KR102197054B1 - 잠수함의 소음 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

소음 특성을 감안하여 능동소음제어(Active Noise Control) 방식으로 잠수함의 프로펠러로부터 기인되는 수중방사소음을 획기적으로 감소시킬 수 있는 잠수함의 소음 처리 시스템 및 방법에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 프로펠러의 소음신호를 수신하는 하이드로폰, 하이드로폰에서 수신된 상기 프로펠러의 소음신호를 입력 받아 상보신호를 생성하는 제어부 및, 제어부에서 생성된 상보신호를 전달받아 프로펠러에 전송하는 트랜스미터를 포함하는 잠수함의 소음 처리 시스템을 제공한다.

Description

잠수함의 소음 처리 시스템 및 방법{SUBMARINE NOISE TREATMENT SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명의 실시예는 잠수함의 소음처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 능동소음제어(Active Noise Control) 방식으로 잠수함의 프로펠러로부터 기인되는 수중방사소음을 획기적으로 감소시킬 수 있는 잠수함의 소음처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
잠수함은 수중을 잠항할 수 있으며, 이를 위해 함내의 전원을 공급받아 동작하는 추진모터 등에 의해 회전력이 발생되고, 이 회전력이 프로펠러까지 전달되어 추진력을 발생시킨다.
종래의 경우 잠수함의 프로펠러로부터 기인하는 수중방사소음을 줄이기 위하여 수동적인 소음제어 방법이 주로 이용되어 왔다.
예를 들면, 추진축을 복수 개에서 단일 형태로 변경하거나, 프로펠러의 재질을 고감쇄 재질로 채택하거나, 또는 프로펠러 끝이 회전 방향과 반대로 구부러진 프로펠러(즉, Back Skewed Propeller)를 사용하여 타기를 수상함과 반대로 프로펠러보다 전방에 설치하여 해수가 타기에 부딪혀 발생되는 소음을 없애는 등의 방식이 이용되었다.
하지만, 이와 같은 종래의 수동적인 소음제거 방법은 디자인 및 설치가 완료된 후 문제점 발생 시 개선에 어려움이 따랐다. 또한, 프로펠러 디자인 최적화를 통해 수중방사소음을 효과적으로 저감시키기에는 한계가 있었다.
능동 유체 소음기(대한민국 등록특허공보 제10-1412075호)
본 발명은 잠수함의 소음 특성을 감안하여 능동소음제어(Active Noise Control) 방식으로 잠수함의 프로펠러로부터 기인되는 수중방사소음을 획기적으로 감소시킬 수 있는 잠수함의 소음처리 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 프로펠러의 소음신호를 수신하는 하이드로폰; 상기 하이드로폰에서 수신된 상기 프로펠러의 소음신호를 입력 받아 상보신호를 생성하는 제어부; 및 상기 제어부에서 생성된 상보신호를 전달받아 프로펠러에 전송하는 트랜스미터를 포함하는 잠수함의 소음 처리 시스템을 제공한다.
상기 하이드로폰 및 트랜스미터 각각은 적어도 하나씩 페어(pair)를 이루어 배치될 수 있다.
상기 하이드로폰 및 트랜스미터 각각은 적어도 하나씩 페어(pair)를 이루어 배치되되, 상기 제어부에서 생성된 상보신호는 상기 프로펠러의 소음신호를 수신한 상기 하이드로폰과 동일 페어 상에 배치된 상기 트랜스미터로 전송할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 하이드로폰에서 수신된 상기 프로펠러의 소음신호의 위상(phase), 진폭(amplitude), 진동수(frequency) 중 하나 이상을 이용하여 상기 트랜스미터로 전달하는 상보신호를 생성할 수 있다.
상기 상보신호는, 상기 하이드로폰에서 수신된 상기 프로펠러의 소음신호와 반대되는 위상(phase) 및 진폭(amplitude)을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 프로펠러의 소음신호를 수신하는 하이드로폰; 상기 하이드로폰에서 수신된 상기 프로펠러의 소음신호를 입력 받아 상보신호를 생성하는 제어부; 상기 제어부에서 생성된 상보신호를 전달받아 프로펠러에 전송하는 트랜스미터; 및 상기 트랜스미터에 전송될 상기 상보신호를 예측하고, 상기 하이드로폰에서 지속적으로 수신되는 상기 프로펠러의 소음신호를 기반으로 상기 예측된 상보신호를 보정하는 피드백 디텍터를 포함하는 잠수함의 소음 처리 시스템을 제공한다.
상기 피드백 디텍터는 칼만 필터를 이용한 예측 기법을 이용할 수 있다.
상기 하이드로폰 및 트랜스미터 각각은 적어도 하나씩 페어(pair)를 이루어 배치될 수 있다.
상기 하이드로폰 및 트랜스미터 각각은 적어도 하나씩 페어(pair)를 이루어 배치되되, 상기 제어부에서 생성된 상보신호는 상기 프로펠러의 소음신호를 수신한 상기 하이드로폰과 동일 페어 상에 배치된 상기 트랜스미터로 전송할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 하이드로폰에서 수신된 상기 프로펠러의 소음신호의 위상(phase), 진폭(amplitude), 진동수(frequency) 중 하나 이상을 이용하여 상기 트랜스미터로 전달하는 상보신호를 생성할 수 있다.
상기 상보신호는, 상기 하이드로폰에서 수신된 상기 프로펠러의 소음신호와 반대되는 위상(phase) 및 진폭(amplitude)을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기의 잠수함의 소음 처리 시스템을 이용한 잠수함의 소음 처리 방법으로서, 상기 하이드로폰에서 프로펠러의 소음신호를 수신하는 단계; 상기 하이드로폰에서 상기 수신된 소음신호를 전기적 신호로 변환하여 상기 제어부로 전송하는 단계; 상기 제어부에서 상기 변환된 전기적 신호를 상쇄할 상보신호를 생성하고, 상기 생성된 상보신호를 상기 트랜스미터로 전송하는 단계; 상기 트랜스미터에서 상기 생성된 상보신호에 대응하는 소음신호를 상기 프로펠러에 전송하는 단계; 및 상기 피드백 디텍터에서 상기 상보신호를 예측하고, 상기 하이드로폰에서 지속적으로 수신되는 상기 프로펠러의 소음신호를 기반으로 상기 예측된 상보신호를 보정하는 단계를 포함하는 잠수함의 소음 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 잠수함의 소음 특성을 감안하여 능동소음제어(Active Noise Control) 방식으로 잠수함의 프로펠러로부터 기인되는 수중방사소음을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 잠수함 소음 특성, 즉 선형방향성을 고려하여 하이드로폰 및 트랜스미터를 페어(pair)로 배치하고, 소음의 상보적 신호를 피드백 디텍터에서 예측하여 실시간으로 소음을 추적 및 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함의 소음 처리 시스템을 간략히 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함의 소음 처리 방법을 간략히 도시한 순서도.
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 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
그리고 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 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, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함의 소음 처리 시스템 및 방법에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함의 소음 처리 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 잠수함의 소음 처리 시스템(100)은 하이드로폰(110), 트랜스미터(120), 피드백 디텍터(130), 그리고 제어부(140)를 포함한다.
상기 잠수함(1)의 소음 처리 시스템(100)은 잠수함의 프로펠러(3)에서 발생되는 비공동 소음의 경우 프로펠러의 RPM과 선형적인 관계가 있는 리니어 시스템(Linear System)적인 노이즈에 해당되므로, ANC(Active Noise Control) 방식으로 처리할 수 있다.
하이드로폰(110)은 프로펠러(3)의 소음신호를 샤프트(5)를 통해 수신하고 전기적인 신호로 변환시킬 수 있다.
그리고 제어부(140)는 상기 하이드로폰(110)에서 전기적인 신호로 변환된 프로펠러의 소음신호를 전달받아 이를 상쇄시킬 수 있는 상보신호를 생성할 수 있다.
트랜스미터(120)는 상기 제어부(140)에서 생성된 상보신호를 전달받아 소음신호로 변환한 후 프로펠러(3)에 전송할 수 있다.
그리고, 피드백 디텍터(130)는 상기 트랜스미터(120)에 전송될 상기 상보신호를 예측하고, 상기 하이드로폰(110)에서 지속적으로 수신되는 상기 프로펠러(3)의 소음신호를 기반으로 상기 예측된 상보신호를 보정하는 역할을 담당한다. 그리고 상기 피드백 디텍터(130)는 칼만 필터를 이용한 예측 기법(이를, 'Kalman predictor'라 함)을 이용할 수 있다.
예컨대, 상기 피드백 디텍터(130)는 상기 Kalman predictor를 통해 상기 하이드로폰(110)으로부터 측정된 소음신호와, 이전에 측정된 소음신호를 바탕으로 앞으로의 신호를 예측하며, 예측 신호 및 측정 신호를 비교하여 예측된 신호가 소정 범위를 벗어나는 경우 그때 그때 예측된 상보신호를 보정할 수 있다. 이와 같은 방식에 따라 적응 제어(adaptive control)가 가능한 장점이 있다.
한편, 상기 하이드로폰(110)과 트랜스미터(120) 각각은 하나씩 쌍, 즉 페어(pair)를 이루어 배치될 수 있다. 또한, 상기 하이드로폰(110)과 트랜스미터(120)는 페어를 이루어 배치되되, 다수 개가 구비될 수 있다. 하이드로폰(110)과 트랜스미터(120)의 배치 방법은 샤프트의 위치 및 소음의 방향성에 따라 달라질 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부(140)에서 생성된 상보신호를 트랜스미터로 전송할 때, 상기 상보신호를 전송 받는 트랜스미터(120)는 상기 하이드로폰(110)과 동일 페어 상에 배치됨으로써 소음 신호를 효율적으로 상쇄시킬 수 있다.
그리고 상기 제어부(140)는 상기 하이드로폰(120)에서 수신된 상기 프로펠러의 소음신호의 위상(phase), 진폭(amplitude), 진동수(frequency) 중 하나 이상을 이용하여 상보신호를 생성할 수 있다. 바람직한 예로서, 상기 제어부(140)에서 생성되는 상보신호는 상기 하이드로폰(110)에서 수신된 상기 프로펠러(3)의 소음신호와 반대되는 위상(phase) 또는 진폭(amplitude)을 가질 수 있다.
한편, 제어부(140)는 소음 신호를 수신할 때마다 매번 상쇄 신호를 생성하지 않을 수 있다. 예컨대, 제어부(140)는 피드백 디텍터(130)와 연동하여 예측된 신호가 소정 범위를 벗어나서 보정이 필요한 경우에 보정된 신호를 기반으로 상쇄 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라 상쇄 신호의 생성 및 예측에 소요되는 시간 등을 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함의 소음 처리 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 하이드로폰(도 1의 도면부호 110)에서 프로펠러의 소음신호를 수신하는 단계(S100)가 수행될 수 있다. 이 단계에서는 하이드로폰을 이용하여 프로펠러의 소음신호(즉, 음파)를 샤프트를 통해 수신할 수 있다.
다음으로, 하이드로폰(도 1의 도면부호 110)에서 수신된 음파를 전기적 신호로 변환하여 제어부(도 1의 도면부호 140)로 전송하는 단계(S200)가 수행될 수 있다.
그 다음으로, 제어부(도 1의 도면부호 140)에서 하이드로폰으로부터 변환된 전기적 신호를 상쇄할 상보신호를 생성하고, 상기 생성된 상보신호를 트랜스미터(도 1의 120)로 전송하는 단계(S300)가 수행될 수 있다.
그 다음으로, 트랜스미터(도 1의 도면부호 120)에서는 상기 생성된 상보신호에 대응하는 소음신호(즉, 음파)를 프로펠러(또는 샤프트)에 전송하는 단계(S400)가 수행될 수 있다.
한편, 그 다음으로 피드백 디텍터(도 1의 도면부호 130)에서 상기 상보신호를 예측하고, 하이드로폰(도 1의 도면부호 110)으로부터 지속적으로 수신되는 프로펠러의 소음신호를 기반으로 상기 예측된 상보신호를 보정(즉, 업데이트)하는 단계(S500)가 수행될 수 있다. 그리고 전술한 단계 S100, S200, S300, S400, 그리고 S500은 반복적으로 수행될 수행되어 잠수함의 소음 처리에 관한 능동적인 제어가 이루어질 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 단계(S200) 에서 제어부(140)는 소음 신호를 수신할 때마다 매번 상쇄 신호를 생성하지 않고 피드백 디텍터(130)가 상보 신호의 예측값을 업데이트할 때마다 생성할 수 있는 등 도 2의 각 단계의 순서에 구애 받지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 잠수함의 소음 특성을 감안하여 능동소음제어(Active Noise Control) 방식으로 잠수함의 프로펠러로부터 기인되는 수중방사소음을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
또한, 잠수함 소음 특성, 즉 선형방향성을 고려하여 하이드로폰 및 트랜스미터를 페어(pair)로 배치하고, 소음의 상보적 신호를 피드백 디텍터에서 예측하여 실시간으로 소음을 추적 및 제거할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
지금까지 본 발명인 잠수함의 소음 처리 시스템 및 방법에 관하여 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였다.
전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 잠수함
3: 프로펠러
5: 샤프트
100: 잠수함의 소음 처리 시스템
110: 하이드로폰(Hydrophone)
120: 트랜스미터(Transmitter)
130: 피드백 디텍터(Feedback Detector)
140: 제어부(Control System)

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 프로펠러의 소음신호를 수신하는 하이드로폰;
    상기 하이드로폰에서 수신된 상기 프로펠러의 소음신호를 입력 받아 상보신호를 생성하는 제어부;
    상기 제어부에서 생성된 상보신호를 전달받아 프로펠러에 전송하는 트랜스미터; 및
    상기 트랜스미터에 전송될 상기 상보신호를 예측하고, 상기 하이드로폰에서 지속적으로 수신되는 상기 프로펠러의 소음신호를 기반으로 상기 예측된 상보신호를 보정하는 피드백 디텍터를 포함하는 잠수함의 소음 처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피드백 디텍터는 칼만 필터를 이용한 예측 기법을 이용하는 잠수함의 소음 처리 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 하이드로폰 및 트랜스미터 각각은 적어도 하나씩 페어(pair)를 이루어 배치되는 잠수함의 소음 처리 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 하이드로폰 및 트랜스미터 각각은 적어도 하나씩 페어(pair)를 이루어 배치되되,
    상기 제어부에서 생성된 상보신호는 상기 프로펠러의 소음신호를 수신한 상기 하이드로폰과 동일 페어 상에 배치된 상기 트랜스미터로 전송하는 잠수함의 소음 처리 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하이드로폰에서 수신된 상기 프로펠러의 소음신호의 위상(phase), 진폭(amplitude), 진동수(frequency) 중 하나 이상을 이용하여 상기 트랜스미터로 전달하는 상보신호를 생성하는 잠수함의 소음 처리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상보신호는,
    상기 하이드로폰에서 수신된 상기 프로펠러의 소음신호와 반대되는 위상(phase) 및 진폭(amplitude)을 갖는 잠수함의 소음 처리 시스템.
  12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항의 잠수함의 소음 처리 시스템을 이용한 잠수함의 소음 처리 방법으로서,
    상기 하이드로폰에서 프로펠러의 소음신호를 수신하는 단계;
    상기 하이드로폰에서 상기 수신된 소음신호를 전기적 신호로 변환하여 상기 제어부로 전송하는 단계;
    상기 제어부에서 상기 변환된 전기적 신호를 상쇄할 상보신호를 생성하고, 상기 생성된 상보신호를 상기 트랜스미터로 전송하는 단계;
    상기 트랜스미터에서 상기 생성된 상보신호에 대응하는 소음신호를 상기 프로펠러에 전송하는 단계; 및
    상기 피드백 디텍터에서 상기 상보신호를 예측하고, 상기 하이드로폰에서 지속적으로 수신되는 상기 프로펠러의 소음신호를 기반으로 상기 예측된 상보신호를 보정하는 단계를 포함하는 잠수함의 소음 처리 방법.
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