KR101854352B1 - 디지털 음향 수신기 및 이를 이용한 배열신호 처리 시스템 - Google Patents

디지털 음향 수신기 및 이를 이용한 배열신호 처리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101854352B1
KR101854352B1 KR1020170126116A KR20170126116A KR101854352B1 KR 101854352 B1 KR101854352 B1 KR 101854352B1 KR 1020170126116 A KR1020170126116 A KR 1020170126116A KR 20170126116 A KR20170126116 A KR 20170126116A KR 101854352 B1 KR101854352 B1 KR 101854352B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sound wave
diaphragm
signal
sound
acoustic
Prior art date
Application number
KR1020170126116A
Other languages
English (en)
Inventor
오택환
백혁재
박석준
남종근
Original Assignee
엘아이지넥스원 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘아이지넥스원 주식회사 filed Critical 엘아이지넥스원 주식회사
Priority to KR1020170126116A priority Critical patent/KR101854352B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101854352B1 publication Critical patent/KR101854352B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023—Details of receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52079—Constructional features
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 공기 및 수중에서 이용 가능하고, 이동하는 표적에 대한 음향 신호 획득이 가능한 디지털 음향 수신기 및 다수 개의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리를 통해 표적에 관한 정보를 획득하는 배열신호 처리 시스템을 제안한다.

Description

디지털 음향 수신기 및 이를 이용한 배열신호 처리 시스템{Apparatus for digital sound receiver and system for processing alignment using thereof}
본 발명은 디지털 음향 수신기 및 이를 이용한 배열신호 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 및 수중에서 이용 가능하고, 이동하는 표적에 대한 음향 신호 획득이 가능한 디지털 음향 수신기 및 다수 개의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리를 통해 표적에 관한 정보를 획득하는 배열신호 처리 시스템에 관한 것이다.
음향 수신기는 공기 또는 수중에서 발생하는 음파 신호를 수신하기 위한 장치이다. 종래의 음향 수신기는 레이저 또는 LED 광 송수신 기술, 고속 아날로그-디지털 컨버터 회로 설계 기술, 저잡음 제어 기술과 아날로그 신호의 디지털 변환 등의 기술을 필요로 한다.
종래의 음향 수신기는 공기 중 또는 수중에서 음향신호를 수신하기 위해 압전 세라믹의 압전 효과에 의한 전기 발생 변화를 아날로그 신호 증폭 회로와 아날로그 필터 및 아날로그-디지털 컨버터를 사용한다.
레이저를 사용한 음향 수신기의 경우, 수중을 제외한 공기 중에서만 적용 가능하며, 물체의 떨림에 의한 레이저 산란 특성에 의한 수신부의 전압 변화율을 디지털 신호로 변환하는 기술을 이용한다.
종래의 압전 세라믹을 적용하는 방식의 음향 수신기의 경우, 아날로그 신호 증폭 회로 등의 전원 따위에 의해 수신기 자체 노이즈가 증가하여 신호 크기가 매우 작은 미소 신호 수신에 제한이 되는 문제가 발생한다.
이를 해결하기 위해 부가적인 회로가 추가되면 음향 수신기가 복잡해져 소형화하기 어려운 문제가 있다.
또한 레이저를 사용한 음향 수신기의 경우, 공기 중에서만 사용이 가능하며, 진동이 유발되는 표적과 레이저 송-수신부의 기하학적 위치에 따라 특성이 변화하기 때문에 움직이는 표적의 음향 신호를 획득하는 데에 매우 어려운 문제가 있다.
