KR102068201B1 - 비동기 양상태 소나 시스템에서의 직접파 탐지 방법 및 장치 - Google Patents

비동기 양상태 소나 시스템에서의 직접파 탐지 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 비동기 양상태 소나 시스템에서 직접파를 탐지하는 방법은, 복수의 가상 임계치를 설정하는 단계 - 복수의 가상 임계치의 각각의 가상 임계치는 상이한 크기를 가짐 -; 각각의 가상 임계치별로, 소나 시스템의 수신부에서 각각의 가상 임계치보다 큰 첨두값을 갖는 신호가 수신된 시점과 그 이전에 수신된 시점과의 시간 간격에 기초하여, 각각의 가상 임계치에 대한 펄스 반복 주기(PRI)를 추정하는 단계; 추정된 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 에 기초하여, 소나 시스템의 송신부로부터 송신된 직접파의 펄스 반복 주기(PRI)를 추정하는 단계; 직접파 탐지 임계치를 설정하는 단계; 및 수신부에서 수신되는 신호의 첨두값이 상기 직접파 탐지 임계치보다 큰 경우, 그 수신된 신호를 직접파로서 탐지하는 단계를 포함한다.

Description

비동기 양상태 소나 시스템에서의 직접파 탐지 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING DIRECT BLAST FOR ASYNCHRONOUS BISTATIC SONAR SYSTEMS}
본 발명은 비동기 양상태 소나 시스템에서 직접파를 탐지하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
기존의 단상태 소나 시스템에서는 송신센서와 수신센서가 동일한 플랫폼에 존재하여 송신센서에서 방사된 능동펄스의 송신 시간 정보는 수신센서와 공유가 가능하다. 그래서, 수신센서단에서는 능동펄스의 송신시간 및 능동펄스가 표적에 반사되어 수신센서로 도달하는 시간 정보를 이용하여 수신센서와 표적까지의 거리를 산출할 수 있다.
그러나, 송신센서와 수신센서가 공간적으로 분리된 비동기 양상태 소나 시스템에서는 능동펄스의 송신 시간 정보를 수신센서와 공유하는 것이 어렵다. 이와 관련하여, 직접파 탐지를 위해 가장 기본적으로 생각할 수 있는 방법으로는 고정 임계치를 이용한 탐지가 있다. 보통 직접파는 임펄스 응답 특성을 갖고 있고 주변 잡음 또는 반사파 보다 큰 음압을 갖고 있기 때문에 특정 임계치보다 큰 펄스를 직접파로 판단할 수 있다. 그러나 실제 해상환경에서는 음원이 이동하거나 주변 환경이 바뀌는 경우가 많아 직접파가 항상 일정한 크기의 음압을 갖지 않는다. 또한 직접파 탐지를 위한 임계치 값을 결정하는 것도 주변 잡음이 해양 환경에 따라 바뀔 수 있기 때문에 간단하지 않은 문제이다.
특히, 비동기 양상태 소나의 직접파 탐지 기법은 기존에 구체적으로 연구된 바가 없다. 다만, 유사한 연구로 능동펄스 식별 기법, 순간소음 탐지 기법 등이 있으나, 이 기법들은 단발성 펄스를 탐지 및 식별하는 방법으로 본 발명에서 가정하는 양상태 소나의 직접파 탐지에 적합한 방법은 아니다.
