KR20120108823A - 선 배열 소나 및 이의 표적방위 검출방법 - Google Patents

Abstract

선 배열 소나 및 이의 표적방위 검출방법이 개시된다. 본 발명은 선 배열 소나의 표적방위 검출 과정에서 수중의 수직 음속 구조를 고려한 음파의 반사와 굴절에 의한 다중경로 전달현상을 적용하여 표적의 방위 오차를 보정함으로써 표적의 방위를 정확하게 검출한다.

Description

선 배열 소나 및 이의 표적방위 검출방법{LINE ARRAY SONAR AND METHOD FOR DETECTING TARGET BEARING OF THE SAME}

본 발명은 음파의 반사와 굴절에 의한 다중경로 전달현상을 적용함으로써 추정된 표적의 방위에 포함된 오차를 보정하는 선 배열 소나에 관한 것이다.

수중에서 기동하는 잠수함 등의 표적을 탐지하기 위한 수단으로써 음파가 이용된다. 음파는 전달 속도는 느리지만 전파에 비하여 장거리 탐지가 가능하므로 군사적인 목적으로 음파를 수단으로 하는 소나 시스템(sonar system)이 사용되고 있다. 소나 시스템은 표적에서 방출되는 소음을 탐지하는 수동형과 음파 펄스(pulse)를 쏘아서 표적으로부터 반사되어 되돌아오는 에코(echo)를 탐지하는 능동형으로 구분할 수 있다. 수동형 소나는 은밀하게 표적의 방위를 직접 탐지할 수 있는 기능을 한다. 선 배열 소나는 기본적으로 수동형이며 표적의 음향신호를 수신하기 위하여 음향센서를 선형으로 배열한다. 선형으로 배열된 음향 센서에 수신된 표적 신호로부터 방위를 추정하기 위하여 일반적으로 빔(beam) 형성 기법이 사용된다.

수동 소나에서 탐지된 표적의 기본 정보는 표적의 방위이며, 표적의 방위는 수평 방위별 빔 형성 출력에 의해서 탐지된다. 선 배열 소나에는 평면파 빔 형성 기법이 적용된다. 평면파 빔 형성은 수중의 음파의 전달 경로를 수평면상의 직선으로 가정하고, 선형으로 배열된 음향 센서 사이의 위상 차이를 표적의 방위로 변환하는 기법이다. 표적의 거리는 탐지된 방위를 누적하여 표적 기동 분석(target motion analysis)하면 추정된다. 따라서 평면파 빔 형성으로부터 추정된 방위를 사용하는 표적의 거리 추정 결과에도 평면파 조건이 포함되어 있다. 평면파 조건은 표적의 신호가 선 배열 소나의 모든 센서에 동일한 각을 갖는 수평면상의 직선 경로로 도달함을 의미한다.

그러나 실제 수중에서 음파는 수중음속 구조의 영향 때문에 직선 경로가 아닌 반사와 굴절 경로로 전달된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 표적으로부터 방사된 음향신호는 수직 음속구조에 따라 다양한 경로를 거쳐 선 배열 소나에 도달한다. 표적신호의 전달 경로는 여러 개가 존재하며 각각 다른 도달 각을 갖는다. 여러 개의 전달 경로 중에서 신호의 세기가 가장 큰 경로가 빔 형성 출력으로부터 표적의 방위로 선택될 가능성이 가장 높다. 반사와 굴절에 의한 경로는 빔 형성을 사용한 표적방위 추정 결과에 오차를 유발한다. 따라서 수중에서 종래 기술에 의한 선 배열 소나의 표적방위 추정 결과는 실제 방위와 다를 수밖에 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 표적까지의 음파 전달경로를 직선으로 가정하지 아니하고, 실제 수중 환경을 적용하여 예측한 전달 경로로부터 표적의 방위를 정밀하게 검출하는 선 배열 소나 및 이의 표적방위 검출방법을 제공함에 일 목적이 있다.

