KR102655974B1 - 공통 전원 잡음에 강인한 능동 소나 시스템 및 전원 잡음 제거 방법 - Google Patents

공통 전원 잡음에 강인한 능동 소나 시스템 및 전원 잡음 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은 능동 소나 시스템의 전원 회로와 수신 회로 사이에 슈퍼 커패시터와 스위칭 회로를 추가하고, 능동 핑 운용 절차에 맞춰 송신 구간에 슈퍼 커패시터를 충전하고 수신 구간에는 전원 라인과 그라운드 라인을 스위칭시켜 슈퍼 커패시터를 별도의 배터리처럼 활용하여 전원 분리를 수행하는 방식을 통해 전동기나 전력 증폭기 제어용 스위칭 주파수에 의한 잡음 성분을 차단하여 능동 소나 시스템의 오탐지률을 개선할 수 있는 능동 소나 시스템을 제공한다.

Description

공통 전원 잡음에 강인한 능동 소나 시스템 및 전원 잡음 제거 방법 {ACTIVE SONAR SYSTEM THAT IS ROBUST AGAINST COMMON POWER NOISE AND POWER NOISE CANCELING METHOD}
본 발명이 속하는 기술 분야는 공통 전원 잡음에 강인한 능동 소나 시스템의 회로 구조 및 동작에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
어뢰나 무인 잠수정 같은 수중 운동체는 공간 제약으로 인해 단일 배터리가 다수의 부체계 제어 전원을 공급한다.
전동기나 전력 증폭기(능동 소나 구성품)는 펄스폭 가변 변조 방식 (Pulse Width Modulation, PWM)을 사용하며, 이 경우 제어를 위한 기준 파형에 의해 주파수 성분을 갖는 잡음이 발생한다.
이러한 주파수 성분을 필터링을 하더라도, 고정 성분으로 지속 발생하며, 전동기 속도 변경에 의해 주파수 특성이 변경되기도 한다. 이러한 잡음 성분은 다채널/고이득 수신 회로 전 채널에 동위상 신호 성분으로 인식될 수 있으며, 이 경우 전방 표적으로 오탐될 수 있다.
잡음 소스를 줄이는게 근본적인 해결 방안이지만, 사실상 불가능하므로 수신 회로에서 이를 저감시키는 방안이 필요하다.
한국공개특허공보 제10-1999-0054182호 (1999.07.15)
본 발명의 실시예들은 능동 소나 시스템의 전원 회로와 수신 회로 사이에 슈퍼 커패시터와 스위칭 회로를 추가하고, 능동 핑 운용 절차에 맞춰 송신 구간에 슈퍼 커패시터를 충전하고 수신 구간에는 전원 라인과 그라운드 라인을 스위칭시켜 슈퍼 커패시터를 별도의 배터리처럼 활용하여 전원 분리를 수행하는 방식을 통해 전동기나 전력 증폭기 제어용 스위칭 주파수에 의한 잡음 성분을 차단하여 능동 소나 시스템의 오탐지률을 개선하는데 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면 능동 소나 시스템에 있어서, 복수의 수신 증폭기를 통해 수신한 소나 신호를 빔 포밍하여 표적을 탐지하는 수신 회로; 전압을 공급하는 전원 회로; 복수의 스위치를 통해 상기 수신 회로 및 상기 전원 회로에 연결되는 구조를 변경하고, 능동 소나를 운용하는 동작 타이밍을 송신 준비 구간, 송신 구간, 수신 준비 구간, 및 수신 구간을 구분하여 상기 송신 구간에 슈퍼 커패시터를 충전하고 상기 수신 구간에 상기 슈퍼 커패시터를 방전하는 방식으로 상기 수신 회로에 전압을 전달하는 전달 회로; 및 상기 전원 회로 및 상기 복수의 스위치에 연결되어 상기 복수의 스위치의 온 또는 오프 동작을 제어하는 스위치 제어부를 포함하는 능동 소나 시스템을 제공한다.
상기 전원 회로의 송신 파워 증폭기는 스위치 제어 트리거 신호를 상기 스위치 제어부로 전송하고, 상기 전원 회로의 송신 파워 증폭기는 송신 핑 트리거 신호를 상기 스위치 제어부로 전송할 수 있다.
