KR102329472B1 - Apparatus and method for compensating distance calculation error of Passive Ranging Sonar - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수동측거소나 거리산출장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유전 알고리즘을 기반으로 중앙부배열 위치오차를 추정하여 거리산출에 이용하는 수동측거소나 거리산출장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 유전 알고리즘 기반으로 위치오차를 추정하기 위한 수동측거소나 거리산출 오차보정방법에 있어서, 설계된 중앙 부배열 수신기의 위치정보와 GPS 거리정보를 역산하여 목표물의 위치정보를 얻는 1단계; 중앙부배열의 위치정보를 이진수로 변경하여 유전자형을 결정하는 2단계; 중앙부배열의 위치정보를 중심으로 바둑판 형태로 초기 유전자를 임의로 결정하는 3단계; 생성된 유전자를 위치정보로 변환하고, 변환된 위치정보와 1단계에서 얻은 목표물의 위치정보와의 시간지연과 거리를 재산출하는 4단계; 측정된 PRS 거리 정보를 입력하고, 4단계에서 산출한 거리정보와의 비교 편차가 최소값인 적합 유전자를 선정하는 5단계; 및 적합 유전자에 해당하는 위치정보와 초기 중앙 부배열 수신기의 위치정보와의 위치오차를 산출하는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a manual measuring station or distance calculating apparatus and method, and more particularly, to a manual measuring station or distance calculating apparatus and method used for distance calculation by estimating a central sub-array position error based on a genetic algorithm. The present invention provides a manual ranging station or distance calculation error correction method for estimating a position error based on a genetic algorithm, comprising: a first step of obtaining position information of a target by inversely calculating position information of a designed central sub-array receiver and GPS distance information; A second step of determining the genotype by changing the position information of the central subsequence to a binary number; Step 3 of arbitrarily determining the initial gene in the form of a checkerboard centering on the location information of the central sub-array; a fourth step of converting the generated gene into location information, and recalculating the time delay and distance between the converted location information and the location information of the target obtained in step 1; a fifth step of inputting the measured PRS distance information and selecting a suitable gene having a minimum comparison deviation with the distance information calculated in step 4; and calculating a position error between the position information corresponding to the suitable gene and the position information of the initial central subsequence receiver.

Description

수동측거소나 거리산출 오차보정장치 및 방법{Apparatus and method for compensating distance calculation error of Passive Ranging Sonar}Apparatus and method for compensating distance calculation error of Passive Ranging Sonar

본 발명은 수동측거소나 거리산출 오차보정장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유전 알고리즘을 기반으로 중앙부배열 위치오차를 추정하고 거리산출 오차를 보정하는 수동측거소나 거리산출 오차보정장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a manual measuring station or distance calculation error correction apparatus and method, and more particularly, to a manual measuring station or distance calculation error correction apparatus and method for estimating a central sub-array position error based on a genetic algorithm and correcting the distance calculation error it's about

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information for the present embodiment and does not constitute the prior art.

소나(SONAR)는 수중 음파 전파를 이용하여 수중에 존재하는 물체 및 목표물을 탐지하고 식별하는 장치이다. 소나는 수중에서 물체의 위치 탐색 등을 위한 신호탐지, 청음, 통신, 항해 등을 수행하기 위해 수중 음향을 이용한다. 소나가 이용되는 가장 일반적인 장치가 잠수함이다. 잠수함의 소나는 물속에서 운항하는 특성을 고려하여 적을 탐지하고, 수중 목표물의 거리 및 방위를 측정하는데 이용된다. A sonar (SONAR) is a device that detects and identifies objects and targets existing in the water using sonar wave propagation. Sonar uses underwater sound to perform signal detection, hearing, communication, navigation, etc. to locate an object in the water. The most common device for which sonar is used is a submarine. Submarine sonar is used to detect enemies and measure the distance and bearing of underwater targets considering the characteristics of the underwater navigation.

잠수함의 소나는, 탐지 특성 및 운용 특성을 고려하여, 수동 소나(Passive Sonar), 방수 소나(Intercept Sonar), 수동 측거 소나(Passive Ranging Sonar : PRS), 선측 배열 소나(Flank Array Sonar), 선배열 예인 소나(Towed Array Sonar), 능동 소나(Active Sonar), 기뢰 탐지 소나(Mine Avoidance Sonar) 로 분류할 수 있다. 이러한 소나들을 운용하여 잠수함에서 표적에 대한 수평 방위 및 거리를 도출할 수 있다. 표적의 방위는 함수 수동 소나, 방수 소나, 선측 배열 소나, 선배열 예인 소나 등을 통해서 탐지하게 되며, 표적의 거리는 잠수함의 길이 방향으로 설치된 PRS를 운용하거나 TMA(Target Motion Analysis, 함기동 분석)를 통해서 식별할 수 있다. Submarine sonar, in consideration of detection characteristics and operational characteristics, Passive Sonar, Intercept Sonar, Passive Ranging Sonar (PRS), Flank Array Sonar, and Senior Line It can be classified into Towed Array Sonar, Active Sonar, and Mine Avoidance Sonar. These sonars can be used to derive the horizontal bearing and distance from the submarine to the target. The bearing of the target is detected through a passive sonar, a waterproof sonar, a ship side array sonar, a towed sonar, etc. can be identified through

특히, 수동 측거 소나(Passive Ranging Sonar ; PRS)는, 표적 신호가 센서에 도달하는 시간차를 측정하여 표적의 방위와 거리를 추정한다. 수동 측거 소나는 선체의 좌현과 우현, 양쪽으로 통상 3개의 부배열로 구성되고, 잠수함에서 소나는 실질적으로 공격 대상의 위치를 추정하는데 이용되기 때문에 최대한의 탐지 능력을 확보해야만 한다.In particular, a passive ranging sonar (PRS) estimates the orientation and distance of a target by measuring a time difference between which a target signal arrives at a sensor. The passive range sonar is usually composed of three sub-arrays on both the port and starboard sides of the hull, and in a submarine, sonar is actually used to estimate the location of an attack target, so the maximum detection capability must be secured.

한편, 종래의 수동측거소나는 3개의 부배열이 동일한 직선상에 위치하며 균등 간격으로 설치되었다고 가정하여 삼각측량법을 기반으로 방위와 거리를 산출한다. On the other hand, the conventional passive sonar calculates the azimuth and distance based on the triangulation method assuming that the three sub-arrays are located on the same straight line and installed at equal intervals.

그러나 이와 같은 종래 수동측거소나의 방위 및 거리 산출방법은 정확한 부배열 위치정보를 요구하고, 3개의 부배열이 동일 직선상에 균등 간격으로 구성되어 있다고 가정해서 거리를 산출하기 때문에, 부배열 간격이 부정확하거나 부배열이 동일 직선상에 위치하지 않을 경우 거리 정확도 성능에 문제가 발생된다.However, such a conventional method of calculating the bearing and distance of a passive measuring station requires accurate sub-array location information and calculates the distance on the assumption that three sub-arrays are configured at equal intervals on the same straight line. Inaccurate or non-collinear sub-arrangements cause problems with distance accuracy performance.

따라서 본 발명의 목적은 유전 알고리즘을 기반으로 중앙부배열 위치오차를 추정하고, 이를 거리산출에 이용하는 수동측거소나 거리산출 오차보정장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a manual station or distance calculation error correction apparatus and method for estimating a central sub-array position error based on a genetic algorithm and using this for distance calculation.

