센서가 결함 센서인지 여부를 판단하기 위한 파라미터를 의미한다. M은 센서 어레이(array)에 포함되는 센서들의 전체 개수를 의미한다.
S160 단계 이후, 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 채널별 결함 판단 파라미터와 적어도 하나의 미리 정해진 문턱값을 비교하여 해당 채널 센서가 결함 센서인지 여부를 최종적으로 판단한다(S170).
수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 미리 정해진 문턱값으로 최소 문턱값(ξlower)과 최대 문턱값(ξupper) 중 적어도 하나의 값을 이용할 수 있다. 이하 설명에서는 ηlower 및 ηupper와 ξlower 및 ξupper를 구분하기 위해 ηlower 및 ηupper를 제1 최소 문턱값 및 제1 최대 문턱값으로 정의하고, ξlower 및 ξupper를 제2 최소 문턱값 및 제2 최대 문턱값으로 정의한다.
수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 각 채널 신호의 실효치 교차율로부터 얻은 채널별 결함 판단 파라미터가 제2 최소 문턱값보다 같거나 크거나(γk ≥ ξlower) 채널별 결함 판단 파라미터가 제2 최대 문턱값보다 같거나 작으면(γk ≤ ξupper) 해당 채널 센서를 정상 센서로 최종적으로 판단한다(S180a).
반면 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 각 채널 신호의 실효치 교차율로부터 얻은 채널별 결함 판단 파라미터가 제2 최소 문턱값보다 작거나(γk < ξlower) 채널별 결함 판단 파라미터가 제2 최대 문턱값보다 크면(γk > ξupper) 해당 채널 센서를 결함 센서로 최종적으로 판단하고, 최종 센서 고장 경보를 출력한다(S180b).
제2 최소 문턱값과 제2 최대 문턱값은 임의로 정해질 수 있으나, 다음 수학식을 통해 계산하여 얻는 것도 가능하다(S165).
ξlower = 1 - κ
ξupper = 1 + κ
상기에서 ξlower는 제2 최소 문턱값을 의미하며, ξupper는 제2 최대 문턱값을 의미한다. κ는 문턱값 파라미터를 의미하며, 사전에 고정값(fixed value)으로 정해질 수 있다. 본 실시예에서 κ는 0 ~ 1 사이의 값, 일례로 0.35를 고정값으로 이용할 수 있다.
S180b 단계 이후, 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 결함 센서로 판단된 센서로부터 입력되는 신호가 시스템의 성능에 영향을 미치지 않도록 해당 센서의 고장 처리를 수행한다. 즉 수중 음향 센서 고장 탐지 시스템은 고장으로 판단된 센서 신호에 대하여 어레이 신호 처리를 수행할 때 해당 센서에 대한 신호를 배제하는 방법, 해당 센서에 대한 신호를 인접 정상 센서에서 나오는 센서 신호를 이용해 모의로 만들어내는 법 등을 통해 고장 센서에서 나오는 잘못된 출력 신호의 영향을 배제시킨다.
기존에는 주변 센서에 입력되는 실효치 값에 대한 가시적인 비교를 통해 수동으로 고장을 판단 수행했으나, 센서 배열 주변의 환경 소음이 크게 증가하는 경우 주변 센서에 입력되는 신호의 실효치가 증가하게 됨에 따라 실효치 값이 줄어듦으로써 결함이 발생한 채널과 정상 채널의 구분이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 고장 센서의 경우 정상 센서에 비해 낮게 측정되는 실효치 교차율을 고장 판단을 위한 측정치로 사용함으로써 고장 및 결함 센서에 대한 효과적인 자동 고장 판단이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 수중 음향 센서 기반 소나 시스템에 적용될 수 있다. 또한 본 발명은 음향 마이크로폰을 이용하는 음향 장비 등에도 적용될 수 있다.
이상 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시 형태에 대하여 설명하였다. 이하에서는 이러한 일실시 형태로부터 추론 가능한 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향 센서 고장 판단 장치의 내부 구성을 도시한 개념도이다.