한국공개특허 제10-1572151호는 음파 통신을 통하여 정보를 송수신하는 방법에 대하여 기술하고 있다. 그러나 이 기술에서는 마이크를 통해 수신되는 음파 신호에서 정보를 복원한다고만 기재하고 있을 뿐, 아날로그 신호, 전원 등에 의한 전기적 노이즈 문제를 해결하거나 수신기를 소형화할 수 있는 기술에 대해서는 해결 방안을 제시하고 있지 않다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 공기 및 수중에서 이용 가능하고, 이동하는 표적에 대한 음향 신호 획득이 가능한 디지털 음향 수신기를 제안함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 다수개의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리를 통해 표적에 관한 음파 발생 방향 정보를 획득하고, 여러 음파가 중복되는 경우에는 선택적으로 특정 방향의 음파 신호만을 구분할 수 있는 시스템을 제안하는 것을 그 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, 외부에서 발생된 음파에 의한 진동을 유발하는 진동판과, 상기 진동판을 기준으로 음파 수신 반대방향에서 상기 진동판으로 광원을 송신하는 광 송신부와, 상기 광 송신부에 인접하게 구비되어, 상기 진동판으로부터 반사된 광원을 상기 광 송신부의 위치와 동일한 선상에서 수신하는 광 수신부 및 상기 진동판에 대한 광원의 송수신 시간차이를 계산하여 상기 진동판의 진동에 의한 거리변화를 산출하며, 상기 진동판의 거리변화 산출을 일정주기로 반복하여 시간에 따른 연속파형을 생성하는 신호 처리부를 포함하되, 상기 진동판, 상기 광 송신부, 상기 광 수신부 및 상기 신호 처리부는 상기 진동판의 전면만 노출되고 나머지를 감싸는 하우징에 의해 밀폐되는 디지털 음향 수신기를 제안한다.
또한, 본 발명은 진동판이 음파에 의해 진동할 때의 진동판의 거리변화를 산출하고, 상기 거리변화를 시간에 따른 연속파형신호로 생성하는 음향 수신기가 다수 개 배열된 음향 수신부 및 상기 각 음향 수신기의 연속파형신호를 배열신호로 수집하고, 상기 음향 수신기들 간의 상대적 위치정보를 이용하여 상기 배열신호의 상관성을 분석함으로써 음파 발생원에 대한 정보를 획득하는 배열신호 처리부를 포함하며, 상기 각 음향 수신기는 단면이 정육각형인 육각기둥 구조이되 각 옆면에 자석이 탑재되어, 상기 다수의 음향 수신기들이 자성에 의해 밀착 배열되고, 자성에 의한 탈부착식으로 배열 변경 가능하도록 구비된 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템을 제안한다.
본 발명의 실시 예에 따른 디지털 음향 수신기는 공기 및 수중에서 이용 가능하고, 이동하는 표적에 대한 음향 신호 획득이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 다수개의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리시스템을 통해 표적에 관한 음파 발생 방향 정보를 획득할 수 있다.
아울러, 다수개의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템을 통해 여러 음파가 중복되는 경우에는 선택적으로 특정 방향의 음파 신호만을 구분하여 수신하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 디지털 음향 수신기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 디지털 음향 수신기의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 디지털 음향 수신기를 이용하여 음파를 수신하는 일예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 디지털 음향 수신기가 진동판의 거리변화를 측정하는 실행을 설명하기 위한 참고도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 디지털 음향 수신기를 통해 측정된 연속파형 신호의 일 예를 도시하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 음향 수신기의 신호 처리 모듈이 신호를 처리하는 개략적인 순서를 도시한다.
도 7은 음파 발생원이 전파되는 환경의 일 예를 도시하는 예시 도면이다.
도 8은 종래 기술의 레이저 음향 수신기를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 음향 수신기가 이동하는 표적의 음파를 수신하는 일예를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템을 위한 단일 디지털 음향 수신기의 구조를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선배열 구조의 배열신호 처리 시스템의 개략적인 모습을 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 평면 배열 구조의 배열신호 처리 시스템의 개략적인 모습을 도시하는 도면이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템을 이용하여 음파 발생원의 신호의 방향을 측정하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 15는 본 발명의 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템을 이용하여 음파를 발생하는 여러 개의 음파 발생원들 중 특정 방향에서 전달되는 음파 발생원의 음파 신호만 수신하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 16은 본 발명의 배열 신호 처리부에서 두 음향 수신기의 신호를 시간 지연 보상하여 합하는 일 예를 도시하는 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 디지털 음향 수신기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 디지털 음향 수신기의 측단면도를 도시하며, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 디지털 음향 수신기를 이용하여 음파를 수신하는 일예를 도시하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 디지털 음향 수신기(10)의 구성은 진동판(100), 신호 처리부(200), 광 송신부(300), 광 수신부(400) 및 데이터 전송 케이블(500) 및 하우징(500)을 포함하여 구성된다.