본 발명의 일 실시예에 따른 수동측거소나 거리산출 위치보정장치는 보다 정확한 GPS 정보를 통해 획득한 목표물의 거리정보를 역산하여 부배열 위치오차를 추정 및 보정을 수행하고, 측정된 PRS 거리정보와 비교하여 부배열 위치정보를 추정하는 역산 기법의 보정기술인 것을 특징으로 한다.A manual station or distance calculation position correcting apparatus according to an embodiment of the present invention inversely calculates the distance information of a target obtained through more accurate GPS information to estimate and correct a sub-array position error, and the measured PRS distance information and It is characterized in that it is a correction technique of the inverse calculation technique for estimating sub-array position information by comparison.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 수동측거소나 거리산출 위치보정장치는 3개의 부배열 수신기를 포함하고 있는 수동측거소나의 거리산출장치에 있어서, 함수 부배열 수신신호와 중앙 부배열 수신신호를 입력하고, 두 수신신호의 상호상관을 기반으로 제1시간지연을 측정하는 제1시간지연산출부; 함미 부배열 수신신호와 중앙 부배열 수신신호를 입력하고, 두 수신신호의 상호상관을 기반으로 제2시간지연을 측정하는 제2시간지연산출부; 유전 알고리즘 기반으로 중앙 부배열 위치오차를 추정하는 부배열 위치오차 추정부; 및 추정된 중앙 부배열 위치오차에 대한 보상값을 산출하고, 제1,2시간지연을 보상하는 시간지연 보상값 산출 및 보상부를 포함하고; 부배열 위치오차 추정부는, 중앙 부배열 위치정보를 이진수로 변환하여 유전자형을 결정하는 유전자형 결정부; 중앙 부배열 위치정보 주변의 바둑판 형태로 초기 유전자를 임의로 결정하는 초기 유전자 결정부; 생성된 유전자의 위치정보를 이용하여 목표물 사이의 거리를 재산출하고, 산출된 거리와 PRS 측정 거리의 편차가 최소인 유전자를 최적 유전자로 결정하는 적합성 판별부; 최적 유전자의 위치정보와 초기 중앙 부배열 위치 사이의 위치오차를 산출하는 위치오차값 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, the passive measuring station or distance calculating position correcting device according to an embodiment of the present invention is a passive measuring station or distance calculating device including three sub-array receivers, the function sub-array reception signal and a first time delay calculation unit for inputting the central sub-array reception signal and measuring a first time delay based on the cross-correlation of the two reception signals; a second time delay calculator for inputting the stern sub-array reception signal and the center sub-array reception signal, and measuring a second time delay based on the cross-correlation of the two reception signals; a subsequence position error estimator for estimating a central subsequence position error based on a genetic algorithm; and a time delay compensation value calculating and compensating unit for calculating a compensation value for the estimated central subsequence position error and compensating for first and second time delays; The subsequence position error estimating unit includes: a genotype determining unit that converts the central subsequence position information into binary numbers to determine the genotype; an initial gene determination unit for arbitrarily determining an initial gene in the form of a checkerboard around the central sub-array location information; a suitability determining unit that recalculates the distance between the targets by using the location information of the generated genes, and determines a gene having the smallest deviation between the calculated distance and the PRS measurement distance as an optimal gene; It characterized in that it comprises a position error value calculation unit for calculating a position error between the position information of the optimal gene and the initial central sub-sequence position.

바람직하게는 부배열 위치오차 추정부는, 초기 유전자의 교배 및 돌연변이에 의한 진화과정에 기초해서 자식 유전자를 생성하고, 생성된 유전자에 대한 적합성 판별을 반복해서 수행하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the subsequence position error estimating unit is characterized in that it generates a child gene based on the evolution process by crossing and mutation of the initial gene, and repeatedly performs the suitability determination for the generated gene.

바람직하게는 보상된 제1,2시간지연값, 입력되는 음속정보를 이용하여 목표물 간의 거리를 산출하는 거리산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, it further comprises a distance calculator for calculating the distance between the targets using the compensated first and second time delay values and the input sound velocity information.

바람직하게는 부배열 위치정보 추정보는 모듈화하여 구성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, it is characterized in that the sub-array location information estimation information is modularized and configured.

바람직하게는 시간지연 보상값 산출 및 보상부는 추정된 중앙 부배열 위치오차에 대한 보상값을 산출할 때, 입력되는 음속정보를 이용하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the time delay compensation value calculating and compensating unit is characterized by using the input sound velocity information when calculating the compensation value for the estimated central sub-array position error.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 수동측거소나 거리산출 오차보상방법은, 3개의 부배열 수신기를 포함하고 있는 수동측거소나의 거리산출방법에 있어서, 함수 부배열 수신신호와 중앙 부배열 수신신호를 입력하고, 두 수신신호의 상호상관을 기반으로 제1시간지연을 측정하는 1단계; 함미 부배열 수신신호와 중앙 부배열 수신신호를 입력하고, 두 수신신호의 상호상관을 기반으로 제2시간지연을 측정하는 2단계; 유전 알고리즘 기반으로 중앙 부배열 위치오차를 추정하는 3단계; 및 추정된 중앙 부배열 위치오차에 대한 시간지연 보상값을 산출하고, 이 보상값을 이용하여 제1,2시간지연을 보상하는 4단계를 포함하고, 3단계는, 중앙 부배열 위치정보를 이진수로 변환하여 유전자형을 결정하는 단계; 중앙 부배열 위치정보 주변의 바둑판 형태로 초기 유전자를 임의로 결정하는 단계; 생성된 유전자의 위치정보와 GPS 거리정보를 이용하여 목표물 사이의 거리를 재산출하고, 재산출된 거리와 PRS 측정 거리의 편차가 0%인 유전자를 결정하는 적합성 판별 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the technical problem as described above, a passive measuring station or distance calculation error compensation method according to an embodiment of the present invention is a method for calculating a distance of a passive measuring station including three sub-array receivers, receiving a function sub-sequence a first step of inputting a signal and a central sub-array reception signal, and measuring a first time delay based on the cross-correlation of the two reception signals; a second step of inputting the stern sub-array reception signal and the center sub-array reception signal, and measuring a second time delay based on the cross-correlation of the two reception signals; Step 3 of estimating a central subsequence position error based on a genetic algorithm; and calculating a time delay compensation value for the estimated central subsequence position error, and compensating for the first and second time delays using the compensation value. transforming to determine the genotype; Arbitrarily determining the initial gene in the form of a checkerboard around the central sub-array location information; It characterized in that it comprises a suitability determination step of recalculating the distance between the target using the generated gene location information and GPS distance information, and determining the gene in which the deviation between the recalculated distance and the PRS measurement distance is 0% .

바람직하게는 적합성 판별단계에서, 적합성 판별에 적절하지 않는 경우 거리오차율이 최소인 유전자를 선정하여 최적 유전자의 위치정보를 결정하고 시간지연을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the suitability determination step, when it is not appropriate for the suitability determination, the method further comprises the step of selecting a gene having a minimum distance error rate, determining the position information of the optimal gene, and compensating for a time delay.