도 4에 따르면, 음향 센서 고장 판단 장치(300)는 실효값 산출부(310), 실효치 교차율 산출부(320), 제1 파라미터 산출부(330), 제1 결함 센서 판단부(340), 전원부(350) 및 주제어부(360)를 포함한다.
전원부(350)는 음향 센서 고장 판단 장치(300)를 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.
주제어부(360)는 음향 센서 고장 판단 장치(300)를 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다.
실효값 산출부(310)는 센서 어레이(sensor array)에서 선택된 음향 센서(acoustic sensor)와 관련된 제1 채널의 제1 신호의 실효값(Root Mean Square)을 산출하는 기능을 수행한다.
실효값 산출부(310)는 제1 신호를 선형 적분한 뒤 제1 신호의 실효값을 산출할 수 있다.
실효값 산출부(310)는 제1 신호의 크기 및 제1 신호를 적분할 때 이용된 적분 시간을 기초로 제1 신호의 실효값을 산출할 수 있다.
실효치 교차율 산출부(320)는 제1 신호의 실효값과 제1 채널로 입력된 제2 신호(즉 동일 채널로 입력된 다른 신호)를 기초로 제1 신호의 실효치 교차율(Root Mean Square Crossing Rate)을 산출하는 기능을 수행한다.
실효치 교차율 산출부(320)는 제1 신호의 크기 및 제1 신호의 실효값을 기초로 제1 신호의 실효치 교차율을 산출할 수 있다.
제1 파라미터 산출부(330)는 제1 신호의 실효치 교차율을 기초로 제1 파라미터를 산출하는 기능을 수행한다.
제1 파라미터 산출부(330)는 센서 어레이에 포함된 음향 센서들의 실효치 교차율들의 평균값을 제1 신호의 실효치 교차율로 나누어서 얻은 값을 제1 파라미터로 산출할 수 있다.
제1 결함 센서 판단부(340)는 제1 파라미터와 적어도 하나의 제1 임계치(threshold)를 비교하여 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함(fault)이 있는 센서인지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.
제1 결함 센서 판단부(340)는 최소 임계치와 최대 임계치 중 적어도 하나의 임계치를 제1 임계치로 산출하며, 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단할 때 이 제1 임계치를 이용할 수 있다.
제1 결함 센서 판단부(340)는 미리 정해진 값과 1 사이의 차이값을 최소 임계치로 산출하고, 미리 정해진 값과 1 사이의 합산값을 최대 임계치로 산출할 수 있다.
제1 결함 센서 판단부(340)는 제1 파라미터가 최소 임계치보다 작거나 제1 파라미터가 최대 임계치보다 크면 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단할 수 있다.
제1 결함 센서 판단부(340)는 소나 시스템(sonar system)에 장착된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단할 수 있다.
음향 센서 고장 판단 장치(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 제2 결함 센서 판단부(371)를 더 포함할 수 있다. 도 5는 도 4의 음향 센서 고장 판단 장치에 추가될 수 있는 내부 구성을 도시한 블록도이다.
제2 결함 센서 판단부(371)는 제1 신호의 실효값과 적어도 하나의 제2 임계치를 비교하여 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.
제2 결함 센서 판단부(371)는 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수 및 제1 신호의 실효값을 기초로 제2 임계치를 산출하며, 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단할 때 이 제2 임계치를 이용할 수 있다.
제2 결함 센서 판단부(371)는 최소 임계치와 최대 임계치 중 적어도 하나의 임계치를 제2 임계치로 산출할 수 있다.
제2 결함 센서 판단부(371)는 다음 순서에 따라 최소 임계치와 최대 임계치를 차례대로 산출할 수 있다. 먼저 제2 결함 센서 판단부(371)는 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수 및 제1 신호의 실효값을 연산하여 제1 값을 산출한다. 이후 제2 결함 센서 판단부(371)는 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수, 제1 신호의 실효값 및 제1 값을 연산하여 제2 값을 산출한다. 이후 제2 결함 센서 판단부(371)는 미리 정해진 배수를 제2 값에 곱한 값과 제1 값 사이의 차이값을 최소 임계치로 산출한다. 이후 제2 결함 센서 판단부(371)는 미리 정해진 배수를 제2 값에 곱한 값과 제1 값 사이의 합산값을 최대 임계치로 산출한다.