상기 스위치 제어부는 상기 스위치 제어 트리거 신호의 상승 엣지를 검출하여 상기 송신 준비 구간을 인식하고, 상기 송신 핑 트리거 신호의 상승 엣지를 검출하여 상기 송신 구간을 인식하고, 상기 송신 핑 트리거 신호의 하강 엣지를 검출하여 상기 수신 준비 구간을 인식할 수 있다.
상기 전달 회로의 상기 복수의 스위치는 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치, 제4 스위치를 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치의 일단은 상기 슈퍼 커패시터에 연결되고, 상기 제1 스위치의 타단은 상기 전원 회로의 그라운드에 연결되고 상기 전원 회로의 절연형 DC(Direct Current)-DC 컨버터에 연결될 수 있다.
상기 제2 스위치의 일단은 상기 슈퍼 커패시터에 연결되고 상기 제4 스위치의 일단에 연결되고, 상기 제2 스위치의 타단은 상기 전원 회로의 절연형 DC-DC 컨버터에 연결될 수 있다.
상기 제3 스위치의 일단은 상기 슈퍼 커패시터에 연결되고, 상기 제3 스위치의 타단은 상기 수신 회로의 그라운드에 연결되고 상기 수신 회로의 상기 수신 증폭기에 연결될 수 있다.
상기 제4 스위치의 일단은 상기 슈퍼 커패시터에 연결되고 상기 제2 스위치의 일단에 연결되고, 상기 제4 스위치의 타단은 상기 수신 회로의 상기 수신 증폭기에 연결될 수 있다.
상기 스위치 제어부는 상기 송신 준비 구간에서, 상기 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제3 스위치를 온 상태로 동작시키고, 상기 제4 스위치를 온 상태로 동작시켜서, 상기 전달 회로를 상기 수신 회로와 단락시킬 수 있다.
상기 스위치 제어부는 상기 송신 준비 구간에서, 상기 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서, 상기 전달 회로를 플로팅 상태로 동작시킬 수 있다.
상기 스위치 제어부는 상기 송신 준비 구간에서, 상기 제1 스위치를 온 상태로 동작시키고, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서, 상기 전달 회로를 상기 전원 회로의 그라운드에 접속할 수 있다.
상기 스위치 제어부는 상기 송신 구간에서, 상기 제1 스위치를 온 상태로 동작시키고, 상기 제2 스위치를 온 상태로 동작시키고, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서, 상기 슈퍼 커패시터를 충전할 수 있다.
상기 스위치 제어부는 상기 송신 구간에서, 상기 제1 스위치를 온 상태로 동작시키고, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서, 상기 전달 회로를 상기 전원 회로의 그라운드에 접속할 수 있다.
상기 스위치 제어부는 상기 수신 준비 구간에서, 상기 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서, 상기 전달 회로를 플로팅 상태로 동작시킬 수 있다.
상기 스위치 제어부는 상기 수신 준비 구간에서, 상기 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제3 스위치를 온 상태로 동작시키고, 상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서, 상기 전달 회로를 상기 수신 회로의 그라운드에 접속할 수 있다.
상기 스위치 제어부는 상기 수신 구간에서, 상기 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 상기 제3 스위치를 온 상태로 동작시키고, 상기 제4 스위치를 온 상태로 동작시켜서, 상기 슈퍼 커패시터를 방전하여 상기 수신 회로를 구동할 수 있다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면 전원 회로, 상기 전원 회로에 연결된 전달 회로, 상기 전달 회로에 연결된 수신 회로를 포함하는 능동 소나 시스템에 의한 전원 잡음 제거 방법에 있어서, 송신 준비 구간, 송신 구간, 수신 준비 구간, 수신 구간을 인식하는 단계; 상기 송신 준비 구간에서 상기 전달 회로를 상기 수신 회로와 단락시키는 단계; 상기 송신 준비 구간에서 상기 전달 회로를 플로팅 상태로 동작시키는 단계; 상기 송신 준비 구간에서 상기 전달 회로를 상기 전원 회로의 그라운드에 접속하는 단계; 상기 송신 구간에서 상기 