International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.4
no.2
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pp.135-141
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2004
This paper proposes a new heuristic search technique for obstacle avoidance of autonomous underwater vehicles equipped with a looking ahead obstacle avoidance sonar. We suggest the fuzzy relation between the sonar sections and the properties of real world environment. Bandler and Kohout's fuzzy relational method are used as the mathematical implementation for the analysis and synthesis of relations between the partitioned sections of sonar over the real-world environmental properties. The direction of the section with optimal characteristics would be selected as the successive heading of AUVs for obstacle avoidance. For the technique using in this paper, sonar range must be partitioned into multi equal sections; membership functions of the properties and the corresponding fuzzy rule bases are estimated heuristically. With the two properties Safety, Remoteness and sonar range partitioned in seven sections, this study gives the good result that enables AUVs to navigate through obstacles in the optimal way to goal.
In this paper, efficient deployment method of sensors and target positioning performance with respect to measurement error are dealt with. Active sonar can be categorized into Monostatic, Bistatic, Multistatic sonar, and characteristics of respective sonar are different. Assuming that each sensor can receive range and angular information, we compare the performance of Monostatic, Bistatic, and Multistatic systems. And we suggest Weighted least square (WLS) which gives the weight to former case, LS. In particular. adopting suggested method we investigate the target positioning performance according to number of sensor, distance from transmitter to receiver, and propose efficient arrangement rule for Multistatic sonar configurations. According to the experimental results, RMSE of Multistatic sonar is found to be superior to Monostatic and Bistatic by 35.98%. 37.45% respectively, and WLS is superior to LS approximately by 7.4% in average. Furthermore, as the difference of respective sensor's variance is large, it is observed that the improvement ratio of target positioning performance is increased.
Bae, Ho Seuk;Kim, Wan-Jin;Kim, Woo-Shik;Choi, Sang-Moon;Ahn, Jin-Hyeong
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.18
no.4
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pp.358-368
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2015
Recently, unmanned systems are largely utilized in various fields due to the persistency and the least operational risk and an unmanned surface vehicle(USV) is the one of the representative application in the naval field. To assign multiple roles to an USV, we developed a sonar system which consists of a forward detecting sonar for the long-range detection, a downward detecting sonar for the small target scan and identification, and a strut type body for mounting sonar systems. In this paper, we described the developed sonar system for USV and the sea test results for verifying system performance. The test results showed that the developed sonar system was able to detect the underwater target about several kilometers away and could recognize a small object at the downside of the sonar system. We expect that the developed sonar system will be easily applied to other unmanned platforms without serious consideration.
Sound propagation algorithm for a sonar simulator is required to run in real-time and should be able to model the range and depth dependence of the Korean ocean environments. Ray model satisfies these requirements and we developed an algorithm for range-dependent ocean environments. In this algorithm, we considered depth-dependence of sound speed through rays based on a rectangular cell method and layer method. Range-dependence of sound speed was implemented based on a split-step method in the range direction. Eigen-ray is calculated through an interpolation of ray bundles and Gaussian interpolation function was used. The received time signal of sonar was simulated by Fourier transform of eigen-ray solution in the frequency domain. Finally, for the verification of proposed algorithm, we compared the results of transmission loss with other validated models such as BELLHOP, SNUPE, KRAKEN and OASES, for the Pekeris waveguide, wedge, and deep ocean environments. As a result, we obtained satisfactory agreements among them.
The effective tracking area of ultra short baseline (USBL) systems strongly relates to the safety of autonomous underwater vehicles (AUVs). This problem has not been studied previously. A method for determining the effective tracking area using acoustic theory is proposed. Ray acoustic equations are used to draw rays which ascertain the effective space. The sonar equation is established in order to discover the available range of the USBL system and the background noise level using sonar characteristics. The available range defines a hemisphere like enclosure. The overlap of the effective space with the hemisphere is the effective area for USBL systems tracking AUVs. Lake and sea trials show the proposed method's validity.
Kim, Won-Ki;Bae, Ho Seuk;Son, Su-Uk;Hahn, Jooyeong;Park, Joung-Soo
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.24
no.5
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pp.482-491
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2021
It is obvious that understanding the effects of shallow water environment of Korea is very important to guarantee the optimal performance of active sonar such as monostatic and bistatic sonar. For this reason, in this paper, we analyzed the detection performance characteristics for various depth deployments of sonar in summer, winter and water temperature inversion environments, which environments are frequently observed in shallow water of Korea such as the Yellow sea. To analyze only effects of water temperature structures on target detection performance, we applied range independent conditions for bottom, sea surface and water temperature characteristics. To understand the characteristics of detection performance, we conducted transmission loss and signal excess modeling. From the results, we were able to confirm the characteristics of detection performance of active sonar. In addition, we verified that operation depth of transmitter and receiver affects the detection performance. Especially in the water temperature inversion environment, it was confirmed that the shadow zone could be minimized and the detection range could be increased through bistatic operation.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.13
no.2
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pp.196-203
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2010
The bistatic sonar operations using a spatially-separated source and receiver are classified into cooperative and non-cooperative operations. In the cooperative operation, an active signal of a friendly ship is used and the source information is known previously. In the non-cooperative operation, an active signal of the enemy is used and it is difficult to find out the source information. The source information consists of the range, speed, course and frequency of the source. It gives advantage to operating bistatic sonar. This paper suggests a method of estimating the source information with geographic information in the sea and the single-ping of the enemy. The source range is given using one geographic point. And the source speed, course and the frequency of the enemy's source signal are given using two geographic points. Finally, the validity of the scheme is confirmed through a simulation study.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.20
no.3
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pp.328-336
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2017
The goal of this study is simulation of optimal search pattern of ships based on performance surface which are reflected underwater environmental. The process is as follows. First, temporal and spatial environmental database are extracted in complex environment and input hull mounted SONAR system parameters. The environmental database and SONAR system parameters are substituted to SONAR equations, and calculate signal excess, detection probability, detection range. And then, the performance surface, which can be used to provide operational insight of SONAR detection performance, are pictorialized. Finally, optimal search pattern of ships are simulated using genetic algorithm based on performance surface. And then, we certify optimal search pattern in various ways.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.8
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pp.11-19
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2014
In recent SONAR (sound navigation and ranging) systems, wideband active SONAR systems has received more attention than narrowband SONAR systems due to the remarkable detection performance in terms of range resolution. However, the wideband SONAR systems usually requires a huge amount of computational burden in order to achieve their own superiority. To cope with this drawback of the wideband SONAR systems, this paper proposes a fast target detection and velocity estimation method using an extended replica in wideband hyperbolic frequency modulation active SONAR system. Computer simulation shows that the proposed method can be implemented by a highly reduced computational complexity with a little performance degradation in target detection and velocity estimation compared to the conventional filter bank method.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.10
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pp.788-796
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2016
Bearing and frequency measurements of TMA (Target Motion Analysis) in passive line array SONAR have lower bearing rate and frequency doppler, and are not detected or tracked continuously because of various ocean environments. This is a main reason to effect the TMA performance and it takes a long time to get TMA solutions. We propose the bearing and frequency TMA(BFTMA) using accumulative batch estimation to solve the TMA problem of line array passive SONAR. The accumulative batch estimation structure is based on MLE (Maximum Likelihood Estimation) but used accumulative measurements. The accumulative batch estimation is applied for the BFTMA with nonlinear Kalman filter to estimate the target range, speed and course. Simulation and sea data analysis were carried out to verify the performance and applicability of the proposed techniques.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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