KR20210044079A - 지향성 배열 센서 기반의 원격 연안 음향 토모그래피 시스템 - Google Patents

지향성 배열 센서 기반의 원격 연안 음향 토모그래피 시스템 Download PDF

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경원산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 연안 환경에 대해 보다 정확하게 관측할 수 있는 원격 연안 음향 토모그래피 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 원격 연안 음향 토모그래피 시스템은 지향성 음향 빔을 형성하는 배열 센서부; 다채널 신호 처리를 기반으로 음파 도달시간 측정을 위한 신호처리부; 육상 관측장비와의 접속되며 시스템의 원격 제어 및 관측을 가능하게 하는 무선 네트워크 모뎀부를 포함하고, 상기 배열 센서부는 지향성의 음향 빔을 형성한다.

Description

지향성 배열 센서 기반의 원격 연안 음향 토모그래피 시스템{REMOTE COASTAL ACOUSTIC TOMOGRAPHY SYSTEM BASED ON DIRECTIONAL ARRAY SENSOR}
본 발명은 원격 연안 음향 토모그래피 시스템에 관한 것이며, 구체적으로 복잡한 해저 지형에 따른 반사파에 의한 다중 경로 수신을 저감할 수 있는 원격 연안 음향 토모그래피 시스템에 관한 것이다.
연안 해역에서 수온, 염분, 해류 등의 환경 변화는 많은 인명, 물적 자원 피해를 초래한다. 연안 환경의 관측을 위해 CTD(Conductivity Temperature Depth), ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)등의 장비가 운용되고 있다. 하지만, 이와 같은 기존의 관측 장비는 많은 시간과 인적 자원이 소요되어 지속적인 운용에 한계를 가진다.
도 1은 종래의 해양 음향 토모그래피 시스템을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 해양 음향 토모그래피 시스템은 RF 통신 모뎀, 데이터 측정부, 송수파기 등을 구비하고 음파의 도달시간을 측정하여 해양의 물성 정보를 추정하고 결과를 전송한다.
이러한 종래의 해양 음향 토모그래피 시스템에서 사용되는 음향센서는 무지향성의 단일 음향 센서로서, 해저에서 반사파에 의한 다중 경로 수신을 허용하여 수온, 염도 분포 등의 해양 환경 정보를 파악할 수 있게 한다.
무지향성의 단일 음향 센서는 육지로부터 먼 바다의 심해에서 해양 환경 정보를 파악하는 데에 적합하다. 그러나 지형이 복잡한 연안 해역에서 무지향성의 단일 음향 센서를 이용하여 해양 환경 정보를 파악하는 경우, 주변 지형 및 해저면에 의해 반사되어 수신되는 반사파 때문에 해양 물성 정보 추정을 위한 음선 분포 분석이 용이하지 않게 된다.
또한, 다수의 해양 음향 토모그래피 시스템 운용에서 동기 신호를 제공하는 GPS는 서로 다른 시간 오차를 포함하여, 다중 시스템 측면에서 보다 많은 시간 동기화 오차가 나타나는 문제점이 있다.
