KR101825810B1 - 위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법 및 장치 - Google Patents

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위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법 및 장치가 제시된다. 본 발명에서 제안하는 위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치는 아날로그신호의 음향신호를 수신하는 복수의 마이크로폰, 상기 복수의 마이크로폰으로부터 입력된 상기 음향신호를 디지털신호의 음향신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기, 상기 변환된 디지털신호의 음향신호를 병렬신호로 변환하는 직렬-병렬 변환기, 상기 병렬신호로 변환된 음향신호를 푸리에 변환하는 푸리에 변환기, 상기 푸리에 변환된 음향신호에서 원하지 않는 주파수 대역 신호를 제거하는 대역통과필터, 상기 대역통과필터를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 및 위상 응답을 계산하여 위상을 추출하는 크기 및 위상 추출기, 상기 추출된 위상 값을 이용하여 수신 기적소리의 방향을 판별하는 방향 판별기, 상기 판별된 방향에 대한 유효성을 검사하는 유효성 검사기를 포함한다.

Description

위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법 및 장치{Method and Apparatus for Direction Finding of Marine Digital Sound Receptor using Phase Different}
본 발명은 위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법 및 장치에 관한 것이다.
바다에서 안개 등의 이유로 시야가 확보되지 않은 상황에서 항해 중인 선박이 다른 선박과의 충돌 위험을 알리기 위하여 기적소리가 사용된다. 그러나, 선교(bridge)가 완전히 닫혀있는 경우 선교 내에서 기적소리를 인지하기 어려운 문제점이 있다. 이를 극복하기 위하여 음향수신장치(sound reception system)가 선박의 항해장비로 사용된다. 선박의 음향수신장치는 다른 선박의 기적소리를 수신하고 선박의 방향을 검출하여 알려줌으로써 항해 중인 다른 선박과의 충돌을 회피할 수 있도록 도움을 주는 장치이다. 음향수신장치는 아날로그 방식과 디지털 방식이 있는데 최근에는 디지털 방식의 음향수신장치들이 고안되어 사용 중이다. 디지털 방식의 음향수신장치는 90도 간격으로 서로 다른 방향을 향해 설치된 4개의 마이크로폰으로부터 음향신호를 수신하고 수신된 신호의 크기 혹은 마이크로폰 사이의 시간 지연(time delay)을 측정하여 기적소리의 수신 방향을 검출한다.
음향수신장치의 요건은 IMO resolution MSC.86(70) Annex 1에 규정되어 있으나 최근 개정된 선급 규정에 따르면 음향수신장치에 디지털 필터링 기술을 이용하여 잡음을 충분히 억제하도록 규정하고 있다. 한편, 최근 ISO-14859 규정에 음향수신장치의 요구 조건과 구체적인 시험절차 및 성능 요구 조건이 명시되어 있으나 기존의 제품들은 ISO-14859 규정이 제정되기 이전의 요구 조건을 기준으로 하고 있어 ISO-14859 규정에 따라 잡음 환경 하에서 시험했을 시 요구 성능을 만족하지 못하는 상황이다. 따라서, 선박의 기적소리 수신 및 방향 탐지 시 기존 디지털 방식의 음향수신장치에 비해 주변 잡음 환경에서도 ISO-14859 규정을 만족하는 방향 탐지 방법 및 장치를 필요로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 선박의 기적소리 수신 및 방향 탐지 시 기존 디지털 방식의 음향수신장치에 비해 주변 잡음 환경에서도 ISO-14859 규정을 만족하는 방향 탐지 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치는 아날로그신호의 음향신호를 수신하는 복수의 마이크로폰, 상기 복수의 마이크로폰으로부터 입력된 상기 음향신호를 디지털신호의 음향신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기, 상기 변환된 디지털신호의 음향신호를 병렬신호로 변환하는 직렬-병렬 변환기, 상기 병렬신호로 변환된 음향신호를 푸리에 변환하는 푸리에 변환기, 상기 푸리에 변환된 음향신호에서 원하지 않는 주파수 대역 신호를 제거하는 대역통과필터, 상기 대역통과필터를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 및 위상 응답을 계산하여 위상을 추출하는 크기 및 위상 추출기, 상기 추출된 위상 값을 이용하여 수신 기적소리의 방향을 판별하는 방향 판별기, 상기 판별된 방향에 대한 유효성을 검사하는 유효성 검사기를 포함한다.