본 발명은 실제 수중 환경을 적용하여 예측한 전달 경로로부터 표적방위의 추정오차를 계산하고 오차를 보정함으로써 표적의 방위를 검출하는 선 배열 소나 및 이의 표적방위 검출방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선 배열 소나는, 선형으로 배열되어 음향 신호를 수신하는 복수의 음향 센서와, 빔 형성하여 상기 음향 신호로부터 표적 신호를 탐지하고, 표적 방위 및 표적 거리를 출력하는 표적 탐지기와, 상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 음선들의 도달 각을 근거로 상기 표적 방위의 오차를 보정하는 방위 보정기를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 선 배열 소나에 있어서, 상기 방위 보정기는, 상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 상기 음선들 중 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선을 탐색하고, 상기 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선의 도달 각을 근거로 상기 표적 방위의 오차를 보정한다.

본 발명에 따른 선 배열 소나에 있어서, 상기 방위 보정기는, 상기 전달 경로들을 수심별로 산출하는 전달 경로 산출부와, 상기 전달 경로들에 따른 상기 음선들의 음압과 도달 각을 연산하는 연산부와, 상기 음압이 가장 강한 전달 경로와 일치하는 도달 각을 탐색하는 도달 각 탐색부와, 상기 표적 방위로부터 상기 도달 각 탐색부가 탐색한 도달 각에 따른 방위오차를 제거하는 오차 보정부를 포함하여 구성된다. 상기 방위 보정기는, 상기 수심과 수중 음속 구조를 입력받는 정보 입력부를 더 포함할 수 있다. 또, 상기 방위 보정기는, 상기 수심과 수중 음속 구조를 미리 데이터베이스화하여 저장하는 정보 저장부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 선 배열 소나에 있어서, 상기 전달 경로 산출부는, 상기 수심 및 상기 수중 음속 구조를 이용하여 상기 표적 신호의 신호 특성에 따른 복수의 상기 전달 경로들을 산출한다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선 배열 소나의 표적방위 검출방법은, 임의의 표적으로부터 발신된 표적 신호를 수신하는 신호 수신 단계와, 빔 형성하여 상기 표적 신호로부터 표적 방위를 산출하는 표적 탐지 단계와, 상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 음선들의 수심별 도달 각을 근거로 상기 표적 방위의 오차를 보정하는 오차 보정 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 선 배열 소나의 표적방위 검출방법에 있어서, 상기 오차 보정 단계는, 수심 및 수중 음속 구조를 이용하여 상기 전달 경로들을 산출하는 과정과, 상기 전달 경로들에 따른 상기 음선들의 음압과 도달 각을 연산하는 과정과, 상기 음압이 가장 강한 전달 경로를 추출하는 과정과, 상기 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선의 도달 각을 탐색하는 과정과, 상기 탐색하는 과정에서 탐색한 도달 각에 따른 방위오차를 제거하는 과정을 포함하여 구성된다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 표적방위 오차보정장치는, 표적 신호에 대한 표적 방위 및 표적 거리를 입력받는 입력부와, 상기 표적 신호의 전달 경로들을 수심별로 산출하는 전달 경로 산출부와, 상기 전달 경로들에 따른 음선들의 음압과 도달 각을 연산하는 연산부와, 상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 상기 음선들 중 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선의 도달 각을 탐색하는 도달 각 탐색부와, 상기 표적 방위로부터 상기 도달 각 탐색부가 탐색한 도달 각에 따른 방위오차를 제거하는 오차 보정부를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 선 배열 소나 및 이의 표적방위 검출방법은, 표적의 방위 오차를 보정하는 알고리즘을 구비하여, 선 배열 소나의 표적방위 추정 과정에 수중의 수직 음속 구조를 고려한 음파의 반사와 굴절에 의한 다중경로 전달현상을 적용함으로써 표적의 방위를 정확하게 검출할 수 있고, 이에 따라 선 배열 소나의 성능을 향상시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 선 배열 소나의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 표적방위 오차보정장치의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 선 배열 소나의 표적방위 검출방법을 개략적으로 도시한 흐름도;
도 6은 수중 음속구조와 표적 신호의 전달 경로와의 관계를 설명하기 위한 도;
도 7은 표적 신호의 도달 각과 표적방위와의 상관 관계를 설명하기 위한 도;
도 8은 표적 신호의 선 배열 소나에의 수심별 도달 각을 설명하기 위한 도;
도 9는 표적방위 보정 값을 수심별로 보인 도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선 배열 소나 및 이의 표적방위 검출방법을 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 선 배열 소나는, 선형으로 배열되어 음향 신호를 수신하는 복수의 음향 센서(100)와, 빔 형성하여 상기 음향 신호로부터 표적 신호를 탐지하고, 표적 방위 및 표적 거리를 출력하는 표적 탐지기(200)와, 상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 상기 음선들의 도달 각을 근거로 상기 표적 방위의 오차를 보정하는 방위 보정기(300)를 포함하여 구성된다.