대한민국 특허공개공보 제10-2017-0024050호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연안 환경에 대한 원격 관측이 가능하며, 반사파에 의한 다중 경로 수신을 최소화하여 보다 정확한 환경 정보를 도출하는 연안 음향 토모그래피 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지향성 배열 센서 기반의 원격 연안 음향 토모그래피 시스템은, 음향신호의 송수신을 위한 배열 센서부; 다채널 신호 처리를 기반으로 음파 도달시간 측정을 위한 신호처리부; 육상의 관측 장비와의 접속되며 시스템의 원격 제어 및 관측을 가능하게 하는 무선 네트워크 모뎀부를 포함하고, 상기 배열 센서부는 지향성의 음향 빔을 형성한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 배열 센서부는, 2차원의 원형으로 배치되는 복수 개의 송신 센서를 구비하는 송신 센서부; 상기 송신 센서부의 둘레를 따라 원형으로 등간격 배치되는 복수 개의 수신 센서를 구비하는 수신 센서부; 및 상기 송신 센서부 및 상기 수신 센서부의 관측 방향을 조절하는 조향부를 포함한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 신호처리부는, 지향성의 음향 빔 형성을 위해 송신 신호의 세기와 위상을 조정하고, 다채널 수신 빔 형성을 통해 신호 대 잡음비 개선한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 배열 센서는 시간에 따른 주파수 대역 확산 방식의 처프 신호를 전달하며, 상기 신호처리부는 처프 신호 기반의 정합필터를 적용하여 수신 신호에 대한 신호 대 잡음비를 개선하고, 다중 경로 수신에 의해 중첩된 신호에 대해 음파 도달시간 측정 분해능을 개선한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 무선 네트워크 모뎀부는 무선 네트워크 플랫폼에서 제공하는 시간 동기화 서비스에 접속하여 동기 신호를 수신하고, 상기 신호처리부는 상기 동기 신호를 기반으로 동기화된 음파의 도달 시간을 측정한다.
본 발명에 의하면, 지향성 빔 형성을 위한 배열 센서부를 이용함으로써 복잡한 해저 지형에 따른 반사파에 의한 다중 경로 수신을 저감할 수 있으며, 수신 빔 형성을 통한 신호 대 잡음비 개선을 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명에서 사용되는 처프 신호는 다중 경로 수신에 의해 중첩된 신호에 대해 우수한 음파 도달시간 측정 분해능을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 무선 네트워크 플랫폼의 시간 동기화 서비스를 이용하여 음파의 도달 시간 측정을 위한 다중 연안 음향 토모그래피 시스템 간의 우수한 시간 동기화 정확도를 구현할 수 있다.
도 1은 종래에 의한 해양 음향 토모그래피 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연안 음향 토모그래피 시스템을 도시한 도면이다.
도 3는 도 2에 도시된 배열 센서부의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 4는 배열 센서부의 지향각 조절 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 신호처리부의 일부 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
도 6는 도 4에 도시된 제어부의 수신 신호처리 과정을 블록도로 간략하게 도시한 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 배열 센서부에서 전달하는 음향 신호의 특징을 간략하게 도사한 파형도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연안 음향 토모그래피 시스템 원격 제어 방안 및 시간 동기화 방법을 블록도로 간략하게 도시한 도면이다.
이하 본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 레이더의 수온 또는 유향 유속과 같은 해양 환경을 관찰하기 위한 것으로서, 특히 지형이 복잡한 연안 해양의 해양 환경 관찰을 위한 원격 연안 음향 토모그래피 시스템에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연안 음향 토모그래피 시스템을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 배열 센서의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 원격 연안 음향 토모그래피 시스템은 음양신호의 송수신을 위한 배열 센서부(100), 음파의 도달시간 측정을 위한 신호처리부(200), 원격 시스템 제어를 위한 무선 네트워크 모뎀부(300)를 포함한다.
도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 배열 센서부(100)는 반사파에 의한 다중 경로 수신을 최소화할 수 있도록 지향성 음향 빔을 형성한다. 이를 위해 배열 센서부(100)는 송신 센서부(110), 수신 센서부(120), 조향부(130)를 포함한다.
송신 센서부(110)는 2차원의 원형으로 배치되는 복수개의 송신 센서(111)를 포함한다. 원형으로 배치되는 복수개의 송신 센서(111)는 상호간의 음향 빔 간섭을 유발하여 중앙부에 위치하는 지향성 음향 빔을 형성할 수 있다. 송신 센서부(110)로부터 형성되는 지향성 음향 빔은 연안 해역의 복잡한 해저 지형에 따른 반사파에 의한 다중 경로 수신을 저감할 수 있게 한다.
수신 센서부(120)는 송신 센서부(110)의 둘레를 따라 2차원의 원형으로 등간격 배치되는 복수개의 수신 센서(121)를 포함한다.