한국등록특허공보 제10-153992호 (2015년 7월 22일 등록)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비동기 양상태 소나 시스템에서 송신부에서 방사되는 능동펄스의 송신 시간 정보 없이도 송신부 방향에서 수신되는 직접파를 수신부에서 탐지하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 이와 같이 비동기 양상태 소나 시스템에서 능동펄스의 송신 시간 정보 없이 직접파를 탐지함으로써, 직접파의 수신시간을 추정하여 표적의 위치를 추정할 수 있는 직접파를 탐지하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 바로 제한되지 않으며, 언급되지는 않았으나 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있는 목적을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 비동기 양상태 소나 시스템에서 직접파를 탐지하는 방법은, 복수의 가상 임계치를 설정하는 단계 - 상기 복수의 가상 임계치의 각각의 가상 임계치는 상이한 크기를 가짐 -; 상기 각각의 가상 임계치별로, 상기 소나 시스템의 수신부에서 각각의 가상 임계치보다 큰 첨두값을 갖는 신호가 수신된 시점과 그 이전에 수신된 시점과의 시간 간격에 기초하여, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 펄스 반복 주기(PRI; Pulse Repetition Interval)를 추정하는 단계; 상기 추정된 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 에 기초하여, 상기 소나 시스템의 송신부로부터 송신된 직접파의 펄스 반복 주기(PRI)를 추정하는 단계; 직접파 탐지 임계치를 설정하는 단계; 및 상기 수신부에서 수신되는 신호의 첨두값이 상기 직접파 탐지 임계치보다 큰 경우, 그 수신된 신호를 직접파로서 탐지하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 펄스 반복 주기(PRI)를 추정하는 단계는, 상기 각각의 가상 임계치별로, 상기 각각의 가상 임계치보다 큰 첨두값을 갖는 신호가 수신된 시점과 그 이전에 수신된 시점과의 시간 간격에 따라 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 측정값을 산출하여 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정값으로서 초기화하는 단계; 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정을 시작하는 단계; 및 상기 가상 임계치에 대한 PRI 추정의 시작 이후, 상기 각각의 가상 임계치에 대하여 산출된 PRI 측정값과 상기 PRI 추정값의 차이가 소정의 허용 오차보다 작은 경우에는, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정을 유지하고 상기 PRI 추정값을 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 펄스 반복 주기(PRI)를 추정하는 단계는, 상기 가상 임계치에 대한 PRI 추정의 시작 이후, 상기 각각의 가상 임계치에 대하여 산출된 PRI 측정값과 상기 PRI 추정값의 차이가 상기 소정의 허용 오차 이상인 경우에는, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정을 중단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 직접파의 펄스 반복 주기(PRI)를 추정하는 단계는, PRI 추정이 유지되고 있는 가상 임계치들을, 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정값에 기초하여, 하나 이상의 그룹으로 그룹화하는 단계; 상기 그룹 각각의 PRI 대표값을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 그룹 각각의 PRI 대표값 중 하나를 직접파 PRI 추정값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 그룹 각각의 PRI 대표값 중 하나를 직접파 PRI 추정값으로 설정하는 것은, 이전의 직접파 PRI 추정값이 존재하지 않는 경우에는, 가상 임계치들이 가장 많이 속한 그룹의 PRI 대표값을 상기 직접파 PRI 추정값으로 초기화하고, 이전의 직접파 PRI 추정값이 존재하는 경우에는, 상기 이전의 직접파 PRI 추정값과 가장 가까운 PRI 대표값을 갖는 그룹의 PRI 대표값과 상기 이전의 직접파 PRI 추정값의 차이가 미리 결정된 허용 오차 범위 이내에 있으면 상기 가장 가까운 PRI 대표값을 갖는 그룹의 PRI 대표값을 현재의 직접파 PRI 추정값으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 직접파 탐지 임계치는, PRI 대표값이 상기 직접파 PRI 추정값으로 설정되는 그룹 내의 가상 임계치들 중의 최대 크기 및 최소 크기에 기초하여 설정될 수 있다.
또한, 비동기 양상태 소나 시스템에서의 직접파 탐지 방법은 상기 탐지된 직접파의 수신 시간을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 비동기 양상태 소나 시스템은, 입력 신호를 수신하는 신호 수신부; 각각의 가상 임계치가 상이한 크기를 가지는 복수의 가상 임계치를 설정하고, 상기 각각의 가상 임계치별로, 상기 수신부에서 각각의 가상 임계치보다 큰 첨두값을 갖는 신호가 수신된 시점과 그 이전에 수신된 시점과의 시간 간격에 기초하여, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 펄스 반복 주기(PRI; Pulse Repetition Interval)를 추정하는, 가상 임계치 PRI 추정부; 상기 추정된 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 에 기초하여, 상기 소나 시스템의 송신부로부터 송신된 직접파의 펄스 반복 주기(PRI)를 추정하는, 직접파 PRI 추정부; 직접파 탐지 임계치를 설정하는, 직접파 탐지 임계치 설정부; 및 상기 수신부에서 수신되는 신호의 첨두값이 상기 직접파 탐지 임계치보다 큰 경우, 그 수신된 신호를 직접파로서 탐지하는, 직접파 탐지부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가상 임계치 PRI 추정부는, 상기 각각의 가상 임계치별로, 상기 각각의 가상 임계치보다 큰 첨두값을 갖는 신호가 수신된 시점과 그 이전에 수신된 시점과의 시간 간격에 따라 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 측정값을 산출하여 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정값으로서 초기화하고, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정을 시작하고, 상기 가상 임계치에 대한 PRI 추정의 시작 이후, 상기 각각의 가상 임계치에 대하여 산출된 PRI 측정값과 상기 PRI 추정값의 차이가 소정의 허용 오차보다 작은 경우에는, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정을 유지하고 상기 PRI 추정값을 갱신할 수 있다.