상기 직렬-병렬 변환기는 순차적으로 입력되는 음향신호의 디지털신호 값을 병렬신호로 변환하기 위하여 메모리 또는 버퍼에 저장한다.
상기 크기 및 위상 추출기는 상기 대역통과필터를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 응답을 계산하여 가장 큰 세기를 갖는 주파수를 찾고, 해당 주파수에 대한 위상 값들을 추출한다.
상기 방향 판별기는 상기 크기 및 위상 추출기에서 추출된 위상 값들의 차이를 이용하여 음향신호의 방향을 판별한다.
상기 추출된 위상 값들은 가장 빠른 위상 순으로 정렬되고, 가장 빠른 2개의 위상 값의 차이에 대하여 미리 정해진 문턱값과 비교하여 음향신호의 방향을 판별한다.
상기 유효성 검사기는 판별된 방향이 유효한지 검사하기 위하여 연속적으로 판별된 복수개의 방향 결과를 이용하고, 연속적으로 판별된 복수개의 방향이 모두 일치할 경우 해당 방향을 유효한 방향으로 판단한다.
연속적으로 판별된 복수개의 방향이 모두 일치하지 않을 경우 가장 많은 수가 차지하는 방향을 유효한 방향으로 판단한다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법은 복수의 마이크로폰을 통해 아날로그신호의 음향신호를 수신하는 단계, 아날로그-디지털 변환기를 통해 상기 복수의 마이크로폰으로부터 입력된 상기 음향신호를 디지털신호의 음향신호로 변환하는 단계, 직렬-병렬 변환기를 통해 상기 변환된 디지털신호의 음향신호를 병렬신호로 변환하는 단계, 푸리에 변환기를 통해 상기 병렬신호로 변환된 음향신호를 푸리에 변환하는 단계, 대역통과필터를 통해 상기 푸리에 변환된 음향신호에서 원하지 않는 주파수 대역 신호를 제거하는 단계, 크기 및 위상 추출기를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 및 위상 응답을 계산하여 위상을 추출하는 단계, 방향 판별기를 통해 상기 추출된 위상 값을 이용하여 수신 기적소리의 방향을 판별하는 단계, 유효성 검사기를 통해 상기 판별된 방향에 대한 유효성을 검사하는 단계를 포함한다.
상기 직렬-병렬 변환기를 통해 상기 변환된 디지털신호의 음향신호를 병렬신호로 변환하는 단계는 순차적으로 입력되는 음향신호의 디지털신호 값을 병렬신호로 변환하기 위하여 메모리 또는 버퍼에 저장한다.
상기 크기 및 위상 추출기를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 및 위상 응답을 계산하여 위상을 추출하는 단계는 상기 대역통과필터를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 응답을 계산하여 가장 큰 세기를 갖는 주파수를 찾고, 해당 주파수에 대한 위상 값들을 추출한다.
상기 방향 판별기를 통해 상기 추출된 위상 값을 이용하여 수신 기적소리의 방향을 판별하는 단계는 상기 크기 및 위상 추출기에서 추출된 위상 값들의 차이를 이용하여 음향신호의 방향을 판별한다.
상기 추출된 위상 값들은 가장 빠른 위상 순으로 정렬되고, 가장 빠른 2개의 위상 값의 차이에 대하여 미리 정해진 문턱값과 비교하여 음향신호의 방향을 판별한다.
