KR20160127259A - 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법 및 이를 이용한 수중 음원 탐사시스템 - Google Patents

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KR20160127259A
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KR1020150058035A
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변성훈
김시문
오세현
김기훈
이종무
김영채
제일영
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한국해양과학기술원
한국지질자원연구원
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Abstract

본 발명은 수중관측 시스템 등에 장착되어 수중 음원을 탐지하고 음원 파라미터를 추정하기 위한 평면 배열센서의 구성방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 수중관측 시스템 등에 장착되어 수중 음원을 탐지하고 음원 파라미터를 추정하기 위한 평면 배열센서에 있어서, 특히, 4개의 하이드로폰(hydrophone) 만을 이용하여 평면 배열센서를 구성시, 앨리어싱(aliasing)이 발생하지 않도록 하는 최적의 센서 간격 조건을 제시하고, 대표적인 평면 배열센서의 형태인 스타(star)형 배열과 원형(정방형) 배열에 대하여 각각 음향신호의 입사각에 따른 빔 폭과 최대 부엽크기를 컴퓨터 수치해석을 이용해 분석함으로써 최적의 센서 배치를 얻을 수 있도록 구성되는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법이 제공되며, 또한, 그러한 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여, 앨리어싱이 발생하지 않는 최적의 센서 배치로 이루어짐으로써 보다 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성되는 수중 음원 탐지용 평면 배열센서 및 수중 음원 탐사시스템이 제공된다.