또한, 상기 가상 임계치 PRI 추정부는, 상기 가상 임계치에 대한 PRI 추정의 시작 이후, 상기 각각의 가상 임계치에 대하여 산출된 PRI 측정값과 상기 PRI 추정값의 차이가 상기 소정의 허용 오차 이상인 경우에는, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정을 중단할 수 있다.
또한, 상기 직접파 PRI 추정부는, PRI 추정이 유지되고 있는 가상 임계치들을, 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정값에 기초하여, 하나 이상의 그룹으로 그룹화하고, 상기 그룹 각각의 PRI 대표값을 결정하고, 상기 결정된 그룹 각각의 PRI 대표값 중 하나를 직접파 PRI 추정값으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 그룹 각각의 PRI 대표값 중 하나를 직접파 PRI 추정값으로 설정하는 것은, 이전의 직접파 PRI 추정값이 존재하지 않는 경우에는, 가상 임계치들이 가장 많이 속한 그룹의 PRI 대표값을 상기 직접파 PRI 추정값으로 초기화하고, 이전의 직접파 PRI 추정값이 존재하는 경우에는, 상기 이전의 직접파 PRI 추정값과 가장 가까운 PRI 대표값을 갖는 그룹의 PRI 대표값과 상기 이전의 직접파 PRI 추정값의 차이가 미리 결정된 허용 오차 범위 이내에 있으면 상기 가장 가까운 PRI 대표값을 갖는 그룹의 PRI 대표값을 현재의 직접파 PRI 추정값으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 직접파 탐지 임계치는, PRI 대표값이 상기 직접파 PRI 추정값으로 설정되는 그룹 내의 가상 임계치들 중 최대 크기 및 최소 크기에 기초하여 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 비동기 양상태 소나 시스템에서 송신부에서 방사된 능동펄스의 송신 시간 정보 없이도 송신센서 방향에서 수신되는 직접파를 수신부에서 탐지함으로써, 능동펄스(음원)의 송신 시간 정보를 수신부와 공유하지 않는 비동기 양상태 소나 시스템에서 표적의 위치를 추정할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 탐지된 표적의 위치 산출을 위해 이용되는, 비동기 양상태 소나 시스템에서의 송신센서 및 수신센서와, 표적과의 기하학적 모델을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비동기 양상태 소나 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비동기 양상태 소나 시스템에서 직접파를 탐지하는 방법을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접파를 탐지하는 방법에서 가상 임계치별로 추정한 펄스 반복 주기(PRI)가 비슷한 후보들끼리 그룹화를 하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접파를 탐지하는 방법에서 수신부에서 수신되는 신호의 첨두값이 직접파 탐지 임계치보다 큰 경우, 그 수신된 신호를 직접파로서 탐지하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비동기 양상태 소나 시스템에서 직접파를 탐지하는 방법의 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 탐지된 표적의 위치 산출을 위해 이용되는, 비동기 양상태 소나 시스템의 송신센서 및 수신센서와, 표적과의 기하학적 모델을 도시한 도면이다.
양상태 소나 시스템은 탐지된 표적의 위치 산출을 위해서 음원(송신센서)(1), 수신센서(2), 표적(3)이 이루는 삼각 형태의 기하학적인 모델을 이용할 수 있다. 도 1에서, R1은 음원(1)과 표적(3) 사이의 거리이고, R2는 표적(3)과 수신센서(2) 사이의 거리이고, R3는 음원(1)과 수신센서(2) 사이의 거리이고,
Figure 112018096111988-pat00001
는 표적(3)-수신센서(2)-송신센서(1) 사이각을 나타낸다.