바람직하게는 3단계는, 초기 유전자의 교배 및 돌연변이에 의한 진화과정에 기초해서 자식 유전자를 생성하고, 생성된 유전자에 대한 적합성 판별을 반복해서 수행하는 것을 특징으로 한다.Preferably, step 3 is characterized by generating offspring genes based on the evolution process by mating and mutation of initial genes, and repeatedly performing suitability determination for the generated genes.

바람직하게는 보상된 제1,2시간지연값, 측정된 음속정보를 이용하여 목표물 간의 거리를 산출하는 5단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method further comprises a fifth step of calculating the distance between the targets using the compensated first and second time delay values and the measured sound velocity information.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수동측거소나 거리산출 오차보정방법은, 유전 알고리즘 기반으로 위치오차를 추정하기 위한 수동측거소나 거리산출 오차보정방법에 있어서, 설계된 부배열 수신기의 위치정보와 GPS 위치정보를 역산하여 목표물의 위치정보를 얻는 1단계; 중앙부배열의 위치정보를 이진수로 변경하여 유전자형을 결정하는 2단계; 중앙부배열의 위치정보를 중심으로 바둑판 형태로 초기 유전자를 임의로 결정하는 3단계; 생성된 유전자를 위치정보로 변환하고, 변환된 부배열 위치정보와 1단계에서 얻은 목표물의 위치정보와의 시간지연과 거리를 재산출하는 4단계; 측정된 PRS 거리 정보를 입력하고, 4단계에서 산출한 거리정보와의 비교 편차가 최소값인 적합 유전자를 선정하는 5단계; 및 적합 유전자에 해당하는 위치정보와 초기 중앙 부배열 수신기의 위치정보와의 위치오차를 산출하는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A manual ranging station or distance calculation error correction method according to another embodiment of the present invention is a manual ranging station or distance calculation error correction method for estimating a position error based on a genetic algorithm, location information and GPS location information of a designed sub-array receiver Step 1 of obtaining location information of a target by inverse calculation; A second step of determining the genotype by changing the position information of the central subsequence to a binary number; Step 3 of arbitrarily determining the initial gene in the form of a checkerboard centering on the location information of the central sub-array; a fourth step of converting the generated gene into location information, and recalculating a time delay and distance between the converted sub-sequence location information and the location information of the target obtained in step 1; a fifth step of inputting the measured PRS distance information and selecting a suitable gene having a minimum comparison deviation with the distance information calculated in step 4; and calculating a position error between the position information corresponding to the suitable gene and the position information of the initial central subsequence receiver.

바람직하게는 초기 유전자를 교배 및 돌연변이에 의한 진화과정에 기초해서 자식 유전자를 생성하는 단계를 더 포함하고, 생성된 자식 유전자의 위치정보를 이용하여 목표물과의 거리정보를 재산출하는 것을 반복해서 수행하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method further comprises the step of generating a child gene based on the evolution process by crossing and mutation of the initial gene, and repeatedly performing recalculation of distance information from the target using the position information of the generated child gene characterized in that

바람직하게는 산출된 중앙 부배열 위치오차와 측정된 음속정보를 이용하여 위치오차에 대한 시간지연 보상값을 산출하고, 이 보상값을 이용하여 함수 부배열 수신신호와 중앙 부배열 수신신호 사이의 제1시간지연을 보상하고, 이 보상값을 이용하여 함미 부배열 수신신호와 중앙 부배열 수신신호 사이의 제2시간지연을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, a time delay compensation value for the position error is calculated using the calculated central subsequence position error and the measured sound velocity information, and using this compensation value, the second difference between the function subsequence received signal and the central subsequence received signal is used. Compensating for one time delay, and compensating for a second time delay between the stern subsequence received signal and the center subsequence received signal using this compensation value.

바람직하게는 보상된 제1,2시간지연값, 입력되는 음속정보를 이용하여 목표물 사이의 거리를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method further comprises the step of calculating the distance between the targets using the compensated first and second time delay values and the input sound velocity information.

본 발명의 일 실시예에 따른 수동측거소나 거리산출 오차보정장치 및 방법은 3개의 부배열을 포함하는 수동측거소나가 설치된 이후, 오차범위 내에서 발생되는 물리적인 수신 부배열 위치오차를 추정하는 것이 가능하다. 이를 위해서 본 발명은 유전자형 결정, 초기 유전자 결정 및 적합성 판별 등에 따른 유전 알고리즘을 적용하여, 비교적 단순한 탐색방법으로 위치오차를 추정하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명은 수신 부배열 위치오차를 추정하고, 이를 이용하여 부배열 위치오차를 보상하므로서 정확한 부배열 위치정보에 기초한 정확한 거리 정보를 얻는 것이 가능해진다.In the manual measuring station or distance calculation error correction apparatus and method according to an embodiment of the present invention, after the manual measuring sonar including three sub-arrays is installed, it is to estimate the position error of the physical receiving sub-sequence that occurs within the error range. possible. To this end, the present invention applies a genetic algorithm according to genotype determination, initial genetic determination and suitability determination, and it is possible to estimate the position error using a relatively simple search method. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain accurate distance information based on accurate subsequence position information by estimating the received subsequence position error and compensating for the subsequence position error using this.

또한 본 발명은 중앙 부배열 수신기를 기준으로 함수 부배열 수신기와 함미 부배열 수신기의 도달시간 차를 산출한다. 따라서 본 발명은 유전 알고리즘에 기반해서 상대적인 중앙부배열 위치오차만을 추정하고, 이를 부배열 위치정보에 보상하므로서, 그 사용법이 간단하고 편리하게 이루어질 수 있다.In addition, the present invention calculates the arrival time difference between the function sub-sequence receiver and the stern sub-sequence receiver based on the central sub-sequence receiver. Therefore, the present invention estimates only the relative central subsequence position error based on the genetic algorithm and compensates it for the subsequence position information, so that its usage can be made simple and convenient.

또한 본 발명은 유전 알고리즘을 통한 부배열 위치오차를 추정하는 중앙 부배열 위치오차 추정부를 모듈화해서 구현 가능하다. 따라서 모듈화하여 적용하기 편한 구성으로 거리 산출 및 기타 다른 시간지연 구성에 호환 및 적용할 수 있으므로서 그 사용 범위가 다양하게 확대 가능하다.In addition, the present invention can be implemented by modularizing the central subsequence position error estimator for estimating the subsequence position error through a genetic algorithm. Therefore, it is a modular and easy-to-apply configuration that can be used interchangeably and applied to distance calculations and other time delay configurations, so that the range of use can be diversified.