상기 유효성 검사기를 통해 상기 판별된 방향에 대한 유효성을 검사하는 단계는 판별된 방향이 유효한지 검사하기 위하여 연속적으로 판별된 복수개의 방향 결과를 이용하고, 연속적으로 판별된 복수개의 방향이 모두 일치할 경우 해당 방향을 유효한 방향으로 판단하고, 연속적으로 판별된 복수개의 방향이 모두 일치하지 않을 경우 가장 많은 수가 차지하는 방향을 유효한 방향으로 판단한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 음향수신장치의 다수의 마이크로폰에 수신된 다른 선박의 기적소리에 대해 수신 기적소리의 위상을 검출하고, 이를 이용하여 기적소리의 방향을 탐지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 음향수신장치의 다수의 마이크로폰에 수신된 다른 선박의 음향신호, 예를 들어 기적소리에 대해 수신 기적소리의 위상을 검출하고, 이를 이용하여 기적소리의 방향을 탐지하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 음향수신장치는 마이크로폰으로 입력된 아날로그 음향신호를 디지털 신호로 변환하고 하고, 푸리에 변환을 통하여 주파수 영역 신호로 변환한 후, 기적소리로 사용되는 주파수 이외의 주파수 성분들을 제거하기 위하여 대역통과 필터링을 수행하는 것을 특징으로 한다. 또한, 대역통과 필터링된 신호로부터 크기 주파수 응답을 계산하여 가장 큰 주파수 성분을 찾아내고 이 주파수에 대항하는 위상을 추출한다. 모든 마이크로폰의 수신 신호로부터 추출된 위상 값들에 대해서 가장 빠른 위상을 갖는 2개의 위상을 선택하여 이들의 차이로부터 기적소리의 수신 방향을 결정하게 된다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
제안하는 위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치는 복수의 마이크로폰(110), 복수의 아날로그-디지털 변환기(120), 복수의 직렬-병렬 변환기(130), 복수의 푸리에변환기(140), 복수의 대역통과필터(150), 복수의 크기 및 위상 추출기(160), 방향 판별기(170), 유효성 검사기(180)를 포함한다. 더욱 상세하게는 아날로그신호의 음향신호를 수신하는 복수의 마이크로폰(111, 113, 115, 117), 각각의 마이크로폰으로부터 입력된 상기 음향신호를 디지털신호의 음향신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(121, 123, 125, 127), 상기 병렬신호로 변환된 음향신호를 푸리에 변환하는 직렬-병렬 변환기(131, 133,135, 137), 상기 병렬신호로 변환된 음향신호를 푸리에 변환하는 푸리에 변환기(141, 143, 145, 147), 상기 푸리에 변환된 음향신호에서 원하지 않는 주파수 대역 신호를 제거하는 대역통과필터(151, 153, 155, 157), 상기 대역통과필터를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 및 위상 응답을 계산하여 위상을 추출하는 크기 및 위상 추출기(161, 163, 165, 167), 상기 추출된 위상 값을 이용하여 수신 기적소리의 방향을 판별하는 방향 판별기(170), 상기 판별된 방향에 대한 유효성을 검사하는 유효성 검사기(180)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 선박에 설치된 복수의 마이크로폰(111, 113, 115, 117)으로부터 아날로그 음향신호를 입력 받는다. 상기 입력된 아날로그 음향신호는 아날로그-디지털 변환기(121, 123, 125, 127)를 통하여 디지털 신호로 변환된다. 상기 디지털화된 음향신호는 순차적으로 직렬-병렬 변환기(131, 133, 135, 137)에 입력되어 병렬 신호로 변환된다. 상기 병렬 신호는 메모리 혹은 버퍼에 저장될 수 있다. 상기 병렬 신호는 푸리에 변환기(141, 143, 145, 147)에서 푸리에 변환된다. 상기 푸리에 변환기는 고속의 처리를 위하여 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform: FFT)이 사용될 수 있다. 상기 푸리에 변환된 신호는 대역통과필터(151, 153, 155, 157)를 통하여 기적소리로 사용되지 않는 주파수 영역의 성분이 제거된다.
수학식 1은 상기 대역통과필터의 주파수 응답을 나타낸다. 여기서, f1 ≤ f ≤ f2의 주파수만 통과시키며 기적소리로 사용될 수 있는 신호의 주파수 대역에 해당한다.
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수학식1
상기 대역통과 필터링된 신호는 크기 및 위상 추출기(161, 163, 165, 167)에서 크기 응답 및 위상 응답이 계산된다. 계산된 크기 응답으로부터 가장 큰 세기를 갖는 주파수를 추출하고 해당 주파수의 위상 값을 위상 응답으로부터 추출한다.
상기 추출된 위상 값은 방향 판별기(170)에 입력되어 다른 선박의 기적소리 방향을 판단한다. 상기 방향 판별기는 입력된 위상 값들 중에서 가장 빠른 2개의 위상 값을 선택하여 차이 값을 계산한다. 계산된 위상 차이 값은 주어진 문턱값과 비교하여 다음과 같이 방향을 판별한다.