Description

수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법 및 이를 이용한 수중 음원 탐사시스템{Configuration method of planar array sensor for underwater sound detection and underwater sound measurement system using thereof}
본 발명은 수중 음원 탐지를 위한 배열센서의 배치방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 수중관측 시스템 등에 장착되어 수중 음원을 탐지하고 음원 파라미터를 추정하기 위한 평면 배열센서의 구성방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이 수중관측 시스템 등에 장착되어 수중 음원을 탐지하고 음원 파라미터를 추정하기 위한 평면 배열센서에 있어서, 특히, 4개의 하이드로폰(hydrophone) 만을 이용하여 평면 배열센서를 구성시, 앨리어싱(aliasing)이 발생하지 않도록 하는 최적의 센서 간격 조건을 제시하고, 대표적인 평면 배열센서의 형태인 스타(star)형 배열과 원형(정방형) 배열에 대하여 각각 음향신호의 입사각에 따른 빔 폭과 최대 부엽크기를 컴퓨터 수치해석을 이용해 분석함으로써, 최적의 센서 배치를 얻을 수 있도록 구성되는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법에 관한 것이다.
아울러, 본 발명은, 상기한 바와 같은 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여, 앨리어싱이 발생하지 않는 최적의 센서 배치로 구현되는 수중 음원 탐지용 평면 배열센서 및 그러한 수중 음원 탐지용 배열센서를 포함하여 구성됨으로써 보다 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성되는 수중 음원 탐사시스템에 관한 것이다.
종래, 수중에서 음원을 탐지하기 위하여 배열센서가 널리 사용되고 있으며, 이러한 배열센서는, 여러 개의 센서를 탐지대상 신호의 특성에 적합한 형태로 결합하여 사용하는 센서를 의미한다.
더 상세하게는, 상기한 배열센서는, 하이드로폰(hydrophone)과 같은 수중 음향센서를 복수 개 배열하여 이루어지며, 센서가 구성되는 공간의 차원에 따라 1차원 선 배열과, 2차원 평면 배열 및 3차원 배열로 구분된다.
따라서 이와 같이 복수 개의 수중 음향센서에서 관측되는 신호의 수신경로 차이를 이용하면 음원의 방향을 추정할 수 있고, 특정 방향에서 오는 신호를 골라 증폭하거나 감쇠시킬 수 있다(참고문헌 1 참조).
여기서, 상기한 바와 같이 하이드로폰(hydrophone)과 같은 수중 음향센서를 이용하여 수중에서 음원을 탐지하기 위한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-146782호에 따르면, 수중청음기를 포함하는 음향수신수단에 의해 수중 음향신호를 수신하는 음향신호 수신단계, 수신된 수중 음향신호를 A/D 변환기를 통하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환단계, 신호처리기에 의해 A/D 변환단계에서 변환된 디지털 신호에 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리를 행하는 신호처리단계, 신호처리단계에서 신호처리된 신호를 D/A 변환기에 의해 다시 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환단계 및 D/A 변환단계에서 변환된 신호를 음향출력수단에 의해 출력하는 음향출력단계를 포함하여, 수중의 두 지점에서 수신되는 음파 신호를 헤드폰과 같은 스테레오 채널을 통해 수중 환경 그대로 재생할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치가 제시된 바 있다.
또한, 상기한 바와 같이 수중 음향센서를 이용하여 수중에서 음원을 탐지하기 위한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1468033호에 따르면, 해저 전력케이블의 고장점에서 발생하는 방전음(수중 음향신호)을 감지하는 하이드로폰 수신기, 아날로그 신호 처리기, 수신된 아날로그 신호를 변환시켜 주는 A/D 변환기, 수신된 신호의 실시간 모니터링 및 자료 취득을 위한 S/W 등을 포함하여, 서지 발생기(Surge Generator)를 이용하여 해저 전력케이블에 전압을 일정시간 간격으로 입력하여 고장점에서 방전음(스파크)이 발생하면, 수중에 위치한 수신기(하이드로폰)로 수중 음향신호(방전음)를 수신하고 각 채널에 처음으로 도달한 수중 음향신호의 도달시간을 이용하여 신호가 발생한 고장점을 탐지함으로써, 음향신호를 이용하여 해저 전력케이블의 고장점을 신속하고 정확하게 파악할 수 있도록 구성되는 수중 음향신호를 이용한 해저 전력케이블 고장점 탐지시스템이 제시된 바 있다.
아울러, 상기한 바와 같이 수중 음향센서를 이용하여 수중에서 음원을 탐지하기 위한 종래기술의 또 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1452853호에 따르면, 제 1 트랜스듀서 내지 제 3 트랜스듀서가 삼각형의 형태로 수평면을 이루고 하부에 제 4 트랜스듀서가 구성되는 트랜스듀서 조합부, 제 1 트랜스듀서 내지 제 3 트랜스듀서의 수평을 유지하는 수직지지대, 제 1 트랜스듀서 내지 제 3 트랜스듀서를 서로 연결하여 고정하고 제 4 트랜스듀서를 수직지지대에 연결하여 고정하는 수평지지대, 수직지지대에 설치되어 제 1 트랜스듀서 내지 제 3 트랜스듀서가 수평면을 이루었는지를 확인하는 기준 역할을 하는 원형수평판 및 원형수평판에 설치되어 원형수평판의 수평 여부를 확인하는 수평수직계를 포함하여, 수중청음기 배열에서 개별 수중청음기의 위치가 의도된 설계위치에서 벗어나는 경우 그 위치를 정확히 보정할 수 있으며 이에 따라 수중청음기 배열 신호처리기법에 따른 소음 계측결과의 신뢰도를 높일 수 있도록 구성되는 트랜스듀서를 이용한 수중청음기 배열위치 보정장치가 제시된 바 있다.