전달 회로의 슈퍼 커패시터를 충전하는 단계; 상기 송신 구간에서 상기 전달 회로를 상기 전원 회로의 그라운드에 접속하는 단계; 상기 수신 준비 구간에서 상기 전달 회로를 플로팅 상태로 동작시키는 단계; 상기 수신 준비 구간에서 상기 전달 회로를 상기 수신 회로의 그라운드에 접속하는 단계; 및 상기 수신 구간에서 상기 슈퍼 커패시터를 방전하여 상기 수신 회로를 구동하는 단계를 포함하는 전원 잡음 제거 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 능동 소나 시스템의 전원 회로와 수신 회로 사이에 슈퍼 커패시터와 스위칭 회로를 추가하고, 능동 핑 운용 절차에 맞춰 송신 구간에 슈퍼 커패시터를 충전하고 수신 구간에는 전원 라인과 그라운드 라인을 스위칭시켜 슈퍼 커패시터를 별도의 배터리처럼 활용하여 전원 분리를 수행하는 방식을 통해 전동기나 전력 증폭기 제어용 스위칭 주파수에 의한 잡음 성분을 차단하여 능동 소나 시스템의 오탐지률을 개선할 수 있는 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 기존의 능동 소나 시스템의 전원 회로에서 발생한 잡음에 의한 탐지 오류를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 소나 시스템을 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 소나 시스템의 운용 절차에 맞춰 변화시키는 전원 계통을 이용한 전원 잡음 제거를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 소나 시스템의 전달 회로의 제어 신호 흐름을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 소나 시스템의 전달 회로의 제어 신호 타이밍을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 소나 시스템의 스위치 동작 및 회로 상태를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탐색기의 탐색 범위 증가 방법을 예시한 흐름도이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
능동 소나(Active Sonar)는 음원을 발사한 후 되돌아오는 반향음(Echo)을 분석하여 표적을 탐지하는 장치이다.
어뢰나 무인 잠수정은 동일 전원 회로에서 능동 소나를 운용할 경우, 수신 구간에 공통 전원을 통해 유기되는 주파수 성분에 의해 오탐이 발생한다.
도 1은 기존의 능동 소나 시스템의 전원 회로에서 발생한 잡음에 의한 탐지 오류를 예시한 도면이다.
어뢰와 같이 단일 전원 소스에 모터, 전력 증폭기, 고이득 다채널 수신 회로가 연결된 시스템은 모터 구동을 위한 스위칭 주파수나 전력 증폭기 구동 주파수가 전원 소스에 영향을 끼쳐 수신 회로에 잡음을 발생시킨다.
다채널 방위 탐지를 수행할 경우, 전원 소스에 유기된 고정 주파수 특성의 잡음은 동위상 신호로 인식될 수 있으며, 정면에 표적으로 인식되어 탐지 오류가 발생한다. 잡음 억제를 시키더라도, 수신기 이득을 크게 할 경우(원거리 탐지), 기준 준위 이상의 크기로 인식될 경우 탐지 오류가 발생할 수 있다.
전력 증폭기나 전동기에서 발생하는 스위칭 주파수가 고정일 경우, 수신 신호처리 대역을 변경하여 회피가 가능하지만, 전동기의 속도나 출력을 변경할 경우 주파수 성분이 변화할 수 있으며, 그 크기가 너무 클 경우 합주파수나, 차주파수 등 전 대역에 걸쳐 잡음이 발생할 수 있다. 수신기의 이득이 크게 운용(원거리 탐지 등)될 경우 작은 공통 전원 잡음이 크게 증폭될 수 있다.
도 1을 참조하면, 기존 능동 소나는 부체계 운용시 발생하는 시스템 잡음에 의해, 오탐이 발생할 수 있다.
경로①에서 전동기(Motor) 또는 전력 증폭기(Tx Power Amplifier)의 제어 주파수 성분이 배터리 전위에 영향을 준다. 전류를 주기적으로 사용하면 배터리 전압에 변화가 발생하며, 이는 시스템에 영향을 준다.
경로②에서 시스템에 절연형 DC/DC를 적용하더라도 일부 잡음 성분이 수신기 전원 회로에 인가되며, 경로③와 같이 증폭된다.
증폭된 신호는 동위상 성분이므로, 경로④와 같이 빔 포밍 단계에서 증폭된다.
동위상 신호는 방위 상 정면의 표적으로 인식되어 경로⑤와 같이 탐지 오류를 발생시킨다.
다양한 운용 조건에서 발생할 수 있는 오탐을 최소화하기 위한 근본적인 해결 방안이 필요하다.