도 2를 참조하면, 상기 방위 보정기(300)는, 상기 전달 경로들을 수심별로 산출하는 전달 경로 산출부(310)와, 상기 전달 경로들에 따른 상기 음선들의 음압과 도달 각을 연산하는 연산부(320)와, 상기 음압이 가장 강한 전달 경로와 일치하는 도달 각을 탐색하는 도달 각 탐색부(330)와, 상기 표적 방위로부터 상기 도달 각 탐색부가 탐색한 도달 각에 따른 방위오차를 제거하는 오차 보정부(340)를 포함하여 구성된다.

상기 방위 보정기(300)는, 상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 상기 음선들 중 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선을 탐색하고, 상기 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선의 도달 각을 근거로 상기 표적 방위의 오차를 보정한다.

이하, 상기 방위 보정기와 표준방위 오차보정장치는 표준방위 오차보정장치(300)로 통일하여 설명한다.

즉, 상기 표준방위 오차보정장치(300)는, 도 2 또는 도 3을 참조하면, 표적 신호에 대한 표적 방위 및 표적 거리를 입력받는 입력부(360)와, 상기 표적 신호의 전달 경로들을 수심별로 산출하는 전달 경로 산출부(310)와, 상기 전달 경로들에 따른 음선들의 음압과 도달 각을 연산하는 연산부(320)와, 상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 상기 음선들 중 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선의 도달 각을 탐색하는 도달 각 탐색부(330)와, 상기 표적 방위로부터 상기 도달 각 탐색부가 탐색한 도달 각에 따른 방위오차를 제거하는 오차 보정부(340)를 포함하여 구성된다.

상기 표준방위 오차보정장치(300)는, 일 예로, 도 2를 참조하면, 상기 수심과 수중 음속 구조를 입력받는 정보 입력부(351)를 더 포함할 수 있다. 상기 표준방위 오차보정장치(300)는, 다른 예로, 도 3을 참조하면, 상기 수심과 수중 음속 구조를 미리 데이터베이스화하여 저장하는 정보 저장부(352)를 더 포함할 수 있다.

상기 표적방위 오차보정장치는, 상기 표적 탐지기(200)가 탐지한 표적의 탐지 방위(θ)와 표적기동분석 또는 가정에 의하여 주어지는 표적 거리(R)을 상기 입력부(360)를 통해 입력받고, 이들을 초기 조건으로 한다. 사용자 등은 상기 정보 입력부(351)를 통해 표적 신호의 도달 각 계산을 위한 수심과 수중 음속구조 등으로 구성된 해양 조건을 입력한다. 또, 상기 표적방위 오차보정장치는, 상기 정보 저장부(352)에 미리 저장된 상기 수심, 수중 음속구조 등의 해양 조건을 이용할 수 있다. 또, 상기 해양 조건은 현장에서 직접 관측될 수 있다. 즉, 상기 표적방위 오차보정장치는, 상기 수중 음속구조 등으로 구성된 환경 자료를 현장에서 직접 관측하거나, 상기 정보 입력부(351)를 통해 입력받거나, 상기 정보 저장부(352)에 저장된 데이터베이스로부터 추출할 수 있다.