더욱이, 상기한 바와 같이 수중 음향센서를 이용하여 수중에서 음원을 탐지하기 위한 종래기술의 또 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1200831호에 따르면, 수상 또는 수중 이동체에 적어도 하나의 음향센서 쌍을 장착하고, 이러한 음향센서 쌍을 통해 수중 음원으로부터 발생되는 외부 수중 음향신호와 수상 또는 수중 이동체로부터 발생되는 진동 및 소음신호가 혼재하는 혼합 음향신호를 감지하며, 외부 수중 음향신호의 유입이 차단되는 기준 센서를 이용하여 수상 또는 수중 이동체로부터 발생되는 진동 및 소음신호만을 감지하고, 감지된 혼합 음향신호와 진동 및 소음신호를 이용하여 순수 수중 음향신호를 추출함으로써, 고성능의 수중 음향 탐지를 실현할 수 있도록 구성되는 수중 음향 탐지 시스템 및 그 음향 탐지 방법이 제시된 바 있다.
상기한 바와 같이, 종래, 수중 음향센서를 이용하여 수중 음원을 탐지하기 위한 여러 가지 기술내용들이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래의 수중 음향센서 및 탐사시스템들은 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다.
즉, 종래, 수중에서 음원을 탐지하기 위하여 하이드로폰(hydrophone)과 같은 수중 음향센서를 탐지대상 신호의 특성에 적합한 형태로 복수 개 결합하여 이루어지는 배열센서가 널리 사용되고 있으나, 이러한 종래의 배열센서는, 각각의 센서 간격에 따라 신호 입사각의 앨리어싱(aliasing)이 발생하는 문제가 있었다.
더 상세하게는, 예를 들면, 4개의 하이드로폰을 이용하여 평면 배열을 구성하는 경우, 종래, 스타(star)형 배열과 원형(정방형) 배열의 두 가지의 평면 배열이 널리 사용되고 있으며, 이러한 두 배열센서는 모두 대칭적 구조를 가지고 있어 신호의 입사각 변화에 따른 각도추정 성능변화가 작다는 장점을 가지고 있으나, 4개의 센서로 구성된 배열의 경우 두 개의 센서로 이루어진 선 배열을 나열한 것과 같으므로, 센서 간격이 넓어져 센서 간격이 반파장보다 커지게 되면 기존의 선 배열과 마찬가지로 협대역 신호에 대하여 배열센서에서 수신되는 신호의 위상 차이가 같아지게 되어 구분할 수 없는 각도가 존재하는 앨리어싱이 발생하게 된다.
따라서 상기한 바와 같이, 수중관측 시스템 등에 장착되어 수중 음원을 탐지하고 음원 파라미터를 추정하기 위한 평면 배열센서에 있어서, 센서 간격이 벌어지면 앨리어싱이 발생하는 문제가 있었던 종래기술의 평면 배열센서의 문제점을 해결하기 위하여는, 복수의 하이드로폰(hydrophone)을 이용하여 평면 배열센서를 구성시 앨리어싱이 발생하지 않도록 하는 최적의 센서 간격 조건을 제시할 수 있도록 구성되는 새로운 구성의 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 제시함으로써, 보다 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성되는 평면 배열센서 및 탐사시스템을 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다.
[참고문헌]
1. H. Krim and M. Viberg, "Two decades of array signal processing research: the parametric approach", IEEE, Signal Processing Magazine, vol. 13, pp. 67-94, 1996.
2. L. C. Godara and A. Cantoni, "Uniqueness and linear independence of steering vectors in array space", The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 70, pp. 467-475, 1981.
[선행기술문헌]
1. 한국 등록특허공보 제10-146782호 (2014.11.26.)
2. 한국 등록특허공보 제10-1468033호 (2014.11.26.)
3. 한국 등록특허공보 제10-1452853호 (2014.10.14.)
4. 한국 등록특허공보 제10-1200831호 (2014.11.26.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 수중관측 시스템 등에 장착되어 수중 음원을 탐지하고 음원 파라미터를 추정하기 위한 평면 배열센서에 있어서, 특히, 4개의 하이드로폰(hydrophone) 만을 이용하여 평면 배열센서를 구성시, 앨리어싱(aliasing)이 발생하지 않도록 하는 최적의 센서 간격 조건을 제시하고, 대표적인 평면 배열센서의 형태인 스타(star)형 배열과 원형(정방형) 배열에 대하여 각각 음향신호의 입사각에 따른 빔 폭과 최대 부엽크기를 컴퓨터 수치해석을 이용해 분석함으로써, 최적의 센서 배치를 얻을 수 있도록 구성되는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 앨리어싱이 발생하지 않는 최적의 센서 간격 조건을 제시할 수 있도록 구성되는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여, 앨리어싱이 발생하지 않는 최적의 센서 배치로 이루어짐으로써 보다 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성되는 수중 음원 탐지용 평면 배열센서 및 수중 음원 탐사시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 수중 음원을 탐지하고 음원 파라미터를 추정하기 위한 평면 배열센서를 구성시 앨리어싱(aliasing)이 발생하지 않도록 하는 최적의 센서 간격에 대한 조건을 제시하는 것에 의해 최적의 센서 배치를 얻을 수 있도록 구성되는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법에 있어서, 배열센서의 유형에 따른 앨리어싱 조건을 유도하는 단계; 상기 앨리어싱 조건을 유도하는 단계에서 유도된 상기 앨리어싱 조건을 만족하는 센서간격을 결정하는 단계; 상기 센서간격을 결정하는 단계에서 결정된 상기 센서간격에 대하여 수치해석을 통해 성능을 검증하는 단계 및 상기 센서간격을 결정하는 단계 및 상기 성능을 검증하는 단계를 통해 결정되고 검증된 상기 센서간격에 근거하여 상기 배열센서를 구성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법이 제공된다.
여기서, 상기 앨리어싱 조건을 유도하는 단계는, 4개의 하이드로폰(hydrophone) 만을 이용하여 스타(star)형 배열의 평면 배열센서를 구성시, 배열의 중심에 있는 센서의 위치를 원점으로 가정할 때, 이하의 수학식을 이용하여 상기 앨리어싱 조건을 나타내는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00001