이때 복수개의 수신 센서(121)는 전파되는 음향 신호에 대해 반파장 내의 간격을 유지하여 등간격의 원형으로 배치됨이 바람직하다. 이때 수신 센서에 대한 등간격의 원형 배열의 반지름은 수신 센서(121)가 원형으로 배치될 때, 원형의 중심과 원형으로 배열된 어느 하나의 수신센서의 중심 사이의 거리를 r이라고 정의할 때, 수신 센서에 대한 등간격의 원형 배열의 반지름 r은 아래와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00001
(
Figure pat00002
은 수신 센서 등간격 원형 배열의 반지름,
Figure pat00003
는 음향 신호의 파장(첩 신호일 때 가장 작은 파장),
Figure pat00004
는 수신 센서의 개수)
위 수식은 수신 신호의 샘플링 정도에 따른 수신 센서의 배열 반지름을 나타낸다. 수신 센서 등간격 원형 배열의 반지름이 상기 식에 의해 계산된 r값보다 큰 경우, 샘플링이 넓어져서 왜곡된 정보가 포함될 수 있으므로, 수신 센서 등간격 원형 배열 반지름이 계산된 r값 이내가 되도록 수신 센서를 배열하는 것이 바람직하다.
조향부(130)는 배열센서부(100)의 관측방향, 즉 송신 센서부 및 수신 센서부의 관측 방향을 조절함으로써, 음파를 전달하고자 하는 방향에 지향각을 형성한다. 이를 위해 조향부(130)는 조향부(130)이 관측방향을 조정하기 위한 서보 모터, 스테핑 모터 등과 같은 모터부(미도시)와 신호처리부(200)의 제어부(210)로부터 제어신호를 받아 모터부(미도시)를 구동하는 모터제어부(미도시)를 포함하는 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.
조향부(130)는 음파의 전달 방향이 관측 영역에 대해 동일 선상에 위치한 상대 연안 음향 토모그래피 시스템을 향하도록 설정되고, 음향 송수신에 따른 수신 신호의 세기와 위상 정보를 분석하여 자동적인 미세 조정을 수행한다.
도 4는 배열 센서부의 지향각 조절 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 제1 원격 연안 음향 토모그래피 시스템의 제1 배열 센서부의 수평방향 지향각 조절한 후 제1 배열 센서부의 수직방향 지향각을 우선적으로 조정하는 방법을 설명하지만, 지향각 조정 순서는 이에 제한되지는 않는다. 제1 배열 센서부, 제1 조향부, 제1 신호처리부는 제1 원격 연안 음향 토모그래피 시스템에 포함되는 구성이고, 제2 배열 센서부, 제2 조향부, 제2 신호처리부는 다른 위치의 제2 원격 연안 음향 토모그래피 시스템에 포함되는 구성이다. 그리고 신호처리부는 신호처리부 내의 제어부를 의미할 수 있다.
도 4를 참조하면, S100단계에서는 신호처리부는 무선 네트워크 플랫폼을 이용하여 검색된 대상 원격 연안 음향 토모그래피 시스템의 위치를 기반으로 조향부(130)를 구동시켜 지향각을 사전 조정한다.
구제적으로, 제1 원격 연안 음향 토모그래피 시스템의 신호처리부는 무선 네트워크 플랫폼을 이용하여 제2 음향 토모그래피 시스템의 위치를 검색하고, 검색된 위치를 기반으로 제1 음향 토모그래피 시스템의 배열 센서부의 수평 및 수직방향으로 관측방향을 조향부를 구동시켜 사전적으로 조정한다. 또한 제2 원격 연안 음향 토모그래피 시스템의 신호처리부도 제1 음향 토모그래피 시스템과 마찬가지로 배열 센서부의 관측방향을 사전 조정한다.
이후 S200단계에서는 신호처리부는 음향신호 송수신을 통한 배열 센서부의 제1차 지향각 미세 조정을 수행한다.