본 발명의 디지털 음향 수신기(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 외부에서 발생된 음파가 진동판(100)에 진동을 유발하면, 음향 수신기(10) 내부에서 광원을 진동판(100)에 송수신하여 진동판(100)의 변형거리를 측정하고, 일정 시간에 따라 거리 변형 정보를 수집하여 이를 외부 서버로 전송하여 진동판의 거리변형 정보를 음향 신호로 변환되게 함으로써, 음파 발생원의 정보를 획득하기 위해 고안된 장치이다.
본 발명의 디지털 음향 수신기(10)는 음파 발생원으로 직접 광원을 송신하여 반사된 광원을 수신하는 것이 아니라, 하우징(500)의 일측에 노출된 진동판을 통해 간접적으로 음파 발생원으로부터 발생하는 음파 정보를 수집한다.
디지털 음향 수신기(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 진동판(100)의 전면만 노출하고 신호 처리부(200), 광 송신부(300) 및 광 수신부(400)를 구성하는 소자들은 진동판(200)의 배면 방향으로 구비되되, 진동판(100)의 가장자리로부터 신호 처리부(200), 광 송신부(300) 및 광 수신부(400)를 감싸는 하우징(500)에 의해 밀폐되는 구조로 구비된다. 데이터 전송 케이블(600)은 진동판(100)이 노출된 일측의 반대 방향을 통해 외부로 연결되는 통신 케이블로서의 역할을 할 수 있다.
디지털 음향 수신기(10)는 밀폐구조로 제작되기 때문에 방수기능 구현이 가능하므로, 공기 중에서 뿐만 아니라 수중에서 음향 수신기로 적용이 가능하다.
또한, 본 발명의 디지털 음향 수신기(10)는 진동판(100)과, 레이저 또는 LED 광을 발생하는 광 송신부(300)가 밀폐 구조에 의해 고정됨으로 인해 기존 레이저 음향 수신기에서는 측정이 매우 어려웠던 이동 표적에 대한 음향 신호 획득이 가능하다.
진동판(100)은 외부에서 발생된 음파에 의해 진동이 유발되는 구조로 구비된다. 진동판(100)의 소재는 압전 세라믹, 금속, 비금속 재질 등 음파에 의해 진동이 발생하는 성분으로 구비될 수 있다.
진동판(100)의 전면에 대응하는 외부에서 음파가 발생하여 진동판(100)이 상기 음파에 의해 진동하면, 음파 발생원에 관한 정보를 획득하라는 명령에 따라 신호 처리부(200)가 광 발진기(210)로 광 발진 신호 명령을 내린다.
그러면, 광 송신부(300)는 광 발진기(210)에 의해 제어되어 LED 광 또는 레이저를 진동판(200)의 배면의 특정 지점으로 발진한다.
광 수신부(400)는 광 송신부(300)의 측면에 인접하게 구비된다. 바람직하게는 광 송신부(300)와 진동판(100)간의 거리와, 진동판(100)과 광 수신부(400) 간의 거리가 동일하도록 배치됨으로써, 진동판(100)으로부터 반사된 광원을 광 송신부(300)의 위치와 동일한 선상에서 수신한다.
광 수신부(400)는 진동판(100)의 상기 특정 지점으로부터 반사된 광원을 수신한 음향 신호를 신호 처리부(200)의 ADC(아날로그 디지털 컨버터)부(240)로 전달한다.
신호 처리부(200)는 광 발진기(210), 제어모듈(220), 통신모듈(230), 신호 처리 모듈(250) 및 ADC부(240)를 포함하여 구성된다. 제어모듈(220)은 디지털 음향 수신기(10)의 전체 기능 및 구성을 제어하는 역할을 한다.
