KR102560145B1 - 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치 및 이를 탑재한 잠수함 - Google Patents

저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치 및 이를 탑재한 잠수함 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치는 압전소자를 이용하여, 저주파 소나 시스템에서 송신된 음파를 감지하여 디지털 음파 신호를 전송하거나, 디지털 반대 반향음 음파 신호를 수신하여 반대 반향음 음파를 발생시키는 음파 송수신부; 및 상기 음파 송수신부에서 전송된 상기 디지털 음파 신호를 분석하여 상기 음파의 반향음을 상쇄시키기 위한 디지털 반대 반향음 음파 신호를 생성하여 상기 음파 송수신부로 전송하는 제어부를 포함한다.

Description

저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치 및 이를 탑재한 잠수함{Apparatus for reducing echo of low frequency sonar and submarine having the same}
본 발명은 소나 시스템에 관한 것으로, 기존의 잠수함에 설치되는 무 반향음 타일의 두께를 유지하면서, 저주파 소나 시스템이 송신하는 저주파 음파의 반향음 감소시킬 수 있는 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치 및 이를 탑재한 잠수함에 관한 것이다.
일반적으로 음파는 수중에서 기동하는 잠수함 표적을 탐지하기 위한 수단으로 이용된다. 소나 시스템(sonar system)은 음파를 이용하여 수중에서 기동하는 잠수함과 같은 표적의 위치 및 거리를 추정한다.
소나 시스템은 표적으로 음파를 송신하는지 여부에 따라 수동 소나 시스템과 능동 소나 시스템으로 분류된다. 즉, 수동 소나 시스템은 표적에서 방출되는 음향을 탐지하여 표적의 위치와 거리를 추정하고, 능동 소나 시스템은 표적을 향하여 음파를 송신하여 표적에서 반사되어 되돌아오는 반향음을 탐지하여 표적의 위치와 거리를 추정한다.
한편, 군사적 목적으로 사용되는 잠수함은 적군의 함정 또는 잠수함에 탑재된 소나 시스템에 의해 탐지되는 것을 방지하기 위해 다양한 수단을 사용한다. 예를 들면, 잠수함은 수동 소나 시스템에 의해 탐지되는 것을 방지하기 위해, 주의 환경에서 발생하는 소리 등을 모사하여 송신하는 한국공개특허공보 제10-2011-0091386호에 개시된 바와 같은 기만기를 사용한다. 또한, 잠수함은 능동 소나 시스템에 의해 탐지되는 것을 방지하기 위해, 능동 소나 시스템에서 송신된 음파를 흡수 또는 산란시키는 한국공개실용신안공보 제20-2014-0002734호에 개시된 바와 같은 무반향음(無反響音) 타일을 사용한다.
그런데 능동 소나 시스템에 의해 탐지되는 것을 방지하기 위한 무반향음 타일은 수십kHz 이상의 중고주파 음파는 흡수 또는 산란시킬 수 있으나, 수kHz 이하의 저주파 음파는 흡수 및 산란시킬 수 없는 것으로 알려져 있다.
따라서 무반향음 타일이 설치된 잠수함은 저주파 음파를 송신하는 능동 소나 시스템에 의해 탐지되는 문제점이 있다. 그리고 이러한 문제를 해결하기 위해, 무반향음 타일이 저주파 음파를 흡수 또는 산란시킬 수 있게 하기 위해서는 무반향음 타일의 두께를 두껍게 해야 하는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-0946753호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 기존의 잠수함에 설치되는 무반향음 타일의 두께를 유지하면서 저주파 소나 시스템이 송신하는 음파의 반향음 감소시킬 수 있는 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치 및 이를 탑재한 잠수함을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성 하기 위한 본 발명에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치는 압전소자를 이용하여, 저주파 소나 시스템에서 송신된 음파를 감지하여 디지털 음파 신호를 전송하거나, 디지털 반대 반향음 음파 신호를 수신하여 반대 반향음 음파를 발생시키는 음파 송수신부; 및 상기 음파 송수신부에서 전송된 상기 디지털 음파 신호를 분석하여 상기 음파의 반향음을 상쇄시키기 위한 디지털 반대 반향음 음파 신호를 생성하여 상기 음파 송수신부로 전송하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 음파 송수신부는, 상기 저주파 소나 시스템에서 송신된 음파를 아날로그 음파 신호로 변환하거나, 아날로그 반대 반향음 음파 신호를 반대 반향음 음파로 변환하는 트랜스듀서; 상기 트랜스듀서가 변환한 상기 아날로그 음파 신호를 디지털 음파 신호로 변환하여 상기 제어부로 전송하는 음파 수신부; 및 상기 제어부가 전송한 상기 디지털 반대 반향음 음파 신호를 상기 아날로그 반대 반향음 음파 신호로 변환하여 상기 트랜스듀서로 전송하는 반대 반향음 송신부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 트랜스듀서는, 상부가 개방된 원통형 하우징; 상기 원통형 하우징의 개방된 부분에 안착되는 전면추; 및 상기 전면추에 부착되는 압전소자를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전면추와 상기 압전소자의 형상은 원반형일 수 있다.
또한, 상기 압전소자는, 상기 저주파 소나 시스템에서 송신된 음파를 아날로그 음파 신호로 변환하여 상기 음파 수신부로 전송하고, 상기 반대 반향음 송신부에서 송신된 상기 아날로그 반대 반향음 음파 신호에 대응하여 진동하여 상기 전면추에서 반대 반향음이 방사되게 할 수 있다.
또한, 상기 원통형 하우징은 스틸 재질로 형성되고, 상기 트랜스듀서의 외면은 음향윈도우 기능을 가진 수밀부재에 의해 감싸질 수 있다.
또한, 상기 트랜스듀서는 복수 개일 수 있다.
