KR19990054186A - 수중음향 탐지시스템의 데이터 수신장치용 광대역 증폭부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중음향 탐지시스템의 데이터 수신장치용 광대역 증폭부에 관한 것으로, 더 자세하게는 수중음향 탐지기의 신호전송모듈에서 전송되는 먹스신호를 수신하여 원래의 송신데이터를 복원하기 위한 수신장치에 있어서 사용될 수 있는 광대역 증폭부에 대한 것이다.

본 발명은 특히, 예인케이블의 길이조절을 위한 윈치, 상기 윈치를 거친 신호를 연결하여 전송하기 위한 슬립링을 포함하여 구성되는 선배역 예인형 수중음향 탐지시스템의 데이터 수신장치에 있어서, 입력측과 출력측에 설치되어 신호의 절연을 수행하기 위한 일대일 변압기; 신호 이외의 잡음성분을 제거하기 위한 제 1차 로우패스 필터와 제 2차 로우패스 필터; 신호전송 선로에서의 주파수특성을 보상하기 위한 등화기; 일정레벨로 출력하기 위한 자동이득조정 증폭기; 그리고, 출력부와 여기에 종속되는 타 증폭기와의 임피던스 정합을 위한 완충증폭기를 포함하여 구성되고, 상기 슬립링의 전단에 위치되므로서 슬립링으로 인한 신호대 잡음비의 저하를 방지하는 것을 특징으로 하는 광대역 증폭부를 제공함으로서, 전송상의 잡음제거능력이 우수하여 송신파형 복원성이 뛰어난 음향 탐지 시스템의 데이터 수신장치가 구현될 수 있다.

Description

수중음향 탐지시스템의 데이터 수신장치용 광대역 증폭부

본 발명은 수중음향 탐지시스템의 데이터 수신장치용 광대역 증폭부에 관한 것으로, 더 자세하게는 수중음향 탐지기의 신호전송모듈에서 전송되는 먹스신호를 수신하여 원래의 송신데이터를 복원하기 위한 수신장치에 있어서 사용될 수 있는 광대역 증폭부에 대한 것이다.

도 1은 일반적인 선배열 예인형 수중음향 탐지시스템을 개략적으로 나타낸 블럭회로도이다. 이 음향탐지기 시스템은, 수중의 음향 신호를 감지하고 이를 전기적 아날로그 신호로 변환하고 이를 다시 디지털 신호로 변환한 후 다중화하여 전송하기 위한 음향센서부(10)와; 상기 음향센서부(10)를 함상(40)에 연결하기 위한 예인케이블(30)과; 상기 예인케이블(30)에 의해 상기 음향센서부(10)와 연결되는 함상(40)을 포함하여 구성된다.

또한 상기 함상(40)은 음향센서부(10)로부터 전송된 먹스신호를 처리하는 데이터 수신장치(42)와, 상기 데이터 수신장치(42)로부터 수신된 전기신호 데이터를 분류, 검색, 처리하여 음향신호를 복원하는 자료처리부(44)로 구성되는 한편, 상기 음향센서부(10)를 제어하고 전원을 공급하는 제어신호 및 전원공급부(46)를 포함하여 구성된다.

수중에서 발생하는 음향은 해수 입자의 기계적인 소밀 작용에 의해 주변으로 전파된다. 이러한 음향진동은 주파수의 제곱과 진폭과의 곱에 정비례하는 크기로 수중청음기(12)에 도달되어 체적변화를 일으키고, 수중청음기(12)는 상기 체적변화에 반응하여 그 음파와 동형인 전기파형에 해당하는 전기적 신호를 발생한다. 이러한 전기신호는 잡음제거를 위한 차동증폭기(14)를 거쳐 먹스부(16)에 입력된다.

먹스부(16)에 입력된 신호는 순차적으로 멀티플렉싱되어진 후 샘플링 및 양자화 과정을 거쳐 디지털 신호화된 후, 진동격리모듈(미도시)을 거쳐 예인케이블(30)을 통하여 함상(40)으로 전송한다. 이때의 전송신호는 전류의 변화 또는 전압의 변화형태로 표현될 수 있으나, 예인케이블(30)은 수킬로미터에 이르는 장거리이므로, 전류형태로 변환하여 전송하는 것이 일반적이다.

도 2는 종래기술의 함상(40)에서의 예인케이블(30)과 데이터 수신장치(42)의 연결을 나타낸 구성도이다.