이 경우, 표적(3)과 수신센서(2) 사이의 거리(R2)는 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112018096111988-pat00002
여기서, 여기서 c는 수중에서의 음속, τ는 직접파와 송신센서에서 방사된 능동펄스가 표적에서 반사된 반사파가 수신센서(2)에 도달하는 시간 차이를 나타낸다. τ에 대한 수식은 수학식 2와 같다.
Figure 112018096111988-pat00003
수학식 1과 수학식 2를 이용하면, 능동펄스의 송신 시간을 알지 못하는 경우에도, 표적의 거리를 산출하여 표적의 위치를 추정할 수 있다. 구체적으로, 음원(1) 및 수신센서(2)의 위치를 레이더 정보를 통해 알고 있다고 가정하고, 음원(1)과 수신센서(2) 사이의 거리(R3)를 계산한다. 또한, 전 방위 수신 신호에 대한 빔형성을 통해 모든 방위의 반사파-수신센서-음원의 각도 θ 를 구한다. 마지막으로 시간 지연 값인 τ를 계산하기 위해서는 직접파의 수신시간을 추정하여야 하는데, 이를 위해 먼저 직접파 탐지를 수행하는 것이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비동기 양상태 소나 시스템에서 직접파를 탐지하는 방법은 펄스 반복 주기(PRI; Pulse Repetition Interval) 추정을 통해 직접파와 반사파를 구분하는 방법으로서, 여러 개의 가상 임계치를 설정하여 PRI 추정을 하고 PRI를 이용하여 직접파를 탐지할 수 있다. 먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 직접파를 탐지하는 방법을 개략적으로 설명하면, 직접파 PRI를 추정하기 위해 신호 수신부에서 수신되는 신호에 대해 여러 개의 가상 임계치를 설정하고 각 임계치마다 해당 임계치를 넘는 첨두값의 시간을 추출한다. 다음으로 임계치 별로 PRI를 추정하고, 그 중에서 직접파 PRI로 판단되는 값을 갖는 가상 임계치만 후보로 선택하여 직접파 탐지 임계치를 설정한다. 그리고 최종 임계치를 넘는 첨두값을 직접파로 간주하여 직접파를 탐지하여 직접파의 수신시간정보를 획득할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비동기 양상태 소나 시스템의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비동기 양상태 소나 시스템에서 직접파를 탐지하는 방법을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비동기 양상태 소나 시스템(100)은, 입력 신호를 수신하는 신호 수신부(210), 가상 임계치 펄스 반복 주기(PRI) 추정부(220), 직접파 PRI 추정부(230), 직접파 탐지 임계치 설정부(240), 및 직접파 탐지부(250)를 포함할 수 있다.
입력 신호가 소나 시스템(100)의 신호 수신부(210)에 수신된다. 입력 신호는 비동기 양상태 소나 시스템의 송신부(도시되지 않음) 방향에서 수신되는 직접파(direct blast), 송신부에서 방사된 능동 펄스가 표적에서 반사된 표적 반사파, 잡음을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 막대선들 중에서, 내부에 빗금이 표시되어 있는 막대선은 임펄스와 같은 형태를 갖는 직접파로 가정하고, 내부가 검정색으로 표시되어 있는 막대선은 표적 반사파 또는 잡음으로 가정한다.
가상 임계치 PRI 추정부(220)는, 각각의 가상 임계치가 상이한 크기를 가지는 복수의 가상 임계치를 설정하고, 각각의 가상 임계치별로, 수신부에서 각각의 가상 임계치보다 큰 첨두값을 갖는 신호가 수신된 시점과 그 이전에 수신된 시점과의 시간 간격에 기초하여, 각각의 가상 임계치에 대한 펄스 반복 주기(PRI)를 추정할 수 있다.
도 3을 참조하여 예시적인 일 실시예를 설명하면, 먼저 직접파의 수신 주기(PRI)를 추정하기 위하여 여러 레벨(크기)에 해당하는 가상의 임계치 S(1) 내지 S(4)를 설정한다. 가상 임계치의 레벨 범위는 탐지하고자 하는 신호의 크기가 모두 포함될 수 있도록 충분히 크게 설정한다.