상기 전달 경로 산출부(310)는, 상기 수심 및 상기 수중 음속 구조를 이용하여 상기 표적 신호의 신호 특성에 따른 복수의 상기 전달 경로들을 산출한다. 종래 기술에서는, 수중의 음파의 전달 경로를 수평면상의 직선으로 가정하고 선형으로 배열된 음향센서 사이의 위상 차이를 표적의 방위로 변환하는 평면파 빔 형성 기법을 사용하였다. 이는 표적 신호가 선 배열 소나의 음향 센서에 동일한 각을 갖는 수평면 상의 직선 경로로 도달함을 의미한다. 그러나, 도 6를 참조하면, 상기 표적 신호는 수직 음속구조에 따라 다양한 경로를 거쳐 선 배열 소나에 도달하고, 상기 표적 신호의 전달 경로는 여러 개가 존재하며 각각 다른 도달 각을 갖는다. 상기 전달 경로 산출부(310)는 다양한 도달 각을 갖는 복수의 전달 경로들을 산출한다.

도 7을 참조하면, 선 배열 소나의 상기 음향 센서들은 y 축에 있고, 표적이 선배열센서 중심에서 φ방위에 있을 때, 빔 형성 출력으로부터 탐지된 표적의 방위는 표적 신호의 도달 각(μ)에 의한 θ방위가 된다. 실제 표적의 표적 방위(φ)와 탐지된 탐지 방위(θ)의 상관관계는 하기 수학식 1과 같이 코사인함수로 나타낼 수 있다.

해양에서 도달 각(μ)는 일반적으로 0보다 크거나 작기 때문에 수학식 1에서와 같이, 선 배열 소나에 탐지된 표적의 탐지 방위(θ)는 실제 표적 방위(φ)보다 커지게 된다.

상기 연산부(320)는, 상기 입력부(350)를 통해 입력된 해양 조건에 따라 수치해석 모델링 기법을 적용하여 수중에서 거리(R)에 있는 표적 신호가 반사와 굴절하며 전달되는 다중경로 음선을 수심별로 예측한다. 또, 상기 연산부(320)는 각 음선의 음압(P(i,j))과 각 음선의 도달 각(μ(i,j))을 산출한다. 즉, 상기 연산부(320)는 입력 조건에 따라 표적 신호 전달 경로를 수치해석 기법을 적용하여 수중에서 음파 펄스가 반사와 굴절하며 전달되는 음선을 탐색 범위(R, θ) 내에서 다중 전달 경로별(j), 수심별(i)로 도달 각(μ(i,j))과 전달되는 음파 신호의 강도를 표현하는 척도인 음압(P(i,j))을 산출한다.

도 1을 참조하면, 상기 표적 탐지기(200)는, 상기 음향 신호를 필터링하여 상기 표적 신호를 수신하는 신호 처리부(210)와, 빔 형성하는 빔 형성부(220)와, 상기 음선들을 이용하여 상기 표적 신호의 상기 표적 방위를 탐지하는 신호 탐지부(230)를 포함하여 구성된다. 상기 신호 처리부(210)는 상기 음향 센서(100)를 통해 수신한 음향 신호를 수신하고, 이를 소정 신호 처리과정을 거쳐 표적 신호를 수신한다. 상기 빔 형성부(220)는 이에 대해 빔을 형성하고, 상기 신호 탐지부(230)는 표적 신호의 유무를 판단하고, 표적의 기본 정보로 표적 방위를 출력한다. 또, 상기 신호 탐지부(230)는, 상기 표적 방위를 누적하여 표적 기동 분석(target motion analysis)을 통해 상기 표적 거리를 추정하여 산출한다.

상기 도달 각 탐색부(330)는, 상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 상기 음선들 중 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선의 도달 각을 탐색한다. 상기 도달 각 탐색부(330)는, 자체 연산을 통해 음압이 가장 강한 전달 경로를 추출한다. 그런 다음 상기 도달 각 탐색부(330)는 상기 음압이 가장 강한 전달 경로와 일치하는 도달 각을 탐색한다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 다른 선 배열 소나와 표적 사이에 존재하는 표적 신호의 전달 경로에는, 수심별(i)로 서로 다른 여러 개의 전달 경로(P(i,j))에 해당하는 도달 각(μ(i,j))이 존재한다. 상기 도달 각 탐색부(330)는 수심별로 존재하는 전달 경로(P(i,j))에 해당하는 도달 각(μ(i,j))과 선택된 강한 음선 전달 경로(P(i))에 해당하는 도달 각(μ(i))을 수심별로 탐색한다. 여기서, 상기 도달 각이 (-)이면 수평면을 기준으로 위쪽에서 수신되는 각이고, (+)이면 수평면을 기준으로 아래쪽에서 수신되는 각을 의미한다. 일반적으로, 선 배열 소나는 도달 각의 부호를 구분하지 못하므로 도달 각의 절대 값의 크기가 표적방위에 영향을 준다.