신호 처리부(200)는 ADC부(240)를 통해 상기 음향 신호의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 신호 처리 모듈(250)을 통해 광 송신부(300)가 광원을 송신한 시간과 광 수신부(400)가 진동판(100)으로부터 반사된 광원을 수신한 시간 간의 송수신 시간차이를 계산한다.
그리고, 계산된 송수신 시간차이를 이용하여 진동판(100)의 진동에 의한 거리변화를 산출하는데, 진동판(100)의 거리변화 산출을 일정주기로 반복하여 시간에 따른 연속파형을 생성한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 디지털 음향 수신기가 진동판의 거리변화를 측정하는 실행을 설명하기 위한 참고도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 디지털 음향 수신기를 통해 측정된 연속파형 신호의 일 예를 도시하는 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참고하여 구체적으로 설명하자면 신호처리 모듈(250)은 음향 수신기(10)를 이용하여 진동판(100)이 진동할 때 광 송신기(300)에서 광을 진동판(100)의 특정지점으로 송신한 시간과 광 수신기(400)에서 진동판(100)의 특정지점으로부터 반사된 광원을 수신한 시간 간의 시간차이를 계산하고, 계산된 시간차이를 이용하여 진동판(100)의 거리변화를 산출한다.
이와 같은 거리변화 산출을 일정주기(T)로 반복하여 T1, T2, T3.......Tn(n은 양의 정수)마다 진동판(100)의 거리변화를 산출하여, 도 5에 도시된 바와 같이 진동판의 거리변화를 시간에 따른 연속파형으로 생성한다. 그래프에서 T1, T2 및 T3 시간에서 진동판의 거리는 진동에 의한 떨림에 의해 서로 다르게 측정됨을 알 수 있다.
진동판 사이의 거리변화는 다음 수학식 1을 통해 구할 수 있다.
[수학식 1]
dD=V*dt/2
여기서, dD는 광 송신부(300) 또는 광 수신부(400)와 진동판(100) 사이의 거리 변화, V는 공기 중의 광속도, dt는 상기 광 송신시간과 상기 광 수신시간 간의 시간차이이다.
사전에 정해진 시간에 따른 연속된 광 송신부(또는 광 수신부)와 진동판 사이의 거리 변화 정보를 이용하여 신호파형을 다음 수학식 2를 통해 구할 수 있다.
[수학식 2]
dSig_n=(dD_n+1 dD_n-1)/2
여기서, dSig_n는 결과 신호, dD는 광 송신부(300) 또는 광 수신부(400)와 진동판(100) 사이의 거리 변화이고, n은 상기 거리 변화를 산출하는 횟수를 나타낸다.
통신 모듈(230)은 음향 수신기(10)의 데이터 통신을 가능하게 한다. 예를 들어, 통신 모듈(230)은 와이파이, 블루투스, LTE 등의 모듈로 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 음향 수신기(10)의 신호 처리 모듈(250)이 신호를 처리하는 개략적인 순서를 도시한다. 도 6을 참고하면, 신호 처리 모듈(250)은 ADC부(240)로부터 수신된 디지털 데이터를 고주파수 대역 통과 필터(251)를 통해 상기 디지털 데이터 신호의 DC 오프셋을 제거하고, 주파수 조정부(252)를 통해 상기 디지털 신호에 대해 중간 주파수 대역으로 신호 주파수 대역을 이동시키며, 대역 통과 필터(253)를 통해 상기 디지털 신호의 신호 분석을 위해 특정 범위의 주파수에 해당하는 신호만 통과시킨다.
주파수 대역을 이동시키는 방법은 F1 주파수 수신 신호와 F2 주파수 구형파 신호를 이용한 일반적인 주파수 대역 이동 기술과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 음향 수신기는 도 7에 도시된 바와 같이 음파 발생원이 공기를 통해 음파를 전파하는 환경 또는 수중에서 음파를 전파하는 환경인지에 상관없이 음향 수신기(10) 내부에서 공기 중의 음파 속도(C)를 이용하여 진동판의 거리변화를 산출하고, 이를 통해 음파 발생원의 정보를 획득할 수 있는 것을 특징으로 한다.