(여기서, d는 파장으로 정규화한 센서간격을 의미하고, ui는 임의의 두 단위 방향벡터의 차 벡터를 의미하며, ηi는 임의의 정수값을 각각 나타냄)
또한, 상기 센서간격을 결정하는 단계는, 상기 앨리어싱 조건을 만족시키는 ui의 해가 영벡터가 유일하면 앨리어싱이 발생하지 않게 되는 것에 근거하여, 이하의 수학식을 만족시키면서 상기 앨리어싱 조건을 만족시키는 u1과 u2가 영벡터 이외에는 존재하지 않도록 하는 d값을 구하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00002

아울러, 상기 센서간격을 결정하는 단계는, 이하의 수학식을 만족하는 d값을 구하여 상기 센서간격을 결정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00003

더욱이, 상기 성능을 검증하는 단계는, 수치해석을 통하여 입사각의 분해능을 나타내는 빔 폭(beamwidth)과, 서로 다른 두 각도의 음원에 대한 간섭효과를 나타내는 최대 부엽크기(peak sidelobe)를 각각 비교하는 것에 의해 상기 배열센서의 성능을 검증하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 수중 음원 탐지를 위해 복수의 하이드로폰(hydrophone)을 미리 정해진 일정 간격으로 배치하여 이루어지는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서에 있어서, 상기에 기재된 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여 구현됨으로써, 앨리어싱(aliasing)이 발생하지 않도록 하는 최적의 센서 배치로 이루어지는 것에 의해 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서가 제공된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 수중 음원 탐지를 위한 수중 음원 탐사시스템에 있어서, 수중 음원 탐지를 위한 수중모듈(Subsea module) 및 상기 수중모듈에 의해 얻어진 정보를 전송하기 위한 통신모듈이 설치된 부유체(Buoy)를 포함하여 이루어지는 수중 음원 탐사부; 상기 수중 음원 탐사부에 의해 얻어진 데이터를 수신하여 전달하는 중계국(Relay Station); 및 상기 중계국으로부터 전달된 상기 데이터를 수신하여 분석 및 저장을 행하는 기지국(Base Station)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐사시스템이 제공된다.
여기서, 상기 수중모듈은, 복수의 하이드로폰을 포함하여 이루어지는 배열센서로 구성되는 센서부; 상기 센서부로부터 수신된 신호를 처리하기 위한 신호처리부; 및 네트워크로 연결된 다른 기기들과의 동기화를 위한 동기화부를 포함하여 구성되고, 상기 센서부는, 상기에 기재된 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여 구현된 평면 배열센서를 포함하여 구성됨으로써, 앨리어싱(aliasing) 발생이 방지되어 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 신호처리부는, 상기 센서부로부터 수신된 신호를 증폭하고 필터링하는 증폭 및 필터부(Amplifier and Filter); 수온을 측정하기 위한 수온계(Thermometer); 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 전압 A/D 변환기(Voltage A/D Converter)와 전류 A/D 변환기(Current A/D Converter); 디지털 신호의 입출력을 위한 디지털 I/O(Digital I/O); 상기 신호처리부의 동작을 제어하기 위한 내장 컨트롤러(Embedded Controller); 및 데이터를 저장하기 위한 메모리(Memory)가 단일의 하우징(Housing) 내에 설치되어 일체로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동기화부는, GPS 모듈을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 동기화부는, NTP(Network Time Protocol) 또는 PTP(Precision Time Protocol)를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 수중 음원 탐사시스템은, 상기 수중모듈의 상기 센서부에 설치된 복수의 하이드로폰을 통하여 수중 음원 탐지시 상기 동기화부에 의해 동기화가 이루어지고, 상기 수중모듈에 설치된 상기 수온계를 이용하여 온도를 측정한 후 음속을 보정하며, 미리 설정된 특정 레벨 이상의 이벤트 발생시 상기 수중모듈의 상기 신호처리부에 설치된 상기 메모리에 시계열 데이터를 저장하고, 상기 시계열 데이터는 상기 중계국을 통하여 상기 기지국에 자동으로 전송되어 저장되며, 상기 기지국은 상기 시계열 데이터에 근거하여 스펙트럼 및 입사각 추정을 수행한 결과를 실시간으로 표시하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 4개의 하이드로폰(hydrophone) 만을 이용하여 평면 배열센서를 구성시 앨리어싱(aliasing)이 발생하지 않도록 하는 최적의 센서 간격 조건을 제시하고, 대표적인 평면 배열센서의 형태인 스타(star)형 배열과 원형(정방형) 배열에 대하여 각각 음향신호의 입사각에 따른 빔 폭과 최대 부엽크기를 컴퓨터 수치해석을 이용해 분석하도록 구성되는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법이 제공됨으로써, 수중관측 시스템 등에 장착되어 수중 음원을 탐지하고 음원 파라미터를 추정하기 위한 평면 배열센서에 대하여 최적의 센서 배치를 용이하게 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 앨리어싱이 발생하지 않는 최적의 센서 간격 조건을 제시할 수 있도록 구성되는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여, 앨리어싱이 발생하지 않는 최적의 센서 배치로 이루어짐으로써 보다 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성되는 수중 음원 탐지용 평면 배열센서 및 수중 음원 탐사시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 2차원 평면 배열센서의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법의 성능을 검증하기 위해 스타형 배열과 원형 배열에 대하여 수치해석을 통해 주엽(main lobe)의 빔 폭과 최대 부엽크기를 각각 비교한 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여 구현된 평면 배열센서를 포함하여 이루어지는 수중 음원 탐사시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐사시스템의 수중모듈의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 나타낸 수중모듈의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐사시스템의 기지국에서 수행되는 데이터 처리과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐사시스템의 동작 인터페이스를 실제로 구현한 모습을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법 및 이를 이용한 수중 음원 탐사시스템의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 수중관측 시스템 등에 장착되어 수중 음원을 탐지하고 음원 파라미터를 추정하기 위한 평면 배열센서에 있어서, 특히, 4개의 하이드로폰(hydrophone) 만을 이용하여 평면 배열센서를 구성시, 앨리어싱(aliasing)이 발생하지 않도록 하는 최적의 센서 간격 조건을 제시하고, 대표적인 평면 배열센서의 형태인 스타(star)형 배열과 원형(정방형) 배열에 대하여 각각 음향신호의 입사각에 따른 빔 폭과 최대 부엽크기를 컴퓨터 수치해석을 이용해 분석함으로써, 최적의 센서 배치를 얻을 수 있도록 구성되는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 앨리어싱이 발생하지 않는 최적의 센서 간격 조건을 제시할 수 있도록 구성되는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여, 앨리어싱이 발생하지 않는 최적의 센서 배치로 이루어짐으로써 보다 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성되는 수중 음원 탐지용 평면 배열센서 및 수중 음원 탐사시스템에 관한 것이다.
계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법 및 이를 이용한 수중 음원 탐사시스템의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 종래의 2차원 평면 배열센서의 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, 도 1a는 스타(star)형 배열을 나타내고, 도 1b는 원형(정방형) 배열을 각각 나타내고 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래, 4개의 하이드로폰을 이용하여 평면 배열을 구성시 스타(star)형 배열과 원형(정방형) 배열의 두 가지의 평면 배열이 널리 사용되고 있으며, 도 1에 나타낸 두 가지 배열센서는, 모두 대칭적 구조를 가지고 있어 신호의 입사각 변화에 따른 각도추정 성능변화가 작다는 장점을 가지고 있다.
그러나 도 1에 나타낸 바와 같은 종래의 스타형 배열 및 원형 배열은, 기존의 1차원 선 배열과 마찬가지로, 센서 간격이 넓어지면 협대역 신호에 대하여 배열 센서에서 수신되는 신호의 위상 차이가 같아져 구분할 수 없는 각도가 존재하는 이른바 앨리어싱(aliasing)이 발생하게 된다.
즉, 4개의 센서로 구성된 원형 배열의 경우 두 개의 센서로 이루어진 선 배열을 나열한 것과 같으므로, 선 배열과 마찬가지로 센서 간격이 반파장보다 커지게 되면 앨리어싱이 발생한다.
더 상세하게는, 일반적으로, 배열센서의 앨리어싱은 이하의 [수학식 1]과 같은 조건이 만족될 때 발생한다(참고문헌 2 참조).
[수학식 1]
Figure pat00004