도 1은 3개 부배열로 구성된 수동측거소나의 일반적인 거리산출 오차보정방법을 설명하는 예시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동측거소나의 거리산출 오차보정장치의 전체적인 구성도,
도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동측거소나의 거리산출 오차보정장치에 적용된 중앙 부배열 위치오차 추정부의 상세 구성도,
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 적합성 판별부의 상세 구성도,
도 4는 본 발명의 부배열 위치 오차에 따른 수동측거소나에서 거리산출 오차보정방법을 설명하기 위한 예시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동측거소나의 거리산출 오차보정방법에 적용된 유전 알고리즘 기반의 보정테이블 생성을 보여주는 예시도,
도 6a와 도 6b은 본 발명의 일 실시예에 따른 부배열 위치오차를 보상 전 거리오차율과 보상 후의 거리오차율을 비교하고 있는 전시도이다.1 is an exemplary diagram illustrating a general distance calculation error correction method of a passive measuring sonar composed of three sub-arrays;
2 is an overall configuration diagram of a distance calculation error correction device of a passive measuring sonar according to an embodiment of the present invention;
3a is a detailed configuration diagram of a central sub-array position error estimator applied to a distance calculation error correction apparatus of a passive measuring sonar according to an embodiment of the present invention;
3b is a detailed configuration diagram of a suitability determining unit according to an embodiment of the present invention;
4 is an exemplary diagram for explaining a method of correcting a distance calculation error in a passive measuring sonar according to a sub-array position error of the present invention;
5 is an exemplary view showing the generation of a correction table based on a genetic algorithm applied to the method for correcting the distance calculation error of the passive measuring sonar according to an embodiment of the present invention;
6A and 6B are diagrams comparing a distance error rate before compensation for a sub-array position error and a distance error rate after compensation according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"와 "기", "모듈"과 "부", "유닛"과 "부", "장치"와 "시스템", "단말"과 "노드"와 "디지털 무전기" 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한 설명에서 사용되는 띄어쓰기 "중앙부배열"과 "중앙 부배열", "시간지연산출부"와 "시간지연 산출부" 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. The suffixes "part" and "group", "module" and "part", "unit" and "part", "device" and "system", "terminal" and "node" for components used in the description below. and "digital walkie-talkie" are given or mixed in consideration of the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves. In addition, the spaces "central sub-array" and "central sub-array", "time delay calculation unit" and "time delay calculation unit" used in the description are used only in consideration of the ease of writing the specification and are used interchangeably, meaning that they are distinct from each other or not having a role.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical spirit disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including an ordinal number, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention.

3개의 부배열 수신기로 구성된 수동측거소나는 정해진 수신 부배열 간격을 기반으로 하여 방사 음원의 도달시간 차와 삼각측량법을 적용하여 방위와 거리를 산출한다. 따라서 일반적인 수동측거소나는 3개의 부배열 수신기가 동일 직선상에 균등한 간격으로 위치하고 있다고 가정하고, 삼각측량법을 적용하여 방위와 거리를 산출한다.The passive measuring sonar composed of three sub-array receivers calculates the bearing and distance by applying the triangulation method and the difference in arrival time of the radiated sound source based on the set receiving sub-array interval. Therefore, the general passive sonar assumes that three sub-array receivers are located at equal intervals on the same straight line, and calculates the bearing and distance by applying the triangulation method.

도 1은 3개 부배열로 구성된 수동측거소나의 일반적인 거리산출방법을 설명하는 예시도이다.1 is an exemplary view for explaining a general distance calculation method of a passive measuring sonar composed of three sub-arrays.

도 1은 3개의 부배열 수신기가 동일 직선 상에 균등한 간격(d)으로 위치하고 있다고 가정하고, 함수 쪽에 위치한 부배열 수신기(FWD), 중앙 부배열 수신기(MID), 함미 쪽에 위치한 부배열 수신기(AFT)를 이용한 목표물 사이의 거리 산출에 따른 삼각측량법의 관계를 보여주고 있다.1 is assuming that three sub-array receivers are positioned at equal intervals (d) on the same straight line, a sub-array receiver (FWD) located on the function side, a central sub-array receiver (MID), and a sub-array receiver located on the stern side ( It shows the relationship of the triangulation method according to the distance calculation between targets using AFT).

삼각측량법에 따른 수동측거소나의 거리산출은, 각 부배열 간의 시간지연(τ)과 음속(c), 부배열 위치정보인 부배열 간격(d)을 관계식에 적용하여 산출된다. 시간지연(τ)은 중앙 부배열을 기준으로 함수 부배열 및 함미 부배열 간의 빔 데이터 상호상관을 기반으로 계산된다. 여기서 시간지연은 도 1에 도시하고 있는 바와 같이 물리적인 부배열 위치(즉, 동일 직선 상에서 균등한 간격으로 배열)를 기반으로 발생된다. 음속(c)은 별도의 장치를 통해서 측정되는 값이며, 부배열 간격(d)은 3개의 부배열 수신기를 잠수함에 탑재시 설계된 고정값이다.The distance calculation of the passive sonar according to the triangulation method is calculated by applying the time delay (τ) and the speed of sound (c) between each subsequence, and the subsequence interval (d), which is the subsequence position information, to the relational expression. The time delay (τ) is calculated based on the beam data cross-correlation between the function subsequence and the tail subsequence with respect to the central subsequence. Here, the time delay is generated based on the physical sub-arrangement position (ie, arranged at equal intervals on the same straight line) as shown in FIG. 1 . The speed of sound (c) is a value measured through a separate device, and the sub-array spacing (d) is a fixed value designed when three sub-array receivers are mounted on a submarine.

이와 같이 수동측거소나는 부배열 위치정보에 의존하여 목표물 간의 거리 산출이 이루어진다. 그러기 때문에 부배열 위치정보가 부정확하면, 산출된 거리값에 오차가 발생되어진다. 따라서 본 발명은 중앙 부배열 위치정보의 오차를 추정하고, 이를 보상한다. In this way, the passive ranging sonar calculates the distance between the targets depending on the sub-array location information. Therefore, if the sub-array position information is inaccurate, an error is generated in the calculated distance value. Therefore, the present invention estimates the error of the central sub-array location information and compensates for it.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동측거소나의 거리산출 오차보정장치의 전체적인 구성도이다.2 is an overall configuration diagram of a distance calculation error correction apparatus of a passive measuring sonar according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 수동측거소나는 3개의 부배열 수신기를 포함하고 있다. 함수 쪽에 위치한 부배열 수신기(FWD), 중앙 부배열 수신기(MID), 함미 쪽에 위치한 부배열 수신기(AFT)는 잠수함의 좌현과 우현에 각각 설치된다. 본 발명은 함수 부배열 수신기(FWD)로부터 수신된 신호를 입력하는 함수 부배열 수신신호 입력부(10), 중앙 부배열 수신기(MID)로부터 수신된 신호를 입력하는 중앙 부배열 수신신호 입력부(20), 함미 부배열 수신기(AFT)로부터 수신된 신호를 입력하는 함미 부배열 수신신호 입력부(30)를 포함하고 있다.The passive ranging sonar according to an embodiment of the present invention includes three sub-array receivers. The sub-array receiver (FWD), the central sub-array receiver (MID), and the sub-array receiver (AFT) located on the stern side are installed on the port and starboard sides of the submarine, respectively. The present invention provides a function sub-array reception signal input unit 10 for inputting a signal received from a function sub-array receiver (FWD), and a central sub-array reception signal input unit 20 for inputting a signal received from a central sub-array receiver (MID). , and a stern sub-array reception signal input unit 30 for inputting a signal received from the stern sub-array receiver (AFT).