다른 측면에서 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치를 탑재한 잠수함은 상기 기재들 중 어느 하나에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치; 및 잠수함의 표면에 부착되는 무반향음 타일를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치 및 이를 탑재한 잠수함에 의하면, 기존의 잠수함에 설치되는 무반향음 타일의 두께를 유지하면서, 저주파 소나 시스템이 송신하는 음파의 반향음 감소시킬 수 있게 된다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치를 탑재한 잠수함을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치의 트랜스듀서를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치의 반대 반향음 신호를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치를 탑재한 잠수함을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치를 탑재한 잠수함을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치를 탑재한 잠수함(10)은 본체(110)의 표면에 부착되는 무반향음 타일(120) 및 압전소자를 이용하여 저주파 소나 시스템에서 송신된 음파의 반향음을 감소시키는 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소장치(200)(도 2 참조)를 포함할 수 있다. 여기서, 저주파 소나 시스템에서 송신된 음파의 주파수는 수kHz 이하일 수 있다.
무반향음 타일(120)은 한국공개실용신안공보 제20-2014-0002734호에 개시되는 무반향음 타일로 구현될 수 있다. 이러한 무반향음 타일(120)에 의해, 중고주파 소나 시스템에서 송신된 음파가 무반향음 타일(120)에 흡수되거나 산란된다. 이에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치를 탑재한 잠수함(10)이 중고주파 소나 시스템에 의해 탐지되는 것이 방지된다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치를 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치의 트랜스듀서를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치의 반대 반향음 신호를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치(200)는 압전소자(211-3)를 이용하여 저주파 소나 시스템에서 송신된 음파를 감지하여 디지털 음파 신호를 전송하거나 디지털 반대 반향음 음파 신호를 수신하여 반대 반향음 음파를 발생시키는 음파 송수신부(210) 및 음파 송수신부(210)에서 전송된 디지털 음파 신호를 분석하여 음파의 반향음을 상쇄시키기 위한 디지털 반대 반향음 음파 신호를 생성하여 음파 송수신부(210)로 전송하는 제어부(220)를 포함할 수 있다.
음파 송수신부(210)는 저주파 소나 시스템에서 송신된 음파를 아날로그 음파 신호로 변환하거나 아날로그 반대 반향음 음파 신호를 반대 반향음 음파로 변환하는 트랜스듀서(211), 트랜스듀서(211)가 변환한 아날로그 음파 신호를 디지털 음파 신호로 변환하여 제어부(220)로 전송하는 음파 수신부(212) 및 제어부(220)가 전송한 디지털 반대 반향음 음파 신호를 아날로그 반대 반향음 음파 신호로 변환하여 트랜스듀서(211)로 전송하는 반대 반향음 송신부(213)를 포함할 수 있다.
트랜스듀서(211)는 도 3에서 도시되는 바와 같이, 상부가 개방된 원통형 하우징(211-1), 원통형 하우징(211-1)의 개방된 부분에 안착되는 전면추(211-2) 및 전면추(211-2)에 부착되는 압전소자(211-3)를 포함할 수 있다.
전면추(211-2)와 압전소자(211-3)의 형상은 전면추(211-2)에서 방사 또는 입사되는 음파의 왜곡을 방지하기 위해 원반형인 것이 바람직하다.
압전소자(211-3)는 저주파 소나 시스템에서 송신된 음파를 아날로그 음파 신호로 변환하여 음파 수신부(212)로 전송한다. 그리고 반대 반향음 송신부(213)에서 송신된 아날로그 반대 반향음 음파 신호에 대응하여 진동함으로써, 전면추(211-2)에서 반대 반향음이 방사되게 한다.
원통형 하우징(211-1)은 잠수심도에서의 수압에 의한 변형을 방지하기 위해 스틸재질로 형성될 수 있으며, 트랜스듀서(211)의 외면에 방수를 위해 음향윈도우 기능을 가진 수밀부재(211-4)에 의해 감싸질 수 있다. 여기서, 수밀부재(211-4)의 재질은 물과 유사한 특성을 가진 폴리우레탄일 수 있다. 이에 따라 트랜스듀서(211)는 잠수심도에서의 수압에 의해 변형되지 않고 방수됨으로써, 잠수함의 외부면에 부착되어 반대 반향음이 더욱 효과적으로 방사될 수 있다.
한편, 음파 송수신부(210)의 트랜스듀서(211)는 도 1에서 도시되는 바와 같이, 복수 개로 구현될 수 있다. 이에 따라 광대역의 저주파 소나 시스템의 음파를 수신하고, 광대역의 반대 반향음을 방사할 수 있도록 복수의 트랜스듀서(211)를 포함할 수 있다.
제어부(220)는 디지털 음파 신호를 분석하여 음파의 반향음 신호를 생성하는 음파 신호 분석부(221) 및 음파 신호 분석부(221)가 생성한 음파의 반향음을 상쇄시키기 위한 디지털 반대 반향음 신호를 생성하는 반대 반향음 신호 생성부(222)를 포함할 수 있다. 여기서, 음파 신호 분석부(221)가 생성한 음파의 반향음 신호가 도 4의 (a)와 같은 경우, 반대 반향음 신호 생성부(222)에 의해 생성된 디지털 반대 반향음 신호는 도 4의 (b)와 같이, 음파 신호 분석부(221)가 생성한 음파의 반향음 신호가 반전된 형태를 가진 신호일 수 있다.
앞에서 설명된 바와 같은 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치(200)에 의해, 기존의 잠수함에 설치되는 무반향음 타일의 두께를 유지하면서 저주파 소나 시스템이 송신하는 음파의 반향음 감소시킬 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치를 탑재한 잠수함
110: 본체
120: 무반향음 타일
200: 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치
210: 음파 송수신부
211: 트랜스듀서
211-1: 원통형 하우징
211-2: 전면추
211-3: 압전소자
211-4: 수밀부재
212: 음파 수신부
213: 반대 반향음 송신부
220: 제어부