여기서, ν(φ,θ)는 방위각이 φ이고 고도각이 θ일 때의 단위 방향벡터를 의미하고, η는 원소의 개수가 4개이고 정수값을 가지는 벡터를 의미하며, B는 이하의 [수학식 2]에 나타낸 바와 같은 배열센서의 위치 좌표값으로 이루어진 행렬을 의미한다.
[수학식 2]
Figure pat00005

또한, B의 원소 rij는 데카르트 좌표계에서 i번째 센서의 j번째 축 좌표를 파장의 길이로 정규화한 값이다.
따라서 두 단위 방향벡터에 대하여 정규화된 센서 위치 벡터의 내적의 차이가 정수가 되면, 두 방향에 대한 배열센서의 위상 차이가 2π의 배수가 되어 같아지므로 입사각을 구분할 수 없게 된다.
이에, 본 발명에서는, 상기한 [수학식 1]에 나타낸 조건을 이용하여, 이하에 설명하는 바와 같이 스타(star)형 배열의 앨리어싱 조건을 유도하였다.
더 상세하게는, 먼저, 배열의 중심에 있는 센서의 위치를 원점으로 정하고, 상기한 조건을 스타형 배열에 적용하면, 상기한 [수학식 1]은 이하의 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00006

여기서, d는 파장으로 정규화한 센서 간격을 의미하고, ui는 임의의 두 단위 방향벡터의 차 벡터를 의미하며, ηi는 임의의 정수값을 각각 의미한다.
또한, 상기한 [수학식 3]을 만족시키는 ui의 해가 영벡터가 유일하면, 두 단위 방향벡터가 같은 경우를 제외하고는 다른 해가 없을 것이므로 앨리어싱이 발생하지 않게 된다.
아울러, [수학식 3]에서 u3는 영향을 미치지 않으므로 u1과 u2만을 고려하면, 단위 방향 벡터의 차이에 해당하므로 이하의 [수학식 4]와 같은 관계를 가진다.
[수학식 4]
Figure pat00007

따라서 앨리어싱이 발생하지 않도록 하기 위하여는, [수학식 4]를 만족시키면서 [수학식 3]을 만족시키는 u1과 u2가 영벡터 이외에는 존재하지 않도록 d값을 정하면 된다.
여기서, [수학식 3]과 [수학식 4]를 정리하면, 이하의 [수학식 5]가 얻어진다.
[수학식 5]
Figure pat00008