본 발명의 수동측거소나의 거리산출은 중앙 부배열 수신신호 입력부(20)에서 입력된 신호를 기준으로 함수 부배열 수신신호 입력부(10)와 함미 부배열 수신신호 입력부(30)에서 입력된 신호의 상관성을 이용하여 시간지연(τ)을 산출한다. 이를 위해서 본 발명은 중앙 부배열 수신신호와 함수 부배열 수신신호 간의 시간지연을 산출하는 제1시간지연산출부(50), 중앙 부배열 수신신호와 함미 부배열 수신신호 간의 시간지연을 산출하는 제2시간지연산출부(70)를 포함한다.The distance calculation of the passive measuring sonar of the present invention is based on the signal input from the central sub-array reception signal input unit 20, the function sub-array reception signal input unit 10 and the stern sub-array reception signal input unit 30. The time delay (τ) is calculated using the correlation. To this end, the present invention provides a first time delay calculation unit 50 for calculating a time delay between a central sub-sequence received signal and a function sub-sequence received signal, and a first time delay calculation unit for calculating a time delay between the central sub-sequence received signal and the stern sub-sequence received signal. 2 time delay calculation unit 70 is included.

또한 본 발명은 중앙 부배열 위치정보의 오차를 추정하고, 이를 이용하여 부배열 위치오차를 보상하는 구성을 더 포함한다. 이를 위해서 본 발명은 중앙 부배열 위치오차를 추정하는 위치오차 추정부(40), 그리고 추정된 중앙 부배열 위치오차로 인해 발생된 시간지연 오차에 대한 보상값(τcomp)을 산출하고, 보상처리하는 시간지연 보상값 산출 및 보상부(60)를 포함한다.In addition, the present invention further includes a configuration for estimating the error of the central sub-sequence position information and compensating for the sub-sequence position error by using this. To this end, the present invention calculates a compensation value (τ comp ) for a position error estimator 40 for estimating a central subsequence position error, and a time delay error caused by the estimated central subsequence position error, and performs compensation processing. and a time delay compensation value calculation and compensation unit 60 .

즉, 시간지연 보상값 산출 및 보상부(60)는 산출된 중앙 부배열 위치오차에 대한 시간지연 보상값(τcomp)을 제1시간지연산출부(50)에서 산출된 중앙 부배열 수신신호와 함수 부배열 수신신호 간의 시간지연값(τ'mf)에 보상한다. 또한 시간지연 보상값 산출 및 보상부(60)는 산출된 중앙 부배열 위치오차로 시간지연 보상값(τcomp)을 제2시간지연산출부(70)에서 산출된 중앙 부배열 수신신호와 함수 부배열 수신신호 간의 시간지연값(τ'ma)에도 보상한다.That is, the time delay compensation value calculating and compensating unit 60 calculates the time delay compensation value τ comp for the calculated central sub-sequence position error with the central sub-array reception signal calculated by the first time delay calculation unit 50 and Compensate for the time delay value (τ' mf ) between the reception signals of the function sub-array. In addition, the time delay compensation value calculation and compensation unit 60 calculates the time delay compensation value τ comp as the calculated central subsequence position error with the central sub-array received signal calculated by the second time delay calculation unit 70 and the function unit The time delay value (τ' ma ) between the array received signals is also compensated.

이후, 보상된 부배열 간의 시간지연값(τmf)(τma), 음속 측정값(c)은 거리산출부(90)에서 목표물 간의 방위, 거리를 산출하는데 이용되어진다. 그리고 부호 80은, 별도의 장치를 이용하여 목표물 사이의 음속정보를 측정한 값을 입력하는 음속정보입력부의 구성이다.Thereafter, the compensated time delay value (τ mf ) (τ ma ) and the sound velocity measurement value (c) between the compensated sub-arrays are used to calculate the orientation and distance between the targets in the distance calculating unit 90 . And, reference numeral 80 is a configuration of a sound velocity information input unit for inputting a value obtained by measuring sound velocity information between targets using a separate device.

상기 구성으로 이루어지는 본 발명의 일 실시예 따른 수동측거소나의 거리산출방법은 다음과 같이 이루어진다.The distance calculation method of the passive measuring sonar according to an embodiment of the present invention having the above configuration is made as follows.

본 발명의 수동측거소나는 3개의 부배열 수신기로 구성되고, 잠수함의 좌현과 우현에 각각 설치되어진다. 설계시에 3개의 부배열 수신기는 동일 직선 상에서 균등한 간격으로 설계가 이루어지고, 그에 따라서 설치가 이루어진다. 그러나 3개의 부배열 수신기의 수신신호가 항상 도 1에 도시되고 있는 바와 같이, 동일 직선 상에서 균등한 간격으로 검출되기는 어렵다. 즉, 잠수함의 외형적 형상 및 기타 여러가지 여건에 따라서 수신 부배열 위치 오차가 발생되어지고, 이러한 문제로 인해서 잠수함에 설치된 이후로 발생되는 물리적인 수신 부배열 위치 오차를 보상할 필요가 있다. The passive sonar of the present invention is composed of three sub-array receivers, and is installed on the port and starboard sides of the submarine, respectively. When designing, the three sub-array receivers are designed at equal intervals on the same straight line, and are installed accordingly. However, as shown in FIG. 1, it is difficult to always detect the received signals of the three sub-array receivers at equal intervals on the same straight line. That is, a receiving sub-sequence position error is generated according to the external shape of the submarine and various other conditions, and due to this problem, it is necessary to compensate for the physical receiving sub-sequence position error that occurs after being installed in the submarine.

도 4는 중앙 부배열 수신기의 위치가 부정확할 경우, 발생되는 시간지연 오차 관계도와 보상식을 나타내고 있다.4 shows a relationship diagram and a compensation equation for a time delay error generated when the position of the central sub-array receiver is incorrect.

삼각측량법에 따른 수동측거소나의 거리산출(R)은, 각 부배열 간의 시간지연 (τmf,τma)과 음속(c), 부배열 위치정보인 부배열 간격(d)을 관계식에 적용하여 산출된다. 시간지연(τmf,τma)은 중앙 부배열을 기준으로 함수 부배열 및 함미 부배열 간의 빔 데이터 상호상관을 기반으로 계산된다. The distance calculation (R) of the passive measuring sonar according to the triangulation method is performed by applying the time delay (τ mf ,τ ma ) between each sub-array, the speed of sound (c), and the sub-array spacing (d), which is the sub-array location information, to the relational expression. is calculated The time delay (τ mf ,τ ma ) is calculated based on the beam data cross-correlation between the function subsequence and the tail subsequence with respect to the central subsequence.

따라서 본 발명에서는 상대적인 중앙 부배열 위치오차와 시간지연과의 관계를 추정하기 위한 것으로, 중앙 부배열 수신기(MID)의 위치를 x-y 축인 2차원 평면으로 고려하여 오차를 추정한다. 본 발명의 중앙 부배열 수신기(MID)는 함수 부배열 수신기(FWD) 및 함미 부배열 수신기(AFT)와는 다르게 동일 직선 상을 벗어나서 위치하고 있는 상태이다. Therefore, in the present invention, in order to estimate the relationship between the relative central subsequence position error and time delay, the error is estimated by considering the position of the central subsequence receiver (MID) as a two-dimensional plane that is the x-y axis. The central sub-array receiver (MID) of the present invention is in a state in which the function sub-array receiver (FWD) and the stern sub-array receiver (AFT) are located out of the same straight line.