본 실시예에 따른 능동 소나 시스템은 단일 전원 소스에 모터, 전력 증폭기, 고이득 다채널 수신 회로가 연결되며, 슈퍼 커패시터와 스위치 회로를 이용하여 수신 회로가 정상 동작을 수행하도록 하는 전원 회로를 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 소나 시스템을 예시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 소나 시스템의 운용 절차에 맞춰 변화시키는 전원 계통을 이용한 전원 잡음 제거를 예시한 도면이다.
능동 소나 시스템은 수신 회로에 슈퍼 커패시터와 스위치를 적용하여, 송신 핑 구간에 슈퍼 커패시터를 충전하고, 수신 구간에는 전원 라인과 그라운드 라인을 스위칭시켜 슈퍼 커패시터를 별도의 배터리처럼 활용하여 전원을 분리시킨다.
능동 소나 시스템(10)은 복수의 수신 증폭기를 통해 수신한 소나 신호를 빔 포밍하여 표적을 탐지하는 수신 회로(400), 전압을 공급하는 전원 회로(100), 복수의 스위치를 통해 수신 회로 및 전원 회로에 연결되는 구조를 변경하고, 능동 소나를 운용하는 동작 타이밍을 송신 준비 구간, 송신 구간, 수신 준비 구간, 및 수신 구간을 구분하여 송신 구간에 슈퍼 커패시터를 충전하고 수신 구간에 슈퍼 커패시터를 방전하는 방식으로 수신 회로에 전압을 전달하는 전달 회로(200), 및 전원 회로 및 복수의 스위치에 연결되어 복수의 스위치의 온 또는 오프 동작을 제어하는 스위치 제어부(300)를 포함한다.
능동 소나 시스템은 능동 핑 송신 구간에 커패시터를 충전하고, 수신 구간에 커패시터를 방전시켜 수신회로에 절연된 전원을 공급한다. 수신 구간에 아날로그 증폭 회로의 전원 라인과 그라운드 라인은 기존 시스템과 절연되어 플로팅 상태가 된다. 수신 구간이 종료되면, 그라운드 라인과 전원 라인은 다시 기존 배터리에 연결되어 능동 핑 송신 구간 동안 슈퍼 커패시터를 충전시키는 동작을 수행한다.
능동 소나 시스템은 전동기나 전력 증폭기 제어용 스위칭 주파수에 의한 잡음 성분을 차단하여, 소나 시스템의 오탐지률을 개선할 수 있다.
도 3을 참조하면, 탐지 오류에 대한 개선을 위해, 수신기 전원 회로에 슈퍼 커패시터와 스위치를 적용하여 능동 소나 시스템 운용 절차에 맞춰 전원 계통을 변화시켜 잡음 영향을 최소화한다.
경로①을 통해 부체계 잡음이 절연형 DC/DC 컨버터로 전달된다.
경로②까지는 잡음이 발생하지만 경로③에서 능동 핑 운용 절차에 맞춰 스위치 제어 신호를 발생시켜 제4 스위치(SD), 제3 스위치(SC)를 On하고, 제2 스위치(SB), 제1 스위치(SA)를 Off할 경우 경로④의 슈퍼 커패시터에 충전된 전원을 사용하기 때문에 전원 분리가 가능하다. 경로⑤에서는 부체계 잡음 성분이 제거되므로 빔포밍 수행 결과는 센서에 인가된 신호의 증폭 결과로 발생한다. 동위상 잡음에 대한 성분이 제거되기 때문에 신호의 방위 추정 오류를 해결할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 소나 시스템의 전달 회로의 제어 신호 흐름을 예시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 소나 시스템의 전달 회로의 제어 신호 타이밍을 예시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 소나 시스템의 스위치 동작 및 회로 상태를 예시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 전원 회로의 송신 파워 증폭기는 스위치 제어 트리거 신호를 스위치 제어부로 전송하고, 전원 회로의 송신 파워 증폭기는 송신 핑 트리거 신호를 스위치 제어부로 전송할 수 있다.
스위치 제어부(300)는 스위치 제어 트리거 신호의 상승 엣지를 검출하여 송신 준비 구간을 인식하고, 송신 핑 트리거 신호의 상승 엣지를 검출하여 송신 구간을 인식하고, 송신 핑 트리거 신호의 하강 엣지를 검출하여 수신 준비 구간을 인식할 수 있다.
전달 회로의 복수의 스위치는 제1 스위치(210, SA), 제2 스위치(220, SB), 제3 스위치(230, SC), 제4 스위치(240, SD)를 포함할 수 있다.