따라서,
Figure pat00009
을 만족하면 영벡터 이외에 해가 존재하지 않게 되므로 앨리어싱이 발생하지 않는다.
상기한 바와 같은 결과로부터, 스타형 배열의 경우에는 원형 배열에 비해 앨리어싱이 발생하지 않는 센서 간격이 다소 완화될 수 있음을 알 수 있으나, 허용되는 센서 간격은 파장의 약 0.577배 미만으로 원형 배열의 반파장 조건과 크게 차이가 나지는 않음을 알 수 있다.
계속해서, 상기한 바와 같이 하여 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법의 성능을 검증하기 위해, 수치해석을 이용하여 스타형 배열과 원형 배열의 성능을 각각 비교한 결과에 대하여 설명한다.
즉, 본 발명자들은, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법의 성능을 검증하기 위해, 입사각의 분해능을 나타내는 빔 폭(beamwidth)과 서로 다른 두 각도의 음원에 대한 간섭효과를 나타내는 최대 부엽크기(peak sidelobe)를 비교하였으며, 여기서, 빔 폭과 최대 부엽크기 모두 작을수록 우수한 성능을 나타내고, 수치해석시 스타형 배열과 원형 배열 모두 센서 간격을 반파장으로 하였다.
더 상세하게는, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법의 성능을 검증하기 위해 스타형 배열과 원형 배열에 대하여 수치해석을 통해 주엽(main lobe)의 빔 폭과 최대 부엽크기를 각각 비교한 결과를 나타내는 도면이다.
여기서, 도 2에 있어서, 도 2a는 주엽의 -3dB 빔 폭이고, 도 2b는 최대 부엽크기를 각각 나타내고 있다.
즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 수치해석 결과, 빔 폭의 크기는 스타형 배열이 더 작게 나타났으나, 최대 부엽크기는 원형 배열이 더 작게 나타나 배열센서가 적용되는 수중음향 환경 조건에 따라 두 가지 배열센서의 비교 우위가 달라질 수 있음을 확인할 수 있으며, 이러한 결과로부터, 빔 폭의 크기 측면에서는 스타형 배열이 보다 우수한 성능을 나타내고, 최대 부엽크기 측면에서는 원형 배열이 더 우수한 성능을 가지는 것을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 4개의 하이드로폰을 이용하여 스타형 배열과 원형 배열을 구성시 앨리어싱이 발생하지 않는 센서간격에 대한 조건을 유도하였고, 그 결과, 스타형 배열의 경우에는 원형 배열에 비해 앨리어싱이 발생하지 않는 간격 조건이 다소 완화될 수 있음을 확인하였으며, 또한, 두 배열센서의 성능을 빔 폭과 최대 부엽크기 측면에서 비교한 결과, 빔 폭은 스타형 배열이 좀 더 우수하고 최대 부엽크기는 원형 배열이 우수함을 확인하였다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 구현할 수 있다.
즉, 도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법은, 크게 나누어, 먼저, 배열센서의 유형에 따른 앨리어싱 조건을 유도하는 단계(S31)와, 상기 단계(S31)에서 유도된 앨리어싱 조건을 만족하는 센서간격을 결정하는 단계(S32)와, 상기 단계(S32)에서 결정된 센서간격에 대하여 수치해석을 통해 성능을 검증하는 단계(S33) 및 상기 단계(S32, S33)에서 결정되고 검증된 센서간격에 근거하여 배열센서를 구성하는 단계(S34)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 앨리어싱 조건을 유도하는 단계(S31)는, 상기한 [수학식 1] 내지 [수학식 3]을 참조하여 설명한 바와 같이 하여 구성될 수 있고, 또한, 상기한 센서간격을 결정하는 단계(S32)는, 상기한 [수학식 4] 내지 [수학식 5]를 참조하여 설명한 바와 같이 하여 구성될 수 있다.
아울러, 상기한 성능을 검증하는 단계(S33)는, 도 2를 참조하여 상기한 바와 같이 수치해석을 통하여 빔 폭과 최대 부엽크기를 각각 비교하는 것에 의해 배열센서의 성능을 검증하도록 구성될 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 앨리어싱이 발생하지 않는 최적의 센서 배치로 이루어지는 평면 배열센서를 구현할 수 있다.
계속해서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여 구현된 평면 배열센서를 포함하여 보다 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성되는 수중 음원 탐사시스템의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
먼저, 도 4를 참조하면, 도 4는 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여 구현된 평면 배열센서를 포함하여 이루어지는 수중 음원 탐사시스템(40)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐사시스템(40)은, 크게 나누어, 수중 음원 탐지를 위한 수중모듈(Subsea module)(41)과 수중모듈(41)에 의해 얻어진 정보를 전송하기 위한 통신모듈이 설치된 부유체(Buoy)(42)를 포함하여 이루어지는 수중 음원 탐사부(43)와, 수중 음원 탐사부(43)에 의해 얻어진 데이터를 수신하여 전달하는 중계국(Relay Station)(44) 및 중계국(44)으로부터 전달된 데이터를 수신하여 데이터의 분석 및 저장을 행하는 기지국(Base Station)(45)을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 도 5는 도 4에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐사시스템(40)의 수중모듈(41)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐사시스템(40)의 수중모듈(41)은, 크게 나누어, 복수의 하이드로폰을 포함하여 이루어지는 배열센서로 구성되는 센서부(51)와, 센서부(51)로부터 수신된 신호를 처리하기 위한 신호처리부(52) 및 예를 들면, 기지국이나 중계국 또는 서버 등과 같이, 인터넷이나 통신망과 같은 네트워크로 연결된 다른 기기들과 탐사시스템(40) 사이의 동기화를 위한 동기화부(53)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 센서부(51)는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여 구현된 평면 배열센서를 포함하여 구성될 수 있으며, 그것에 의해, 앨리어싱 발생이 방지되어 보다 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기한 신호처리부(52)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 센서부(51)로부터 수신된 신호를 증폭하고 필터링하는 증폭 및 필터부(Amplifier and Filter), 수온을 측정하기 위한 수온계(Thermometer), 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 전압 A/D 변환기(Voltage A/D Converter)와 전류 A/D 변환기(Current A/D Converter), 디지털 신호의 입출력을 위한 디지털 I/O(Digital I/O), 신호처리부(42)의 동작을 제어하기 위한 내장 컨트롤러(Embedded Controller) 및 데이터를 저장하기 위한 메모리(Memory)가 단일의 하우징(Housing) 내에 설치되어 일체로 구성될 수 있다.
아울러, 상기한 동기화부(53)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, GPS 모듈을 이용하여, 1PPS 신호와 RS232 신호를 동기화하도록 구성될 수 있다.
또는, 상기한 동기화부(43)는, 상기한 GPS 모듈 대신에, 예를 들면, NTP(Network Time Protocol) 또는 PTP(Precision Time Protocol)를 이용하여 네트워크를 통해 동기화가 이루어지도록 구성될 수도 있다.
더 상세하게는, 도 6을 참조하면, 도 6은 도 5에 나타낸 수중모듈의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐사시스템(40)은, 상기한 GPS 모듈 대신에, 이더넷과 NTP(Ethernet + NTP) 또는 PTP를 이용하여 동기화가 이루어지도록 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐사시스템(40)은, 도 4 내지 도 6에 나타낸 구성으로 한정되는 것이 아니며, 상기한 구성 이외에도 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있는 것임에 유념해야 한다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐사시스템(40)의 구체적인 동작은, 먼저, 수중모듈(41)의 센서부(51)에 설치된 복수의 하이드로폰을 통하여 수중 음원 탐지시 동기화부(53)에 의해 GPS(PPS + RS232) 또는 NTP 또는 PTP를 이용한 동기화가 이루어지고, 수중모듈(41)에 설치된 수온계를 이용하여 온도를 측정한 후 음속을 보정하며, 미리 설정된 특정 레벨 이상의 이벤트 발생시 수중모듈(41)의 신호처리부(42)에 설치된 메모리에 시계열 데이터를 저장한다.
또한, 이러한 시계열 데이터는 중계국(44)을 통하여 기지국(45)에 자동으로 전송되어 저장되며, 기지국(45)에서는 스펙트럼 및 입사각 추정 데이터를 실시간으로 표시하는 처리가 수행된다.
이때, 디지털 필터를 이용하여 주파수 대역폭을 자유롭게 설정 가능하도록 구성될 수 있으며, 시계열 데이터는 디지털 필터 적용 전과 후의 데이터를 모두 송신하도록 구성될 수 있다.
즉, 도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐사시스템(40)의 기지국(45)에서 수행되는 데이터 처리과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐사시스템(40)의 기지국(45)은, 수중모듈(41)에 의해 얻어진 데이터들을 중계국(44)을 통해 수신하고, 수신된 데이터에 근거하여 빔포밍(Beamforming) 연산, FFT 분석, FPGA 제어 및 DAQ 입/출력 등을 포함하는 일련의 처리과정을 통하여 실시간으로 분석결과를 제시하고 이와 같이 하여 생성된 시계열 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수중 음원 탐사시스템(40)의 동작 인터페이스를 실제로 구현한 모습을 나타내는 도면이다.
도 8에 있어서, 도 8a는 모니터링 인터페이스(Monitoring GUI) 화면을 나타내고, 도 8b는 제어 인터페이스(Control GUI)를 각각 나타내고 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법 및 이를 이용한 수중 음원 탐사시스템을 구현할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따르면, 4개의 하이드로폰(hydrophone) 만을 이용하여 평면 배열센서를 구성시 앨리어싱(aliasing)이 발생하지 않도록 하는 최적의 센서 간격 조건을 제시하고, 대표적인 평면 배열센서의 형태인 스타(star)형 배열과 원형(정방형) 배열에 대하여 각각 음향신호의 입사각에 따른 빔 폭과 최대 부엽크기를 컴퓨터 수치해석을 이용해 분석하도록 구성되는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법이 제공됨으로써, 수중관측 시스템 등에 장착되어 수중 음원을 탐지하고 음원 파라미터를 추정하기 위한 평면 배열센서에 대하여 최적의 센서 배치를 용이하게 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 앨리어싱이 발생하지 않는 최적의 센서 간격 조건을 제시할 수 있도록 구성되는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여, 앨리어싱이 발생하지 않는 최적의 센서 배치로 이루어짐으로써 보다 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성되는 수중 음원 탐지용 평면 배열센서 및 수중 음원 탐사시스템을 제공할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법 및 이를 이용한 수중 음원 탐사시스템의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
40. 수중 음원 탐사시스템 41. 수중모듈
42. 부유체 43. 수중 음원 탐사부
44. 중계국 45. 기지국
51. 센서부 52. 신호처리부
53. 동기화부