예인케이블(30)은 윈치(35)를 통하여 감기거나 풀려, 그 예인길이가 조절된다. 윈치(35)의 회전축에는 슬립링(36)이 설치된다. 예인케이블(30)의 일단은 이 슬립링(36)의 고정자에 연결된다. 반면, 또다른 연결케이블(32)의 일단은 상기 슬립링(36)의 회전자에 연결된다. 따라서, 윈치(35)가 회전하면서 예인케이블(30)의 길이가 변화되더라도, 슬립링(36)을 통하여 신호를 전송받을 수 있으며, 이러한 전송신호는 데이터 수신장치(40)에 입력된다.

그러나 상술한 종래기술의 데이터 수신장치는 전송과정에서 유입되는 잡음성분과 상기 슬립링의 접촉부분에서 발생하는 접촉잡음 등으로 인하여 신호대 잡음비의 저하의 문제를 가지고 있으며, 이러한 잡음성분으로 인하여 원래의 전송신호를 정확히 복원하기 어려운 문제점들을 가지고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전송과정에서 침입되는 잡음에 대해 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있도록, 음향탐지시스템의 데이터 수신장치에 있어서의 광대역증폭부를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 수중음향 탐지시스템을 개략적으로 나타낸 블럭회로도,

도 2는 함상의 예인케이블과 데이터 수신장치의 연결구조를 나타낸 구성도,

도 3은 본 발명이 적용되는 데이터 수신장치의 전체구성을 보인 구성도,

도 4는 본 발명에 따라 구성한 광대역 증폭부의 회로구성을 보인 블럭회로도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

10 ; 음향센서부 30, 32 ; 예인케이블

35 ; 윈치 36, 105 ; 슬립링

40 ; 함상 42 ; 데이터 수신장치

100 ; 광대역증폭부 110 ; 데이터 수신증폭부

120 ; 디코딩부 130 ; 디먹싱부

210, 215 ; 펄스 트랜스 212, 230 ; 로우패스 필터

220 ; 등화기 240 ; 자동이득조정 증폭기

250 ; 완충증폭기

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 광대역증폭부는, 선배열 예인형 수중음향 탐지 시스템의 데이터 수신장치에 있어서, 입력측과 출력측에 설치되어 신호의 절연을 수행하기 위한 일대일 변압기; 신호 이외의 잡음성분을 제거하기 위한 로우패스 필터; 신호전송 선로에서의 주파수특성을 보상하기 위한 등화기; 일정레벨로 출력하기 위한 자동이득조정 증폭기; 그리고, 출력부와 여기에 종속되는 타 증폭기와의 임피던스 정합을 위한 완충증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 등화기는 출력레벨을 감지하여 그 증폭율을 조절하는 궤환회로를 포함하여 구성되어, 일정레벨로 출력하는 등화기인 것을 특징으로 하여 바람직하게 구성될 수 있다.

또한 본 발명은 특히, 예인케이블의 길이조절을 위한 윈치, 상기 윈치를 거친 신호를 연결하여 전송하기 위한 슬립링을 포함하여 구성되는 선배열 예인형 수중음향 탐지시스템의 데이터 수신장치에 있어서, 입력측과 출력측에 설치되어 신호의 절연을 수행하기 위한 일대일 변압기; 신호 이외의 잡음성분을 제거하기 위한 제 1차 로우패스 필터와 제 2차 로우패스 필터; 신호전송 선로에서의 주파수특성을 보상하기 위한 등화기; 일정레벨로 출력하기 위한 자동이득조정 증폭기; 그리고, 출력부와 여기에 종속되는 타 증폭기와의 임피던스 정합을 위한 완충증폭기를 포함하여 구성되고, 상기 슬립링의 전단에 위치되므로서 슬립링으로 인한 신호대 잡음비의 저하를 방지하는 것을 특징으로 하는 광대역 증폭부를 제공한다.

이와 같은 광대역 증폭부를 통하여, 전송상의 잡음제거능력이 우수하여 송신파형 복원성이 뛰어난 음향 탐지 시스템의 데이터 수신장치가 구현될 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 적용대상인 데이터 수신장치의 전체구성을 보인 블럭구성도이다.

이 수신장치(40)는 광대역증폭부(100), 슬립링(105), 데이터 수신증폭부(110), 디코딩부(120), 그리고 디먹싱부(130)를 포함하여 구성된다.