한편, 도 8은 종래 기술의 레이저 음향 수신기를 도시하는데, 종래에는 레이저 음향 수신기에서 레이저를 표적을 향해 송신하고, 송신된 레이저가 반사된 광원을 수신해서 표적에 대한 정보를 획득해야 하기 때문에 이동하는 표적에 대해서는 음향 신호를 획득하는 데에 매우 어려움이 있다.
하지만, 본 발명의 음향 수신기(10)는 음파 발생원으로부터 전파를 진동판(100)을 통해서 수신하기만 하고, 음향 수신기(10)에서 음파 발생원으로 광원을 전송할 필요가 없다. 대신, 음향 수신기(10) 내부에서 거리변화가 발생한 진동판에 대해서만 진동판과 광 송수신기 사이의 공기를 통해서 광원을 송수신하는 시간을 측정한다. 따라서, 본 발명의 음향 수신기(10)는 도 9에 도시된 바와 같이 이동하는 표적에 대해서 음파를 수신만 하면 되기 때문에, 이동하는 표적의 음향 정보를 획득하는 것이 가능하다.
이하, 도 10 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템의 개략적인 구성을 도시한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템을 구현하기 위해 각 디지털 음향 수신기(10)는 단면이 정육각형인 육각기둥 구조이되, 각 옆면에 자석(2)이 탑재되어, 다수의 음향 수신기들이 서로 인접한 자석(2)의 자성에 의해 밀착 배열되고, 자성에 의해 탈부착 가능한 형으로 배열 변경 가능하도록 구비된다.
도 11 및 도 12에 도시된 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템(1000)은 다수 개의 무지향성 수신기 즉, 도 10에 도시된 단일의 음향 수신기를 다수 개 모아서 도 11 또는 도 12에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 배치하여 음파 신호를 수신한 후 다수 음향 수신기에서 수신된 신호의 상관성을 분석해서 음파 발생원에 대한 필요한 정보를 얻는 신호처리 시스템이다.
도 11은 다수 개의 음향 수신기를 선형으로 1차원 배열한 일예를 도시하고, 도 12는 다수 개의 음향 수신기가 판형으로 평면에 2차원 배열되는 일예를 도시한다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템을 이용하여 음파 발생원의 신호의 방향을 측정하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 참고로, 배열신호 처리 시스템을 구성하는 다수의 각 디지털 음향 수신기는 앞서 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 디지털 음향 수신기의 그 구성과 역할이 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 13을 참조하면, 특정한 방향에 있는 음파 발생원에서 전파되는 음파 신호를 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템으로 수신할 경우, 음파 발생원과 음향 수신기들 사이의 거리 차이에 의해 음파 신호를 수신하는 시간에 차이가 발생한다. 각 음향 수신기에 수신되는 음파 신호의 특성은 동일하다. 각 음향 수신기에서 수신된 음파 신호 중 동일한 특성을 갖는 신호의 음향 수신기별 상대적 시간 차이를 알아내고, 다음 수학식 3 및 수학식 4의 식을 이용하면 음파 발생원의 음파신호의 방향을 알 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112017095223148-pat00001
여기서, r1은 음파 발생원으로부터 제1 음향 수신기 간의 거리, r2는 음파 발생원으로부터 제2 음향 수신기 간의 거리, r3은 제3 음파 발생원으로부터 제3 음향 수신기 간의 거리를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 음파 발생원으로부터 제1 음향 수신기(10) 및 제2 음향 수신기(11)까지의 거리는 서로 다르고, 음파 전달 속도는 동일한 환경이기 때문에 서로 동일하다고 할 때, 음파 발생원에서 발생된 음파가 제1 음향 수신기(10) 및 제2 음향 수신기(11)로 도달하는 시간에 차이(△tn)가 발생한다.
여기서, 음파를 평면파로 가정하고, 제1 음향 수신기(10) 및 제2 음향 수신기(11) 간의 사이거리를 알면 방향에 의한 시간 차이를 계산할 수 있다.