상기 오차 보정부(340)는 상기 도달 각 탐색부(330)가 탐색한 수심별 도달 각(μ(i))으로 탐지 방위(θ)에 포함된 방위오차를 제거한다. 상기 오차 보정부(340)는 상기 수학식 1로부터 유도된 수학식 2를 이용하여 탐지 방위(θ)에 포함된 도달 각의 영향을 제거함으로써 방위오차를 보정한다.

도 9를 참조하면, 표적의 수심에 관계없이 선 배열 소나가 탐지한 표적의 탐지 방위가 50도라고 가정할 때, 도 8에 도시한 수심별 도달 각(μ(i))을 상기 수학식 2에 대입하면 보정된 표적 방위(φ(i))를 산출할 수 있다. 보정된 표적의 방위는 수심에 따라 45~49도 범위로 계산된다. 즉, 보정된 표적의 방위는 표적의 탐지 방위 50도보다 수심에 따라 1~5도 작다. 탐지 방위(θ)와 보정 방위 사이의 차이는 상기 수학식 2에서와 같이, 탐지 방위가 작을수록 커진다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 선 배열 소나의 표적방위 검출방법은, 임의의 표적으로부터 발신된 표적 신호를 수신하는 신호 수신 단계(S100)와, 빔 형성하여 상기 표적 신호로부터 표적 방위를 산출하는 표적 탐지 단계(S200)와, 상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 상기 음선들의 수심별 도달 각을 근거로 상기 표적 방위의 오차를 보정하는 오차 보정 단계(S300)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 표적 탐지 단계(S200)는, 상기 표적 방위를 누적하여 표적 기동 분석을 통해 상기 표적 거리를 추정하여 산출할 수 있다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 3을 참조한다.

도 5를 참조하면, 상기 오차 보정 단계(S300)는, 수심 및 수중 음속 구조를 이용하여 상기 전달 경로들을 산출하는 과정(S310)과, 상기 전달 경로들에 따른 상기 음선들의 음압과 도달 각을 연산하는 과정(S320)과, 상기 음압이 가장 강한 전달 경로를 추출하는 과정(S330)과, 상기 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선의 도달 각을 탐색하는 과정(S340)과, 상기 탐색하는 과정에서 탐색한 도달 각에 따른 방위오차를 제거하는 과정(S350)을 더 포함하여 구성된다. 또, 도 5를 참조하면, 상기 오차 보정 단계(S300)는, 상기 수심 및 상기 수중 음속 구조를 입력받는 과정을 더 포함하거나, 또는 상기 수심 및 상기 수중 음속 구조를 미리 데이터베이스화하여 저장하는 과정(S301)을 더 포함할 수 있다.

상기 선 배열 소나는, 먼저 복수의 음향 센서를 이용하여 표적으로부터의 음향 신호를 수신하고(S100), 상기 음향 신호를 소정의 신호 처리과정을 거쳐 표적 신호의 유무를 판단하며, 표적의 기본 정보로 표적 방위를 출력한다(S200). 또, 상기 선 배열 소나는 상기 표적 방위를 누적하여 표적 기동 분석(target motion analysis)을 통해 상기 표적 거리를 추정하여 산출한다(S200).

상기 선 배열 소나는, 탐지한 표적 방위(θ)와 표적기동분석 또는 가정에 의하여 주어지는 표적 거리(R)을 초기 조건으로 한다. 상기 선 배열 소나는 수중 음속구조 등으로 구성된 환경 자료를 현장에서 직접 관측하거나, 사용자 등으로부터 입력받거나, 미리 저장된 데이터베이스로부터 추출하여 이용한다(S301).