- θ1 - θ2 > THR: 1번 마이크로폰 방향
- |θ1 - θ2| ≤ THR: 1번과 2번 마이크로폰 사이 방향
- θ2 - θ1 > THR: 2번 마이크로폰 방향
상기 방향 판단 방법은 실시예이며 다양한 문턱값을 동시에 적용함으로써 판단 가능한 방향을 더욱 세분화할 수 있다. 일예로 2개의 문턱값 THR1 및 THR2(< THR1)를 이용한 방향 판단 방법은 다음과 같다.
- THR2 < THR1 < θ1 - θ2: 1번 마이크로폰 방향
- THR2 < THR1 < θ2 - θ1: 2번 마이크로폰 방향
- |θ1 - θ2| < THR2 < THR1: 1번과 2번 마이크로폰 사이의 가운데 방향(=A 방향)
- THR2 < θ1 - θ2 < THR1: 1번 마이크로폰 방향과 A 방향의 사이 방향
- THR2 < θ2 - θ1 < THR1: 2번 마이크로폰 방향과 A 방향의 사이 방향
상기 방향 판별기에서 판별된 방향 결과는 유효성 검사기(180)에 입력된다. 유효성 검사기는 판별된 다수의 방향 값들이 유효한 결과인지를 검사한다. 유효성 검사 방법의 실시예로서 일정 시간 동안 판별된 방향 결과가 모두 동일할 경우에만 유효한 방향 결과로 판단할 수 있다. 또 다른 방법으로는 일정 시간 동안 판별된 방향 결과들 중에서 다수를 차지한 방향을 최종 방향 결과로 판단할 수도 있다. 상기 유효성 검사 방법은 일예이며 다양한 방법을 적용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치(200)는 마이크로폰(210), 아날로그-디지털 변환기(220), 직렬-병렬 변환기(230), 푸리에 변환기(240), 대역통과필터(250), 크기 및 위상 추출기(260), 방향 판별기(270), 유효성 검사기(280)를 포함한다.
마이크로폰(210)은 아날로그신호의 음향신호를 수신한다.
아날로그-디지털 변환기(220)는 상기 마이크로폰으로부터 입력된 상기 음향신호를 디지털신호의 음향신호로 변환한다.
직렬-병렬 변환기(230)는 상기 변환된 디지털신호의 음향신호를 병렬신호로 변환한다. 직렬-병렬 변환기(230)는 순차적으로 입력되는 음향신호의 디지털신호 값을 병렬신호로 변환하기 위하여 메모리 또는 버퍼에 저장한다.
푸리에 변환기(240)는 상기 병렬신호로 변환된 음향신호를 푸리에 변환한다.
대역통과필터(250)는 상기 푸리에 변환된 음향신호에서 원하지 않는 주파수 대역 신호를 제거한다.
크기 및 위상 추출기(260)는 상기 대역통과필터를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 및 위상 응답을 계산하여 위상을 추출한다. 크기 및 위상 추출기(260)는 상기 대역통과필터를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 응답을 계산하여 가장 큰 세기를 갖는 주파수를 찾고, 해당 주파수에 대한 위상 값들을 추출한다.
방향 판별기(270)는 상기 추출된 위상 값을 이용하여 수신 기적소리의 방향을 판별한다. 방향 판별기(270)는 상기 크기 및 위상 추출기에서 추출된 위상 값들의 차이를 이용하여 음향신호의 방향을 판별한다. 상기 추출된 위상 값들은 가장 빠른 위상 순으로 정렬되고, 가장 빠른 2개의 위상 값의 차이에 대하여 미리 정해진 문턱값과 비교하여 음향신호의 방향을 판별한다.