중앙 부배열 위치오차값을 삼각함수에 근거하여 시간지연을 수식적으로 보상한 결과는 중앙 부배열이 기준점(0,0)에 위치하여 함수/함미와의 시간지연을 산출한 것과 동일하다. 따라서 기준점에서 벗어난 중앙 부배열 위치에 따른 시간지연 값(τcomp)을 검출하고, 이 값을 상대적인 제1시간지연산출부(50)의 시간지연값(τ'mf)과 상대적인 제2시간지연산출부(70)의 시간지연값(τ'ma)에 보상하면, 정확한 거리 산출값(R)을 얻을 수 있게 된다. The result of mathematically compensating for the time delay based on the trigonometric function for the position error value of the central sub-sequence is the same as that of calculating the time delay with the function/stem since the central sub-sequence is located at the reference point (0,0). Therefore, a time delay value (τ comp ) according to the central sub-array position deviating from the reference point is detected, and this value is compared with the relative time delay value (τ' mf ) of the first time delay calculating unit 50 and the second time delay calculation. If the time delay value τ′ ma of the unit 70 is compensated, an accurate distance calculated value R can be obtained.

즉, 본 발명에서는 수동측거소나의 3개의 부배열에 대한 위치오차를 모두 측정하는 것이 아니다. 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 상대적인 중앙 부배열 수신기(MID)의 위치오차에 따른 시간지연 보상값{수학식(3)}을 산출하고, 이를 이용하여 상대적인 함수 부배열 수신신호와 함미 부배열 수신신호 간의 시간지연{수학식(4),수학식(5)}에 보상하도록 구성하고 있다.That is, in the present invention, not all of the position errors for the three sub-arrays of the passive rangefinder are measured. As shown in FIG. 4, a time delay compensation value {Equation (3)} according to the relative position error of the central sub-array receiver (MID) is calculated, and using this, the relative function sub-array reception signal and the stern sub-array are used. It is configured to compensate for the time delay between the received signals (Equation (4), Equation (5)).

수학식(3)Equation (3)

τcomp = (xsinθ + ycosθ)/cτ comp = (xsinθ + ycosθ)/c

수학식(4)Equation (4)

τmf = τ'mf - τcomp τ mf = τ' mf - τ comp

수학식(5)Equation (5)

τma = τ'ma - τcomp τ ma = τ' ma - τ comp

도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동측거소나의 거리산출 오차보정장치에 적용된 중앙 부배열 위치오차 추정부의 상세 구성도이다. 3A is a detailed configuration diagram of a central sub-array position error estimator applied to a distance calculation error correcting apparatus of a passive measuring sonar according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 중앙 부배열 위치오차를 추정함에 있어서 유전자형 결정, 초기 유전자 결정, 적합성 판별이 종합적으로 이루어지는 유전 알고리즘을 적용한다.The present invention applies a genetic algorithm in which genotype determination, initial gene determination, and suitability determination are comprehensively performed in estimating the central subsequence position error.

먼저 중앙 부배열 위치정보 입력부(101)는 중앙 부배열 수신기(MID)의 위치 정보를 입력한다. 이때 입력되는 중앙 부배열 수신기의 위치정보는, 중앙 부배열 수신기가 잠수함에 탑재시에 설계된 초기 위치값(고정값)이다. 이진수 변환기(103)는 입력된 중앙 부배열 수신기의 위치 정보를 이진수로 변환한다. 유전자형 결정부(104)는 변환된 중앙 부배열 수신기의 위치정보에 대한 이진수값을 유전자형으로 결정한다. First, the central sub-array location information input unit 101 inputs location information of the central sub-sequence receiver (MID). The input position information of the central sub-sequence receiver at this time is an initial position value (fixed value) designed when the central sub-sequence receiver is mounted on a submarine. The binary number converter 103 converts the input position information of the central sub-array receiver into a binary number. The genotype determining unit 104 determines a binary value for the converted position information of the central subsequence receiver as a genotype.

초기 유전자 결정부(105)는 중앙 부배열 수신기의 위치정보를 기준좌표로 하여 바둑판 형태의 주변 좌표에 대해서 초기 유전자를 결정한다. 초기 유전자 결정부(105)는 유전 알고리즘의 특성인 모집단의 상호작용을 고려하여 특정위치에 유전자 후보군이 밀집되지 않도록 바둑판 형태로 임의 지정한다. 이 구성은 유전자 후보군이 특정 위치에 밀집되어 지역 최적화에 빠지는 위험을 방지하기 위함이다.The initial gene determining unit 105 determines the initial gene with respect to the peripheral coordinates of the checkerboard shape using the position information of the central sub-array receiver as the reference coordinates. The initial genetic determiner 105 arbitrarily designates a gene candidate group in a checkerboard form so that the gene candidate group is not clustered at a specific location in consideration of the interaction of the population, which is a characteristic of the genetic algorithm. This configuration is to prevent the risk of gene candidates being concentrated in a specific location and falling into regional optimization.

이와 같이 결정된 유전자에 대해서 적합성 판별이 이루어지는데, 적합성 판별부(106)는 선정된 유전자가 적합한지 판별하고, 동시에 우수한 유전자를 결정하는 구성이다. 이를 위해서 적합성 판별부(106)는 선정된 유전자의 위치정보를 이용하여, 목표물까지의 거리를 재산출하고, 산출된 거리값과 PRS 측정 거리값의 비교를 통해서 오차가 작은 순으로 우수한 유전자를 결정한다.The suitability determination is made with respect to the gene determined in this way, and the suitability determining unit 106 is configured to determine whether the selected gene is suitable and at the same time determine an excellent gene. To this end, the suitability determining unit 106 recalculates the distance to the target using the location information of the selected gene, and determines the superior gene in the order of the smallest error through the comparison of the calculated distance value and the PRS measurement distance value. do.

따라서 적합성 판별부(106)는 선정된 유전자의 적합성을 판별하기 위해서 PRS 거리정보 입력부(107)를 통해 입력된 측정된 PRS 거리정보와, 결정된 유전자의 위치정보에 의해 재산출된 거리에 대한 거리 오차율을 근거로 적합성을 판별한다.Accordingly, the suitability determining unit 106 determines the suitability of the selected gene, the measured PRS distance information input through the PRS distance information input unit 107, and the distance error rate for the distance recalculated by the determined gene position information. Determination of suitability based on

도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 적합성 판별부의 상세 구성을 도시하고 있다.3B illustrates a detailed configuration of a suitability determining unit according to an embodiment of the present invention.

표적의 위치정보 역산부(202)는 GPS로 측정된 목표물의 거리정보를 GPS 거리정보 입력부(108)로부터 제공받고, 역산하여 자함의 기준점으로부터 목표물의 위치정보를 얻는다. The target location information inversion unit 202 receives the distance information of the target measured by GPS from the GPS distance information input unit 108 and inversely calculates it to obtain the target location information from the reference point of the own ship.

중앙 부배열 위치정보 변환부(201)는 초기 유전자 결정부(105)에서 선정된 유전자의 위치정보를 중앙 부배열 위치정보로 설정한다. 그리고 초기 유전자 결정부(105)에서 선정된 유전자의 위치정보를 이용하여 이후의 거리정보를 재산출하는 과정을 수행하고, 이후 최적 유전자 위치정보를 얻기까지 도태 및 증식부(110)에서 생성된 유전자의 위치정보를 중앙 부배열 위치정보로 설정하고, 거리정보를 재산출하는 과정을 반복해서 수행하게 된다. The central subsequence position information conversion unit 201 sets the position information of the gene selected by the initial gene determination unit 105 as the central subsequence position information. Then, the process of recalculating the subsequent distance information using the position information of the selected gene in the initial gene determination unit 105 is performed, and then the gene generated in the selection and breeding unit 110 until the optimal gene position information is obtained. The process of setting the location information of the central sub-array location information and recalculating the distance information is repeatedly performed.