구체적으로 신호처리부의 제어 하에, 제1 배열센서부는 사전 설정된 관측방향을 중심으로 제1 일정범위의 각도 내에서 좌측에서 우측방향 또는 우측에서 좌측 방향으로 제1 설정각도만큼씩 지향각을 수평방향을 따라 변경하면서 음향 신호를 전송한다. 제2 배열 센서부는 제1 배열센서부로부터 전송되는 음향 신호를 순차적으로 수신한다. 제2 신호처리부는 제2 배열 센서부를 통해 순차적으로 수신되는 음향신호의 크기를 비교하고, 음향신호들 중 몇번째 음향신호가 가장 큰 신호 크기를 갖는 음향신호인지를 결정한다. 그리고 제2 신호처리부는 결정된 음향신호 크기와 함께 이를 무선 네트워크 플랫폼을 통해 제1 신호처리부에게 전송한다. 제1 신호처리부는 해당 신호를 송신한 제1 배열 센서부의 수평방향 지향각을 제1 배열 센서부의 제1차 미세 수평방향 지향각으로 결정한다.
이와 다르게, 제2 신호처리부는 제2 배열 센서부를 통해 순차적으로 수신되는 음향신호의 크기를 무선 네트워크 플랫폼을 통해 제1 신호처리부에게 전송하고, 제1 신호처리부가 음향신호의 크기를 비교하여 음향신호들 중 몇번째 음향신호가 가장 큰 신호 크기를 갖는 음향신호인지를 판단하고, 가장 큰 신호 크기를 갖는 음향신호를 송신한 제1 배열 센서부의 수평방향 지향각을 제1 배열 센서부의 제1차 미세 수평방향 지향각으로 선택할 수도 있다.
이후 S300단계에서는 신호처리부는 수평방향 지향각으로 선택된 음향신호의 크기가 임계값 이상인지 판단한다.
구체적으로 선택된 제1차 미세 수평방향 지향각에 따른 신호의 크기가 미리 설정된 임계값을 넘는 경우, 선택된 제1차 미세 수평방향 지향각은 최종 수평방향 지향각으로 결정되며, 제1 배열 센서부의 지향각 조정은 완료된다.
그러나 선택된 제1차 미세 수평방향 지향각에 따른 신호의 크기가 미리 설정된 임계값을 넘지 못한 경우, S310단계인 음향신호 송수신을 통한 배열 센서부의 제2차 미세 지향각 조정과정으로 진행된다.
구체적으로 제1 배열 센서부는 선택된 제1차 미세 수평방향 지향각을 중심으로 제2 일정범위 각도 내에서 제2 설정각도만큼씩 수평방향으로 각도를 변경하면서 음향신호를 전송하고, 이와 동시에 제2 배열 센서부는 음향신호를 순차적으로 수신한다(S310). 이때 제2 설정각도는 제1 설정각도보다 작은 값으로 설정되고, 제2 일정범위 각도는 제1 설정각도 크기와 유사하게 설정될 수 있다. 제2 신호처리부는 순차적으로 수신되는 음향신호의 크기를 비교하고, 음향신호들 중 몇번째 음향신호가 가장 큰 신호 크기를 갖는 음향신호인지를 판단하고, 이를 무선 네트워크 플랫폼을 통해 제1 신호처리부에게 전송한다. 제1 신호처리부는 해당 신호에 대응되는 제1 배열 센서부의 수평방향 지향각을 제1 배열 센서부의 제2차 미세 수평방향 지향각으로 설정한다.
또는 이와 다르게 제1 배열 센서부는 선택된 제1차 미세 수평방향 지향각을 중심으로 제2 일정범위 각도 내에서 제2 설정각도만큼씩 수평방향으로 각도를 변경하면서 음향신호를 전송한다. 제2 신호처리부는 제2 배열 센서부를 통해 순차적으로 수신되는 음향신호의 크기를 제1 신호처리부에게 무선 네트워크 플랫폼을 통해 전송한다. 제1 신호처리부는 제2 신호처리부로부터의 수신 음향신호의 크기를 비교하고, 음향신호들 중 몇번째 음향신호가 가장 큰 신호 크기를 갖는 음향신호인지를 판단하여 제1 센서 배열부의 수평방향 최종지향각으로 설정할 수도 있다.