음향센서부(10)의 신호전송모듈로부터 예인케이블(30)을 통하여 전송된 신호는 본 발명의 광대역증폭부(100)에 입력되어 등화 및 증폭되고, 슬립링(36, 105)를 거쳐 데이터 수신증폭부(110)에 입력된다. 데이터 수신증폭부(100)에서는 전송신호를 다시 등화, 증폭 및 파형정형하여, 디코딩부(120)에 입력하고, 디코딩부(120)에서는 클럭신호복원 및 데이터 디코딩이 수행되어, 디먹싱부(130)에 입력된다. 디먹싱부(130)에서는 전송신호로부터 동기신호를 검출하고 데이터 변환 및 어드레스 카운트가 수행되어 각 채널별 신호를 출력하게 된다.

도 4는 상술한 도 3의 수중음향 탐지시스템의 데이터 수신장치 중에서 본 발명에 따라 구성한 광대역 증폭부를 개략적으로 나타낸 블럭회로도이다.

예인케이블(30)을 통하여 전송된 신호는 윈치(35)의 슬립링(36)을 통하여 데이터 수신장치(42)에 입력된다. 본 발명의 광대역 증폭부는 윈치(35)에서, 슬립링(36)의 전단에 설치되는 것이 바람직하다. 이때, 광대역 증폭부는 예인케이블(30)을 통하여 신호전송모듈로부터의 신호를 입력받는 펄스 트랜스(210)가 입력단에 설치된다. 이 펄스 트랜스(210)는 광대역으로 주파수 특성이 평탄한 것이 요구되며, 특히 고주파특성이 우수한 페라이트 코어를 사용하여 제작되는 것이 바람직하다.

펄스 트랜스(210)를 거친 신호는 제 1차 로우패스 필터(212)에 입력된다. 제 1차 로우패스 필터(212)는 신호 이외의 잡음 성분을 제거하기 위한 것으로서 버터워스(butterworth) 5차 필터를 2단 구성하여 사용한다. 이 필터는 잡음제거의 측면에서 볼 때에는 그 차단주파수가 가급적 낮을 것이 요망되지만, 너무 낮을 때에는 전송신호의 고조파 성분도 함께 제거되므로 인해 완만한 파형이 되어 송신파형의 재생이 어려워 진다. 본 발명의 실시예에서는 전송주파수의 2배인 7㎒로 정하였다.

또한 이 로우패스 필터(212)는 다단으로 설치할 수록 차단주파수 이상의 외부 잡음의 제거 특성이 우수하다. 본 발명의 실시예에서는 2단 필터로 구성되어 있다. 한편, 버터워스 필터의 경우 차단주파수의 2배의 주파수에서 30㏈의 감쇄특성을 갖고 있는 바, 본 발명에서 채택한 2단 필터의 경우에는 14㎒에서 60㏈의 감쇄효과가 얻어진다.

제 1차 로우패스 필터(212)에서 출력된 수신신호는 등화기(220)에 입력된다. 이 등화기(220)는 전송선로에서의 주파수 감쇄특성을 상쇄하는 작용을 수행한다. 본 발명에서 사용한 코딩방식은 맨체스터 코딩방식으로서, 신호의 스펙트럼은 데이터 레이트 주파수인 Fc와 그 주파수의 1/2인 Fc/2에 걸쳐 넓게 분포된다. 따라서, 전송선로인 동축케이블의 특성에 따라, 양 주파수에서의 감쇄율이 차이난다. 실험치에 따르면, 3.5㎒의 주파수에서 손실은 52㏈이나, 그 1/2 주파수인 1.75㎒에서의 손실은 32㏈로서 그 차이는 약 20㏈이다.

따라서, Fc와 Fc/2의 주파수에서 신호대 잡음비가 일치하기 위해서, 등화기(220)의 사용이 필요하다. 본 발명에서는 등화기(220)를 거쳐 주파수 특성을 평탄하게 한 후, 자동이득증폭회로(240)에 신호가 입력된다.

이때, 광대역 증폭부에서는 구조상 등화특성의 트리밍이 불가능하여, 정확한 등화특성을 얻을 수 없다. 따라서, 일차로 15㏈의 등화를 이룬 후에, 수신부에서 나머지 등화를 수행하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예로서는 1.75㎒에서 -11㏈, 3.5㎒에서 -6㏈의 등화특성을 갖는 등화 섹션(221, 222, 223)을 3단으로 구성하여 구현하였다.