제1 스위치의 일단은 슈퍼 커패시터에 연결되고, 제1 스위치의 타단은 전원 회로의 그라운드에 연결되고 전원 회로의 절연형 DC(Direct Current)-DC 컨버터에 연결될 수 있다.
제2 스위치의 일단은 슈퍼 커패시터에 연결되고 제4 스위치의 일단에 연결되고, 제2 스위치의 타단은 전원 회로의 절연형 DC-DC 컨버터에 연결될 수 있다.
제3 스위치의 일단은 슈퍼 커패시터에 연결되고, 제3 스위치의 타단은 수신 회로의 그라운드에 연결되고 수신 회로의 수신 증폭기에 연결될 수 있다.
제4 스위치의 일단은 슈퍼 커패시터에 연결되고 제2 스위치의 일단에 연결되고, 제4 스위치의 타단은 수신 회로의 수신 증폭기에 연결될 수 있다.
스위치 제어부는 송신 준비 구간에서, 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제3 스위치를 온 상태로 동작시키고, 제4 스위치를 온 상태로 동작시켜서, 전달 회로를 수신 회로와 단락시킬 수 있다.
스위치 제어부는 송신 준비 구간에서, 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서, 전달 회로를 플로팅 상태로 동작시킬 수 있다.
스위치 제어부는 송신 준비 구간에서, 제1 스위치를 온 상태로 동작시키고, 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서, 전달 회로를 전원 회로의 그라운드에 접속할 수 있다.
스위치 제어부는 송신 구간에서, 제1 스위치를 온 상태로 동작시키고, 제2 스위치를 온 상태로 동작시키고, 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서, 슈퍼 커패시터를 충전할 수 있다.
스위치 제어부는 송신 구간에서, 제1 스위치를 온 상태로 동작시키고, 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서, 전달 회로를 전원 회로의 그라운드에 접속할 수 있다.
스위치 제어부는 수신 준비 구간에서, 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서, 전달 회로를 플로팅 상태로 동작시킬 수 있다.
스위치 제어부는 수신 준비 구간에서, 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제3 스위치를 온 상태로 동작시키고, 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서, 전달 회로를 수신 회로의 그라운드에 접속할 수 있다.
스위치 제어부는 수신 구간에서, 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고, 제3 스위치를 온 상태로 동작시키고, 제4 스위치를 온 상태로 동작시켜서, 슈퍼 커패시터를 방전하여 수신 회로를 구동할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 능동 핑 운용 절차에 맞춰 제어 신호 타이밍에 따른 스위치 상태 및 회로 동작을 수행한다.
단계ⓐ는 시스템 초기 상태이며 스위치 상태는 SA, SB는 Off이고, SC, SD는 On 상태로 슈퍼 커패시터는 방전되어 있는 상태이다.
능동 모드 운용을 시작하면, 송신 파워 증폭기에서 스위치 제어 트리거 신호를 생성하며, 상승 엣지를 인식한 스위치 제어부는 단계 ⓑ, ⓒ, ⓓ를 수행하도록 순차적으로 스위치의 상태를 변화시킨다.
능동 핑이 실제로 생성될 때 송신 파워 증폭기에서는 송신 핑 트리거 신호를 생성시키며, 상승 엣지를 인식한 스위치 제어부는 SB를 On하여 슈퍼 커패시터를 충전하고, Off하여 대기한다. 이 때, SB의 On-Off 타이밍은 커패시터의 시정수를 고려하여 설정한다. (단계 ⓔ, ⓕ)
송신 핑 트리거 하강 엣지에서는 체계 그라운드를 떼고 부체계(수신회로) 그라운드를 연결한다. 수신 준비 구간 동작은 연속으로 수행하거나 동시에 수행하여도 무방하다. (단계 ⓖ, ⓗ)
이후 능동 핑 잔향음 회피 시간(XX ms)을 고려하여 수신 시작 시점에 SD를 on하여 슈퍼 커패시터의 전원을 이용하여 수신 회로를 구동한다. (단계 ⓘ) 능동 핑 잔향음 회피 시간은 시스템마다 상이한 사양에 해당한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탐색기의 탐색 범위 증가 방법을 예시한 흐름도이다.