다음으로 각각의 가상 임계치를 넘는 첨두값을 탐지하고 이전에 탐지된 시점과의 시간 간격을 산출하여 가상 임계치별로 PRI 측정치를 산출한다. 예를 들어 임계치 S(1)의 경우 10초, 20초에 S(1)보다 큰 두 개의 첨두값이 탐지되면 20초 시점에서 S(1)의 PRI 측정치는 10초가 되며 PRI 추정값을 10초로 초기화 한다. 그 뒤로 S(1) 임계치의 검정선이 점선(---)으로 바뀌면서 PRI 추정을 시작한다. 각 임계치의 점선은 PRI 초기값 만큼 첨두값이 일정한 간격으로 탐지가 되면 유지가 되고 그렇지 않으면 다시 검정선으로 바뀌면서 PRI 추정을 중단한다. PRI 추정을 중단한 뒤에 다시 두 첨두값이 탐지되어 PRI 추정값이 초기화 되면 검정선이 점선을 바뀌면서 PRI 추정을 다시 시작한다.
가상 임계치별로 PRI 추정을 계속 유지하는 조건은 수학식 3과 같다.
Figure 112018096111988-pat00004
여기서
Figure 112018096111988-pat00005
는 k번째 가상 임계치의 PRI 추정값이며, n은 정수로서 현재 k번째 가상 임계치에서 첨두값이 탐지된 시점을 나타내며 첨두값이 탐지될 때마다 하나씩 증가한다.
Figure 112018096111988-pat00006
는 해당 가상 임계치의 PRI 측정치로서 가장 최근에 탐지된 두 개의 첨두값 사이의 시간 간격이며
Figure 112018096111988-pat00007
는 허용 오차 범위이다.
만약 수학식 3의 조건을 만족할 경우 해당 가상 임계치의 PRI 추정값을 수학식 4와 같이 갱신한다.
Figure 112018096111988-pat00008
여기서 α는 Exponential moving average filter의 계수로서, 0<
Figure 112018096111988-pat00009
<1 이다.
다른 가상 임계치 S(2)~S(4)의 경우에도 위와 동일한 방법으로 가상 임계치별 PRI 추정을 수행한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접파를 탐지하는 방법에서 가상 임계치별로 추정한 펄스 반복 주기(PRI)가 비슷한 후보끼리 그룹화를 하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
직접파 PRI 추정부(230)은 추정된 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 에 기초하여, 비동기 양상태 소나 시스템의 송신부로부터 송신된 직접파의 펄스 반복 주기(PRI)를 추정할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 현재 시점이 40초라고 하면 40초에 탐지된 어떤 첨두값에 대해서 직접파 판정을 하기 위해 먼저 40초 시점에서 PRI 추정이 유지되는(점선) 가상 임계치 후보를 찾는다. 도 3에서 40초 시점의 가상 임계치 후보군은 S(1)~S(4)가 되며 도 4와 같이 가상 임계치별로 추정한 PRI가 비슷한 후보끼리 그룹화를 할 수 있다. S(1)의 PRI 추정값은 5로서 그룹 1로 분류되며 S(2), S(3), S(4)의 PRI 추정값은 9.8, 10, 10.2로서 이들 추정값이 유사하다고 판단되면 그룹 2로 분류될 수 있다. 그리고 각 그룹을 대표하는 PRI 대표값은 그룹내 PRI 추정값들의 평균으로 산출할 수 있다. 따라서 그룹 2의 PRI 대표값은 [9.8, 10, 10.2]의 평균인 10이 되고 그룹1의 PRI 대표값은 5가 된다. 다음으로 이 두 개의 PRI 대표값 중에 하나의 값을 선택하여 직접파 PRI 추정값을 산출할 수 있다.
만약 이전의 직접파 PRI 추정값이 존재한다면 직접파 PRI 추정값과 가장 유사한 PRI 대표값을 선택하고 그 대표값이 허용 오차 범위 이내에 있으면 직접파 PRI 추정값을 현재의 대표값으로 갱신할 수 있다. 만약 PRI 대표값이 허용오차 범위 밖에 있다면 직접파 PRI 추정값을 삭제(null값으로 대체)할 수 있다.