즉, 음파 발생원의 방향을 알고, 제1 음향 수신기(10) 및 제2 음향 수신기(11)의 배열의 형태정보를 알고 있으면, 음파 발생원에서 전달되는 음파가 음향 수신기 배열의 각 수신기별에 수신될 때의 시간차이에 관한 관계식인 수학식 4 및 상술한 수학식 3을 통해 음파 발생원의 신호의 방향을 예측할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112017095223148-pat00002
여기서, d는 음향 수신기 간 사이의 거리, △tn은 tn 와 tn+1 간의 시간 차이, C는 공기 중의 음파 속도, θ는 방위각이다.
도 15는 본 발명의 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템을 이용하여 음파를 발생하는 여러 개의 음파 발생원들 중 특정 방향에서 전달되는 음파 발생원의 음파 신호만 수신하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 15를 참조하면, 음파 발생원 A, 음파 발생원 B 및 음파 발생원 C에서 각각 서로 다른 음파들을 동시에 발생하고 있고, 음향 수신기(10, 11)가 음파 발생원 A, B 및 C의 신호를 동시에 수신하고 있다.
이 경우, 음향 수신기(10, 11)에서는 음파 A, 음파 B 및 음파 C가 합쳐진 신호를 수신하게 되고, 더욱이 음파들의 특성이 유사할 경우 수신된 신호들 중 어떠한 신호가 어떤 음파 발생원의 신호인가 판단하기가 어렵다.
이를 해결하기 위해 본 발명은 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템을 이용하여 다중 음파 발생원 중 특정 음파 발생원의 음파 신호를 선택적으로 수신하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 배열신호 처리 시스템은 제1 음향 수신기(10) 및 제2 음향 수신기(11)를 일정 거리(d) 간격으로 선배열하고, 제1 음향 수신기(10) 및 제2 음향 수신기(11)로부터 신호를 수신하고 분석하는 배열 신호 처리부(20)를 구비한다. 여기서, 음향 수신기는 두 개의 음향 수신기가 선배열된 예를 들었으나, 이에 한정하지 않고 음향 수신개의 개수는 다양할 수 있으며, 배열 방법도 목적에 따라 평면 배열 등으로 다양하게 구성될 수 있다.
음파 발생원 A로부터 발생하는 신호만을 수신하고자 하는 경우, 음파 발생원 A의 신호의 방향에 대한 방위각 θ를 미리 알고 있다고 가정한다. 여기서, 방위각 θ는 미리 알고 있거나, 앞서 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한 음파 발생원의 신호의 방향을 측정하는 방법에 의해 알 수 있다.
먼저, 음파 발생원 A 신호의 방향에 대한 방위각 (θ)와, 제1 음향 수신기(10) 및 제2 음향 수신기(11) 간의 거리(d), 음파 속도(C)를 알고 있기 때문에 상술한 수학식 4에 의해 음파 발생원 A의 신호 지연 시간을 계산한다.
그리고 나서, 도 16에 도시된 바와 같이 제1 음향 수신기(10) 및 제2 음향 수신기(11)에서 수신된 신호 파형을 분석하면, 제1 음향 수신기(10) 및 제2 음향 수신기(11)의 신호 지연 시간(△tn)을 알 수 있다.
즉, 제1 음향 수신기(10) 및 제2 음향 수신기(11)가 실제 획득한 음파 발생원 A, B 및 C의 신호 파형을 분석하여 각 음파 발생원의 신호의 신호 지연 시간을 산출한다.
그러면, 실제 획득한 신호 파형 분석 결과 산출된 각 음파 발생원의 신호 지연 시간 중 수학식 4에 의해 산출된 신호 지연 시간과 동일한 음파 발생원의 신호 지연 시간을 추출할 수 있고, 이 추출된 음파 발생원의 신호를 음파 발생원 A의 신호로 구분할 수 있다.
그런 다음 배열 신호 처리부(20)는 구분된 음파 발생원A의 신호에 대해서만 도 16에 도시된 바와 같이 상대 신호 지연 시간을 보상한다. 그러면, 보상된 음파 발생원A의 신호가 다른 신호들에 비해 신호의 크기가 증가하기 때문에, 신호 크기에 의해 다른 신호와 구분 가능하게 된다.