그 후, 수신신호는 제 2차 로우패스 필터(230)에 입력된다. 이 필터(230)는 신호 이외의 잡음 성분을 제거하기 위한 것으로서 버터워스(butterworth) 5차 필터를 2단 구성하여 사용한다. 이 필터는 상술한 제 1차 로우패스 필터(212)와 그 구조와 기능이 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

제 2차 로우패스 필터(230)를 거친 신호는 자동이득조정 증폭기(240)에 입력된다. 자동이득조정 증폭기(240)는 제 1차 증폭기(241)와 제 2차 증폭기(242)와 레벨 감지회로부(243)를 포함하여 구성된다.

자동이득조정 증폭기(240)는 레벨 감지회로부(243)에 의하여 그 출력이 2V p-p로 조절된다. 따라서, 3.5㎒에서의 증폭도와 1.75㎒에서의 증폭도가 차이가 난다. 한편, 자동이득조정 증폭기(240)의 입력레벨은 3.5㎒에서 3.3㎷ p-p이며, 1.75㎒에서 5.9㎷이다. 또한 이때의 입력등가 잡음은 수㎶에 불과하다. 따라서, 수신 증폭기에 의한 신호대 잡음비는 최소한 40㏈이상 확보되므로, 신호레벨 대 수신기 잡음에 의한 전송 비트 오차율은 무시가능하다.

상술한 바와 같이 자동이득조정 증폭기(240)를 거친 신호는 완충증폭기(250)에 입력된다. 완충증폭기(250)는 본 발명에 따른 광대역 증폭부와 그 후단의 데이터 수신 증폭부(도면 미도시)까지의 전송상 임피던스 매칭의 역할을 담당하기 위한 것이다. 따라서, 이 완충증폭기(250)의 증폭도는 1이며, 그 출력 임피던스는 50Ω이다. 따라서, 50Ω의 특성임피던스를 갖는 전송 케이블을 사용하여 전송하는 경우에 있어서, 무부하시의 완충증폭기(250)의 출력은 2V p-p이나, 전송 케이블을 연결할 때의 출력전압은 1V p-p로 출력된다.

광대역 증폭부의 출력은 예인케이블(32)을 통하여 후단의 데이터 수신증폭부에 전송된다. 이때, 펄스 트랜스(215)가 출력력단에 설치된다. 이 펄스 트랜스(215)는 광대역으로 주파수 특성이 평탄한 것이 요구되며, 특히 고주파특성이 우수한 페라이트 코어를 사용하여 제작되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 증폭부는 함상의 윈치에서 일단 신호증폭을 수행하므로, 슬립링의 접촉잡음 및 데이터 전송과정에서 유입되는 잡음에 대한 신호대 잡음비를 높일 수 있다.

또한 본 발명에 따른 증폭부는 송신출력의 변동, 전송 케이블 및 코넥터의 손실 변동으로 수신 레벨이 변동하더라도, 그 증폭기의 출력레벨이 일정하여, 후단의 신호처리부에서의 안정화를 도모하는 기술적 효과가 제공된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상기 설명된 바에 한정되지 않고 당업자의 통상의 지식범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게는 명백하다.

Claims (2)

1. 예인케이블(30)의 길이조절을 위한 윈치(35), 예인케이블(30)을 통하여 전송되는 신호를 연결하여 전송하기 위한 슬립링(36)을 포함하여 구성되는 수중음향 탐지시스템의 데이터 수신장치에 있어서,

   입력측과 출력측에 설치되어 신호의 절연을 수행하기 위한 일대일 변압기(210, 215);

   신호 이외의 잡음성분을 제거하기 위한 제 1차 로우패스 필터(212)와 제 2차 로우패스 필터(230);

   신호전송 선로에서의 주파수특성을 보상하기 위한 등화기(220);

   일정레벨로 출력하기 위한 자동이득조정 증폭기(240); 그리고,

   출력부와 여기에 종속되는 타 증폭기와의 임피던스 정합을 위한 완충증폭기(250)를 포함하여 구성되고, 상기 슬립링(36)의 전단에 위치되므로서 슬립링(36)을 거침으로 인한 신호대 잡음비의 저하를 방지하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신장치의 광대역 증폭부.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 자동이득증폭기(240)는 출력레벨을 감지하여 그 증폭율을 조절하는 궤환회로(243)를 포함하여 구성되어,

   신호출력레벨을 일정하게 하여 출력하는 자동이득증폭기(240인 것을 특징으로 하는 데이터 수신장치의 광대역 증폭부.