Claims (12)

  1. 수중 음원을 탐지하고 음원 파라미터를 추정하기 위한 평면 배열센서를 구성시 앨리어싱(aliasing)이 발생하지 않도록 하는 최적의 센서 간격에 대한 조건을 제시하는 것에 의해 최적의 센서 배치를 얻을 수 있도록 구성되는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법에 있어서,
    배열센서의 유형에 따른 앨리어싱 조건을 유도하는 단계;
    상기 앨리어싱 조건을 유도하는 단계에서 유도된 상기 앨리어싱 조건을 만족하는 센서간격을 결정하는 단계;
    상기 센서간격을 결정하는 단계에서 결정된 상기 센서간격에 대하여 수치해석을 통해 성능을 검증하는 단계 및
    상기 센서간격을 결정하는 단계 및 상기 성능을 검증하는 단계를 통해 결정되고 검증된 상기 센서간격에 근거하여 상기 배열센서를 구성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 앨리어싱 조건을 유도하는 단계는,
    4개의 하이드로폰(hydrophone) 만을 이용하여 스타(star)형 배열의 평면 배열센서를 구성시, 배열의 중심에 있는 센서의 위치를 원점으로 가정할 때, 이하의 수학식을 이용하여 상기 앨리어싱 조건을 나타내는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법.