상기 선 배열 소나는, 수심 및 수중 음속 구조를 이용하여 상기 표적 신호의 신호 특성에 따른 복수의 상기 전달 경로들을 산출한다. 종래 기술에서는, 수중의 음파의 전달 경로를 수평면상의 직선으로 가정하고 선형으로 배열된 음향센서 사이의 위상 차이를 표적의 방위로 변환하는 평면파 빔 형성 기법을 사용하였다. 이는 표적 신호가 선 배열 소나의 음향 센서에 동일한 각을 갖는 수평면 상의 직선 경로로 도달함을 의미한다. 그러나, 도 6를 참조하면, 상기 표적 신호는 수직 음속구조에 따라 다양한 경로를 거쳐 선 배열 소나에 도달하고, 상기 표적 신호의 전달 경로는 여러 개가 존재하며 각각 다른 도달 각을 갖는다. 상기 선 배열 소나는 다양한 도달 각을 갖는 복수의 전달 경로들을 산출한다(S310).

도 7을 참조하면, 선 배열 소나의 상기 음향 센서들은 y 축에 있고, 표적이 선배열센서 중심에서 φ방위에 있을 때, 빔 형성 출력으로부터 탐지된 표적의 방위는 표적 신호의 도달 각(μ)에 의한 θ방위가 된다. 실제 표적의 표적 방위(φ)와 탐지된 탐지 방위(θ)의 상관관계는 상기 수학식 1과 같다. 해양에서 도달 각(μ)는 일반적으로 0보다 크거나 작기 때문에 수학식 1에서와 같이, 선 배열 소나에 탐지된 표적의 탐지 방위(θ)는 실제 표적 방위(φ)보다 커지게 된다.

상기 선 배열 소나는, 입력 조건(해양 조건)에 따라 표적 신호 전달 경로를 수치해석 기법을 적용하여 수중에서 음파 신호가 반사와 굴절하며 전달되는 음선을 탐색 범위(R, θ) 내에서 다중 전달 경로별(j), 수심별(i)로 도달 각(μ(i,j))과 전달되는 음파 신호의 강도를 표현하는 척도인 음압(P(i,j))을 산출한다(S320).

상기 선 배열 소나는, 상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 상기 음선들 중 음압이 가장 강한 전달 경로를 추출하고(S330), 상기 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선의 도달 각을 탐색한다(S340). 도 8을 참조하면, 본 발명에 다른 선 배열 소나와 표적 사이에 존재하는 표적 신호의 전달 경로에는, 수심별(i)로 서로 다른 여러 개의 전달 경로(P(i,j))에 해당하는 도달 각(μ(i,j))이 존재한다. 상기 선 배열 소나는, 수심별로 존재하는 전달 경로(P(i,j))에 해당하는 도달 각(μ(i,j))과 선택된 강한 음선 전달 경로(P(i))에 해당하는 도달 각(μ(i))을 수심별로 탐색한다. 여기서, 상기 도달 각이 (-)이면 수평면을 기준으로 위쪽에서 수신되는 각이고, (+)이면 수평면을 기준으로 아래쪽에서 수신되는 각을 의미한다. 일반적으로, 선 배열 소나는 도달 각의 부호를 구분하지 못하므로 도달 각의 절대 값의 크기가 표적방위에 영향을 준다.

상기 선 배열 소나는 수심별 도달 각(μ(i))으로 탐지 방위(θ)에 포함된 방위오차를 제거한다. 즉, 상기 선 배열 소나는 상기 수학식 1로부터 유도된 상기 수학식 2를 이용하여 탐지 방위(θ)에 포함된 도달 각의 영향을 제거함으로써 방위오차를 보정한다(S350).

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 선 배열 소나 및 이의 표적방위 검출방법은, 선 배열 소나의 표적방위 검출 과정에서 수중의 수직 음속 구조를 고려한 음파의 반사와 굴절에 의한 다중경로 전달현상을 적용하여 표적의 방위 오차를 보정함으로써 표적의 방위를 정확하게 검출한다.