부배열간 시간지연 산출부(203)는 설정된 중앙 부배열 위치정보와 표적의 위치정보를 이용하여 시간지연을 산출한다. 그리고 거리 산출부(204)는 앞서 산출된 값들을 이용하여 거리정보를 재산출한다.The inter-subsequence time delay calculation unit 203 calculates the time delay using the set central subsequence position information and the target position information. Then, the distance calculator 204 recalculates the distance information using the previously calculated values.

한편 거리 오차율 산출부(205)는 유전 알고리즘에 의하여 도출된 유전자 위치정보를 이용하여 재산출된 거리정보와, PRS 거리정보 입력부(107)로부터 PRS(수동측거소나)를 통해서 측정된 거리 정보값을 입력하고, 두 값을 비교하여 거리오차율을 산출한다. 그리고 적합성 판별부(206)는 산출된 거리오차율이 0%가 된 경우 적합성에 만족하므로 유전 알고리즘을 종료하고, 적합성에 불만족할 경우 거리오차율이 최소인 순으로 우수한 유전자를 선정한다. On the other hand, the distance error rate calculator 205 calculates the distance information recalculated using the genetic location information derived by the genetic algorithm, and the distance information value measured from the PRS distance information input unit 107 through the PRS (manual location sensor). Input and compare the two values to calculate the distance error rate. Then, the suitability determining unit 206 ends the genetic algorithm because the suitability is satisfied when the calculated distance error rate becomes 0%.

이 과정에서 우수하지 않은 유전자는 도태되어지고, 유전자의 교배 및 돌연변이 등의 과정을 통하여 자식 유전자를 생성하는 루틴을 반복해서 수행하게 된다. In this process, poor genes are culled, and the routine of generating offspring genes is repeatedly performed through processes such as gene crossing and mutation.

이를 위해서 교배 및 돌연변이 생성부(109)와 도태 및 증식부(110)가 구성된다. 그리고 생성된 유전자의 위치정보를 이용하여 목표물까지의 거리 산출이 반복 수행되고, PRS 거리정보와 산출된 거리 간의 거리 오차율(정확도)을 산출 후 적합성을 판단한다. 적합성 판별부(106), 교배 및 돌연변이 생성부(109), 도태 및 증식부(110)의 반복 루틴은 진화과정에 기초하여 중앙 부배열 위치오차를 추정하는 최적화 탐색 기법이 도입된다. For this purpose, a crossover and mutagenesis unit 109 and a culling and propagation unit 110 are configured. Then, the distance calculation to the target is repeatedly performed using the location information of the generated gene, and after calculating the distance error rate (accuracy) between the PRS distance information and the calculated distance, suitability is determined. An optimization search technique for estimating a central subsequence position error based on the evolution process is introduced in the iterative routines of the suitability determination unit 106, the mating and mutagenesis generation unit 109, and the selection and breeding unit 110.

그리고 특정 세대수까지 생성되었음에도 불구하고 적합성 판별이 나지 않은 경우, 적합성 판별부(106)에서 우수 유전자로 판단된 유전자의 위치정보를 이용하여 목표물까지의 거리를 재산출하고, 이 산출된 거리값을 PRS 측정 거리값과 비교하여 최소의 편차를 갖는 유전자 정보를 최적 유전자 정보로 판단한다. 이상의 과정을 통해서 판단된 최적 유전자 위치정보는, 초기 정보인 중앙 부배열 수신기(MID)의 위치 정보와 비교하여 중앙 부배열 위치오차를 산출하는데 이용된다.And, if suitability is not determined despite the generation of up to a specific number of households, the suitability determining unit 106 recalculates the distance to the target using the position information of the gene determined to be an excellent gene, and the calculated distance value is PRS Compared with the measured distance value, the genetic information having the minimum deviation is determined as the optimal genetic information. The optimal gene position information determined through the above process is compared with the initial information, the position information of the central subsequence receiver (MID), and is used to calculate the central subsequence position error.

즉, 위치오차값 산출부(111)는 적합성 판별부(106)에서 최적 유전자에 대한 위치정보와 초기 중앙 부배열 위치정보를 비교하고, 두 위치정보 사이의 위치오차를 산출한다. That is, the position error value calculating unit 111 compares the position information for the optimal gene with the initial central sub-sequence position information in the suitability determining unit 106 , and calculates a position error between the two position information.

위치오차값 산출부(111)에서 산출된 중앙 부배열 위치오차는 시간지연 보상값 산출 및 보상부(60)에 입력된다. 시간지연 보상값 산출 및 보상부(60)는 도 4에 도시되고 있는 바와 같이, 기준점에서 벗어난 중앙 부배열 위치오차에 따른 시간지연 보상값(τcomp)을 도출한다.The central sub-array position error calculated by the position error value calculating unit 111 is input to the time delay compensation value calculating and compensating unit 60 . As shown in FIG. 4 , the time delay compensation value calculation and compensation unit 60 derives a time delay compensation value τ comp according to the position error of the central sub-array deviating from the reference point.

이상의 과정과 같이 중앙부배열 위치오차 추정부(40)는 부배열 위치오차를 추정하고, 시간지연 보상값 산출 및 보상부(60)는 추정된 부배열 위치오차에 대한 보상값(τcomp)을 산출한다. 이렇게 산출된 부배열 위치오차에 대한 보상값(τcomp)은 제1시간지연산출부(50)에서 산출된 시간지연값(τ'mf)과 제2시간지연산출부(70)에서 산출된 시간지연값(τ'ma)에 수학식(4) 그리고 수학식(5)와 같이 적용되어져서 보상된다. 이렇게 하여 보상된 시간지연값(τmf)과 보상된 시간지연값(τma)를 얻게 된다.As described above, the central subsequence position error estimator 40 estimates the subsequence position error, and the time delay compensation value calculation and compensation unit 60 calculates a compensation value τ comp for the estimated subsequence position error. do. The compensation value τ comp for the sub-array position error calculated in this way is the time delay value τ′ mf calculated by the first time delay calculating unit 50 and the time calculated by the second time delay calculating unit 70 . Equations (4) and (5) are applied to the delay value τ' ma to compensate. In this way, a compensated time delay value (τ mf ) and a compensated time delay value (τ ma ) are obtained.

이후 거리 산출부(90)는 보상된 시간지연값(τmf)과 보상된 시간지연값(τma)과 측정된 음속정보(c)를 이용하여 목표물 사이의 정확한 거리정보(R)를 얻은 것이 가능해진다.Thereafter, the distance calculator 90 obtains accurate distance information (R) between the targets using the compensated time delay value (τ mf ), the compensated time delay value (τ ma ), and the measured sound velocity information (c). it becomes possible

특히 본 발명은 유전 알고리즘을 통한 부배열 위치오차를 추정하는 중앙 부배열 위치오차 추정부(40)를 모듈화해서 구현 가능하다. 따라서 모듈화하여 적용하기 편한 구성으로 거리 산출 및 기타 다른 시간지연 구성에 호환 및 적용할 수 있으므로서 그 사용 범위가 다양하게 확대 가능할 것이다.In particular, the present invention can be implemented by modularizing the central subsequence position error estimator 40 for estimating the subsequence position error through a genetic algorithm. Therefore, it is a modular and easy-to-apply configuration that can be compatible and applied to distance calculations and other time delay configurations, so that the range of use will be diversified.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동측거소나의 거리산출 오차보정방법에 적용된 유전 알고리즘 기반의 부배열 위치오차 추정에 따른 최적 유전자 검출 예시도이다.5 is an exemplary diagram of optimal gene detection according to subsequence position error estimation based on a genetic algorithm applied to a distance calculation error correction method of a passive measuring sonar according to an embodiment of the present invention.