    Figure pat00010


    (여기서, d는 파장으로 정규화한 센서간격을 의미하고, ui는 임의의 두 단위 방향벡터의 차 벡터를 의미하며, ηi는 임의의 정수값을 각각 나타냄)
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 센서간격을 결정하는 단계는,
    상기 앨리어싱 조건을 만족시키는 ui의 해가 영벡터가 유일하면 앨리어싱이 발생하지 않게 되는 것에 근거하여, 이하의 수학식을 만족시키면서 상기 앨리어싱 조건을 만족시키는 u1과 u2가 영벡터 이외에는 존재하지 않도록 하는 d값을 구하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법.

    Figure pat00011

  4. 제 3항에 있어서,
    상기 센서간격을 결정하는 단계는,
    이하의 수학식을 만족하는 d값을 구하여 상기 센서간격을 결정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법.

    Figure pat00012

  5. 제 4항에 있어서,
    상기 성능을 검증하는 단계는,
    수치해석을 통하여 입사각의 분해능을 나타내는 빔 폭(beamwidth)과, 서로 다른 두 각도의 음원에 대한 간섭효과를 나타내는 최대 부엽크기(peak sidelobe)를 각각 비교하는 것에 의해 상기 배열센서의 성능을 검증하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법.
  6. 수중 음원 탐지를 위해 복수의 하이드로폰(hydrophone)을 미리 정해진 일정 간격으로 배치하여 이루어지는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서에 있어서,
    청구항 1항 내지 청구항 5항 중 어느 한 항에 기재된 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여 구현됨으로써, 앨리어싱(aliasing)이 발생하지 않도록 하는 최적의 센서 배치로 이루어지는 것에 의해 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서.
  7. 수중 음원 탐지를 위한 수중 음원 탐사시스템에 있어서,
    수중 음원 탐지를 위한 수중모듈(Subsea module) 및 상기 수중모듈에 의해 얻어진 정보를 전송하기 위한 통신모듈이 설치된 부유체(Buoy)를 포함하여 이루어지는 수중 음원 탐사부;
    상기 수중 음원 탐사부에 의해 얻어진 데이터를 수신하여 전달하는 중계국(Relay Station); 및
    상기 중계국으로부터 전달된 상기 데이터를 수신하여 분석 및 저장을 행하는 기지국(Base Station)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐사시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 수중모듈은,
    복수의 하이드로폰을 포함하여 이루어지는 배열센서로 구성되는 센서부;
    상기 센서부로부터 수신된 신호를 처리하기 위한 신호처리부; 및
    네트워크로 연결된 다른 기기들과의 동기화를 위한 동기화부를 포함하여 구성되고,
    상기 센서부는,
    청구항 1항 내지 청구항 5항 중 어느 한 항에 기재된 수중 음원 탐지를 위한 평면 배열센서 구성방법을 이용하여 구현된 평면 배열센서를 포함하여 구성됨으로써, 앨리어싱(aliasing) 발생이 방지되어 정확한 측정 및 탐사가 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐사시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 신호처리부는,
    상기 센서부로부터 수신된 신호를 증폭하고 필터링하는 증폭 및 필터부(Amplifier and Filter);
    수온을 측정하기 위한 수온계(Thermometer);
    아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 전압 A/D 변환기(Voltage A/D Converter)와 전류 A/D 변환기(Current A/D Converter);
    디지털 신호의 입출력을 위한 디지털 I/O(Digital I/O);
    상기 신호처리부의 동작을 제어하기 위한 내장 컨트롤러(Embedded Controller); 및
    데이터를 저장하기 위한 메모리(Memory)가 단일의 하우징(Housing) 내에 설치되어 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐사시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 동기화부는,
    GPS 모듈을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐사시스템.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 동기화부는,
    NTP(Network Time Protocol) 또는 PTP(Precision Time Protocol)를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐사시스템.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 수중 음원 탐사시스템은,
    상기 수중모듈의 상기 센서부에 설치된 복수의 하이드로폰을 통하여 수중 음원 탐지시 상기 동기화부에 의해 동기화가 이루어지고,
    상기 수중모듈에 설치된 상기 수온계를 이용하여 온도를 측정한 후 음속을 보정하며,
    미리 설정된 특정 레벨 이상의 이벤트 발생시 상기 수중모듈의 상기 신호처리부에 설치된 상기 메모리에 시계열 데이터를 저장하고,
    상기 시계열 데이터는 상기 중계국을 통하여 상기 기지국에 자동으로 전송되어 저장되며,
    상기 기지국은 상기 시계열 데이터에 근거하여 스펙트럼 및 입사각 추정을 수행한 결과를 실시간으로 표시하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 음원 탐지시스템.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101869802B1 (ko) * 2017-10-19 2018-06-21 한국해양과학기술원 복수의 그룹 빔 형성 기법을 이용한 수중음원 방향성 탐지 방법
KR101978186B1 (ko) * 2017-11-06 2019-05-14 소나테크 주식회사 예인 합성개구소나의 간섭계측 데이터 추출을 위한 배열센서 배치 방법
CN116938351A (zh) * 2023-07-07 2023-10-24 浙江大学 一种不受海面波浪影响的跨水空介质通信系统及其方法

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