KR20160107820A - 삼중 음향 센서 배열을 이용한 방위 탐지 장치 및 그 방법 - Google Patents

삼중 음향 센서 배열을 이용한 방위 탐지 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 삼중 음향 센서 배열의 일부 센서를 선택함으로써 연산량을 줄이면서, 성능을 유지하는 좌우 구분 빔(방위탐지 빔)을 생성하는 방위 탐지 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 세 개의 음향 센서로 구성된 삼중 음향 센서의 선형 나열로 구성된 배열에 탑재된 롤 센서 정보를 이용하여 삼중 음향 센서 배열의 일부 센서를 선택한다.

Description

삼중 음향 센서 배열을 이용한 방위 탐지 장치 및 그 방법{DIRECTION DETECTION APPARATUS FOR USING TRIPLE ACOUSTIC SENSOR ARRAY}
본 발명은 삼중 음향 센서 배열을 이용한 방위 탐지 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 삼중 음향 센서 배열을 이용한 방위 탐지 장치는 세 개의 음향 센서를 모두 사용하여 빔을 생성하였다. 예를 들면, 세 개의 음향 센서로 구성된 삼중 음향 센서의 선형 나열로 구성된 배열을 이용한 전 방위 표적탐지 빔 형성 시, 표적 신호의 좌/우 구분을 위해 일반적으로 세 개의 음향 센서를 모두 사용하였다.
한국특허출원번호 제10-2011-0027166호
본 발명은 세 개의 음향 센서로 구성된 삼중 음향 센서의 선형 나열로 구성된 배열에 탑재된 롤 센서 정보를 이용하여, 삼중 음향 센서 배열의 일부 센서를 선택함으로써 연산량을 줄이면서, 성능을 유지하는 좌우 구분 빔(방위탐지 빔)을 생성하는 방위 탐지 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 방위 탐지 장치는,
세 개의 음향 센서로 구성된 삼중 음향 센서의 선형 나열로 구성된 배열과 상기 배열의 양 끝단에 탑재된 두 개의 롤 센서를 이용한 방위 탐지 장치에 있어서,
상기 두 개의 롤 센서의 회전각 및 상기 배열에 포함된 각 삼중 음향 센서의 번호(i), 상기 각 삼중 음향 센서의 수를 근거로 상기 각 삼중 음향 센서의 회전각을 추정하는 센서 회전각 추정부와;
상기 각 삼중 음향 센서의 기울임 각에 따라 미리정의된 섹터들 중에서 상기 추정된 각 삼중 음향 센서의 회전각에 해당하는 섹터를 결정하는 섹터 결정부와;
상기 결정된 섹터를 근거로 상기 각 삼중 음향 센서 중에서 두 개의 음향 센서를 선택하는 센서 선택부와;
상기 선택된 두 개의 음향 센서의 시간 지연을 통해 상기 두 개의 음향 센서의 위상을 보상함으로써 상기 두 개 음향 센서의 위상 보상 정보를 발생하는 위상 보상부와;
상기 두 개 음향 센서의 위상 보상 정보를 상기 두 개의 음향 센서의 음향 신호에 적용하여 빔 출력값을 생성하는 빔 출력값 산출부와;
상기 빔 출력값을 근거로 방위를 탐지하는 빔 탐지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방위 탐지 장치 및 그 방법은, 세 개의 음향 센서로 구성된 삼중 음향 센서의 선형 나열로 구성된 배열에 탑재된 롤 센서 정보를 이용하여, 삼중 음향 센서 배열의 일부 센서를 선택함으로써 연산량을 줄이면서, 성능을 유지하는 좌우 구분 빔(방위탐지 빔)을 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 삼중 음향 센서의 회전에 따른 형상을 나타낸 예시도 이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 삼중 음향 센서 배열을 이용한 방위 탐지 장치를 나타낸 구성도 이다.
도 3은 본 발명의 섹터 판단 방법을 나타낸 예시도 이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 하지만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통해 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
일반적으로, 세 개의 음향 센서로 구성된 삼중 음향 센서의 선형 나열로 구성된 배열을 이용한 전 방위 표적탐지 빔형성 시, 표적 신호의 좌측 및 우측 구분을 위해 일반적으로 세 개의 센서를 모두 사용한다. 본 발명에서는 세 개의 음향 센서로 구성된 삼중 음향 센서의 선형 나열로 구성된 배열에 탑재된 두개 롤 센서(보조센서)(회전각 센서)를 이용하여 세 개의 음향 센서 중 두 개를 선택함으로서 성능은 유지하면서 연산량을 감소시킬 수 있다.