제2 결함 센서 판단부(371)는 제1 신호의 실효값이 최소 임계치보다 작거나 제1 신호의 실효값이 최대 임계치보다 크면 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단할 수 있다.
한편 음향 센서 고장 판단 장치(300)가 제2 결함 센서 판단부(371)를 더 포함하는 경우, 제1 결함 센서 판단부(340)는 제2 결함 센서 판단부(371)에 의해 제1 신호의 실효값과 제2 임계치를 비교하여 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단되면, 제1 파라미터와 제1 임계치를 비교하여 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 최종적으로 판단할 수 있다.
음향 센서 고장 판단 장치(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 영 교차율 산출부(372) 및 제2 파라미터 산출부(373)도 더 포함할 수 있다.
영 교차율 산출부(372)는 제1 신호의 실효치 교차율을 산출할 때에 제2 신호가 없으면 실효치 교차율을 대용할(alternative) 영 교차율(Zero Crossing Rate)을 산출하는 기능을 수행한다. 영 교차율 산출부(372)는 제1 신호의 크기 및 제1 신호를 적분할 때 이용된 적분 시간을 기초로 제1 신호의 영 교차율을 산출할 수 있다.
제2 파라미터 산출부(373)는 센서 어레이에 포함된 음향 센서들의 영 교차율들의 평균값과 제1 신호의 영 교차율을 기초로 제2 파라미터를 산출하는 기능을 수행한다.
이와 같은 경우, 제1 결함 센서 판단부(340)는 제2 파라미터와 제1 임계치를 비교하여 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단할 수 있다.
한편 본 실시예에서는 이전 프레임 신호가 없을 때에 한해 영 교차율이 실효치 교차율에 대용되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 시스템 이용자의 임의 선택에 따라 실효치 교차율 대신 영 교차율을 이용하는 것도 가능하다.
다음으로 음향 센서 고장 판단 장치(300)의 작동 방법에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향 센서 고장 판단 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
먼저 실효값 산출부(310)가 센서 어레이(sensor array)에서 선택된 음향 센서(acoustic sensor)와 관련된 제1 채널의 제1 신호의 실효값(Root Mean Square)을 산출한다(S410).
이후 실효치 교차율 산출부(320)가 제1 신호의 실효값과 동일 채널로 입력된 다른 신호 즉, 제1 채널로 입력된 제2 신호를 기초로 제1 신호의 실효치 교차율(Root Mean Square Crossing Rate)을 산출한다(S420).
이후 제1 파라미터 산출부(330)가 제1 신호의 실효치 교차율을 기초로 제1 파라미터를 산출한다(S430).
이후 제1 결함 센서 판단부(340)가 제1 파라미터와 적어도 하나의 제1 임계치(threshold)를 비교하여 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함(fault)이 있는 센서인지 여부를 판단한다(S440).
제1 결함 센서 판단부(340)는 S440 단계에서 최소 임계치와 최대 임계치 중 적어도 하나의 임계치를 제1 임계치로 산출한 후, 이 제1 임계치를 이용하여 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단할 수 있다.
한편 S410 단계와 S420 단계 사이에, 제2 결함 센서 판단부(371)는 제1 신호의 실효값과 적어도 하나의 제2 임계치를 비교하여 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단할 수 있다. 제2 결함 센서 판단부(371)에 의해 수행되는 이 단계는 본 실시예에서 S440 단계 이전에 수행된다면 언제 수행되어도 무방하다.