전원 잡음 제거 방법은 전원 회로, 전원 회로에 연결된 전달 회로, 전달 회로에 연결된 수신 회로를 포함하는 능동 소나 시스템에 의한 수행할 수 있다.
단계 S10에서는 송신 준비 구간, 송신 구간, 수신 준비 구간, 수신 구간을 인식하는 단계를 수행할 수 있다.
단계 S20에서는 송신 준비 구간에서 전달 회로를 수신 회로와 단락시키는 단계를 수행할 수 있다.
단계 S30에서는 송신 준비 구간에서 전달 회로를 플로팅 상태로 동작시키는 단계를 수행할 수 있다.
단계 S40에서는 송신 준비 구간에서 전달 회로를 전원 회로의 그라운드에 접속하는 단계를 수행할 수 있다.
단계 S50에서는 송신 구간에서 전달 회로의 슈퍼 커패시터를 충전하는 단계를 수행할 수 있다.
단계 S60에서는 송신 구간에서 전달 회로를 전원 회로의 그라운드에 접속하는 단계를 수행할 수 있다.
단계 S70에서는 수신 준비 구간에서 전달 회로를 플로팅 상태로 동작시키는 단계를 수행할 수 있다.
단계 S80에서는 수신 준비 구간에서 전달 회로를 수신 회로의 그라운드에 접속하는 단계를 수행할 수 있다.
단계 S90에서는 수신 구간에서 슈퍼 커패시터를 방전하여 수신 회로를 구동하는 단계를 수행할 수 있다.
이러한 동작을 반복 수행하여, 송신 구간에는 슈퍼 커패시터 충전을 수신 구간에는 방전을 통해 수신 구간 동안 전원을 분리하여 다른 부체계에서 발생하는 전기적 잡음을 제거할 수 있다.
능동 소나 시스템에 포함된 전자 장치는 적어도 하나의 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 저장매체 및 통신 버스를 포함할 수 있다.
프로세서는 시스템이 동작하도록 제어할 수 있다. 예컨대, 프로세서는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서에 의해 실행되는 경우 시스템으로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보는 입출력 인터페이스나 통신 인터페이스를 통해서도 주어질 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 프로그램은 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 시스템에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스는 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함하여 정보 처리 장치의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
능동 소나 시스템에 포함된 전자 장치는 또한 하나 이상의 입출력 장치를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스 및 하나 이상의 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스 및 통신 인터페이스는 통신 버스에 연결된다. 입출력 장치는 입출력 인터페이스를 통해 시스템의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다.
각 장치는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.
각 장치는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스 또는 서버에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스 또는 서버는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.
도 7에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 7에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 능동 소나 시스템에 있어서,
    복수의 수신 증폭기를 통해 수신한 소나 신호를 빔 포밍하여 표적을 탐지하는 수신 회로;
    전압을 공급하는 전원 회로;
    복수의 스위치를 통해 상기 수신 회로 및 상기 전원 회로에 연결되는 구조를 변경하고, 능동 소나를 운용하는 동작 타이밍을 송신 준비 구간, 송신 구간, 수신 준비 구간, 및 수신 구간을 구분하여 상기 송신 구간에 슈퍼 커패시터를 충전하고 상기 수신 구간에 상기 슈퍼 커패시터를 방전하는 방식으로 상기 수신 회로에 전압을 전달하는 전달 회로; 및
    상기 전원 회로 및 상기 복수의 스위치에 연결되어 상기 복수의 스위치의 온 또는 오프 동작을 제어하는 스위치 제어부를 포함하는 능동 소나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 회로의 송신 파워 증폭기는 스위치 제어 트리거 신호를 상기 스위치 제어부로 전송하고,
    상기 전원 회로의 송신 파워 증폭기는 송신 핑 트리거 신호를 상기 스위치 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 능동 소나 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 스위치 제어 트리거 신호의 상승 엣지를 검출하여 상기 송신 준비 구간을 인식하고,
    상기 송신 핑 트리거 신호의 상승 엣지를 검출하여 상기 송신 구간을 인식하고,
    상기 송신 핑 트리거 신호의 하강 엣지를 검출하여 상기 수신 준비 구간을 인식하는 것을 특징으로 하는 능동 소나 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전달 회로의 상기 복수의 스위치는 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치, 제4 스위치를 포함하고,