즉 도 5에 도시하고 있는 바와 같이, 다수의 유전자 후보군을 유전 알고리즘 기반의 부배열 위치오차 추정을 통해서 탐색하여, 분홍색 점으로 표시된 최적 유전자를 도출할 수 있다.That is, as shown in FIG. 5 , a plurality of gene candidate groups can be searched through genetic algorithm-based subsequence position error estimation to derive the optimal gene indicated by a pink dot.

그리고 도 6b은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동측거소나의 거리산출 오차보정방법에서 유전자 알고리즘을 기반으로 부배열 위치오차를 추정하고 보상된 거리정보(Compensation based on GA ; 빨간색 그래프)와 측정된 PRS 거리정보(PRS : 파란색 그래프)의 거리 오차율을 나타낸 것이다. 본 발명은 거리 오차율 2.2%의 거리정확도를 얻을 수 있다. 이와 대비하여 도 6a는 종래 부배열 위치오차 보상 전의 GPS 검출에 의한 거리정보(GPS : 빨간색 그래프)와 측정된 PRS 거리정보(PRS : 파란색 그래프)를 도시하고 있다. 이 경우 오차범위는 9.8%로 높게 나타나고 있음을 확인할 수 있다.And Figure 6b is the distance calculation error correction method of the passive ranging sonar according to an embodiment of the present invention, based on the genetic algorithm to estimate the sub-sequence position error and compensated distance information (Compensation based on GA; red graph) and measured It shows the distance error rate of PRS distance information (PRS: blue graph). The present invention can obtain a distance accuracy of 2.2% of the distance error rate. In contrast, FIG. 6A shows distance information (GPS: red graph) and measured PRS distance information (PRS: blue graph) by GPS detection before sub-array position error compensation in the related art. In this case, it can be seen that the error range is as high as 9.8%.

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이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. The above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

10 : 함수 부배열 수신신호 입력부 20 : 중앙 부배열 수신신호 입력부
30 : 함미 부배열 수신신호 입력부 40 : 중앙 부배열 위치오차추정부
50 : 제1시간지연산출부 60 : 부배열 위치정보 보상부
70 : 제2시간지연산출부 80 : 음속정보 입력부
90 : 거리산출부10: function sub-array reception signal input unit 20: central sub-array reception signal input unit
30: stern sub-array reception signal input unit 40: center sub-array position error estimation unit
50: first time delay calculation unit 60: sub-array position information compensation unit
70: second time delay calculation unit 80: sound velocity information input unit
90: distance calculation unit

Claims (13)

3개의 부배열 수신기를 포함하고 있는 수동측거소나의 거리산출 오차보정장치에 있어서,
함수 부배열 수신신호와 중앙 부배열 수신신호를 입력하고, 두 수신신호의 상호상관을 기반으로 제1시간지연을 측정하는 제1시간지연산출부;
함미 부배열 수신신호와 중앙 부배열 수신신호를 입력하고, 두 수신신호의 상호상관을 기반으로 제2시간지연을 측정하는 제2시간지연산출부;
유전 알고리즘 기반으로 중앙 부배열 위치오차를 추정하는 부배열 위치오차 추정부; 및
추정된 중앙 부배열 위치오차에 대한 보상값을 산출하고, 제1,2 시간지연을 보상하는 시간지연 보상값 산출 및 보상부를 포함하고,
부배열 위치정보 추정부는, 중앙 부배열 위치정보를 이진수로 변환하여 유전자형을 결정하는 유전자형 결정부; 중앙 부배열 위치정보 주변의 바둑판 형태로 초기 유전자를 임의로 결정하는 초기 유전자 결정부; 생성된 유전자의 위치정보를 이용하여 목표물 사이의 거리를 재산출하고, 재산출된 거리와 PRS 측정 거리의 편차가 최소인 유전자를 최적 유전자로 결정하는 적합성 판별부; 최적 유전자의 위치정보와 초기 중앙 부배열 위치 사이의 위치오차를 산출하는 위치오차값 산출부를 포함하는 수동측거소나 거리산출 오차보정장치.
In the distance calculation error correction device of the passive measuring sonar including three sub-array receivers,
a first time delay calculator for inputting the function sub-sequence received signal and the central sub-sequence received signal, and measuring a first time delay based on the cross-correlation of the two received signals;
a second time delay calculator for inputting the stern sub-array reception signal and the center sub-array reception signal, and measuring a second time delay based on the cross-correlation of the two reception signals;
a subsequence position error estimator for estimating a central subsequence position error based on a genetic algorithm; and
Comprising a time delay compensation value calculation and compensation unit for calculating a compensation value for the estimated central sub-sequence position error, and compensating for first and second time delays,
The subsequence location information estimating unit includes: a genotype determination unit that converts the central subsequence location information into binary numbers to determine the genotype; an initial gene determination unit for arbitrarily determining an initial gene in the form of a checkerboard around the central sub-array location information; a suitability determining unit for recalculating the distance between the targets by using the generated gene location information, and determining a gene having the smallest deviation between the recalculated distance and the PRS measurement distance as an optimal gene; A manual ranging point or distance calculation error correction device including a position error value calculation unit for calculating a position error between the position information of the optimal gene and the initial central sub-sequence position.
 청구항 1에 있어서,
부배열 위치오차 추정부는, 초기 유전자의 교배 및 돌연변이에 의한 진화과정에 기초해서 자식 유전자를 생성하고, 생성된 유전자에 대한 적합성 판별을 반복해서 수행하는 수동측거소나 거리산출 오차보정장치.
The method according to claim 1,
The subsequence position error estimating unit generates a child gene based on the evolutionary process by mating and mutation of the initial gene, and a manual station or distance calculation error correction device that repeatedly performs suitability determination for the generated gene.
 청구항 1에 있어서,
보상된 제1,2시간지연값, 입력되는 음속정보를 이용하여 목표물 간의 거리를 산출하는 거리산출부를 더 포함하는 수동측거소나 거리산출 오차보정장치.
The method according to claim 1,
A manual ranging station or distance calculation error correcting device further comprising a distance calculator for calculating a distance between targets by using the compensated first and second time delay values and the input speed of sound information.
 청구항 1에 있어서,
부배열 위치정보 추정부는 모듈화하여 구성하는 수동측거소나 거리산출 오차보정장치.
The method according to claim 1,
The sub-array location information estimating unit is a manual measuring station or distance calculation error correction device configured by modularity.
 청구항 1에 있어서,
시간지연 보상값 산출 및 보상부는 추정된 중앙 부배열 위치오차에 대한 보상값을 산출할 때, 입력되는 음속정보를 이용하는 수동측거소나 거리산출 오차보정장치.
The method according to claim 1,
When calculating a compensation value for the estimated central sub-array position error, the time delay compensation value calculating and compensating unit uses the input sound velocity information to compensate for a manual ranging station or distance calculation error correction device.
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