유효성 검사기(280)는 상기 판별된 방향에 대한 유효성을 검사한다. 유효성 검사기(280)는 판별된 방향이 유효한지 검사하기 위하여 연속적으로 판별된 복수개의 방향 결과를 이용하고, 연속적으로 판별된 복수개의 방향이 모두 일치할 경우 해당 방향을 유효한 방향으로 판단한다. 연속적으로 판별된 복수개의 방향이 모두 일치하지 않을 경우 가장 많은 수가 차지하는 방향을 유효한 방향으로 판단한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
위상 차이를 이용한 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법은 복수의 마이크로폰을 통해 아날로그신호의 음향신호를 수신하는 단계(310), 아날로그-디지털 변환기를 통해 상기 복수의 마이크로폰으로부터 입력된 상기 음향신호를 디지털신호의 음향신호로 변환하는 단계(320), 직렬-병렬 변환기를 통해 상기 변환된 디지털신호의 음향신호를 병렬신호로 변환하는 단계(330), 푸리에 변환기를 통해 상기 병렬신호로 변환된 음향신호를 푸리에 변환하는 단계(340), 대역통과필터를 통해 상기 푸리에 변환된 음향신호에서 원하지 않는 주파수 대역 신호를 제거하는 단계(350), 크기 및 위상 추출기를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 및 위상 응답을 계산하여 위상을 추출하는 단계(360), 방향 판별기를 통해 상기 추출된 위상 값을 이용하여 수신 기적소리의 방향을 판별하는 단계(370), 유효성 검사기를 통해 상기 판별된 방향에 대한 유효성을 검사하는 단계(380)를 포함한다.
단계(310)에서, 복수의 마이크로폰을 통해 아날로그신호의 음향신호를 수신한다.
단계(320)에서, 아날로그-디지털 변환기를 통해 상기 복수의 마이크로폰으로부터 입력된 상기 음향신호를 디지털신호의 음향신호로 변환한다.
단계(330)에서, 직렬-병렬 변환기를 통해 순차적으로 상기 변환된 디지털신호의 음향신호를 병렬신호로 변환한다. 상기 병렬 신호는 메모리 혹은 버퍼에 저장될 수 있다.
단계(340)에서, 푸리에 변환기를 통해 상기 병렬신호로 변환된 음향신호를 푸리에 변환한다. 상기 푸리에 변환기는 고속의 처리를 위하여 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform: FFT)이 사용될 수 있다.
단계(350)에서, 대역통과필터를 통해 상기 푸리에 변환된 음향신호에서 원하지 않는 주파수 대역 신호를 제거한다. 예를 들어, 상기 푸리에 변환된 신호는 대역통과필터를 통해 기적소리로 사용되지 않는 주파수 영역의 성분이 제거된다.
수학식 1은 상기 대역통과필터의 주파수 응답을 나타낸다. 여기서, f1 ≤ f ≤ f2의 주파수만 통과시키며 기적소리로 사용될 수 있는 신호의 주파수 대역에 해당한다.
단계(360)에서, 크기 및 위상 추출기를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 및 위상 응답을 계산하여 위상을 추출한다. 상기 대역통과 필터링된 신호는 크기 및 위상 추출기에서 크기 응답 및 위상 응답이 계산되고, 계산된 크기 응답으로부터 가장 큰 세기를 갖는 주파수를 추출하고 해당 주파수의 위상 값을 위상 응답으로부터 추출한다.
단계(370)에서, 방향 판별기를 통해 상기 추출된 위상 값을 이용하여 수신 기적소리의 방향을 판별한다. 상기 방향 판별기는 입력된 위상 값들 중에서 가장 빠른 2개의 위상 값을 선택하여 차이 값을 계산한다. 계산된 위상 차이 값은 주어진 문턱값과 비교하여 다음과 같이 방향을 판별한다.
- θ1 - θ2 > THR: 1번 마이크로폰 방향
- |θ1 - θ2| ≤ THR: 1번과 2번 마이크로폰 사이 방향
- θ2 - θ1 > THR: 2번 마이크로폰 방향
상기 방향 판단 방법은 실시예이며 다양한 문턱값을 동시에 적용함으로써 판단 가능한 방향을 더욱 세분화할 수 있다. 일예로 2개의 문턱값 THR1 및 THR2(< THR1)를 이용한 방향 판단 방법은 다음과 같다.
- THR2 < THR1 < θ1 - θ2: 1번 마이크로폰 방향
- THR2 < THR1 < θ2 - θ1: 2번 마이크로폰 방향
- |θ1 - θ2| < THR2 < THR1: 1번과 2번 마이크로폰 사이의 가운데 방향(=A 방향)
- THR2 < θ1 - θ2 < THR1: 1번 마이크로폰 방향과 A 방향의 사이 방향
- THR2 < θ2 - θ1 < THR1: 2번 마이크로폰 방향과 A 방향의 사이 방향
단계(380)에서, 유효성 검사기를 통해 상기 판별된 방향에 대한 유효성을 검사한다. 유효성 검사기는 판별된 다수의 방향 값들이 유효한 결과인지를 검사한다. 유효성 검사 방법의 실시예로서 일정 시간 동안 판별된 방향 결과가 모두 동일할 경우에만 유효한 방향 결과로 판단할 수 있다. 또 다른 방법으로는 일정 시간 동안 판별된 방향 결과들 중에서 다수를 차지한 방향을 최종 방향 결과로 판단할 수도 있다. 상기 유효성 검사 방법은 일예이며 다양한 방법을 적용할 수 있다.