또한 직접파 PRI 추정값이 없다면 가상 임계치 후보군이 가장 많이 속한 그룹의 PRI 대표값을 직접파 PRI 추정값으로 초기화할 수 있다. 예를 들면, 그룹 1의 가상 임계치 후보군은 1개이며 그룹 2의 가상 임계치 후보군은 3개이므로 그룹 2의 PRI 대표값인 10으로 직접파 PRI 초기값을 설정할 수 있다. 도 3에서는 이미 30초 시점에서 직접파 PRI 초기값이 10으로 세팅이 되기 때문에 40초 시점에서는 직접파 PRI 초기값과 가장 유사한 그룹 2의 대표값을 현재 직접파 PRI 추정값으로 갱신될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접파를 탐지하는 방법에서 수신부에서 수신되는 신호의 첨두값이 직접파 탐지 임계치보다 큰 경우, 그 수신된 신호를 직접파로서 탐지하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
직접파 탐지 임계치 설정부(250)는 직접파 탐지 임계치를 설정할 수 있고, 직접파 탐지부(250)는 수신부에서 수신되는 신호의 첨두값이 직접파 탐지 임계치보다 큰 경우, 그 수신된 신호를 직접파로서 탐지할 수 있다.
직접파 탐지 임계치는, PRI 대표값이 직접파 PRI 추정값으로 설정되는 그룹 내의 가상 임계치의 최대 크기 및 최소 크기에 기초하여 설정될 수 있다.
예를 들어, 선택된 그룹 2의 가상 임계치 후보군으로부터 직접파 탐지 임계치 레벨을 수학식 5와 같이 산출할 수 있다.
Figure 112018096111988-pat00010
여기서
Figure 112018096111988-pat00011
는 직접파 탐지 임계치 레벨, β는
Figure 112018096111988-pat00012
값으로서 0.3이 적정값으로 설정될 수 있고,
Figure 112018096111988-pat00013
,
Figure 112018096111988-pat00014
은 최종 선택된 가상 임계치 후보군의 최대, 최소 레벨로서 도 4 에서는 그룹 2의 S(4)가
Figure 112018096111988-pat00015
, S(2)가
Figure 112018096111988-pat00016
이 된다.
그리고, 직접파 탐지부(250)는 도 5 와 같이 40초 시점에서 탐지된 첨두값의 크기가 직접파 탐지 임계치 레벨보다 크면 직접파로 최종 판정을 하며 해당 시간 정보를 출력할 수 있다. 즉, 처음 두 개의 직접파 간격으로부터 임계치별 PRI를 산출하고 세 번째 직접파가 들어온 시점에서 직접파 PRI 추정값이 초기화되며 직접파 탐지 판정을 하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비동기 양상태 소나 시스템에서 직접파를 탐지하는 방법의 흐름도이다.
먼저, 각각의 가상 임계치가 상이한 크기를 가지는 복수의 가상 임계치를 설정한다(S610).
다음으로, 각각의 가상 임계치별로, 수신부에서 각각의 가상 임계치보다 큰 첨두값을 갖는 신호가 수신된 시점과 그 이전에 수신된 시점과의 시간 간격에 기초하여, 각각의 가상 임계치에 대한 펄스 반복 주기(PRI)를 추정한다(S620).
다음으로, 추정된 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 에 기초하여, 송신부로부터 송신된 직접파의 펄스 반복 주기(PRI)를 추정한다(S630).
직접파 탐지 임계치를 설정하고(S640). 수신부에서 수신되는 신호의 첨두값이 직접파 탐지 임계치보다 큰 경우, 그 수신된 신호를 직접파로서 탐지한다. (S650).
또한, 직접파를 탐지(S660)함으로써 직접파의 수신 신호를 추정하고, 탐지된 표적의 위치를 추정할 수 있다.
상술한 비동기 양상태 소나 시스템에서의 직접파를 탐지하는 방법 및 장치는, 비동기 양상태 소나 시스템에서 송신부에서 방사된 능동펄스의 송신 시간 정보 없이도 송신센서 방향에서 수신되는 직접파를 수신부에서 탐지함으로써, 능동펄스(음원)의 송신 시간 정보를 수신부와 공유하지 않는 비동기 양상태 소나 시스템에서 표적의 위치를 산출하여 표적의 위치를 추정하는 것을 가능하게 한다.