이하에서는, 세 개의 음향 센서로 구성된 삼중 음향 센서의 선형 나열로 구성된 배열에 탑재된 보조 센서 정보를 이용하여, 삼중 음향 센서 배열의 일부 음향 센서를 선택함으로써 연산량을 줄이면서, 성능을 유지하는 좌우 구분 빔(방위탐지 빔)을 생성하는 방위 탐지 장치 및 그 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 삼중 음향 센서의 회전에 따른 형상을 나타낸 예시도 이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 도면 부호 31은 삼중 음향 센서 배열의 구조를 나타내며, 도면 부호 32는 삼중 음향 센서의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 삼중 음향 센서 배열을 이용한 방위 탐지 장치(100)를 나타낸 구성도 이다.
본 발명의 실시 예에 따른 방위 탐지 장치(100)는, 센서 회전각 추정부(10)와, 섹터 판단부(20), 센서 선택부(30), 센서 시간지연 산출부(40)와, 빔 생성부(50)로 구성된다.
먼저, 센서 회전각 추정부(10)는 플랫폼(세 개의 음향 센서로 구성된 삼중 음향 센서의 선형 나열로 구성된 배열(삼중 음향 센서 배열)을 포함)에 탑재된 두 개의 롤 센서 정보(두 개의 롤 센서의 회전각) 및 각 삼중 음향 센서 번호(i), 삼중 음향 센서 수(삼중 음향 센서 배열에 포함된 삼중 음향 센서 수)(N)를 이용하여 각 삼중 음향 센서의 회전각(
Figure pat00001
)을 추정한다. 상기 플랫폼은 2개의 롤 센서, 다수의 삼중 음향 센서로 구성되며, 상기 플랫폼의 좌측 및 우측 끝단의 롤 센서의 회전각을 이용하여, 그 사이에 위치한 삼중 음향 센서의 회전각을 추정한다. 즉, 삼중 음향 센서에는 회전각 센서가 없기 때문에 양 끝단의 2개의 롤 센서를 이용하여 삼중 음향 센서의 가상의 회전각을 추정한다.
상기 센서 회전각 추정부(10)는 이하의 수학식 1을 근거로 각 삼중 음향 센서의 회전각(
Figure pat00002
)을 추정할 수 있다. 각 삼중 음향 센서의 회전각은 삼중 음향 센서 배열(삼중 음향 센서의 선형 나열로 구성된 배열)의 양 끝단의 두 롤 센서(R1, R2)의 회전각 값을 선형 보간하여 추정하며, 이때의 삼중 음향 센서 배열의 형상은 도 1과 같다.
[수학식 1]
Figure pat00003
여기서,
Figure pat00004
는 삼중 음향 센서 번호,
Figure pat00005
은 1번 롤 센서의 회전각,
Figure pat00006
는 2번 롤 센서의 회전각, N은 삼중 음향 센서 수를 나타낸다.
섹터 판단부(20)는 상기 추정된 각 삼중 음향 센서의 회전각(
Figure pat00007
)에 따라 섹터를 판단한다. 상기 섹터는 삼중 음향 센서의 회전각(기울임 정도)에 대해 전체 360도를 60도 단위로 나누어 섹터 0 ~ 5로 정의될 수 있다.
종래의 방법은 세 개의 센서를 모두 사용한 시간지연과 가중합을 적용하여 구하게 되나 본 발명은 도 3과 같이 상기 추정된 각 삼중 음향 센서의 회전각에 따라 섹터를 판단한다.
도 3은 본 발명의 섹터 판단 방법을 나타낸 예시도 이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 섹터 판단부(섹터 결정부)(20)는 상기 추정된 삼중 음향 센서의 회전각(
Figure pat00008
)이 330~30도(
Figure pat00009
)이면 섹터 0으로 판단(결정)하고, 상기 센서 선택부(30)는 섹터 0일 때 상기 세 개의 센서(음향 센서 A, 음향 센서 B, 음향 센서 C) 중에서 음향 센서 C를 1번 음향 센서로, 음향 센서 B를 2번 음향 센서로 선택하고, 변환 회전각을 산출한다(예를 들면,
Figure pat00010
).