상기 과정을 제1 배열 센서부의 수직 방향 지향각에 대해서도 반복하고, 제2 배열 센서부의 수평 방향 지향각, 제2 배열 센서부의 수직 방향 지향각에 대해서도 반복한다. 제1 배열 센서부 및 제2 배열 센서부의 지향각 조정을 수행함으로써, 연안 해향에서 더욱 정확한 계측이 가능해진다.
특히, 본 발명의 배열 센서부의 지향각 조절은 음향신호의 송수신 뿐만 아니라 무선 네트워크 플랫폼을 이용함으로써, 배열 센서부의 정확한 지향각 조절이 가능하다.
도 5는 도 2에 도시된 신호처리부의 일부 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 신호처리부(200)는 다채널 신호 처리를 기반으로 음파 도달시간 측정한다.
신호처리부(200)는 연산 및 제어를 위한 제어부(210), 신호의 입출력을 관장하는 I/O 모듈부(223), 다채널의 음향 송신부(230), 다채널의 음향 수신부(240)를 포함하여 구성된다.
제어부(210)는 시스템의 제어 및 연산에 대한 역할을 총괄하며, 주로 지향성 송신 음향 빔 형성을 위한 신호의 세기와 위상 조정, 조향부(130)의 제어, 다채널 수신 빔 형성을 위한 배열 신호처리, 음파의 도달시간 측정, 상기 무선 네트워크 모뎀부(300)를 통해 데이터 통신을 수행한다.
제어부(210)는 지향성 송신 음향 빔 형성을 위한 다채널의 신호를 생성하고 I/O 모듈부(220)에 출력한다. 또한 I/O 모듈부(220)에서 디지털 변환된 다채널의 수신 신호를 입력받아 수신 빔 형성을 수행하여 신호 대 잡음비를 개선한다.
또한 제어부(210)는 무선 네트워크 모뎀부(300)로부터 수신한 동기신호를 I/O 모듈부(220)에 출력한다. 제어부(210)는 I/O 모듈부(220)로부터 정밀 계측된 시간 정보를 입력받고, 정밀 계측된 시간 정보를 기반으로 음파의 정확한 도달시간을 측정한다. 또한 제어부(210)는 측정된 음파의 도달시간을 무선 네트워크 모뎀부(300)를 통하여 육상의 관측 장비(미도시)에 전송한다.
제어부(210)는 CPU, RAM, HDD, 운영체제를 포함하는 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 등의 컴퓨터일 수 있다.
I/O 모듈부(220)는 디지털 신호에서 아날로그 신호의 변환을 위한 D/A 변환부(221), 아날로그 신호에서 디지털 신호의 변환을 위한 A/D 변환부(222), 정밀 시간 계측을 위한 고정밀 타이머(223)를 포함하여 구성된다.
D/A 변환부(221)는 제어부(210)로부터 입력되어 버퍼에 축적된 디지털 형태의 다채널 송신 신호를 아날로그 신호로 변환하여 음향 송신부(230)에 출력한다. 그리고 A/D 변환부(222)는 음향 수신부(240)로부터 입력되는 아날로그 형태의 다채널 수신신호를 디지털 수신신호로 변환하여 버퍼를 거쳐 제어부(210)에 출력한다.
고정밀 타이머(223)는 제어부(210)로부터 입력되는 동기신호에 기반하여 정밀한 시간 계측을 수행하고, 계측된 정밀시간을 제어부(210)에 출력한다. 계측된 정밀시간은 제어부(210)로 하여금 정확한 음파의 도달시간 측정을 가능하게 한다.