본 명세서에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 비동기 양상태 소나 시스템
210: 신호 수신부
220: 가상 임계치 PRI 추정부
230: 직접파 PRI 추정부
240: 직접파 탐지 임계치 설정부
250: 직접파 탐지부

Claims (13)

  1. 비동기 양상태 소나 시스템에서 직접파를 탐지하는 방법으로서,
    복수의 가상 임계치를 설정하는 단계 - 상기 복수의 가상 임계치의 각각의 가상 임계치는 상이한 크기를 가짐 -;
    상기 각각의 가상 임계치별로, 상기 소나 시스템의 수신부에서 각각의 가상 임계치보다 큰 첨두값을 갖는 신호가 수신된 시점과 그 이전에 수신된 시점과의 시간 간격에 기초하여, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 펄스 반복 주기(PRI; Pulse Repetition Interval)를 추정하는 단계;
    상기 추정된 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 에 기초하여, 상기 소나 시스템의 송신부로부터 송신된 직접파의 펄스 반복 주기(PRI)를 추정하는 단계;
    직접파 탐지 임계치를 설정하는 단계; 및
    상기 수신부에서 수신되는 신호의 첨두값이 상기 직접파 탐지 임계치보다 큰 경우, 그 수신된 신호를 직접파로서 탐지하는 단계를 포함하는
    비동기 양상태 소나 시스템에서의 직접파 탐지 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 가상 임계치에 대한 펄스 반복 주기(PRI)를 추정하는 단계는,
    상기 각각의 가상 임계치별로, 상기 각각의 가상 임계치보다 큰 첨두값을 갖는 신호가 수신된 시점과 그 이전에 수신된 시점과의 시간 간격에 따라 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 측정값을 산출하여 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정값으로서 초기화하는 단계;
    상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정을 시작하는 단계; 및
    상기 가상 임계치에 대한 PRI 추정의 시작 이후, 상기 각각의 가상 임계치에 대하여 산출된 PRI 측정값과 상기 PRI 추정값의 차이가 소정의 허용 오차보다 작은 경우에는, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정을 유지하고 상기 PRI 추정값을 갱신하는 단계를 포함하는
    비동기 양상태 소나 시스템에서의 직접파 탐지 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 각각의 가상 임계치에 대한 펄스 반복 주기(PRI)를 추정하는 단계는,
    상기 가상 임계치에 대한 PRI 추정의 시작 이후, 상기 각각의 가상 임계치에 대하여 산출된 PRI 측정값과 상기 PRI 추정값의 차이가 상기 소정의 허용 오차 이상인 경우에는, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정을 중단하는 단계를 더 포함하는
    비동기 양상태 소나 시스템에서의 직접파 탐지 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 직접파의 펄스 반복 주기(PRI)를 추정하는 단계는,
    PRI 추정이 유지되고 있는 가상 임계치들을, 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정값에 기초하여, 하나 이상의 그룹으로 그룹화하는 단계;
    상기 그룹 각각의 PRI 대표값을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 그룹 각각의 PRI 대표값 중 하나를 직접파 PRI 추정값으로 설정하는 단계를 포함하는
    비동기 양상태 소나 시스템에서의 직접파 탐지 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 그룹 각각의 PRI 대표값 중 하나를 직접파 PRI 추정값으로 설정하는 것은,
    이전의 직접파 PRI 추정값이 존재하지 않는 경우에는, 가상 임계치들이 가장 많이 속한 그룹의 PRI 대표값을 상기 직접파 PRI 추정값으로 초기화하고,
    이전의 직접파 PRI 추정값이 존재하는 경우에는, 상기 이전의 직접파 PRI 추정값과 가장 가까운 PRI 대표값을 갖는 그룹의 PRI 대표값과 상기 이전의 직접파 PRI 추정값의 차이가 미리 결정된 허용 오차 범위 이내에 있으면 상기 가장 가까운 PRI 대표값을 갖는 그룹의 PRI 대표값을 현재의 직접파 PRI 추정값으로 설정하는
    비동기 양상태 소나 시스템에서의 직접파 탐지 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 직접파 탐지 임계치는, PRI 대표값이 상기 직접파 PRI 추정값으로 설정되는 그룹 내의 가상 임계치들 중의 최대 크기 및 최소 크기에 기초하여 설정되는
    비동기 양상태 소나 시스템에서의 직접파 탐지 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 탐지된 직접파의 수신 시간을 추정하는 단계를 더 포함하는
    비동기 양상태 소나 시스템에서의 직접파 탐지 방법.