Claims (8)

  1. 압전소자를 이용하여, 저주파 소나 시스템에서 송신된 음파를 감지하여 디지털 음파 신호를 전송하거나, 디지털 반대 반향음 음파 신호를 수신하여 반대 반향음 음파를 발생시키는 음파 송수신부; 및
    상기 음파 송수신부에서 전송된 상기 디지털 음파 신호를 분석하여 상기 음파의 반향음을 상쇄시키기 위한 디지털 반대 반향음 음파 신호를 생성하여 상기 음파 송수신부로 전송하는 제어부를 포함하며,
    상기 음파 송수신부는 상기 저주파 소나 시스템에서 송신된 음파를 아날로그 음파 신호로 변환하거나, 아날로그 반대 반향음 음파 신호를 반대 반향음 음파로 변환하는 트랜스듀서, 상기 트랜스듀서가 변환한 상기 아날로그 음파 신호를 디지털 음파 신호로 변환하여 상기 제어부로 전송하는 음파 수신부 및 상기 제어부가 전송한 상기 디지털 반대 반향음 음파 신호를 상기 아날로그 반대 반향음 음파 신호로 변환하여 상기 트랜스듀서로 전송하는 반대 반향음 송신부를 포함하고,
    상기 트랜스듀서는 상부가 개방된 원통형 하우징, 상기 원통형 하우징의 개방된 부분에 안착되는 전면추 및 상기 전면추에 부착되는 압전소자를 포함하며,
    상기 원통형 하우징은 스틸재질로 형성되고, 상기 트랜스듀서의 외면은 음향윈도우 기능을 가진 수밀부재에 의해 감싸지며,
    상기 수밀부재는 폴리우레탄 재질이 적용됨에 따라, 상기 트랜스듀서는 잠수심도에서의 수압에 의해 변형되지 않고 방수되는 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전면추와 상기 압전소자의 형상은 원반형인 것을 특징으로 하는 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압전소자는,
    상기 저주파 소나 시스템에서 송신된 음파를 아날로그 음파 신호로 변환하여 상기 음파 수신부로 전송하고,
    상기 반대 반향음 송신부에서 송신된 상기 아날로그 반대 반향음 음파 신호에 대응하여 진동하여 상기 전면추에서 반대 반향음이 방사되게 하는 것을 특징으로 하는 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 복수개인 것을 특징으로 하는 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치.
  8. 청구항 제1항, 제4항, 제5항 및 제7항 중 어느 하나에 따른 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치; 및
    잠수함의 표면에 부착되는 무반향음 타일를 포함하는 것을 특징으로 하는 저주파 소나 시스템 음파의 반향음 감소 장치를 탑재한 잠수함.
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