본 발명에서는 음향수신장치의 다수의 마이크로폰에 수신된 다른 선박의 기적소리에 대해 수신 기적소리의 위상을 검출하고, 이를 이용하여 기적소리의 방향을 탐지하는 방법 및 장치를 개발하였다. 본 발명에 따른 음향수신장치는 마이크로폰으로 입력된 아날로그 음향신호를 디지털 신호로 변환하고 하고, 푸리에 변환을 통하여 주파수 영역 신호로 변환한 후, 기적소리로 사용되는 주파수 이외의 주파수 성분들을 제거하기 위하여 대역통과 필터링을 수행한다. 또한, 대역통과 필터링된 신호로부터 크기 주파수 응답을 계산하여 가장 큰 주파수 성분을 찾아내고 이 주파수에 대항하는 위상을 추출한다. 모든 마이크로폰의 수신 신호로부터 추출된 위상 값들에 대해서 가장 빠른 위상을 갖는 2개의 위상을 선택하여 이들의 차이로부터 기적소리의 수신 방향을 결정하게 된다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.　 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.　 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.　 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.　 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.　 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다.　 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치에 있어서,
    아날로그신호의 음향신호를 수신하는 복수의 마이크로폰;
    상기 복수의 마이크로폰으로부터 입력된 상기 음향신호를 디지털신호의 음향신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기;
    상기 변환된 디지털신호의 음향신호를 병렬신호로 변환하는 직렬-병렬 변환기;
    상기 병렬신호로 변환된 음향신호를 푸리에 변환하는 푸리에 변환기;
    상기 푸리에 변환된 음향신호에서 원하지 않는 주파수 대역 신호를 제거하는 대역통과필터;
    상기 대역통과필터를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 및 위상 응답을 계산하여 위상을 추출하는 크기 및 위상 추출기;
    상기 추출된 위상 값을 이용하여 수신 기적소리의 방향을 판별하는 방향 판별기; 및
    상기 판별된 방향에 대한 유효성을 검사하는 유효성 검사기
    를 포함하고,
    상기 방향 판별기는,
    상기 크기 및 위상 추출기에서 추출된 위상 값들의 차이를 이용하여 음향신호의 방향을 판별하고,
    상기 추출된 위상 값들은 가장 빠른 위상 순으로 정렬되고, 가장 빠른 2개의 위상 값의 차이에 대하여 미리 정해진 문턱값과 비교하여 음향신호의 방향을 판별하는
    선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직렬-병렬 변환기는,
    순차적으로 입력되는 음향신호의 디지털신호 값을 병렬신호로 변환하기 위하여 메모리 또는 버퍼에 저장하는
    선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 크기 및 위상 추출기는,
    상기 대역통과필터를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 응답을 계산하여 가장 큰 세기를 갖는 주파수를 찾고, 해당 주파수에 대한 위상 값들을 추출하는
    선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유효성 검사기는,
    판별된 방향이 유효한지 검사하기 위하여 연속적으로 판별된 복수개의 방향 결과를 이용하고, 연속적으로 판별된 복수개의 방향이 모두 일치할 경우 해당 방향을 유효한 방향으로 판단하는
    선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    연속적으로 판별된 복수개의 방향이 모두 일치하지 않을 경우 가장 많은 수가 차지하는 방향을 유효한 방향으로 판단하는
    선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 장치.