섹터 판단부(20)는 상기 추정된 삼중 음향 센서의 회전각(
Figure pat00011
)이 30~90도(
Figure pat00012
)이면 섹터 1로 판단하고, 상기 센서 선택부(30)는 섹터 1일 때 상기 세 개의 음향 센서(음향 센서 A, 음향 센서 B, 음향 센서 C) 중에서 음향 센서 A를 1번 음향 센서로, 음향 센서 B를 2번 음향 센서로 선택하고, 변환 회전각을 산출한다(예를 들면,
Figure pat00013
).
섹터 판단부(20)는 상기 추정된 센서의 회전각(
Figure pat00014
)이 90~150도(
Figure pat00015
)이면 섹터 2로 판단하고, 상기 센서 선택부(30)는 섹터 2일 때 상기 세 개의 센서(음향 센서 A, 음향 센서 B, 음향 센서 C) 중에서 음향 센서 A를 1번 음향 센서로, 음향 센서 C를 2번 음향 센서로 선택하고, 변환 회전각을 산출한다(예를 들면,
Figure pat00016
).
섹터 판단부(20)는 상기 추정된 센서의 회전각(
Figure pat00017
)이 150~210도(
Figure pat00018
)이면 섹터 3으로 판단하고, 상기 센서 선택부(30)는 섹터 3일 때 상기 세 개의 센서(음향 센서 A, 음향 센서 B, 음향 센서 C) 중에서 음향 센서 B를 1번 음향 센서로, 음향 센서 C를 2번 음향 센서로 선택하고, 변환 회전각을 산출한다(예를 들면,
Figure pat00019
).
섹터 판단부(20)는 상기 추정된 센서의 회전각(
Figure pat00020
)이 210~270도(
Figure pat00021
)이면 섹터 4로 판단하고, 상기 센서 선택부(30)는 섹터 4일 때 상기 세 개의 센서(음향 센서 A, 음향 센서 B, 음향 센서 C) 중에서 음향 센서 B를 1번 음향 센서로, 음향 센서 A를 2번 음향 센서로 선택하고, 변환 회전각을 산출한다(예를 들면,
Figure pat00022
).
섹터 판단부(20)는 상기 추정된 센서의 회전각(
Figure pat00023
)이 270~330도(
Figure pat00024
)이면 섹터 5로 판단하고, 상기 센서 선택부(30)는 섹터 5일 때 상기 세 개의 센서(음향 센서 A, 음향 센서 B, 음향 센서 C) 중에서 음향 센서 C를 1번 음향 센서로, 음향 센서 A를 2번 음향 센서로 선택하고, 변환 회전각을 산출한다(예를 들면,
Figure pat00025
).
상기 센서 시간지연 산출부(또는 위상 보상부)(40)는 앞서 산출된 변환 회전각과 이하의 수학식 2를 통해 상기 선택된 두 개의 센서(1번 센서와 2번 센서)의 시간 지연을 통해 그 두 개의 센서(1번 센서와 2번 센서)의 위상을 보상하고, 그 위상이 보상된 신호를 상기 빔 출력값 산출부(50)에 출력한다.
[수학식 2]
Figure pat00026
,
Figure pat00027
Figure pat00028
: k 번 빔 방위, i 번 삼중배열의 첫 번째 선택된 센서의 시간지연
k : 탐지 방위에 따른 빔 번호, i : 삼중배열 번호,
Figure pat00029
: k 번 빔 지향방위
d : 삼중 음향 센서 간 간격, C : 음속(sound velocity, m/s)
Figure pat00030
: k 번 빔 방위, i 번 삼중배열의 두 번째 선택된 센서의 시간지연
Figure pat00031
: 삼중 음향 센서를 구성하는 세 센서의 간격,
Figure pat00032
: i 번 삼중 음향 센서의 변환 회전각
상기 빔 출력값 산출부(50)는 상기 두 개 음향 센서의 위상 보상 정보를 두 음향 센서의 음향 신호에 적용하여 빔 출력값을 생성하고, 그 생성한 빔 출력값을 방위 탐지부(도시하지 않음)에 출력한다. 상기 방위 탐지부(도시하지 않음)는 상기 생성한 빔 출력값을 근거로 방위를 탐지한다.
도 3과 같이 회전각에 따라 섹터를 판단하여 두 음향 센서를 선택하며, 수학식 3를 통해 좌우구분 빔 출력값을 생성한다.