    상기 제1 스위치의 일단은 상기 슈퍼 커패시터에 연결되고,
    상기 제1 스위치의 타단은 상기 전원 회로의 그라운드에 연결되고 상기 전원 회로의 절연형 DC(Direct Current)-DC 컨버터에 연결되고,
    상기 제2 스위치의 일단은 상기 슈퍼 커패시터에 연결되고 상기 제4 스위치의 일단에 연결되고,
    상기 제2 스위치의 타단은 상기 전원 회로의 절연형 DC-DC 컨버터에 연결되고,
    상기 제3 스위치의 일단은 상기 슈퍼 커패시터에 연결되고,
    상기 제3 스위치의 타단은 상기 수신 회로의 그라운드에 연결되고 상기 수신 회로의 상기 수신 증폭기에 연결되고,
    상기 제4 스위치의 일단은 상기 슈퍼 커패시터에 연결되고 상기 제2 스위치의 일단에 연결되고,
    상기 제4 스위치의 타단은 상기 수신 회로의 상기 수신 증폭기에 연결되는 것을 특징으로 하는 능동 소나 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 상기 송신 준비 구간에서,
    상기 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제3 스위치를 온 상태로 동작시키고,
    상기 제4 스위치를 온 상태로 동작시켜서,
    상기 전달 회로를 상기 수신 회로와 단락시키는 것을 특징으로 하는 능동 소나 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 상기 송신 준비 구간에서,
    상기 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서,
    상기 전달 회로를 플로팅 상태로 동작시키는 것을 특징으로 하는 능동 소나 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 상기 송신 준비 구간에서,
    상기 제1 스위치를 온 상태로 동작시키고,
    상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서,
    상기 전달 회로를 상기 전원 회로의 그라운드에 접속하는 것을 특징으로 하는 능동 소나 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 상기 송신 구간에서,
    상기 제1 스위치를 온 상태로 동작시키고,
    상기 제2 스위치를 온 상태로 동작시키고,
    상기 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서,
    상기 슈퍼 커패시터를 충전하는 것을 특징으로 하는 능동 소나 시스템.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 상기 송신 구간에서,
    상기 제1 스위치를 온 상태로 동작시키고,
    상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서,
    상기 전달 회로를 상기 전원 회로의 그라운드에 접속하는 것을 특징으로 하는 능동 소나 시스템.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 상기 수신 준비 구간에서,
    상기 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제3 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서,
    상기 전달 회로를 플로팅 상태로 동작시키는 것을 특징으로 하는 능동 소나 시스템.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 상기 수신 준비 구간에서,
    상기 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제3 스위치를 온 상태로 동작시키고,
    상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작시켜서,
    상기 전달 회로를 상기 수신 회로의 그라운드에 접속하는 것을 특징으로 하는 능동 소나 시스템.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 상기 수신 구간에서,
    상기 제1 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제2 스위치를 오프 상태로 동작시키고,
    상기 제3 스위치를 온 상태로 동작시키고,
    상기 제4 스위치를 온 상태로 동작시켜서,
    상기 슈퍼 커패시터를 방전하여 상기 수신 회로를 구동하는 것을 특징으로 하는 능동 소나 시스템.
  13. 전원 회로, 상기 전원 회로에 연결된 전달 회로, 상기 전달 회로에 연결된 수신 회로를 포함하는 능동 소나 시스템에 의한 전원 잡음 제거 방법에 있어서,
    송신 준비 구간, 송신 구간, 수신 준비 구간, 수신 구간을 인식하는 단계;
    상기 송신 준비 구간에서 상기 전달 회로를 상기 수신 회로와 단락시키는 단계;
    상기 송신 준비 구간에서 상기 전달 회로를 플로팅 상태로 동작시키는 단계;
    상기 송신 준비 구간에서 상기 전달 회로를 상기 전원 회로의 그라운드에 접속하는 단계;
    상기 송신 구간에서 상기 전달 회로의 슈퍼 커패시터를 충전하는 단계;
    상기 송신 구간에서 상기 전달 회로를 상기 전원 회로의 그라운드에 접속하는 단계;
    상기 수신 준비 구간에서 상기 전달 회로를 플로팅 상태로 동작시키는 단계;
    상기 수신 준비 구간에서 상기 전달 회로를 상기 수신 회로의 그라운드에 접속하는 단계; 및
    상기 수신 구간에서 상기 슈퍼 커패시터를 방전하여 상기 수신 회로를 구동하는 단계를 포함하는 전원 잡음 제거 방법.
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