100: 음향 센서 200: 표적 탐지기
210: 신호 처리부 220: 빔 형성부
230: 신호 탐지부
300: 오차 보정기, 표적방위 오차보정장치
310: 전달 경로 산출부 320: 연산부
330: 도달 각 탐색부 340: 오차 보정부
351: 정보 입력부 352: 정보 저장부
360: 입력부

Claims (13)

1. 선형으로 배열되어 음향 신호를 수신하는 복수의 음향 센서;
   빔 형성하여 상기 음향 신호로부터 표적 신호를 탐지하고, 표적 방위 및 표적 거리를 출력하는 표적 탐지기; 및
   상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 음선들의 도달 각을 근거로 상기 표적 방위의 오차를 보정하는 방위 보정기;를 포함하는 선 배열 소나.
2. 제1 항에 있어서, 상기 방위 보정기는,
   상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 상기 음선들 중 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선을 탐색하고, 상기 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선의 도달 각을 근거로 상기 표적 방위의 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 선 배열 소나.
3. 제2 항에 있어서, 상기 방위 보정기는,
   상기 전달 경로들을 수심별로 산출하는 전달 경로 산출부;
   상기 전달 경로들에 따른 상기 음선들의 음압과 도달 각을 연산하는 연산부;
   상기 음압이 가장 강한 전달 경로와 일치하는 도달 각을 탐색하는 도달 각 탐색부; 및
   상기 표적 방위로부터 상기 도달 각 탐색부가 탐색한 도달 각에 따른 방위오차를 제거하는 오차 보정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선 배열 소나.
4. 제3 항에 있어서, 상기 방위 보정기는,
   상기 수심과 수중 음속 구조를 입력받는 정보 입력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선 배열 소나.
5. 제3 항에 있어서, 상기 방위 보정기는,
   상기 수심과 수중 음속 구조를 미리 데이터베이스화하여 저장하는 정보 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선 배열 소나.
6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서, 상기 전달 경로 산출부는,
   상기 수심 및 상기 수중 음속 구조를 이용하여 상기 표적 신호의 신호 특성에 따른 복수의 상기 전달 경로들을 산출하는 것을 특징으로 하는 선 배열 소나.
7. 임의의 표적으로부터 발신된 표적 신호를 수신하는 신호 수신 단계;
   빔 형성하여 상기 표적 신호로부터 표적 방위를 산출하는 표적 탐지 단계; 및
   상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 음선들의 수심별 도달 각을 근거로 상기 표적 방위의 오차를 보정하는 오차 보정 단계;를 포함하는 선 배열 소나의 표적방위 검출방법.
8. 제7 항에 있어서, 상기 오차 보정 단계는,
   수심 및 수중 음속 구조를 이용하여 상기 전달 경로들을 산출하는 과정;
   상기 전달 경로들에 따른 상기 음선들의 음압과 도달 각을 연산하는 과정;
   상기 음압이 가장 강한 전달 경로를 추출하는 과정;
   상기 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선의 도달 각을 탐색하는 과정; 및
   상기 탐색하는 과정에서 탐색한 도달 각에 따른 방위오차를 제거하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 선 배열 소나의 표적방위 검출방법.
9. 제8 항에 있어서, 상기 오차 보정 단계는,
   상기 수심 및 상기 수중 음속 구조를 입력받는 과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선 배열 소나의 표적방위 검출방법.
10. 제8 항에 있어서, 상기 오차 보정 단계는,
    상기 수심 및 상기 수중 음속 구조를 미리 데이터베이스화하여 저장하는 과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선 배열 소나의 표적방위 검출방법.
11. 표적 신호에 대한 표적 방위 및 표적 거리를 입력받는 입력부;
    상기 표적 신호의 전달 경로들을 수심별로 산출하는 전달 경로 산출부;
    상기 전달 경로들에 따른 음선들의 음압과 도달 각을 연산하는 연산부;
    상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 상기 음선들 중 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선의 도달 각을 탐색하는 도달 각 탐색부; 및
    상기 표적 방위로부터 상기 도달 각 탐색부가 탐색한 도달 각에 따른 방위오차를 제거하는 오차 보정부;를 포함하는 표적방위 오차보정장치.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 수심과 수중 음속 구조를 입력받는 정보 입력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표적방위 오차보정장치.
13. 제11 항에 있어서,
    상기 수심과 수중 음속 구조를 미리 데이터베이스화하여 저장하는 정보 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표적방위 오차보정장치.

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