  8. 선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법에 있어서,
    복수의 마이크로폰을 통해 아날로그신호의 음향신호를 수신하는 단계;
    아날로그-디지털 변환기를 통해 상기 복수의 마이크로폰으로부터 입력된 상기 음향신호를 디지털신호의 음향신호로 변환하는 단계;
    직렬-병렬 변환기를 통해 상기 변환된 디지털신호의 음향신호를 병렬신호로 변환하는 단계;
    푸리에 변환기를 통해 상기 병렬신호로 변환된 음향신호를 푸리에 변환하는 단계;
    대역통과필터를 통해 상기 푸리에 변환된 음향신호에서 원하지 않는 주파수 대역 신호를 제거하는 단계;
    크기 및 위상 추출기를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 및 위상 응답을 계산하여 위상을 추출하는 단계;
    방향 판별기를 통해 상기 추출된 위상 값을 이용하여 수신 기적소리의 방향을 판별하는 단계; 및
    유효성 검사기를 통해 상기 판별된 방향에 대한 유효성을 검사하는 단계
    를 포함하고,
    상기 방향 판별기를 통해 상기 추출된 위상 값을 이용하여 수신 기적소리의 방향을 판별하는 단계는,
    상기 크기 및 위상 추출기에서 추출된 위상 값들의 차이를 이용하여 음향신호의 방향을 판별하고,
    상기 추출된 위상 값들은 가장 빠른 위상 순으로 정렬되고, 가장 빠른 2개의 위상 값의 차이에 대하여 미리 정해진 문턱값과 비교하여 음향신호의 방향을 판별하는
    선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 직렬-병렬 변환기를 통해 상기 변환된 디지털신호의 음향신호를 병렬신호로 변환하는 단계는,
    순차적으로 입력되는 음향신호의 디지털신호 값을 병렬신호로 변환하기 위하여 메모리 또는 버퍼에 저장하는
    선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 크기 및 위상 추출기를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 및 위상 응답을 계산하여 위상을 추출하는 단계는,
    상기 대역통과필터를 통해 대역 통과된 음향신호로부터 크기 응답을 계산하여 가장 큰 세기를 갖는 주파수를 찾고, 해당 주파수에 대한 위상 값들을 추출하는
    선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 유효성 검사기를 통해 상기 판별된 방향에 대한 유효성을 검사하는 단계는,
    판별된 방향이 유효한지 검사하기 위하여 연속적으로 판별된 복수개의 방향 결과를 이용하고, 연속적으로 판별된 복수개의 방향이 모두 일치할 경우 해당 방향을 유효한 방향으로 판단하고,
    연속적으로 판별된 복수개의 방향이 모두 일치하지 않을 경우 가장 많은 수가 차지하는 방향을 유효한 방향으로 판단하는
    선박용 디지털 음향수신장치의 방향 탐지 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200013172A (ko) * 2018-07-20 2020-02-06 한국해양대학교 산학협력단 주파수 검출 및 위상 차이 추정에 기반한 선박 기적소리의 방향 탐지 방법 및 그 장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102277693B1 (ko) * 2019-12-05 2021-07-15 숭실대학교산학협력단 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치 및 방법
CN113965853B (zh) * 2021-10-19 2024-01-05 深圳市广和通无线股份有限公司 模组设备、音频处理方法及相关设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100779409B1 (ko) * 1998-11-11 2007-11-26 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 향상된 신호 위치 측정 장치
JP2010187066A (ja) * 2009-02-10 2010-08-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> パラメタ推定装置、音源分離装置、方向推定装置、それらの方法、プログラム
KR101519087B1 (ko) * 2014-01-29 2015-05-15 한국해양대학교 산학협력단 디지털 신호처리에 기반한 선박의 음향수신 방법 및 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100779409B1 (ko) * 1998-11-11 2007-11-26 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 향상된 신호 위치 측정 장치
JP2010187066A (ja) * 2009-02-10 2010-08-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> パラメタ推定装置、音源分離装置、方向推定装置、それらの方法、プログラム
KR101519087B1 (ko) * 2014-01-29 2015-05-15 한국해양대학교 산학협력단 디지털 신호처리에 기반한 선박의 음향수신 방법 및 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200013172A (ko) * 2018-07-20 2020-02-06 한국해양대학교 산학협력단 주파수 검출 및 위상 차이 추정에 기반한 선박 기적소리의 방향 탐지 방법 및 그 장치
KR102084315B1 (ko) * 2018-07-20 2020-03-03 한국해양대학교 산학협력단 주파수 검출 및 위상 차이 추정에 기반한 선박 기적소리의 방향 탐지 방법 및 그 장치

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