  8. 비동기 양상태 소나 시스템으로서,
    입력 신호를 수신하는 신호 수신부;
    각각의 가상 임계치가 상이한 크기를 가지는 복수의 가상 임계치를 설정하고, 상기 각각의 가상 임계치별로, 상기 수신부에서 각각의 가상 임계치보다 큰 첨두값을 갖는 신호가 수신된 시점과 그 이전에 수신된 시점과의 시간 간격에 기초하여, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 펄스 반복 주기(PRI; Pulse Repetition Interval)를 추정하는, 가상 임계치 PRI 추정부;
    상기 추정된 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 에 기초하여, 상기 소나 시스템의 송신부로부터 송신된 직접파의 펄스 반복 주기(PRI)를 추정하는, 직접파 PRI 추정부;
    직접파 탐지 임계치를 설정하는, 직접파 탐지 임계치 설정부; 및
    상기 수신부에서 수신되는 신호의 첨두값이 상기 직접파 탐지 임계치보다 큰 경우, 그 수신된 신호를 직접파로서 탐지하는, 직접파 탐지부를 포함하는
    비동기 양상태 소나 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가상 임계치 PRI 추정부는,
    상기 각각의 가상 임계치별로, 상기 각각의 가상 임계치보다 큰 첨두값을 갖는 신호가 수신된 시점과 그 이전에 수신된 시점과의 시간 간격에 따라 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 측정값을 산출하여 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정값으로서 초기화하고,
    상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정을 시작하고,
    상기 가상 임계치에 대한 PRI 추정의 시작 이후, 상기 각각의 가상 임계치에 대하여 산출된 PRI 측정값과 상기 PRI 추정값의 차이가 소정의 허용 오차보다 작은 경우에는, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정을 유지하고 상기 PRI 추정값을 갱신하는
    비동기 양상태 소나 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가상 임계치 PRI 추정부는,
    상기 가상 임계치에 대한 PRI 추정의 시작 이후, 상기 각각의 가상 임계치에 대하여 산출된 PRI 측정값과 상기 PRI 추정값의 차이가 상기 소정의 허용 오차 이상인 경우에는, 상기 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정을 중단하는
    비동기 양상태 소나 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 직접파 PRI 추정부는,
    PRI 추정이 유지되고 있는 가상 임계치들을, 각각의 가상 임계치에 대한 PRI 추정값에 기초하여, 하나 이상의 그룹으로 그룹화하고,
    상기 그룹 각각의 PRI 대표값을 결정하고,
    상기 결정된 그룹 각각의 PRI 대표값 중 하나를 직접파 PRI 추정값으로 설정하는
    비동기 양상태 소나 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 그룹 각각의 PRI 대표값 중 하나를 직접파 PRI 추정값으로 설정하는 것은,
    이전의 직접파 PRI 추정값이 존재하지 않는 경우에는, 가상 임계치들이 가장 많이 속한 그룹의 PRI 대표값을 상기 직접파 PRI 추정값으로 초기화하고,
    이전의 직접파 PRI 추정값이 존재하는 경우에는, 상기 이전의 직접파 PRI 추정값과 가장 가까운 PRI 대표값을 갖는 그룹의 PRI 대표값과 상기 이전의 직접파 PRI 추정값의 차이가 미리 결정된 허용 오차 범위 이내에 있으면 상기 가장 가까운 PRI 대표값을 갖는 그룹의 PRI 대표값을 현재의 직접파 PRI 추정값으로 설정하는
    비동기 양상태 소나 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 직접파 탐지 임계치는, PRI 대표값이 상기 직접파 PRI 추정값으로 설정되는 그룹 내의 가상 임계치들 중 최대 크기 및 최소 크기에 기초하여 설정되는
    비동기 양상태 소나 시스템.
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