고정밀 타이머(223)는 도 5와 같이 I/O 모듈부(220) 내에 구비될 수도 있고, 도면과는 다르게 I/O 모듈부(220)와 별도로 분리되어 구비될 수도 있다. 특히, 고정밀 타이머(223)는 제어부(210)와 분리 구성됨이 바람직하다. 제어부(210)의 시스템 제어 및 연산 기능 수행에는 많은 부하가 걸리므로 허용 부하를 넘는 경우 오류가 발생할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 고정밀 타이머(223)는 제어부(210)와 분리 구성됨으로써, 제어부(210)의 연산 부하를 감소시켜 제어부(210)의 오류를 줄일 수 있다.
음향 송신부(230)는 복수의 송신 증폭부(231)를 포함하고, D/A변환부(221)로부터 입력되는 아날로그 송신 신호를 증폭하여 배열 센서부(100)로 출력한다.
음향 수신부(240)는 복수의 수신 증폭부(241)을 포함하고, 배열 센서부(100)로부터 입력되는 아날로그 수신 신호를 A/D 변환부(222)로 출력한다.
도 6는 도 5에 도시된 제어부의 수신 신호처리 과정을 블록도로 간략하게 도시한 도면이다.
도 6를 참조하면, 신호처리부(200)는 다채널 수신 신호에 대해 수신 빔을 형성함으로서 1차적으로 신호 대 잡음비를 개선한다. 또한 신호처리부(200)는 정합 필터를 이용하여 2차적으로 신호 대 잡음비를 개선한다. 수신 빔 형성에 의해 생성된 신호에 대한 정합필터 출력은 아래와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00005
(
Figure pat00006
는 정합필터 출력,
Figure pat00007
는 수신 빔 형성 신호,
Figure pat00008
는 송신 신호, '*'는 켤레 복소수)
도 7은 도 2에 도시된 배열 센서부에서 전달하는 음향 신호의 특징을 간략하게 도사한 파형도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 연안 음향 토모그래피 시스템이 운용하는 음향 신호는 시간에 따른 주파수의 변화를 가지는 대역 확산 신호인 처프 신호가 이용될 수 있다.
처프 신호는 신호처리부(200)에서 정합 필터에 응답하여 펄스 압축 효과에 의해 우수한 신호 대 잡음비 개선 성능을 나타내며, 다중 경로 수신에 의해 중첩된 신호에 대한 음파 도달 시간 측정 분해능을 개선할 수 있다.
펄스 압축 효과에 의한 신호 대 잡음비 개선 이득과 음파 도달시간 측정 분해능은 아래와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00009
Figure pat00010
(
Figure pat00011
는 음파 도달시간 측정 분해능,
Figure pat00012
는 주파수 대역폭,
Figure pat00013
는 신호 대 잡음비 개선 이득,
Figure pat00014
는 신호 지속시간)
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연안 음향 토모그래피 시스템 원격 제어 방안 및 시간 동기화 방법을 블록도로 간략하게 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 무선 네트워크 모뎀부(300)는 육상의 관측 장비와의 접속과 시스템의 원격 제어 및 관측을 가능하게 한다. 여기서 육상의 관측 장비는 관측 센터일 수 있다.
육상 관측장비와 연안 음향 토모그래피 시스템은 무선 네트워크 플랫폼을 기반으로 연결된다. 여기서, 육상 관측장비로부터의 제어 명령은 무선 네트워크 플랫폼을 통해 무선 네트워크 모뎀(300)을 거쳐 신호처리부(200)에 전달된다. 또한, 신호처리부(200)는 연안 환경에 대한 측정 데이터를 무선 네트워크 모뎀부(300)에 전달하고, 이는 무선 네트워크 플랫폼을 통하여 육상 관측장비에 전송된다.
무선 네트워크 플랫폼은 GPS와 인공위성 기반의 시간 동기화 서비스를 제공하며, 이는 무선 네트워크 모뎀부(300)에 동기 신호를 전송한다. 또한, 무선 네트워크 모뎀부(300)은 동기 신호를 신호처리부(200)에 전달한다.
종래의 경우, 서로 다른 신호처리부들은 개별적인 GPS수신기를 구비하여, 구비된 GPS수신기를 이용하여 개별적으로 시간동기를 수행하였다. 그러나 각각의 신호처리부들이 개별적인 GPS수신기를 이용하여 시간동기를 수행하므로 GPS수신기 간에는 시간오차가 발생할 수 있다는 문제점이 존재하였다.
본 발명의 경우, 서로 다른 신호처리부는 무선 네트워크 플랫폼에서 제공되는 동일한 시간 동기화 서비스를 이용하여 시간동기를 수행하므로 종래의 개별적인 GPS 수신기를 이용하여 개별적으로 시간동기를 이용하는 경우에 발생할 수 있는 시간오차를 방지할 수 있다.
100 : 배열 센서부 110 : 송신 센서부
111: 송신 센서 120 : 수신 센서부
121: 수신 센서 130 : 조향부
200 : 신호처리부 210 : 제어부
211 : 수신 음향 빔 형성 212 : 정합 필터
220 : I/O 모듈부 221 : D/A 변환부
222 : A/D 변환부 223 : 고 정밀 타이머
230 : 음향 송신부 240 : 음향 수신부
231 : 송신 증폭부 241 : 수신 증폭부
300 : 무선 네트워크 모뎀부

Claims (5)

  1. 음향신호의 송수신을 위한 배열 센서부;
    다채널 신호 처리를 기반으로 음파 도달시간 측정을 위한 신호처리부; 및
    육상의 관측 장비와의 접속되며, 시스템의 원격 제어 및 관측을 가능하게 하는 무선 네트워크 모뎀부를 포함하고,
    상기 배열 센서부는 지향성의 음향 빔을 형성하는 원격 연안 음향 토모그래피 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배열 센서부는,
    2차원의 원형으로 배치되는 복수 개의 송신 센서를 구비하는 송신 센서부;
    상기 송신 센서부의 둘레를 따라 원형으로 등간격 배치되는 복수 개의 수신 센서를 구비하는 수신 센서부; 및
    상기 배열 센서부의 관측 방향을 조절하는 조향부를 포함하는 원격 연안 음향 토모그래피 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 신호처리부는, 지향성의 음향 빔 형성을 위해 송신 신호의 세기와 위상을 조정하고, 다채널 수신 빔 형성을 통해 신호 대 잡음비 개선을 특징으로 하는 원격 연안 음향 토모그래피 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배열 센서는 시간에 따른 주파수 대역 확산 방식의 처프 신호를 전달하며,
    상기 신호처리부는 처프 신호 기반의 정합필터를 적용하여 수신 신호에 대한 신호 대 잡음비를 개선하고, 다중 경로 수신에 의해 중첩된 신호에 대해 음파 도달시간 측정 분해능을 개선하는 것을 특징으로 하는 원격 연안 음향 토모그래피 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 무선 네트워크 모뎀부는 무선 네트워크 플랫폼에서 제공하는 시간 동기화 서비스에 접속하여 동기 신호를 수신하고,
    상기 신호처리부는 상기 동기 신호를 기반으로 동기화된 음파의 도달 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 원격 연안 음향 토모그래피 시스템.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117434295A (zh) * 2023-10-24 2024-01-23 广州远动信息技术有限公司 一种声层析信号强度数据的智能处理评价方法
CN117760507A (zh) * 2023-12-27 2024-03-26 广州远动信息技术有限公司 一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测系统及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170024050A (ko) 2014-07-31 2017-03-06 스카이워크스 필터 솔루션즈 재팬 씨오., 엘티디. 탄성파 디바이스

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170024050A (ko) 2014-07-31 2017-03-06 스카이워크스 필터 솔루션즈 재팬 씨오., 엘티디. 탄성파 디바이스

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117434295A (zh) * 2023-10-24 2024-01-23 广州远动信息技术有限公司 一种声层析信号强度数据的智能处理评价方法
CN117434295B (zh) * 2023-10-24 2024-04-05 广州远动信息技术有限公司 一种声层析信号强度数据的智能处理评价方法
CN117760507A (zh) * 2023-12-27 2024-03-26 广州远动信息技术有限公司 一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测系统及方法

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