따라서 이와 같이 구분된 음파 발생원 A의 신호만을 선택적으로 수신할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 음향 수신기는 공기 및 수중에서 이용 가능하고, 이동하는 표적에 대한 음향 신호 획득이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 다수개의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템을 통해 표적에 관한 음파 발생 방향 정보를 획득할 수 있다.
아울러, 다수개의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템을 통해 여러 음파가 중복되는 경우에는 선택적으로 특정 방향의 음파 신호만을 구분하여 수신하는 것이 가능하다.
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 (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 진동판이 음파에 의해 진동할 때의 진동판의 거리변화를 산출하고, 상기 거리변화를 시간에 따른 연속파형신호로 생성하는 음향 수신기가 다수 개 배열된 음향 수신부; 및
    상기 각 음향 수신기의 연속파형신호를 배열신호로 수집하고, 상기 음향 수신기들 간의 상대적 위치정보를 이용하여 상기 배열신호의 상관성을 분석함으로써 음파 발생원에 대한 정보를 획득하는 배열신호 처리부;를 포함하며,
    상기 각 음향 수신기는 단면이 정육각형인 육각기둥 구조이되 각 옆면에 자석이 탑재되어, 상기 다수의 음향 수신기들이 자성에 의해 밀착 배열되고, 자성에 의한 탈부착식으로 배열 변경 가능하도록 구비되고,
    상기 음향 수신부는,
    상기 다수 개의 음향 수신기가 선형으로 1차원 배열되거나, 상기 다수 개의 음향 수신기가 판형으로 평면에 2차원 배열되는 것을 특징으로 하는 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 배열신호 처리부는,
    상기 음파 발생원에서 동일한 시간에 발생한 음파가 상기 각 음향 수신기에서 수신되는 시간을 측정하고,
    상기 각 음향 수신기의 음파 수신 시간들 간의 차이를 계산하며,
    상기 계산된 시간차이와 상기 음향 수신기들 간의 상대적 위치를 이용하여 상기 음파 발생원으로부터 전파되는 음파의 특정 방향을 산출하는 것을 특징으로 하는 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    제1 내지 제N(N은 양의 정수)의 음파 발생원에서 동시에 음파가 발생하여, 상기 음향 수신부가 서로 다른 방위각의 음파신호들이 합쳐진 신호를 수신한 경우, 상기 배열신호 처리부는 상기 제1 음파 발생원의 제1 음파신호만을 구분하기 위해,
    미리 알고 있는 상기 제1 음파 발생원의 제1 음파신호의 방향을 이용하여, 상기 제1 음파신호에 대한 상기 각 음향 수신기의 상대적인 신호 지연 시간을 계산하고,
    상기 제1 음파신호에 대해 계산된 상기 상대적인 신호 지연 시간만 보상함으로써, 다른 음파 신호에 비해 크기가 커진 상기 제1 음파신호를 구분하는 것을 특징으로 하는 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 각 음향 수신기는,
    외부에서 발생된 음파에 의한 진동을 유발하는 진동판;
    상기 진동판을 기준으로 음파 수신 반대방향에서 상기 진동판으로 광원을 송신하는 광 송신부;
    상기 광 송신부에 인접하게 구비되어, 상기 진동판으로부터 반사된 광원을 수신하는 광 수신부; 및
    상기 광원을 송신한 시간과 상기 반사된 광원을 수신한 시간 간의 송수신 시간차이를 계산하여 상기 진동판의 진동에 의한 거리변화를 산출하며, 상기 진동판의 거리변화 산출을 일정주기로 반복하여 시간에 따른 연속파형을 생성하는 신호 처리부;를 포함하고,
    상기 진동판, 상기 광 송신부, 상기 광 수신부 및 상기 신호 처리부는 상기 진동판의 전면만 노출하고 나머지를 감싸는 하우징에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 하는 다수의 디지털 음향 수신기를 이용한 배열신호 처리 시스템.