[수학식 3]
Figure pat00033
Figure pat00034
: k 번 빔 출력 (n번째 시간)
i : 삼중 음향 센서 번호, N : 배열을 구성하는 삼중센서의 수, f : 주파수
Figure pat00035
: i번째 삼중 음향 센서의 첫 번째 센서 신호
Figure pat00036
: i번째 삼중 음향 센서의 두 번째 센서 신호
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 삼중 음향 센서 배열을 이용한 방위 탐지 장치 및 그 방법은, 회전각 센서의 정보를 이용하여 삼중 음향 센서의 세 개 센서 중 두 개 센서를 선택함으로써 연산량을 줄이면서, 성능을 유지하는 좌우 구분 빔(방위탐지 빔)을 생성할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 세 개의 음향 센서로 구성된 삼중 음향 센서의 선형 나열로 구성된 배열과 상기 배열의 양 끝단에 탑재된 두 개의 롤 센서를 이용한 방위 탐지 장치에 있어서,
    상기 두 개의 롤 센서를 이용하여 삼중 음향 센서에서 두 개의 음향 센서를 선택하여 표적방위를 탐지하는 것을 특징으로 하는 방위 탐지 장치.
  2. 세 개의 음향 센서로 구성된 삼중 음향 센서의 선형 나열로 구성된 배열과 상기 배열의 양 끝단에 탑재된 두 개의 롤 센서를 이용한 방위 탐지 장치에 있어서,
    상기 두 개의 롤 센서의 회전각 및 상기 배열에 포함된 각 삼중 음향 센서의 번호(i), 상기 각 삼중 음향 센서의 수를 근거로 상기 각 삼중 음향 센서의 회전각(
    Figure pat00037
    )을 추정하는 센서 회전각 추정부와;
    상기 각 삼중 음향 센서의 회전각에 따라 미리정의된 섹터들 중에서 상기 추정된 각 삼중 음향 센서의 회전각에 해당하는 섹터를 결정하는 섹터 결정부와;
    상기 결정된 섹터를 근거로 상기 각 삼중 음향 센서 중에서 두 개의 음향 센서를 선택하는 센서 선택부와;
    상기 선택된 두 개의 음향 센서의 시간 지연을 통해 상기 두 개의 음향 센서의 위상을 보상함으로써 상기 두 개 음향 센서의 위상 보상 정보를 발생하는 위상 보상부와;
    상기 두 개 음향 센서의 위상 보상 정보를 상기 두 개의 음향 센서의 음향 신호에 적용하여 빔 출력값을 생성하는 빔 출력값 산출부와;
    상기 빔 출력값을 근거로 방위를 탐지하는 빔 탐지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방위 탐지 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 센서 회전각 추정부는,
    상기 각 삼중 음향 센서의 회전각(
    Figure pat00038
    )을
    Figure pat00039
    식을 통해 추정하며, 여기서,
    Figure pat00040
    는 삼중 음향 센서 번호,
    Figure pat00041
    은 1번 롤 센서의 회전각,
    Figure pat00042
    는 2번 롤 센서의 회전각, N은 삼중 음향 센서 수를 나타내는 것을 특징으로 하는 방위 탐지 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 빔 출력값 산출부는,
    Figure pat00043
    식을 통해 상기 빔 출력값을 생성하며,
    Figure pat00044
    이며,
    Figure pat00045
    Figure pat00046
    는 k 번 빔 방위, i 번 삼중배열의 첫 번째 선택된 센서의 시간지연, k는 탐지 방위에 따른 빔 번호, i는 삼중 음향 센서 번호,
    Figure pat00047
    는 k 번 빔 지향방위, d는 삼중 음향 센서 간 간격, C는 음속(sound velocity, m/s)이며,
    Figure pat00048
    이며,
    Figure pat00049
    는 k 번 빔 방위, i 번 삼중배열의 두 번째 선택된 센서의 시간지연,
    Figure pat00050
    는 삼중 음향 센서를 구성하는 세 센서의 간격,
    Figure pat00051
    는 i 번 삼중 음향 센서의 변환 회전각이며,
    Figure pat00052
    는 k 번 빔 출력, N는 삼중 음향 센서의 수, f는 주파수,
    Figure pat00053
    는 i번째 삼중 음향 센서의 첫 번째 센서 신호,
    Figure pat00054
    는 i번째 삼중 음향 센서의 두 번째 센서 신호를 나타내는 것을 특징으로 하는 방위 탐지 장치.
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