한편 제1 신호의 실효치 교차율을 산출할 때에 제2 신호가 없으면, S430 단계와 S440 단계 사이에, 영 교차율 산출부(372)가 제1 신호의 크기 및 제1 신호를 적분할 때 이용된 적분 시간을 기초로 제1 신호의 영 교차율(Zero Crossing Rate)을 산출하며, 이후 제2 파라미터 산출부(373)가 센서 어레이에 포함된 음향 센서들의 영 교차율들의 평균값과 제1 신호의 영 교차율을 기초로 제2 파라미터를 산출할 수 있다. 그러면 제1 결함 센서 판단부(340)가 S440 단계에서 제2 파라미터와 제1 임계치를 비교하여 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단할 수 있다.
영 교차율 산출부(372)와 제2 파라미터 산출부(373)에 의해 순차적으로 수행되는 상기한 단계들은 본 실시예에서 S440 단계 이전에 수행된다면 언제 수행되어도 무방하다.
다음으로 음향 센서 고장 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향 센서 고장 처리 장치의 내부 구성을 도시한 개념도이다.
도 7에 따르면, 음향 센서 고장 처리 장치(500)는 음향 센서 고장 판단 장치(300) 및 결함 센서 수리 처리부(510)를 포함한다.
음향 센서 고장 판단 장치(300)에 대해서는 도 5 및 도 6을 참조하여 전술하였는 바, 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
결함 센서 수리 처리부(510)는 음향 센서 고장 판단 장치(300) 특히 제1 결함 센서 판단부(340)에 의해 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단되면 제1 채널과 관련된 음향 센서가 수리되도록 처리하는 기능을 수행한다.
다음으로 음향 센서 고장 처리 장치(500)의 작동 방법에 대해 설명한다.
먼저 실효값 산출부(310)가 센서 어레이(sensor array)에서 선택된 음향 센서(acoustic sensor)와 관련된 제1 채널의 제1 신호의 실효값(Root Mean Square)을 산출한다.
이후 실효치 교차율 산출부(320)가 제1 신호의 실효값과 제1 채널의 제2 신호를 기초로 제1 신호의 실효치 교차율(Root Mean Square Crossing Rate)을 산출한다.
이후 제1 파라미터 산출부(330)가 제1 신호의 실효치 교차율을 기초로 제1 파라미터를 산출한다.
이후 제1 결함 센서 판단부(340)가 제1 파라미터와 적어도 하나의 제1 임계치(threshold)를 비교하여 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함(fault)이 있는 센서인지 여부를 판단한다.
제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단되면, 결함 센서 수리 처리부(510)가 제1 채널과 관련된 음향 센서가 수리되도록 처리한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 센서 어레이(sensor array)에서 선택된 음향 센서(acoustic sensor)와 관련된 제1 채널의 제1 신호의 실효값(Root Mean Square)을 산출하는 실효값 산출부;
    상기 제1 신호의 실효값과 상기 제1 채널로 입력된 제2 신호를 기초로 상기 제1 신호의 실효치 교차율(Root Mean Square Crossing Rate)을 산출하는 실효치 교차율 산출부;
    상기 제1 신호의 실효치 교차율을 기초로 제1 파라미터를 산출하는 제1 파라미터 산출부;
    적어도 하나의 제2 임계치를 산출하고, 상기 제1 신호의 실효값과 상기 제2 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단하되, 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수 및 상기 제1 신호의 실효값을 연산하여 제1 값을 산출하고, 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수, 상기 제1 신호의 실효값 및 상기 제1 값을 연산하여 제2 값을 산출하며, 미리 정해진 배수를 상기 제2 값에 곱한 값과 상기 제1 값 사이의 차이값을 최소 임계치로 산출하고, 미리 정해진 배수를 상기 제2 값에 곱한 값과 상기 제1 값 사이의 합산값을 최대 임계치로 산출하며, 상기 최소 임계치와 상기 최대 임계치 중 적어도 하나의 임계치를 상기 제2 임계치로 산출하는 제2 결함 센서 판단부; 및
    상기 제1 파라미터와 적어도 하나의 제1 임계치(threshold)를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함(fault)이 있는 센서인지 여부를 판단하는 제1 결함 센서 판단부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실효값 산출부는 상기 제1 신호를 선형 적분한 뒤 상기 제1 신호의 실효값을 산출하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실효치 교차율 산출부는 상기 제1 신호의 크기 및 상기 제1 신호의 실효값을 기초로 상기 제1 신호의 실효치 교차율을 산출하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 파라미터 산출부는 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서들의 실효치 교차율들의 평균값을 상기 제1 신호의 실효치 교차율로 나누어서 얻은 값을 상기 제1 파라미터로 산출하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 결함 센서 판단부는 최소 임계치와 최대 임계치 중 적어도 하나의 임계치를 상기 제1 임계치로 산출하며, 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단할 때 산출된 상기 제1 임계치를 이용하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 결함 센서 판단부는 미리 정해진 값과 1 사이의 차이값을 상기 최소 임계치로 산출하고, 상기 미리 정해진 값과 1 사이의 합산값을 상기 최대 임계치로 산출하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 결함 센서 판단부는 상기 제1 파라미터가 상기 최소 임계치보다 작거나 상기 제1 파라미터가 상기 최대 임계치보다 크면 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 결함 센서 판단부는 상기 제1 신호의 실효값과 상기 제2 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단되면 상기 제1 파라미터와 상기 제1 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 최종적으로 판단하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 결함 센서 판단부는 상기 제1 신호의 실효값이 상기 최소 임계치보다 작거나 상기 제1 신호의 실효값이 상기 최대 임계치보다 크면 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서로 판단하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 신호가 없으면 상기 제1 신호의 크기 및 상기 제1 신호를 적분할 때 이용된 적분 시간을 기초로 상기 제1 신호의 영 교차율(Zero Crossing Rate)을 산출하는 영 교차율 산출부; 및
    상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서들의 영 교차율들의 평균값과 상기 제1 신호의 영 교차율을 기초로 제2 파라미터를 산출하는 제2 파라미터 산출부
    를 더 포함하며,
    상기 제1 결함 센서 판단부는 상기 제2 파라미터와 상기 제1 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 결함 센서 판단부는 소나 시스템(sonar system)에 장착된 상기 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 장치.
  17. 센서 어레이(sensor array)에서 선택된 음향 센서(acoustic sensor)와 관련된 제1 채널의 제1 신호의 실효값(Root Mean Square)을 산출하는 실효값 산출 단계;
    상기 제1 신호의 실효값과 상기 제1 채널의 제2 신호를 기초로 상기 제1 신호의 실효치 교차율(Root Mean Square Crossing Rate)을 산출하는 실효치 교차율 산출 단계;
    상기 제1 신호의 실효치 교차율을 기초로 제1 파라미터를 산출하는 제1 파라미터 산출 단계;
    적어도 하나의 제2 임계치를 산출하고, 상기 제1 신호의 실효값과 상기 제2 임계치를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인지 여부를 일차적으로 판단하되, 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수 및 상기 제1 신호의 실효값을 연산하여 제1 값을 산출하고, 상기 센서 어레이에 포함된 음향 센서의 개수, 상기 제1 신호의 실효값 및 상기 제1 값을 연산하여 제2 값을 산출하며, 미리 정해진 배수를 상기 제2 값에 곱한 값과 상기 제1 값 사이의 차이값을 최소 임계치로 산출하고, 미리 정해진 배수를 상기 제2 값에 곱한 값과 상기 제1 값 사이의 합산값을 최대 임계치로 산출하며, 상기 최소 임계치와 상기 최대 임계치 중 적어도 하나의 임계치를 상기 제2 임계치로 산출하는 제2 결함 센서 판단 단계; 및
    상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함이 있는 센서인 것으로 판단되면, 상기 제1 파라미터와 적어도 하나의 제1 임계치(threshold)를 비교하여 상기 제1 채널과 관련된 음향 센서가 결함(fault)이 있는 센서인지 여부를 최종적으로 판단하는 제1 결함 센서 판단 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 센서 고장 판단 방법.
  18. 제 17 항에 따른 음향 센서 고장 판단 방법을 실행시키는 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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