KR1020170126116A 2017-09-28 2017-09-28 디지털 음향 수신기 및 이를 이용한 배열신호 처리 시스템 KR101854352B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170126116A KR101854352B1 (ko) 2017-09-28 2017-09-28 디지털 음향 수신기 및 이를 이용한 배열신호 처리 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170126116A KR101854352B1 (ko) 2017-09-28 2017-09-28 디지털 음향 수신기 및 이를 이용한 배열신호 처리 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101854352B1 true KR101854352B1 (ko) 2018-05-03

Family

ID=62245063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170126116A KR101854352B1 (ko) 2017-09-28 2017-09-28 디지털 음향 수신기 및 이를 이용한 배열신호 처리 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101854352B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102021591B1 (ko) 2019-01-07 2019-09-16 엘아이지넥스원 주식회사 디지털 신호 출력 고주파 센서 및 그 동작방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06347530A (ja) * 1993-06-08 1994-12-22 Nec Corp 水中音源位置推定システム
JP2003084060A (ja) * 2001-09-10 2003-03-19 Furuno Electric Co Ltd 水中探知装置
JP2009210395A (ja) * 2008-03-04 2009-09-17 Japan Atomic Energy Agency 高解像度対応超音波センサ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06347530A (ja) * 1993-06-08 1994-12-22 Nec Corp 水中音源位置推定システム
JP2003084060A (ja) * 2001-09-10 2003-03-19 Furuno Electric Co Ltd 水中探知装置
JP2009210395A (ja) * 2008-03-04 2009-09-17 Japan Atomic Energy Agency 高解像度対応超音波センサ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102021591B1 (ko) 2019-01-07 2019-09-16 엘아이지넥스원 주식회사 디지털 신호 출력 고주파 센서 및 그 동작방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8583381B2 (en) Ultrasonic propagation time measurement system
RU2474836C1 (ru) Гидроакустический комплекс для измерения азимутального угла на источник звука в мелком море
KR101854352B1 (ko) 디지털 음향 수신기 및 이를 이용한 배열신호 처리 시스템
Kumar et al. Wideband acoustic positioning with precision calibration and joint parameter estimation
Anzinger et al. Low power capacitive ultrasonic transceiver array for airborne object detection
RU2011130315A (ru) Гидроакустический комплекс для измерения азимутального угла на источник звука в мелком море
KR20100069966A (ko) 어레이스피커 시스템에서 음향을 포커싱하는 장치 및 방법
US20140269198A1 (en) Beamforming Sensor Nodes And Associated Systems
KR101854353B1 (ko) 디지털 음향 수신방법 및 이를 이용한 배열신호 처리 방법
CN110099343A (zh) 一种具有mems扬声器阵列的听筒及通信装置
KR101203269B1 (ko) 저주파 및 고주파를 선택적으로 운용하는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라 및 그 작동방법
US20220379346A1 (en) Ultrasonic transducers
KR101028071B1 (ko) 센서의 빔패턴을 고려하여 수신 음향트랜스듀서의 배열 구조를 최적화한 이미징 소나
CN107888372B (zh) 基于混沌振子阵元水下声纳通信系统
RU2476899C1 (ru) Гидроакустический комплекс для измерения азимутального угла и горизонта источника звука в мелком море
KR101282489B1 (ko) 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라 및 그 작동방법
Zhou et al. A ScAlN piezoelectric high-frequency acoustic pressure-gradient MEMS vector hydrophone with large bandwidth
Lanzoni et al. Calibration of multibeam echo sounders: a comparison between two methodologies
RU2719214C1 (ru) Активный гидролокатор
Blanford et al. Leveraging audio hardware for underwater acoustics experiments
JP7111103B2 (ja) 撮像システム、撮像装置及び撮像方法
US3424269A (en) Multipath focusing signal processor
CN106937227B (zh) 一种新型无振膜主动式传声器
JP2017227480A (ja) 音波監視装置および航走体
US20200408894A1 (en) In Device Interference Mitigation Using Sensor Fusion

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant