KR102265899B1 - Method and apparatus for demon processing in order that removal of external target noise when measuring underwater radiated noise, computer-readable storage medium and computer program for controlling the holder device - Google Patents

Method and apparatus for demon processing in order that removal of external target noise when measuring underwater radiated noise, computer-readable storage medium and computer program for controlling the holder device Download PDF

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한민수
이희창
김성용
김태형
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to a signal processing method and apparatus, a computer-readable recording medium, and a computer program capable of removing external target noise when measuring radiated noise in water. The method comprises the steps of: converting underwater radiated noise data into digital signals; performing windowing according to the distribution between a plurality of hydroacoustic listeners; converting a time domain signal into a frequency domain signal; normalizing to remove a magnitude term of a desired target signal; and extracting propulsion system information of an external target. According to the present invention, since signal processing is simple, configuration can be ensured at a low cost.

Description

수중 방사 소음 측정시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 방법 및 장치, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 컴퓨터 프로그램{METHOD AND APPARATUS FOR DEMON PROCESSING IN ORDER THAT REMOVAL OF EXTERNAL TARGET NOISE WHEN MEASURING UNDERWATER RADIATED NOISE, COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM AND COMPUTER PROGRAM FOR CONTROLLING THE HOLDER DEVICE}Signal processing method and device, computer readable recording medium, and computer program capable of removing external target noise when measuring underwater radiated noise MEDIUM AND COMPUTER PROGRAM FOR CONTROLLING THE HOLDER DEVICE}

실시예는 수중 방사 소음 신호 처리 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GPS 정보를 이용하여 외부 표적 소음을 제거 및 억압하고 원하는 표적의 추진기 소음(포락션 신호)를 복원 및 탐지가 가능한 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.The embodiment relates to an underwater radiation noise signal processing technology, and more specifically, a signal processing method capable of removing and suppressing external target noise using GPS information and restoring and detecting the thruster noise (portion signal) of a desired target; and It's about the device.

함정 또는 수중 고속 기동 표적에서 발생하는 프로펠러 캐비테이션 방사소음 신호가 데몬(DEMON) 신호 처리되면, 함정의 프로펠러축 회전수와 날개 회전수 및 축 수 등의 정보가 확인 및 구별될 수 있다.If the propeller cavitation radiation noise signal generated from a ship or a high-speed underwater maneuvering target is processed by a DEMON signal, information such as the number of propeller shaft rotations, wing rotations and shaft numbers of the ship can be identified and distinguished.

기존에 사용되는 데몬(DEMON) 신호처리는 일반적으로 수중 청음기로 수신된 신호를 A/D(Analog to Digital) 프로세서를 거치면서 정해진 샘플링 레이트(sampling rate)에 따라 디지털 신호로 바뀌게 된다. 그 후, 이 신호는 DC(Direct Current) 바이어스(bias) 및 저주파 대역에 있는 높은 주변 소음을 없애기 위해 밴드패스 필터를 거치게 된다.In conventional DEMON signal processing, a signal received by a hydrophone is generally converted to a digital signal according to a predetermined sampling rate while passing through an A/D (Analog to Digital) processor. After that, the signal is subjected to a bandpass filter to reject direct current (DC) bias and high ambient noise in the low frequency band.

밴드패스 필터를 거친 신호를 힐버트 변환(Hilbert transform)을 통하여 실수 값을 가지는 신호를 복소수로 바꿈으로 신호의 순시 세기와 순시 위상 값을 가지는 신호로 변하게 된다. 그리고 이 값에 RMS(root mean square) 값을 구함으로써 측정신호 전체의 포락선(Envelope) 크기를 나타내는 값으로 바꾸게 된다. 마지막으로 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 과정을 가짐으로 인하여 프로펠러의 캐비테이션 소음과 같이 광대역에 걸쳐 주기적으로 나타나는 신호의 특징을 알 수 있게 된다.The signal that has passed through the bandpass filter is converted into a signal having an instantaneous intensity and an instantaneous phase value by converting a signal having a real value to a complex number through a Hilbert transform. Then, by calculating a root mean square (RMS) value from this value, it is converted into a value representing the size of the entire envelope of the measurement signal. Finally, by having a Fast Fourier Transform (FFT) process, it is possible to know the characteristics of a signal that appears periodically over a wide band, such as cavitation noise of a propeller.

그런데, 표적의 수중방사소음 분석의 정량적 시험 평가 요구가 증대되고 있다. 하지만 시험 평가 시 측정 표적 외의 표적들이 존재하고 종래 기술을 이용하여 데몬(DEMON) 신호처리를 한다면 원하지 않는 외부 표적 소음의 정보가 동시에 나타날 것이다. 이러한 외부 표적 소음 정보는 신호 분석시 모호함을 가져온다. 그렇기 때문에 원하는 표적 외의 방사소음에 대한 신호분리를 하여 객관적이고 정밀한 시험평가 지원이 가능하도록 해야 한다.However, there is an increasing demand for quantitative test evaluation of underwater radiation noise analysis of targets. However, if there are targets other than the measurement target during test evaluation and DEMON signal processing is performed using the prior art, unwanted external target noise information will appear at the same time. Such external target noise information introduces ambiguity in signal analysis. Therefore, it is necessary to separate the signal for radiated noise other than the desired target to enable objective and precise test evaluation support.

이러한 표적 탐지 기술을 보여주는 선행문헌으로 한국음향학회지 제36권 제 6호 pp. 378~386(블라인드 디컨볼루션 및 time of arrival 기법을 이용한 수중 표적 거리 추정 성능 향상 기법), 한국특허등록 번호 제10-2015-0016745호(발명의 명칭: 위상 왜곡을 보상한 실시간 음원분리장치), 한국특허등록 번호 제10-1303192호(발명의 명칭: 수동 소나시스템 및 이의 데몬 처리 향상기법) 등을 들 수 있다.As a precedent document showing such target detection technology, the Journal of the Korean Acoustic Society, Vol. 36, No. 6 pp. 378~386 (a technique for improving underwater target distance estimation performance using blind deconvolution and time of arrival techniques), Korean Patent Registration No. 10-2015-0016745 (Title of the invention: Real-time sound source separation device compensating for phase distortion) , Korea Patent Registration No. 10-1303192 (Title of the invention: passive sonar system and its daemon processing improvement technique), and the like.

이중 논문 블라인드 디컨볼루션 및 time of arrival 기법을 이용한 수중 표적 거리 추정 성능 향상 방법의 경우 다중경로 환경에서 수중 추적 시 다중경로에 의해 송신 신호가 왜곡되었을 때 간섭 신호를 제거한 후 정확한 송신 신호를 복원하여 수중추적 정확도를 향상시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 수신되는 신호는 평면파라고 가정하고 수직 선배열(vertical line array) 시스템 및 지연 합 빔 형성(delay and sum beamforming)을 이용해 송신 신호의 직접파(direct path)의 방위를 추정하며, 이를 음선기반 블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution)기법에 적용해 채널 전달함수 계산 및 다중경로 신호를 제거하는 방법이다.In the case of the method for improving the underwater target distance estimation performance using the double thesis blind deconvolution and time of arrival techniques, when the transmission signal is distorted by the multipath during underwater tracking in a multipath environment, the interference signal is removed and then the accurate transmission signal is restored. It relates to a method for improving underwater tracking accuracy. In particular, it is assumed that the received signal is a plane wave, and the direction of the direct path of the transmitted signal is estimated using a vertical line array system and delay and sum beamforming. It is a method of calculating the channel transfer function and removing the multipath signal by applying the blind deconvolution technique.

상기 논문 블라인드 디컨볼루션 및 time of arrival 기법을 이용한 수중 표적 거리 추정 성능 향상 방법과 본 발명의 공통점은 여러 신호의 간섭환경에서 음선기반 블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution)기법을 적용하여 채널 전달함수를 계산하고 시역전 방법을 통해 간섭신호를 제거하는 것이다. 하지만 본 발명은 원하는 표적의 거리 및 방위 값 추정 후 채널 전달함수 계산을 위해 기존의 평면파 가정 및 수직 선배열(vertical line array)을 사용하지 않고 초점 빔 형성(focused beamforming) 개념을 도입하여 곡면파 가정 및 수중방사소음 측정 시 소음원 준위 계산을 위해 측정 장비 및 원하는 표적에 설치된 위성항법장치(GPS:Global Positioning System)를 사용하여 상대 거리 및 방위를 계산하였다. 그렇기 때문에, 표적 탐지를 위한 다수의 청음기가 필요 없으며 하드웨어 및 신호처리가 비교적 간단해지고 원하는 표적이 측정 장비로 근접 통과시 발생하는 곡면파 보정이 가능하므로 본 발명의 성능을 향상시킨다. 그리고 본 방법은 다중경로 신호 제거 후 원 신호 복원이 아닌 상대적으로 저주파인 외부 표적들의 데몬(DEMON) 신호를 근접장 음선기반 블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution) 기법을 적용해 제거하는 방법에 차이가 있다. The method of improving the underwater target distance estimation performance using the blind deconvolution and time of arrival techniques described above and the present invention have a common feature of the present invention by applying a sound-based blind deconvolution method in an interference environment of multiple signals to obtain a channel transfer function. It calculates and removes the interference signal through the time reversal method. However, the present invention introduces the concept of focused beamforming without using the conventional plane wave assumption and vertical line array for calculating the channel transfer function after estimating the distance and azimuth values of the desired target to assume the curved wave. And to calculate the noise source level when measuring the underwater radiation noise, the relative distance and orientation were calculated using the measuring equipment and the Global Positioning System (GPS) installed on the desired target. Therefore, there is no need for multiple listeners for target detection, hardware and signal processing are relatively simple, and curved wave correction generated when a desired target passes close to the measuring device is possible, thereby improving the performance of the present invention. In addition, this method differs in the method of removing the DEMON signal of relatively low frequency external targets by applying the near-field sound-based blind deconvolution technique, rather than restoring the original signal after removing the multipath signal.

그리고 한국특허등록 번호 제10-2015-0016745호의 경우 원하는 신호와 잡음이 혼합되어 입력될 때 각 신호들을 상호 독립적이라 가정하고 독립요소해석기법(information maximization approach)에 기반을 둔 블라인드 디콘볼루션(blind deconvolution)을 수행하여 외부 잡음을 제거하는 방법이다.And in the case of Korean Patent Registration No. 10-2015-0016745, when a desired signal and noise are mixed and input, each signal is assumed to be mutually independent and blind deconvolution is based on an information maximization approach. deconvolution) to remove external noise.

상기 한국특허등록 번호 제10-2015-0016745호과 본 발명의 공통점은 잡음이 존재할 때 원하는 목표 신호를 탐지하는 방법이다. 하지만 본 발명은 각 신호들을 상호 독립적이라 가정하지 않으며, 확률적으로 잡음을 제거하지 않고 위성항법장치(GPS :Global Positioning System)기반 근접장 음선기반 블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution)을 이용하여 공간적으로 다수 표적들의 신호를 제거하고 원하는 표적 신호를 복원하는 것에 차이가 있다. A common feature between the Korea Patent Registration No. 10-2015-0016745 and the present invention is a method of detecting a desired target signal when noise is present. However, the present invention does not assume that each signal is independent of each other, and does not remove noise in a probabilistic manner, but uses a global positioning system (GPS)-based near-field sound-based blind deconvolution to spatially multiple There is a difference in removing the signal of the targets and restoring the desired target signal.

한편, 한국특허등록 번호 제10-1303192호의 경우, 소나시스템을 이용한 데몬(DEMON) 처리 향상기법에 관한 내용으로 센서에 수집된 방사 소음에 토널(Tonal)신호 주파수 영향이 제거 될 수 있는 데몬(DEMON) 처리 기법이다. 상기 한국특허등록 번호 제10-1303192호과 본 발명의 공통점은 데몬(DEMON) 처리 향상기법에 관한 내용이다.On the other hand, in the case of Korean Patent Registration No. 10-1303192, it is about a DEMON processing improvement technique using a sonar system, and the DEMON signal frequency effect on the radiated noise collected by the sensor can be removed. ) processing technique. A common feature between the Korea Patent Registration No. 10-1303192 and the present invention is that it relates to a DEMON processing improvement technique.

하지만 본 발명은 단순히 토널(Tonal)신호 주파수 영향의 제거가 아닌 외부에서 발생되는 모든 소음의 영향을 공간적으로 억제 및 제거하여 원하는 표적 신호에 대한 스펙트럼(spectrum) 에너지를 복원하고 RMS(Root Mean Sqaure) 과정을 거침으로써 원하는 표적의 프로펠러축 회전수와 날개 회전수 및 축 수 등의 정보를 확인 및 구별될 수 있다.However, the present invention does not simply remove the tonal signal frequency effect, but spatially suppresses and removes the effect of all external noise to restore the spectrum energy for the desired target signal and RMS (Root Mean Sqaure) By going through the process, information such as the number of rotations of the propeller shaft and the number of blades and shafts of the desired target can be identified and distinguished.

위 선행기술들은 수중 음향 측정 시 외부표적 소음 유입으로 인한 측정표적 신호분석의 어려움을 해결하고자 한다. 따라서 수중방사소음 측정 지침 ANSI/ASA(AMERICAN NATIONAL STANDARD) S12.64-2009/PART 1의 B Class에 따라 위성항법장치(GPS :Global Positioning System) 및 최소 3개 이상의 수중 청음기 그리고 근접장 음선기반 블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution) 기법을 적용해 외부 표적들의 추진기소음을 분리함으로 측정하고자 하는 표적 추진기신호를 보다 명확하게 분석할 수 있다.The above prior art attempts to solve the difficulty of measuring target signal analysis due to the inflow of external target noise when measuring underwater acoustics. Therefore, according to Class B of the underwater radiation noise measurement guideline ANSI/ASA (AMERICAN NATIONAL STANDARD) S12.64-2009/PART 1, a Global Positioning System (GPS), at least three hydrophones, and a near-field sound-based blind decon By applying the blind deconvolution technique to separate the thruster noise of external targets, the target thruster signal to be measured can be analyzed more clearly.

상술한 문제점을 해결하기 위해, 실시예는 위성항법장치(GPS: Global Positioning System), 복수의 수중 청음기 및 근접장 음선기반 블라인드 디컨볼루션 기법을 이용하여 외부 표적과 원하는 표적의 포락션 신호를 분리 및/또는 xkaq지가 가능한 신호처리 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the embodiment uses a global positioning system (GPS), a plurality of hydrophones, and a near-field sound-based blind deconvolution technique to separate the fraction signal of an external target and a desired target, and It is an object of the present invention to provide a signal processing method and apparatus capable of / or xkaq.

실시예에 따른 신호 처리 방법은 복수의 수중 음향 청음기를 이용하여 원하는 표적 및 다수의 외부 표적으로부터 측정된 수중 방사 소음 데이터를 디지털 신호로 변환하는 단계와, 상기 방사 소음 디지털 신호에 캐비테이션 주파수 발생대역인 대역 통과 필터를 적용하고 상기 다수의 수중 음향 청음기 간 분포에 따른 윈도윙을 수행하는 단계와, 상기 수중 음향 청음기로 수신되는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계와, 상기 주파수 영역 신호에 포함된 원하는 상기 표적 신호의 크기 항을 제거하기 위해 정규화시키는 단계와, 상기 정규화된 신호에 위성항법장치(GPS)를 이용하여 상기 수중 음향 청음기로부터 원하는 표적 간 경사 거리 및 방위를 계산하는 단계와, 초점 빔 형성(focused beamforming) 개념에 표적 간 경사 거리 및 방위 함수 정보를 대입하여 가중치 벡터인 위상 보정 인자를 계산하는 단계와, 상기 정규화된 신호에 상기 가중치벡터를 연산하여 상기 외부 표적 소음이 포함된 채널 전달함수를 계산하는 단계와, 블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution) 개념을 적용하여 상기 채널 전달함수와 수신된 표적의 주파수 영역 신호간의 시역전 기법을 적용하여 상기 외부 표적 소음을 제거하고 원하는 표적 신호의 스펙트럼을 복원하는 단계와, 상기 복원된 스펙트럼을 상기 시간 영역 신호로 역방향 고속 푸리에 변환시키는 단계와, 상기 시간영역 신호 결과에 실효치를 계산하는 단계와, 상기 실효치에 고속 푸리에 변환을 이용하여 상기 외부 표적의 추진 계통 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.A signal processing method according to an embodiment includes converting underwater radiation noise data measured from a desired target and a plurality of external targets into a digital signal using a plurality of hydroacoustic listeners, and a cavitation frequency generation band in the radiation noise digital signal Applying a band-pass filter and performing windowing according to a distribution among the plurality of hydroacoustic devices, and converting a time domain signal received by the hydroacoustic listener into a frequency domain signal, including in the frequency domain signal Normalizing to remove the magnitude term of the desired target signal, and calculating the desired inclination distance and orientation between the targets from the hydroacoustic hearing device using a global positioning system (GPS) in the normalized signal; Calculating a phase correction factor, which is a weight vector, by substituting information on the inclination distance and azimuth function between targets to the concept of focused beamforming, and calculating the weight vector on the normalized signal to include the external target noise Calculating a transfer function, applying a blind deconvolution concept to apply a time reversal technique between the channel transfer function and the received target frequency domain signal to remove the external target noise and reconstructing a spectrum; performing reverse fast Fourier transform of the reconstructed spectrum into the time domain signal; calculating an RMS value on the result of the time domain signal; and using a fast Fourier transform on the RMS value to the external target It may include the step of extracting the propulsion system information of.

또한, 실시예에 따른 신호 처리 장치는 복수의 수중 음향 청음기를 이용하여 원하는 표적 및 다수의 외부 표적으로부터 측정된 수중 방사 소음 데이터를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기와, 상기 방사 소음 디지털 신호에 캐비테이션 주파수 발생대역인 대역 통과 필터를 적용하고 상기 다수의 수중 음향 청음기 간 분포에 따른 윈도윙을 수행하고, 상기 수중 음향 청음기로 수신되는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 대역통과 필터 및 주파수 변환부와, 상기 주파수 영역 신호에 포함된 원하는 상기 표적 신호의 크기 항을 제거하는 정규화부와, 상기 정규화된 신호에 위성항법장치(GPS)를 이용하여 상기 수중 음향 청음기로 부터 원하는 표적 간 경사 거리 및 방위를 계산하는 표적 추적부와, 초점 빔 형성(focused beamforming) 개념에 표적 간 경사 거리 및 방위 함수 정보를 대입하여 가중치 벡터인 위상 보정 인자를 계산하는 위상보정인자 계산부와, 상기 정규화된 신호에 상기 가중치 벡터를 연산하여 상기 외부 표적 소음이 포함된 채널 전달함수를 계산하는 채널 전달함수 추정부와, 블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution) 개념을 적용하여 상기 채널 전달함수와 수신된 표적의 주파수 영역 신호간의 시역전 기법을 적용하여 상기 외부 표적 소음을 제거하고 원하는 표적 신호의 스펙트럼을 복원하는 표적 신호 복원부와, 상기 복원된 스펙트럼을 상기 시간 영역 신호로 역방향 고속 푸리에 변환시키고, 상기 시간영역 신호 결과에 실효치를 계산하고, 상기 실효치에 고속 푸리에 변환을 이용하여 상기 외부 표적의 추진 계통 정보를 추출하는 신호 산출부를 포함할 수 있다.In addition, the signal processing apparatus according to the embodiment includes an A/D converter for converting underwater radiation noise data measured from a desired target and a plurality of external targets into a digital signal using a plurality of underwater acoustic listeners, and the radiation noise digital signal. Bandpass filter and frequency conversion for applying a bandpass filter that is a band of cavitation frequency generation, performing windowing according to distribution among the plurality of hydroacoustic devices, and converting a time domain signal received by the hydroacoustic listener into a frequency domain signal and a normalization unit for removing a magnitude term of the desired target signal included in the frequency domain signal, and a desired inclination distance between the targets from the hydroacoustic hearing device by using a global positioning system (GPS) in the normalized signal, and A target tracking unit that calculates an orientation, a phase correction factor calculator that calculates a phase correction factor that is a weight vector by substituting information on a tilt distance and an orientation function between targets in a focused beamforming concept; A channel transfer function estimator for calculating the channel transfer function including the external target noise by calculating the weight vector, and a blind deconvolution concept applied to the channel transfer function and the received target frequency domain signal By applying the time reversal method between a target signal restoration unit that removes the external target noise and restores a spectrum of a desired target signal, reverse fast Fourier transforms the restored spectrum into the time-domain signal, calculates an rms value on the time-domain signal result, and the rms value may include a signal calculation unit for extracting the propulsion system information of the external target by using the fast Fourier transform.

실시예는 수중음향측정 시 외부표적 소음 유입으로 인한 측정표적 신호분석의 어려움을 해결할 수 있고 별도의 추가 장비를 구축하지 않고 기존의 수중방사소음 측정 하드웨어를 그대로 사용하며, 신호처리가 간단하므로 저비용으로 구성 가능한 효과가 있다.The embodiment can solve the difficulty of measuring target signal analysis due to the inflow of external target noise during underwater acoustic measurement, and it uses the existing underwater radiation noise measurement hardware without building additional equipment, and it is simple to process the signal, so it is low cost. It has a configurable effect.

또한, 실시예는 우리나라 해역과 같이 수중음향측정 시 외부표적의 소음 유입이 없는 해양실험을 가지기 어려운 곳에서 유용하게 사용될 수 있는 효과가 있다.In addition, the embodiment has an effect that can be usefully used in a place where it is difficult to have an ocean experiment without the inflow of noise from an external target during underwater acoustic measurement, such as in the Korean waters.

도 1은 실시예에 따른 수중 방사 소음 측정 시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1에 따른 신호처리과정을 적용한 경우 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 3은 실시예에 따른 수중 방사 소음 측정 시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호 처리 장치를 나타내는 블록도이다.
1 is a flowchart illustrating a signal processing method capable of removing external target noise when measuring underwater radiated noise according to an embodiment.
FIG. 2 is a simulation result graph when the signal processing process according to FIG. 1 is applied.
3 is a block diagram illustrating a signal processing device capable of removing external target noise when measuring underwater radiated noise according to an embodiment.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 다룰 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention is capable of making various changes and dealing with various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and specifically described in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.In describing each figure, like reference numerals are used for like elements.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. shouldn't

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 수중방사소음 측정 시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 방법 및 장치를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a signal processing method and apparatus capable of removing external target noise when measuring underwater radiation noise according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 실시예에 따른 수중 방사 소음 측정 시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 2는 도 1에 따른 신호처리과정을 적용한 경우 시뮬레이션 결과 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a signal processing method capable of removing external target noise when measuring radiated noise underwater according to an embodiment, and FIG. 2 is a simulation result graph when the signal processing process according to FIG. 1 is applied.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 신호 처리 방법은 외부표적 축계 회전성분 제거를 위해, 수중 음향 청음기로부터 측정된 방사 소음 데이터를 A/D(Analog to Digital) 변환하여 소음 디지털 신호를 생성하는 단계를 수행할 수 있다(S100). 여기서, 상기 단계는 3개 이상의 수중 음향 청음기를 이용하여 원하는 표적 및 다수의 외부 표적으로부터 측정된 수중 방사 소음 데이터를 디지털 신호로 변환시킬 수 있다. Referring to FIG. 1 , the signal processing method according to the embodiment comprises the steps of: A/D (Analog to Digital) conversion of radiated noise data measured from a hydrophone to remove an external target shaft rotation component to generate a noise digital signal can be performed (S100). Here, the step may convert underwater radiation noise data measured from a desired target and a plurality of external targets into digital signals using three or more hydroacoustic listeners .

다음으로, 표적들의 기계류 소음을 제거하고 축계 회전성분의 포락선(Envelope) 데이터를 얻기 위하여 방사 소음 디지털 신호에 캐비테이션 주파수 대역인 3~10 kHz내에 1/1 옥타브 대역 필터뱅크 방식의 2kHz~4kHz, 4kHz~8kHz, 8kHz~10kHz 대역에서 필터링을 실시할 수 있다. 그리고, 신호의 사이드 로브 경감과 원하는 대역의 신호 수집을 위해 수중 음향 청음기 간 분포에 따른 해닝 윈도윙(hanning window)을 수행할 수 있다(단계S101).Next, in order to remove the machinery noise of the targets and obtain envelope data of the shaft rotation component, the 1/1 octave band filter bank method 2kHz~4kHz, 4kHz within the cavitation frequency band of 3~10 kHz to the radiated noise digital signal Filtering can be performed in ~8kHz, 8kHz~10kHz bands. Then, in order to reduce the side lobes of the signal and collect the signal of the desired band, a hanning window according to the distribution between the hydroacoustic listeners may be performed (step S101).

다음으로, 계산량을 감소시키고 신호처리의 편의를 위해 수중 음향 청음기로 수신되는 시간영역 신호에 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 이용하여 주파수 영역 신호로 변환하는 단계를 수행할 수 있다(단계 S102).Next, to reduce the amount of calculation and for convenience of signal processing, a step of converting the time-domain signal received by the hydrophone to a frequency-domain signal by using a Fast Fourier Transform (FFT) may be performed (step S102).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020018404441-pat00001
Figure 112020018404441-pat00001

여기서,

Figure 112020018404441-pat00002
는 청음기 배열단 j번째 수신기 위치로 수신되는 시간영역 신호
Figure 112020018404441-pat00003
가 주파수 영역으로 변산된 결과 값이고
Figure 112020018404441-pat00004
는 원하는 표적의 위치
Figure 112020018404441-pat00005
로부터 수신 청음기 배열단
Figure 112020018404441-pat00006
번째 수신기 위치
Figure 112020018404441-pat00007
에서의 채널 전달함수를 나타내며,
Figure 112020018404441-pat00008
는 원하는 표적 신호의 크기 항,
Figure 112020018404441-pat00009
는 원하는 표적 신호의 위상 항을 나타낸다. 다음으로 주파수 변환된 수신 신호에 원하는 표적 신호의 크기 항 제거를 위해 정규화시키는 단계를 수행할 수 있다(단계 S103).here,
Figure 112020018404441-pat00002
is the time domain signal received at the j-th receiver position of the listener array.
Figure 112020018404441-pat00003
is the result value transformed into the frequency domain,
Figure 112020018404441-pat00004
is the desired target position
Figure 112020018404441-pat00005
Listener array group receiving from
Figure 112020018404441-pat00006
second receiver position
Figure 112020018404441-pat00007
represents the channel transfer function in
Figure 112020018404441-pat00008
is the magnitude term of the desired target signal,
Figure 112020018404441-pat00009
denotes the phase term of the desired target signal. Next, a step of normalizing the frequency-converted received signal to remove the magnitude term of the desired target signal may be performed (step S103).

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020018404441-pat00010
Figure 112020018404441-pat00010

여기서,

Figure 112020018404441-pat00011
는 수신신호
Figure 112020018404441-pat00012
에서 원하는 표적 신호의 크기 항
Figure 112020018404441-pat00013
를 제거하기 위해 정규화한 결과이다. 정규화 과정을 거치면, 외부 표적 소음 및 시간지연 함수가 포함된 전달함수
Figure 112020018404441-pat00014
와 원하는 표적 신호의 위상 항
Figure 112020018404441-pat00015
만 분자 항에 남게 되고 크기 감쇄 노이즈로
Figure 112020018404441-pat00016
가 분모 항에 남게 된다.here,
Figure 112020018404441-pat00011
is the received signal
Figure 112020018404441-pat00012
The magnitude term of the desired target signal in
Figure 112020018404441-pat00013
The result is normalized to remove . After the normalization process, the transfer function including the external target noise and time delay function
Figure 112020018404441-pat00014
and the phase term of the desired target signal
Figure 112020018404441-pat00015
Only the numerator term is left and the size decay noise
Figure 112020018404441-pat00016
remains in the denominator term.

다음으로 GPS를 이용하여 원하는 표적 위치를 추적하는 단계를 수행할 수 있다(S104).Next, a step of tracking a desired target position using GPS may be performed (S104).

즉, 정규화 신호에 남아있는 신호의 위상 항 값을 제거하고 채널 전달 함수만 추정하기 위해서는 원하는 표적의 공간적인 위치를 파악해야 하며 위성항법장치(GPS :Global Positioning System)를 이용하여 원하는 표적과 측정 청음기간의 경사 거리 및 방위 계산할 수 있다. 경사 거리를 계산하기 위해서는 측정 장비와 원하는 표적간의 수평 거리 및 청음기들의 수심 정보 그리고 방위 정보들이 필요하다. In other words, in order to remove the phase term value of the signal remaining in the normalized signal and to estimate only the channel transfer function, the spatial position of the desired target must be identified. The slope distance and bearing of the period can be calculated. In order to calculate the inclination distance, the horizontal distance between the measuring equipment and the desired target, depth information of the listeners, and azimuth information are required.

[수학식 3] [Equation 3]

Figure 112020018404441-pat00017
Figure 112020018404441-pat00017

여기서,WSSRc는 Wanted Ship Slant Range의 약자로 원하는 3개 이상의 측정 센서 중 중간의 센서와 표적 간의 경사 거리이며, GPSR는 위성항법장치로 계산된 원하는 표적과 측정 장비간의 수평거리, Sensorc는 3개 이상의 측정 센서 중 중간의 센서 깊이를 의미한다. 또한, WSSRc는 표적의 경사거리 및 방위 정보를 모두 포함하기 때문에 초점 빔 형성(focused beamforming) 개념(기법)에 기반한 곡면파 시간지연 계산이 가능하다.Here, WSSRc is an abbreviation of Wanted Ship Slant Range, and is the inclination distance between the middle sensor and the target among three or more desired measurement sensors, GPSR is the horizontal distance between the desired target and measuring equipment calculated by the satellite navigation system, and Sensor c is 3 It means the middle sensor depth among the above measurement sensors. In addition, since WSSRc includes both target inclination distance and azimuth information, it is possible to calculate the time delay of a curved wave based on a focused beamforming concept (technique).

다음으로 표적과 측정 장비간의 경사거리 및 방위 정보를 이용하여 위상보정인자

Figure 112020018404441-pat00018
를 계산하는 단계를 수행할 수 있다(단계 S105).Next, the phase correction factor using the inclination distance and bearing information between the target and the measuring equipment
Figure 112020018404441-pat00018
may be performed (step S105).

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112020018404441-pat00019
Figure 112020018404441-pat00019

여기서,

Figure 112020018404441-pat00020
는 표적과 측정 장비간의 경사거리 및 방위 정보가 포함된 가중치 벡터를 의미하고 수신 신호와 정규화 신호와의 연산 후 angular 값을 취하면, 원하는 표적의 신호의 위상 항
Figure 112020018404441-pat00021
및 원하는 표적과 청음기들 사이에 전송된 음파의 음선이동시간을 뜻하는 임의의 위상편이 항
Figure 112020018404441-pat00022
이 도출된다. 이때, 가중치 벡터 쩌에 수학식 3에서 계산된 표적과 측정 장비간의 경사 거리 및 방위를 아래 식에 대입한다.here,
Figure 112020018404441-pat00020
is a weight vector containing the inclination distance and azimuth information between the target and the measuring equipment, and if the angular value is taken after the operation of the received signal and the normalized signal
Figure 112020018404441-pat00021
and an arbitrary phase shift term that means the sound line transit time of a sound wave transmitted between the desired target and the listeners.
Figure 112020018404441-pat00022
this is derived At this time, the inclination distance and the orientation between the target and the measuring equipment calculated in Equation 3 in the weight vector ze are substituted into the following equations.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112020018404441-pat00023
Figure 112020018404441-pat00023

여기서, c는 중간 청음기 수심에서의 평균 수중 음속을 나타내고

Figure 112020018404441-pat00024
는 표적과 측정 센서로부터의 거리에 의해 변화되는 시간지연값을 뜻하며,
Figure 112020018404441-pat00025
은 중간 센서로부터 위쪽에 설치된 센서로 수신되는 표적 신호의 지연시간,
Figure 112020018404441-pat00026
는 중간 센서로부터 아래쪽에 설치된 센서로 수신되는 표적 신호의 지연시간을 뜻한다.where c is the average speed of sound in the water at the middle ear depth
Figure 112020018404441-pat00024
is the time delay value that is changed by the distance from the target and the measuring sensor,
Figure 112020018404441-pat00025
is the delay time of the target signal received from the middle sensor to the sensor installed above,
Figure 112020018404441-pat00026
is the delay time of the target signal received from the middle sensor to the sensor installed below.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112020018404441-pat00027
Figure 112020018404441-pat00027

여기서, 시간지연함수

Figure 112020018404441-pat00028
는 삼각함수를 이용하면 간단히 유도되며 수학식 3에서 계산된 표적과 측정 장비간의 경사거리(WSSRc) 및 방위 정보를 대입하면 센서에 따른 곡면파 시간지연을 계산할 수 있다. 위 가중치 벡터 Wj를 이용하여 위상보정인자를 계산하면 아래식과 같다.Here, the time delay function
Figure 112020018404441-pat00028
is simply derived using a trigonometric function, and by substituting the slope distance (WSSRc) and azimuth information between the target and the measuring device calculated in Equation 3, it is possible to calculate the surface wave time delay according to the sensor. If the phase correction factor is calculated using the above weight vector Wj, it is as follows.

[수학식 7] [Equation 7]

Figure 112020018404441-pat00029
Figure 112020018404441-pat00029

여기서,

Figure 112020018404441-pat00030
항은 선형위상 특성을 가지며 표적과 측정 장비간의 경사거리(WSSRc)로 인해 발생하는 시간지연 값과 등가이다. 그리고 가중치 벡터 Wj와 수신신호의 연산으로 인하여 표적 소음은 센서 개수만큼 증폭되고 외부 소음은 감소되어 표적 신호의 위상 항에 유사한
Figure 112020018404441-pat00031
이 계산 가능하다.here,
Figure 112020018404441-pat00030
The term has a linear phase characteristic and is equivalent to the time delay caused by the slope distance (WSSRc) between the target and the measuring device. And due to the calculation of the weight vector Wj and the received signal, the target noise is amplified by the number of sensors and the external noise is reduced so that the target signal is similar to the phase term
Figure 112020018404441-pat00031
This can be calculated

다음으로 앞서 계산된 정규화 신호

Figure 112020018404441-pat00032
와 위상보정인자
Figure 112020018404441-pat00033
를 연산하여 표적 신호의 소음은 제거되고 외부 소음만이 포함된 채널 전달함수를 계산하는 단계를 수행할 수 있다(단계 S106).Next, the previously calculated normalized signal
Figure 112020018404441-pat00032
and phase correction factor
Figure 112020018404441-pat00033
, the noise of the target signal is removed and a step of calculating a channel transfer function including only external noise may be performed (step S106).

[수학식 8] [Equation 8]

Figure 112020018404441-pat00034
Figure 112020018404441-pat00034

여기서,

Figure 112020018404441-pat00035
는 추정된 전달함수를 나타낸다.here,
Figure 112020018404441-pat00035
is the estimated transfer function.

다음으로 수신된 신호에 외부 표적 소음을 제거 및 억제하고 원하는 표적 신호 스펙트럼(spectrum) 계산을 위해 수신 신호

Figure 112020018404441-pat00036
와 전달함수
Figure 112020018404441-pat00037
를 디컨볼루션 하여 신호 스펙트럼을 계산하는 단계를 수행할 수 있다(단계 S107).Next, remove and suppress external target noise in the received signal and calculate the desired target signal spectrum.
Figure 112020018404441-pat00036
and transfer function
Figure 112020018404441-pat00037
A step of calculating a signal spectrum by deconvolution may be performed (step S107).

[수학식 9] [Equation 9]

Figure 112020018404441-pat00038
Figure 112020018404441-pat00038

여기서,

Figure 112020018404441-pat00039
는 외부 표적 소음 및 시간지연 함수가 포함된 전달함수
Figure 112020018404441-pat00040
가 제거 되었으며, 표적과 측정 장비간의 경사거리(WSSRc)로 인해 발생하는 시간지연 값
Figure 112020018404441-pat00041
항과 크기 감쇄 노이즈로
Figure 112020018404441-pat00042
항이 포함된 형태로 원 신호
Figure 112020018404441-pat00043
항이 복원된 값이다.here,
Figure 112020018404441-pat00039
is the transfer function including the external target noise and time delay function
Figure 112020018404441-pat00040
has been removed, and the time delay value caused by the inclination distance (WSSRc) between the target and the measuring device
Figure 112020018404441-pat00041
with term and magnitude decay noise
Figure 112020018404441-pat00042
The raw signal in the form with terms
Figure 112020018404441-pat00043
The term is the restored value.

다음으로 추정된 표적 신호

Figure 112020018404441-pat00044
의 포락선(Envelope) 계산을 위해 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 역방향 고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)하여
Figure 112020018404441-pat00045
를 계산하며
Figure 112020018404441-pat00046
는 디지털 신호이다(단계S108).Next estimated target signal
Figure 112020018404441-pat00044
Inverse Fast Fourier Transform (IFFT: Inverse Fast Fourier Transform) from a frequency domain signal to a time domain signal to calculate the envelope of
Figure 112020018404441-pat00045
to calculate
Figure 112020018404441-pat00046
is a digital signal (step S108).

다음으로, 원하는 표적의 포락선(Envelope) 크기를 얻기 위하여 추정된 표적 신호

Figure 112020018404441-pat00047
에 실효치(RMS: Root Means Square)를 산출하는 단계를 수행할 수 있다(단계 S109).Next, the estimated target signal to obtain the desired target envelope size
Figure 112020018404441-pat00047
A step of calculating a root mean square (RMS) may be performed (step S109).

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112020018404441-pat00048
Figure 112020018404441-pat00048

여기서, Z(D)는

Figure 112020018404441-pat00049
횟수만큼 표적 신호
Figure 112020018404441-pat00050
의 실효치(RMS: Root Means Square) 값을 계산하며, N은 다운 셈플링(down sampling)을 뜻하고 해상도를 고려하여 최대 0.05초를 넘지 않는다.where Z(D) is
Figure 112020018404441-pat00049
target signal as many times as
Figure 112020018404441-pat00050
Calculates the Root Means Square (RMS) value, where N means down sampling and does not exceed 0.05 seconds at most in consideration of resolution.

다음으로, 원하는 표적의 데몬(DEMON) 신호 산출을 위하여 다음 수학식 10의 결과에 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 실시한 후 추진 계통 정보(측 추진 계통 신호)를 추출하는 단계를 수행할 수 있다(단계 S110).Next, a step of extracting propulsion system information (side propulsion system signal) after performing Fast Fourier Transform (FFT) on the result of Equation 10 to calculate the DEMON signal of the desired target. can be (step S110).

도 2를 참조하면, 제 1그래프(201)는 원하는 표적 및 외부 표적에 대한 소음에 대하여 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 실시해 스펙트럼(spectrum)으로 나타낸 결과이다. 그리고 제 2그래프(202)는 제 1그래프(201)에 도시된 원하는 표적 및 외부 표적에 대한 소음을 합친 결과이다. 제 3그래프(203)은 제 1그래프(201)의 원하는 표적 신호에 대하여 기존의 데몬(DEMON) 신호 처리를 3~10 kHz대역에서 실시한 결과이며, 약 1.7 Hz, 7.0 Hz 부근에서 프로펠러축 회전수의 정보를 확인할 수 있다. 제 4그래프(204)는 제 1그래프(201)의 원하지 않는 외부 표적 신호에 대한 기존의 데몬(DEMON) 신호 처리를 3~10 kHz대역에서 실시한 결과이며, 약 3.6 Hz 부근에서 프로펠러축 회전수의 정보를 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2 , a first graph 201 is a result of performing a Fast Fourier Transform (FFT) on noise of a desired target and an external target and expressed as a spectrum. And the second graph 202 is the result of adding the noise of the desired target and the external target shown in the first graph 201 . The third graph 203 is the result of performing the conventional DEMON signal processing on the desired target signal of the first graph 201 in the 3 to 10 kHz band, and the number of propeller shaft rotations in the vicinity of about 1.7 Hz and 7.0 Hz information can be checked. The fourth graph 204 is the result of performing the conventional DEMON signal processing for the unwanted external target signal of the first graph 201 in the 3 to 10 kHz band, and the propeller shaft rotation number is around 3.6 Hz. information can be checked.

제 5 ,6, 7 그래프(205, 206, 207)는 제 2그래프(202)의 합쳐진 신호에 대하여 기존의 데몬(DEMON) 기법으로 1/1 옥타브 대역 필터 뱅크 방식의 2~4 kHz, 4~8 kHz, 8~10 kHz 대역에서 신호처리 한 결과이며, 특히 4~8 kHz, 8~10 kHz 대역에 신호처리 한 제 6, 7 그래프(206, 207)에서 원하지 않는 외부 표적 프로펠러축 회전수의 정보인 약 3.6 Hz 성분을 확인할 수 있다.The 5th, 6th, and 7th graphs 205, 206, and 207 are 1/1 octave band filter bank method 2~4 kHz, 4~ with respect to the combined signal of the second graph 202 with the existing DEMON technique. This is the result of signal processing in the 8 kHz and 8-10 kHz bands, and in particular, in the 6th and 7th graphs (206, 207) where the signals were processed in the 4-8 kHz and 8-10 kHz bands, the About 3.6 Hz component, which is information, can be confirmed.

이와 달리, 제안된 데몬(DEMON) 기법으로 제 2그래프(202)의 합쳐진 신호에 대하여 2~4 kHz, 4~8 kHz, 8~10 kHz 대역에 신호처리 한 결과는 제 8, 9, 10 그래프(208, 209, 210)과 같으며, 외부 표적 프로펠러축 회전수의 정보인 약 3.6 Hz 성분이 제거됨을 확인할 수 있다.On the other hand, the results of signal processing in the bands of 2-4 kHz, 4-8 kHz, and 8-10 kHz for the combined signal of the second graph 202 by the proposed DEMON technique are shown in the 8th, 9th, and 10th graphs. It is the same as (208, 209, 210), and it can be confirmed that the about 3.6 Hz component, which is information of the external target propeller shaft rotation speed, is removed.

도 3은 실시예에 따른 수중 방사 소음 측정 시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호 처리 장치를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a signal processing device capable of removing external target noise when measuring underwater radiated noise according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 신호처리 장치(300)는 제 1 내지 제 n 표적(301-1 내지 301-n)을 측정하여 방사소음 측정 데이터를 생성하는 제 1내지 제 n 수중 음향 청음기(310-1 내지 310-n), 방사소음 측정 데이터를 처리하여 데몬(DEMON) 신호를 산출하는 신호 처리부(320), 위성항법장치(GPS :Global Positioning System)를 사용하여 위상보정인자를 계산하는 위치 추적부(330) 등으로 구성된다.Referring to FIG. 3 , the signal processing device 300 measures the first to nth targets 301-1 to 301-n to generate radiation noise measurement data 1st to nth underwater acoustic listeners 310-1 to 310-n), a signal processing unit 320 that processes radiated noise measurement data to calculate a DEMON signal, a position tracking unit that calculates a phase correction factor using a global positioning system (GPS) ( 330), etc.

신호 처리부(320)는 A/D 변환기(321)를 포함할 수 있다. A/D 변환기(321)는 복수의 수중 음향 청음기를 이용하여 원하는 표적 및 다수의 외부 표적으로부터 측정된 수중 방사 소음 데이터를 디지털 신호로 변환할 수 있다.The signal processing unit 320 may include an A/D converter 321 . The A/D converter 321 may convert underwater radiation noise data measured from a desired target and a plurality of external targets into a digital signal using a plurality of hydroacoustic listeners.

신호 처리부(320)는 대역통과 필터 및 주파수 변환부(322)를 포함할 수 있다.The signal processor 320 may include a bandpass filter and a frequency converter 322 .

대역통과 필터 및 주파수 변환부(322)는 방사 소음 디지털 신호에 캐비테이션 주파수 발생대역인 대역 통과 필터를 적용하고 상기 다수의 수중 음향 청음기 간 분포에 따른 윈도윙을 수행하고, 상기 수중 음향 청음기로 수신되는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환할 수 있다.The band-pass filter and frequency converter 322 applies a band-pass filter that is a cavitation frequency generation band to the radiated noise digital signal, performs windowing according to the distribution among the plurality of hydroacoustic listeners, and is received by the hydroacoustic listener A time domain signal can be converted into a frequency domain signal.

신호 처리부(320)는 정규화부(323)를 포함할 수 있다.The signal processing unit 320 may include a normalization unit 323 .

정규화부(323)는 수신 데이터에 원하는 표적 신호의 크기 항을 제거할 수 있다.The normalizer 323 may remove a magnitude term of a desired target signal from the received data.

신호 처리부(320)는 전달함수 추정부(324)를 포함할 수 있다.The signal processing unit 320 may include a transfer function estimating unit 324 .

전달함수 추정부(324)는 정규화 데이터에 남아있는 원하는 표적 신호의 위상 항을 제거할 수 있다.The transfer function estimator 324 may remove the phase term of the desired target signal remaining in the normalized data.

신호 처리부(320)는 표적 신호 복원부(325)를 포함할 수 있다.The signal processing unit 320 may include a target signal restoration unit 325 .

표적 신호 복원부(325) 채널 전달함수를 이용하여 수신 신호에 외부 표적 소음을 제거할 수 있다. The target signal restoration unit 325 may remove an external target noise from the received signal using a channel transfer function.

신호 처리부(320)는 신호 산출부(326)를 포함할 수 있다. The signal processing unit 320 may include a signal calculating unit 326 .

신호 산출부(326)는 상기 복원된 스펙트럼을 상기 시간 영역 신호로 역방향 고속 푸리에 변환시키고, 상기 시간영역 신호 결과에 실효치를 계산하고, 상기 실효치에 고속 푸리에 변환을 이용하여 상기 외부 표적의 추진 계통 정보를 추출할 수 있다.The signal calculator 326 reversely converts the reconstructed spectrum into the time-domain signal, calculates an effective value on the time-domain signal result, and uses the fast Fourier transform on the effective value to provide propulsion system information of the external target. can be extracted.

신호 처리부(320)는 GPS를 이용한 표적 추적부(331)를 포함할 수 있다.The signal processing unit 320 may include a target tracking unit 331 using GPS.

표적 추적부(331)는 정규화 데이터에 남아있는 신호의 위상 항 제거를 위해 초점 빔 형성(focused beamforming) 개념(기법) 및 위성항법장치(GPS :Global Positioning System)를 사용하여 원하는 표적과 측정 청음기간의 경사 거리를 계산할 수 있다.The target tracking unit 331 uses a focused beamforming concept (technique) and a Global Positioning System (GPS) to remove a phase term of a signal remaining in the normalized data, and a desired target and measurement listening period can calculate the slope distance of .

신호 처리부(320)는 위상보정인자 계산부(332)를 포함할 수 있다.The signal processing unit 320 may include a phase correction factor calculation unit 332 .

위상보정인자 계산부(332)는 위성항법장치(GPS :Global Positioning System) 정보를 이용하여 초점 빔 형성(focused beamforming) 개념(기법)에 기반한 곡면파 시간지연 정보를 획득한 후 가중치 벡터인 위상 보정 인자를 계산할 수 있다.The phase correction factor calculator 332 obtains the curved wave time delay information based on the focused beamforming concept (technique) using Global Positioning System (GPS) information, and then performs phase correction as a weight vector. factor can be calculated.

본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체(machine-readable storage media)(예: 메모리(내장 메모리 또는 외장 메모리))에 저장된 명령어를 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램)로 구현될 수 있다. 기기는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시예들에 따른 전자 장치를 포함할 수 있다. 상기 명령이 제어부에 의해 실행될 경우, 제어부가 직접, 또는 상기 제어부의 제어하에 다른 구성요소들을 이용하여 상기 명령에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 명령은 컴파일러 또는 인터프리터에 의해 생성 또는 실행되는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, 비일시적은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다.Various embodiments of the present document include software (eg, a machine-readable storage media) (eg, a memory (internal memory or external memory)) that includes instructions stored in a readable storage medium (eg, a computer). : program) can be implemented. The device is a device capable of calling a stored command from a storage medium and operating according to the called command, and may include the electronic device according to the disclosed embodiments. When the command is executed by the control unit, the control unit may perform a function corresponding to the command directly or using other components under the control of the control unit. Instructions may include code generated or executed by a compiler or interpreter. The device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium. Here, non-transitory means that the storage medium does not include a signal and is tangible, but does not distinguish that data is semi-permanently or temporarily stored in the storage medium.

실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다.According to an embodiment, the method according to various embodiments disclosed in the present document may be included and provided in a computer program product.

일 실시예에 따르면, 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서, 복수의 수중 음향 청음기를 이용하여 원하는 표적 및 다수의 외부 표적으로부터 측정된 수중 방사 소음 데이터를 디지털 신호로 변환하는 동작과, 상기 방사 소음 디지털 신호에 캐비테이션 주파수 발생대역인 대역 통과 필터를 적용하고 상기 다수의 수중 음향 청음기 간 분포에 따른 윈도윙을 수행하는 동작과, 상기 수중 음향 청음기로 수신되는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 동작과, 상기 주파수 영역 신호에 포함된 원하는 상기 표적 신호의 크기 항을 제거하기 위해 정규화시키는 동작과, 상기 정규화된 신호에 위성항법장치(GPS)를 이용하여 상기 수중 음향 청음기로 부터 원하는 표적 간 경사 거리 및 방위를 계산하고 초점 빔 형성(focused beamforming) 개념에 기반한 곡면파 시간지연 정보를 획득한 후 가중치 벡터인 위상 보정 인자를 계산하는 동작과, 상기 정규화된 신호에 상기 가중치 벡터를 연산하여 상기 외부 표적 소음이 포함된 채널 전달함수를 계산하는 동작과, 블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution) 개념을 도입해 상기 채널 전달함수와 상기 주파수 영역 신호 간의 인위적 시역전 기법을 이용하여 상기 외부 표적 소음을 제거하고 원하는 표적 신호의 스펙트럼을 복원하는 동작과, 상기 복원된 스펙트럼을 상기 시간 영역 신호로 역방향 고속 푸리에 변환시키는 동작과, 상기 시간영역 신호 결과에 실효치를 계산하는 동작과, 상기 실효치에 고속 푸리에 변환을 이용하여 상기 외부 표적의 추진 계통 정보를 추출하는 동작을 포함하는 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함할 수 있다.According to an embodiment, there is provided a computer-readable recording medium storing a computer program, comprising: converting underwater radiation noise data measured from a desired target and a plurality of external targets into a digital signal using a plurality of hydroacoustic listeners; An operation of applying a band-pass filter, which is a cavitation frequency generation band, to the radiated noise digital signal and performing windowing according to a distribution among the plurality of hydroacoustic devices, and converting a time domain signal received by the hydroacoustic listener into a frequency domain signal Converting, normalizing to remove a magnitude term of the desired target signal included in the frequency domain signal, and using a global positioning system (GPS) in the normalized signal to obtain a desired target from the hydroacoustic listener After calculating the inter-inclination distance and orientation, obtaining the curved wave time delay information based on the concept of focused beamforming, the phase correction factor, which is a weight vector, is calculated. calculating, calculating the channel transfer function including the external target noise by calculating the weight vector on the normalized signal, introducing the concept of blind deconvolution to obtain the channel transfer function and the An operation of removing the external target noise and reconstructing a spectrum of a desired target signal using an artificial time reversal technique between frequency domain signals, an operation of reverse fast Fourier transforming the reconstructed spectrum into the time domain signal, and the time domain It may include instructions for causing the processor to perform a method including calculating an RMS value from the signal result and extracting propulsion system information of the external target by using a fast Fourier transform on the RMS value.

일 실시예에 따르면, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서, 복수의 수중 음향 청음기를 이용하여 원하는 표적 및 다수의 외부 표적으로부터 측정된 수중 방사 소음 데이터를 디지털 신호로 변환하는 동작과, 상기 방사 소음 디지털 신호에 캐비테이션 주파수 발생대역인 대역 통과 필터를 적용하고 상기 다수의 수중 음향 청음기 간 분포에 따른 윈도윙을 수행하는 동작과, 상기 수중 음향 청음기로 수신되는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 동작과, 상기 주파수 영역 신호에 포함된 원하는 상기 표적 신호의 크기 항을 제거하기 위해 정규화시키는 동작과, 상기 정규화된 신호에 위성항법장치(GPS)를 이용하여 상기 수중 음향 청음기로 부터 원하는 표적 간 경사 거리 및 방위를 계산하고 초점 빔 형성(focused beamforming) 개념에 기반한 곡면파 시간지연 정보를 획득한 후 가중치 벡터인 위상 보정 인자를 계산하는 동작과, 상기 정규화된 신호에 상기 가중치 벡터를 연산하여 상기 외부 표적 소음이 포함된 채널 전달함수를 계산하는 동작과, 블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution) 개념을 도입해 상기 채널 전달함수와 상기 주파수 영역 신호 간의 인위적 시역전 기법을 이용하여 상기 외부 표적 소음을 제거하고 원하는 표적 신호의 스펙트럼을 복원하는 동작과, 상기 복원된 스펙트럼을 상기 시간 영역 신호로 역방향 고속 푸리에 변환시키는 동작과, 상기 시간영역 신호 결과에 실효치를 계산하는 동작과, 상기 실효치에 고속 푸리에 변환을 이용하여 상기 외부 표적의 추진 계통 정보를 추출하는 동작을 포함하는 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함할 수 있다.According to one embodiment, as a computer program stored in a computer-readable recording medium, the operation of converting the underwater radiation noise data measured from a desired target and a plurality of external targets using a plurality of hydroacoustic listeners into a digital signal; An operation of applying a band-pass filter, which is a cavitation frequency generation band, to the radiated noise digital signal and performing windowing according to a distribution among the plurality of hydroacoustic devices, and converting a time domain signal received by the hydroacoustic listener into a frequency domain signal Converting, normalizing to remove a magnitude term of the desired target signal included in the frequency domain signal, and using a global positioning system (GPS) in the normalized signal to obtain a desired target from the hydroacoustic listener After calculating the inter-inclination distance and orientation, obtaining the curved wave time delay information based on the concept of focused beamforming, the phase correction factor, which is a weight vector, is calculated. calculating, calculating the channel transfer function including the external target noise by calculating the weight vector on the normalized signal, introducing the concept of blind deconvolution to obtain the channel transfer function and the An operation of removing the external target noise and reconstructing a spectrum of a desired target signal using an artificial time reversal technique between frequency domain signals, an operation of reverse fast Fourier transforming the reconstructed spectrum into the time domain signal, and the time domain It may include instructions for causing the processor to perform a method including calculating an RMS value from the signal result and extracting propulsion system information of the external target by using a fast Fourier transform on the RMS value.

상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the drawings and embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes can be made to the embodiments without departing from the spirit of the embodiments described in the claims below. will be able

300: 신호처리 장치
301-1 내지 301-n: 원하는 표적 내지 제 n 표적
310-1 내지 310-n: 제 1 내지 제 n 수중 음향 청음기
320: 신호 처리부
321: A/D 변환기
322: 대역통과 필터 및 윈도윙 그리고 주파수 변환부
323: 정규화부
324: 채널 전달함수 추정부
325: 원하는 표적 신호 복원부
326: 데몬신호 산출부
330: 위치 추적부
300: signal processing unit
301-1 to 301-n: desired target to nth target
310-1 to 310-n: first to nth hydroacoustic hearing instruments
320: signal processing unit
321: A/D converter
322: bandpass filter and windowing and frequency converter
323: normalization unit
324: channel transfer function estimator
325: desired target signal restoration unit
326: daemon signal output unit
330: location tracking unit

Claims (13)

복수의 수중 음향 청음기를 이용하여 원하는 표적 및 복수의 외부 표적으로부터 측정된 수중 방사 소음 데이터를 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 디지털 신호로 변환된 수중 방사 소음 디지털 신호에 캐비테이션 주파수 발생대역 내의 대역 통과 필터를 적용하고 상기 복수의 수중 음향 청음기 간 분포에 따른 윈도윙을 수행하는 단계;
상기 수중 음향 청음기로 수신되는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계;
상기 주파수 영역 신호에 포함된 상기 원하는 표적 신호의 크기 항을 제거하기 위해 정규화시키는 단계;
상기 정규화된 신호에 위성항법장치(GPS)를 이용하여 상기 수중 음향 청음기로부터 상기 원하는 표적 간 경사 거리 및 방위를 계산하고 초점 빔 형성(focused beamforming) 기법을 기초로 곡면파 시간지연 정보를 획득한 후 가중치 벡터인 위상 보정 인자를 계산하는 단계;
상기 정규화된 신호에 상기 가중치 벡터를 연산하여 상기 외부 표적 소음이 포함된 채널 전달함수를 계산하는 단계;
블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution) 기법을 기초로 상기 채널 전달함수와 상기 주파수 영역 신호 간의 인위적 시역전 기법을 이용하여 상기 외부 표적 소음을 제거하고 상기 원하는 표적 신호의 스펙트럼을 복원하는 단계;
상기 스펙트럼이 복원된 상기 원하는 표적 신호를 상기 시간 영역 신호로 역방향 고속 푸리에 변환시키는 단계;
상기 시간 영역 신호로 변환된 상기 원하는 표적 신호의 실효치를 계산하는 단계; 및
상기 실효치에 고속 푸리에 변환을 이용하여 상기 외부 표적의 추진 계통 정보를 추출하는 단계
를 포함하는 수중 방사 소음 측정시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 방법.
converting underwater radiated noise data measured from a desired target and a plurality of external targets into digital signals using a plurality of hydroacoustic listeners;
applying a bandpass filter within a cavitation frequency generation band to the underwater radiated noise digital signal converted into the digital signal and performing windowing according to the distribution between the plurality of underwater acoustic listeners;
converting a time domain signal received by the hydroacoustic listener into a frequency domain signal;
normalizing to remove a magnitude term of the desired target signal included in the frequency domain signal;
After calculating the desired inclination distance and orientation between the targets from the hydroacoustic device by using a global positioning system (GPS) in the normalized signal, and obtaining curved wave time delay information based on a focused beamforming technique, Phase correction factor, which is a weight vector calculating;
calculating a channel transfer function including the external target noise by calculating the weight vector on the normalized signal;
removing the external target noise and reconstructing the spectrum of the desired target signal using an artificial time reversal technique between the channel transfer function and the frequency domain signal based on a blind deconvolution technique;
Inverse fast Fourier transforming the desired target signal from which the spectrum is reconstructed into the time domain signal;
calculating an effective value of the desired target signal converted into the time domain signal; and
Extracting the propulsion system information of the external target by using a fast Fourier transform on the RMS value
A signal processing method capable of removing external target noise when measuring radiated noise in the water, including a.
제1항에 있어서,
상기 캐비테이션 주파수 대역은 3~10kHz이고, 상기 대역 통과 필터는 2kHz 내지 4kHz, 4kHz 내지 8kHz 및 8kHz 내지 10kHz 대역에서 필터링을 수행하고, 상기 윈도윙은 해닝 윈도우를 이용하여 수행되는 수중 방사 소음 측정시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 방법.
According to claim 1,
The cavitation frequency band is 3 to 10 kHz, and the band pass filter performs filtering in 2 kHz to 4 kHz, 4 kHz to 8 kHz and 8 kHz to 10 kHz bands, and the windowing is performed using a Hanning window. Signal processing method capable of target noise cancellation.
제1항에 있어서,
상기 주파수 영역 신호
Figure 112020018404441-pat00051
로 변환하는 단계는 수학식 1에 의해 계산되는 수중 방사 소음 측정시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 방법.
[수학식 1]
Figure 112020018404441-pat00052

(여기서,
Figure 112020018404441-pat00053
는 청음기 배열단 j번째 수신기 위치로 수신되는 시간영역 신호
Figure 112020018404441-pat00054
가 주파수 영역으로 변산된 결과 값이고
Figure 112020018404441-pat00055
는 원하는 표적의 위치
Figure 112020018404441-pat00056
로부터 수신 청음기 배열단
Figure 112020018404441-pat00057
번째 수신기 위치
Figure 112020018404441-pat00058
에서의 채널 전달함수를 나타내며,
Figure 112020018404441-pat00059
는 원하는 표적 신호의 크기 항,
Figure 112020018404441-pat00060
는 원하는 표적 신호의 위상 항을 의미함.)
According to claim 1,
the frequency domain signal
Figure 112020018404441-pat00051
The step of converting to is a signal processing method capable of removing external target noise when measuring underwater radiated noise calculated by Equation 1.
[Equation 1]
Figure 112020018404441-pat00052

(here,
Figure 112020018404441-pat00053
is the time domain signal received at the j-th receiver position of the listener array.
Figure 112020018404441-pat00054
is the result value transformed into the frequency domain,
Figure 112020018404441-pat00055
is the desired target position
Figure 112020018404441-pat00056
Listener array group receiving from
Figure 112020018404441-pat00057
second receiver position
Figure 112020018404441-pat00058
represents the channel transfer function in
Figure 112020018404441-pat00059
is the magnitude term of the desired target signal,
Figure 112020018404441-pat00060
means the phase term of the desired target signal.)
제3항에 있어서,
상기 정규화시키는 단계는 아래 수학식 2에 의해 계산되는 수중 방사 소음 측정시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 방법.
[수학식 2]
Figure 112020018404441-pat00061

(여기서,
Figure 112020018404441-pat00062
는 정규화 신호를 의미함)
4. The method of claim 3,
The normalizing step is a signal processing method capable of removing external target noise when measuring underwater radiated noise calculated by Equation 2 below.
[Equation 2]
Figure 112020018404441-pat00061

(here,
Figure 112020018404441-pat00062
means normalized signal)
제4항에 있어서,
상기 위상 보정 인자를 계산하는 단계에서,
상기 경사 거리(WSSRc)는 수학식 3에 의해 계산되고,
[수학식 3]
Figure 112020018404441-pat00063
(여기서, WSSRc는 3개 이상의 측정 센서 중 중간의 센서와 표적 간의 경사 거리이고, GPSR은 위성항법장치로 계산된 원하는 표적과 측정 장비간의 수평거리, Sensorc는 3개 이상의 측정 센서 중 중간의 센서 깊이를 의미함)
상기 표적과 상기 경사거리를 이용하여 수학식 4에 의해 상기 위상 보정 인자(
Figure 112020018404441-pat00064
)를 계산하고,
[수학식 4]
Figure 112020018404441-pat00065

여기서,
Figure 112020018404441-pat00066
는 표적과 측정 장비간의 경사거리 및 방위 정보가 포함된 가중치 벡터를 의미하고,
Figure 112020018404441-pat00067
는 원하는 표적과 청음기들 사이에 전송된 음파의 음선이동시간을 뜻하는 임의의 위상편을 의미함)
상기 가중치 벡터(Wj)에 수학식 3을 대입하여 수학식 5,6을 구하고,
[수학식 5]
Figure 112020018404441-pat00068
(여기서, c는 중간 청음기 수심에서의 평균 수중 음속을 나타내고
Figure 112020018404441-pat00069
는 표적과 측정 센서로부터의 거리에 의해 변화되는 시간지연값을 뜻하며,
Figure 112020018404441-pat00070
은 중간 센서로부터 위쪽에 설치된 센서로 수신되는 표적 신호의 지연시간,
Figure 112020018404441-pat00071
는 중간 센서로부터 아래쪽에 설치된 센서로 수신되는 표적 신호의 지연시간을 나타냄)
[수학식 6]
Figure 112020018404441-pat00072

(여기서,
Figure 112020018404441-pat00073
는 삼각함수를 이용하면 간단히 유도되며 수학식 3에서 계산된 표적과 측정 장비간의 경사거리(WSSRc) 및 방위 정보를 대입하면 센서에 따른 곡면파 시간지연을 계산할 수 있음)
상기 수학식 5,6을 이용하여 상기 위상 보정 인자를 계산하는 수중 방사 소음 측정시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 방법.
5. The method of claim 4,
In the step of calculating the phase correction factor,
The slope distance WSSRc is calculated by Equation 3,
[Equation 3]
Figure 112020018404441-pat00063
(Here, WSSRc is the inclination distance between the middle sensor and the target among the three or more measuring sensors, GPSR is the horizontal distance between the desired target and the measuring equipment calculated by the satellite navigation system, and Sensor c is the middle sensor among the three or more measuring sensors. means depth)
Using the target and the inclination distance, the phase correction factor (
Figure 112020018404441-pat00064
) is calculated,
[Equation 4]
Figure 112020018404441-pat00065

here,
Figure 112020018404441-pat00066
denotes a weight vector that includes information on the inclination distance and orientation between the target and the measuring equipment,
Figure 112020018404441-pat00067
denotes an arbitrary phase shift, which means the sound line travel time of the sound wave transmitted between the desired target and the listeners)
Equations 5 and 6 are obtained by substituting Equation 3 into the weight vector Wj,
[Equation 5]
Figure 112020018404441-pat00068
(where c is the average underwater sound velocity at
Figure 112020018404441-pat00069
is the time delay value that is changed by the distance from the target and the measuring sensor,
Figure 112020018404441-pat00070
is the delay time of the target signal received from the middle sensor to the sensor installed above,
Figure 112020018404441-pat00071
represents the delay time of the target signal received from the middle sensor to the sensor installed below)
[Equation 6]
Figure 112020018404441-pat00072

(here,
Figure 112020018404441-pat00073
is derived simply by using a trigonometric function, and by substituting the slope distance (WSSRc) and azimuth information between the target and the measuring device calculated in Equation 3, the surface wave time delay according to the sensor can be calculated)
A signal processing method capable of removing external target noise when measuring radiated noise underwater to calculate the phase correction factor using Equations 5 and 6.
제5항에 있어서,
상기 수학식 5,6을 이용한 상기 위상 보정 인자는 수학식 7로 결정되는 수중 방사 소음 측정시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 방법.
[수학식 7]
Figure 112020018404441-pat00074

(여기서,
Figure 112020018404441-pat00075
항은 선형위상 특성을 가지며 표적과 측정 장비간의 경사거리(
Figure 112020018404441-pat00076
)로 인해 발생하는 시간지연 값과 등가이다. 그리고 가중치 벡터 Wj와 수신신호의 연산으로 인하여 표적 소음은 센서 개수만큼 증폭되고 외부 소음은 감소되어 표적 신호의 위상 항에 유사한
Figure 112020018404441-pat00077
이 계산 가능함)
6. The method of claim 5,
The phase correction factor using Equations 5 and 6 is a signal processing method capable of removing external target noise when measuring underwater radiated noise determined by Equation 7.
[Equation 7]
Figure 112020018404441-pat00074

(here,
Figure 112020018404441-pat00075
The term has a linear phase characteristic and the inclination distance (
Figure 112020018404441-pat00076
) is equivalent to the time delay caused by And due to the calculation of the weight vector Wj and the received signal, the target noise is amplified by the number of sensors and the external noise is reduced so that it is similar to the phase term of the target signal.
Figure 112020018404441-pat00077
can be calculated)
제6항에 있어서,
상기 채널 전달함수를 계산하는 단계는,
상기 정규화 신호(Dj(w))와 상기 위상 보정 인자를 이용하여 채널 전달함수를 추정하고, 상기 채널 전달함수를 수학식 8에 의해 계산되는 수중 방사 소음 측정시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 방법.
[수학식 8]
Figure 112020018404441-pat00078

(여기서,
Figure 112020018404441-pat00079
는 추정된 전달함수를 의미함)
7. The method of claim 6,
Calculating the channel transfer function comprises:
A signal processing method capable of estimating a channel transfer function using the normalized signal Dj(w) and the phase correction factor, and removing the external target noise when measuring the underwater radiated noise calculated by Equation 8 for the channel transfer function .
[Equation 8]
Figure 112020018404441-pat00078

(here,
Figure 112020018404441-pat00079
is the estimated transfer function)
제7항에 있어서,
상기 원하는 표적 신호의 스펙트럼을 복원하는 단계는,
블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution) 기법을 기초로 주파수 영역 신호(
Figure 112020018404441-pat00080
와 상기 전달함수(
Figure 112020018404441-pat00081
를 시역전 기법을 이용하여 스펙트럼 값을 추출하고, 상기 스펙트럼 값(
Figure 112020018404441-pat00082
)은 수학식 8에 의해 계산되는 수중 방사 소음 측정시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 방법.
[수학식 8]
Figure 112020018404441-pat00083

(여기서,
Figure 112020018404441-pat00084
는 외부 표적 소음 및 시간지연 함수가 포함된 전달함수
Figure 112020018404441-pat00085
가 제거 되었으며, 표적과 측정 장비간의 경사거리(WSSRc)로 인해 발생하는 시간지연 값
Figure 112020018404441-pat00086
항과 크기 감쇄 노이즈로
Figure 112020018404441-pat00087
항이 포함된 형태로 원 신호
Figure 112020018404441-pat00088
항이 복원된 값이 복원됨.)
8. The method of claim 7,
Restoring the spectrum of the desired target signal comprises:
Based on the blind deconvolution technique, the frequency domain signal (
Figure 112020018404441-pat00080
and the transfer function (
Figure 112020018404441-pat00081
to extract the spectral value using the time reversal technique, and
Figure 112020018404441-pat00082
) is a signal processing method capable of removing external target noise when measuring underwater radiated noise calculated by Equation 8.
[Equation 8]
Figure 112020018404441-pat00083

(here,
Figure 112020018404441-pat00084
is the transfer function including the external target noise and time delay function
Figure 112020018404441-pat00085
has been removed, and the time delay value caused by the inclination distance (WSSRc) between the target and the measuring device
Figure 112020018404441-pat00086
with term and magnitude decay noise
Figure 112020018404441-pat00087
The raw signal in the form with terms
Figure 112020018404441-pat00088
The value from which the term was restored is restored.)
제8에 있어서,
상기 실효치를 계산하는 단계는 수학식 9에 의해 계산되고,
[수학식 9]
Figure 112021042918911-pat00089
(여기서, Z(D)는 실효치를 의미함)
상기 Z(D)는
Figure 112021042918911-pat00090
회수만큼 표적 신호의 실효치 값을 계산하는 수중 방사 소음 측정시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 방법.
According to claim 8,
The step of calculating the effective value is calculated by Equation 9,
[Equation 9]
Figure 112021042918911-pat00089
(here, Z(D) means RMS)
The Z (D) is
Figure 112021042918911-pat00090
A signal processing method that can remove external target noise when measuring radiated noise in the water, which calculates the effective value of the target signal by the number of times.
제9항에 있어서,
상기 N은 0.05초 이하인 수중 방사 소음 측정시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 방법.
10. The method of claim 9,
Where N is a signal processing method capable of removing external target noise when measuring underwater radiated noise that is less than or equal to 0.05 seconds.
복수의 수중 음향 청음기를 이용하여 원하는 표적 및 복수의 외부 표적으로부터 측정된 수중 방사 소음 데이터를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
상기 디지털 신호로 변환된 수중 방사 소음 디지털 신호에 캐비테이션 주파수 발생대역 내의 대역 통과 필터를 적용하고 상기 복수의 수중 음향 청음기 간 분포에 따른 윈도윙을 수행하고, 상기 수중 음향 청음기로 수신되는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 대역통과 필터 및 주파수 변환부;
상기 주파수 영역 신호에 포함된 상기 원하는 표적 신호의 크기 항을 제거하는 정규화부;
상기 정규화된 신호에 위성항법장치(GPS)를 이용하여 상기 수중 음향 청음기로부터 원하는 표적 간 경사 거리 및 방위를 계산하는 표적 추적부;
초점 빔 형성(focused beamforming) 기법 및 표적 경사거리 및 방위 정보를 이용하여 가중치 벡터인 위상 보정 인자를 계산하는 위상보정인자 계산부;
상기 정규화된 신호에 상기 가중치 벡터를 연산하여 상기 외부 표적 소음이 포함된 채널 전달함수를 계산하는 채널 전달함수 추정부;
블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution) 기법을 기초로 상기 채널 전달함수와 상기 주파수 영역 신호 간의 인위적 시역전 기법을 이용하여 상기 외부 표적 소음을 제거하고 원하는 표적 신호의 스펙트럼을 복원하는 표적 신호 복원부; 및
상기 스펙트럼이 복원된 상기 원하는 표적 신호를 상기 시간 영역 신호로 역방향 고속 푸리에 변환시키고, 상기 시간 영역 신호로 변환된 상기 원하는 표적 신호의 실효치를 계산하고, 상기 실효치에 고속 푸리에 변환을 이용하여 상기 외부 표적의 추진 계통 정보를 추출하는 신호 산출부
를 포함하는 수중 방사 소음 측정시 외부표적 소음 제거가 가능한 신호처리 장치.
An A/D converter for converting underwater radiation noise data measured from a desired target and a plurality of external targets using a plurality of hydroacoustic listeners into a digital signal;
A band-pass filter within the cavitation frequency generation band is applied to the underwater radiated noise digital signal converted into the digital signal, windowing is performed according to the distribution among the plurality of underwater acoustic listeners, and the time domain signal received by the underwater acoustic listener a bandpass filter and a frequency converter for converting a frequency domain signal;
a normalizer for removing a magnitude term of the desired target signal included in the frequency domain signal;
a target tracking unit for calculating a desired inclination distance and orientation between the targets from the hydroacoustic hearing device by using a global positioning system (GPS) in the normalized signal;
a phase correction factor calculator for calculating a phase correction factor, which is a weight vector, using a focused beamforming technique and information on a target inclination distance and orientation;
a channel transfer function estimator for calculating a channel transfer function including the external target noise by calculating the weight vector on the normalized signal;
a target signal restoration unit for removing the external target noise and reconstructing a spectrum of a desired target signal by using an artificial time reversal technique between the channel transfer function and the frequency domain signal based on a blind deconvolution technique; and
Inverse fast Fourier transform of the desired target signal from which the spectrum is reconstructed into the time domain signal, calculating an effective value of the desired target signal converted into the time domain signal, and using the fast Fourier transform on the effective value, the external target signal calculation unit to extract propulsion system information of
A signal processing device capable of removing external target noise when measuring radiated noise in the water, including a.
컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
상기 컴퓨터 프로그램은,
복수의 수중 음향 청음기를 이용하여 원하는 표적 및 복수의 외부 표적으로부터 측정된 수중 방사 소음 데이터를 디지털 신호로 변환하는 동작;
상기 디지털 신호로 변환된 수중 방사 소음 디지털 신호에 캐비테이션 주파수 발생대역 내의 대역 통과 필터를 적용하고 상기 복수의 수중 음향 청음기 간 분포에 따른 윈도윙을 수행하는 동작;
상기 수중 음향 청음기로 수신되는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 동작;
상기 주파수 영역 신호에 포함된 상기 원하는 표적 신호의 크기 항을 제거하기 위해 정규화시키는 동작;
상기 정규화된 신호에 위성항법장치(GPS)를 이용하여 상기 수중 음향 청음기로부터 상기 원하는 표적 간 경사 거리 및 방위를 계산하고 초점 빔 형성(focused beamforming) 기법 및 표적 경사거리 및 방위 정보를 이용하여 가중치 벡터인 위상 보정 인자를 계산하는 동작;
상기 정규화된 신호에 상기 가중치 벡터를 연산하여 상기 외부 표적 소음이 포함된 채널 전달함수를 계산하는 동작;
블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution) 기법을 기초로 상기 채널 전달함수와 상기 주파수 영역 신호 간의 인위적 시역전 기법을 이용하여 상기 외부 표적 소음을 제거하고 상기 원하는 표적 신호의 스펙트럼을 복원하는 동작;
상기 스펙트럼이 복원된 상기 원하는 표적 신호를 상기 시간 영역 신호로 역방향 고속 푸리에 변환시키는 동작;
상기 시간 영역 신호로 변환된 상기 원하는 표적 신호의 실효치를 계산하는 동작; 및
상기 실효치에 고속 푸리에 변환을 이용하여 상기 외부 표적의 추진 계통 정보를 추출하는 동작을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
As a computer-readable recording medium storing a computer program,
The computer program is
converting underwater radiated noise data measured from a desired target and a plurality of external targets into digital signals using a plurality of hydroacoustic listeners;
applying a band-pass filter within a cavitation frequency generation band to the underwater radiated noise digital signal converted into the digital signal and performing windowing according to the distribution between the plurality of underwater acoustic listeners;
converting a time domain signal received by the hydroacoustic listener into a frequency domain signal;
normalizing to remove a magnitude term of the desired target signal included in the frequency domain signal;
Calculate the desired inter-target inclination distance and orientation from the hydroacoustic device using a global positioning system (GPS) in the normalized signal, and use a focused beamforming technique and target inclination distance and orientation information to obtain a weight vector calculating a phase correction factor which is
calculating a channel transfer function including the external target noise by calculating the weight vector on the normalized signal;
removing the external target noise and reconstructing a spectrum of the desired target signal by using an artificial time reversal technique between the channel transfer function and the frequency domain signal based on a blind deconvolution technique;
inverse fast Fourier transforming the desired target signal from which the spectrum is restored into the time domain signal;
calculating an RMS value of the desired target signal converted into the time domain signal; and
A computer-readable recording medium comprising instructions for causing a processor to extract propulsion system information of the external target by using a fast Fourier transform on the RMS value.
컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서,
상기 컴퓨터 프로그램은,
복수의 수중 음향 청음기를 이용하여 원하는 표적 및 복수의 외부 표적으로부터 측정된 수중 방사 소음 데이터를 디지털 신호로 변환하는 동작;
상기 디지털 신호로 변환된 수중 방사 소음 디지털 신호에 캐비테이션 주파수 발생대역 내의 대역 통과 필터를 적용하고 상기 복수의 수중 음향 청음기 간 분포에 따른 윈도윙을 수행하는 동작;
상기 수중 음향 청음기로 수신되는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 동작;
상기 주파수 영역 신호에 포함된 상기 원하는 표적 신호의 크기 항을 제거하기 위해 정규화시키는 동작;
상기 정규화된 신호에 위성항법장치(GPS)를 이용하여 상기 수중 음향 청음기로부터 상기 원하는 표적 간 경사 거리 및 방위를 계산하고 초점 빔 형성(focused beamforming) 기법 및 표적 경사거리 및 방위 정보를 이용하여 가중치 벡터인 위상 보정 인자를 계산하는 동작;
상기 정규화된 신호에 상기 가중치 벡터를 연산하여 상기 외부 표적 소음이 포함된 채널 전달함수를 계산하는 동작;
블라인드 디컨볼루션(blind deconvolution) 기법을 기초로 상기 채널 전달함수와 상기 주파수 영역 신호 간의 인위적 시역전 기법을 이용하여 상기 외부 표적 소음을 제거하고 상기 원하는 표적 신호의 스펙트럼을 복원하는 동작;
상기 스펙트럼이 복원된 상기 원하는 표적 신호를 상기 시간 영역 신호로 역방향 고속 푸리에 변환시키는 동작;
상기 시간 영역 신호로 변환된 상기 원하는 표적 신호의 실효치를 계산하는 동작; 및
상기 실효치에 고속 푸리에 변환을 이용하여 상기 외부 표적의 추진 계통 정보를 추출하는 동작을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
As a computer program stored in a computer-readable recording medium,
The computer program is
converting underwater radiated noise data measured from a desired target and a plurality of external targets into digital signals using a plurality of hydroacoustic listeners;
applying a band-pass filter within a cavitation frequency generation band to the underwater radiated noise digital signal converted into the digital signal and performing windowing according to the distribution between the plurality of underwater acoustic listeners;
converting a time domain signal received by the hydroacoustic listener into a frequency domain signal;
normalizing to remove a magnitude term of the desired target signal included in the frequency domain signal;
Calculate the desired inter-target inclination distance and orientation from the hydroacoustic device using a global positioning system (GPS) in the normalized signal, and use a focused beamforming technique and target inclination distance and orientation information to obtain a weight vector calculating a phase correction factor which is
calculating a channel transfer function including the external target noise by calculating the weight vector on the normalized signal;
removing the external target noise and reconstructing a spectrum of the desired target signal by using an artificial time reversal technique between the channel transfer function and the frequency domain signal based on a blind deconvolution technique;
inverse fast Fourier transforming the desired target signal from which the spectrum is restored into the time domain signal;
calculating an RMS value of the desired target signal converted into the time domain signal; and
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