Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.24
no.4
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pp.437-442
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2014
Recently, the needs for the development and application of the micro marine robot (MMR) which has the advantages in terms of size and cost are increasing. However, the basis is very short in the domestic. While the obstacle avoidance sonar (OAS) which was optimized in terms of size and performance and has the ability of 4-directional detection was developed for the obstacle avoidance of the micro surface robot (MSR) fortunately, the problem that the detection performance is degraded according to the shape of the obstacle because of using the fixed sonar-beam with the limited beam width and detection range exists. To solve this problem, the MSR mechanism that implements the rotating sonar-beam using the spur gear and the servo motor is proposed in this paper. To verify the performance of the proposed mechanism, the wall-tracking of the MSR is considered and the comparison and analysis in term of detection performance and actuation command is performed with conventional fixed sonar-beam. The test results show the validity of the proposed mechanism.
Dual frequency identification sonar (DIDSON) is an imaging sonar that has been used for numerous fisheries investigations in a diverse range of freshwater and marine environments. The main purpose of DIDSON is fish counting, fish sizing, and fish behavioral studies. DIDSON records video-quality data, so processing power for handling the vast amount of data with high speed is a priority. Therefore, a semiautomated analysis of DIDSON data for fish counting, sizing, and fish behavior in Echoview (fisheries acoustic data analysis software) was accomplished using testing data collected on the Rakaia River, New Zealand. Using this data, the methods and algorithms for background noise subtraction, image smoothing, target (fish) detection, and conversion to single targets were precisely illustrated. Verification by visualization identified the resulting targets. As a result, not only fish counts but also fish sizing information such as length, thickness, perimeter, compactness, and orientation were obtained. The alpha-beta fish tracking algorithm was employed to extract the speed, change in depth, and the distributed depth relating to fish behavior. Tail-beat pattern was depicted using the maximum intensity of all beams. This methodology can be used as a template and applied to data from BlueView two-dimensional imaging sonar.
Underwater acoustics, which is the study of phenomena related to sound waves in water, has been applied mainly in research on the use of sound navigation and range (SONAR) systems for communication, target detection, investigation of marine resources and environments, and noise measurement and analysis. The main objective of underwater acoustic remote sensing is to obtain information on a target object indirectly by using acoustic data. Presently, various types of machine learning techniques are being widely used to extract information from acoustic data. The machine learning techniques typically used in underwater acoustics and their applications in passive SONAR systems were reviewed in the first two parts of this work (Yang et al., 2020a; Yang et al., 2020b). As a follow-up, this paper reviews machine learning applications in SONAR signal processing with a focus on active target detection and classification.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.6
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pp.695-702
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2008
In this paper, a new numerical method is proposed to analyze near-field sonar cross section of acoustically large-sized underwater targets such as submarines. A near-field problem is converted to a far-field problem using a spherical projection method with respect to the objective target. Then, sonar cross section is calculated with a physical optics well established in far-field acoustic wave scattering problems. The analysis results of a square flat plate compared with those obtained by other method show the accuracy of the proposed method. Moreover, it is noted that the sonar cross section is varied with respect to the targeting point as well as the range. Finally, numerical analysis results of real-like underwater target such as a submarine pressure hull are discussed.
Kim, ByoungUk;An, SangKyum;Lee, Kuenhwa;Seong, WooJae;Hahn, JooYoung
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.16
no.4
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pp.456-464
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2013
Passive sonar in submarine can detect the target in long range and can attack using it. There are many noises which can be received at passive sonar of submarine. When noise received in the sonar it make diverse interference pattern depend on the ocean ambient and movement scenario. Interference pattern can be explained by theory of waveguide invariant. In this paper, analyze the interference pattern according to the relative motions of surface ship and submarine. And analyze the occurrence reason of 2 kinds of interference patterns those are usually display on the submarine console. The results show that if relative speed of submarine and target increase then gradient of interference pattern will increase. And closest point approach of submarine and target decrease then gradient of interference pattern will increase. Bathtube pattern usually appear when target pass though close to submarine and Pinetree pattern appear target pass though above of submarine.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.6
no.3
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pp.15-21
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2003
This paper contains a precise calibration technique for the position of seabed acoustic target and theoretical error analysis of calibration results. The target is deployed on seabed as a standalone transponder. The purpose of target is performing accuracy test for active sonar as well as position calibration itself. For the position calibration, relative range between target and test vessel should be measured using target's transponder function. The relative range data combined with vessel position can be converted into a estimated position of target by the application of nonlinear LSE method. The error analysis of position calibration was divided into two stages. One is for relative range estimator and the other for target position estimator. Numerical simulations for position calibration showed good matching between results and developed CRLB.
In this paper range measurement systems are designed using an ultrasonic sensor and a camera. An ultrasonic sensor provides the range measurement to a target quickly and simply but its low resolution is a disadvantage. We tackle this problem by employing a camera. Instead using a stereoscopic sensor, which is widely used for 3D sensing but requires a computationally intensive stereo matching, the range is measured by focusing and structured lighting. In focusing a straightforward focusing measure named as MMDH(min-max difference in histogram) is proposed and compared with existing techniques. In the method of structure lighting, light stripes projected by a beam projector are used. Compared to those using a laser beam projector, the designed system can be constructed easily in a low-budget. The system equation is derived by analysing the sensor geometry. A sensing scenario using the systems designed is in two steps. First, when better accuracy is required, measurements by ultrasonic sensing and focusing of a camera are fused by MLE(maximum likelihood estimation). Second, when the target is in a range of particular interest, a range map of the target scene is obtained by using structured lighting technique. The systems designed showed measurement accuracy up to 0.3[mm] approximately in experiments.
For measuring the performance of passive sonars, we usually consider the maximum Detection Range (DR) under the environment and system parameters in operation. In shallow water, where sound waves inevitably interacts with sea surface or bottom, detection generally maintains up to the maximum range. In deep water, however, sound waves may not interact with sea surface or/and bottom, and thus there may exist shadow zones where sound waves can hardly reach. In this situation, DR alone may not completely define the performance of each sonar. For complete description of sonar performance, we employ the concept 'Robustness Of Detection (ROD)'. In the coastal region of the East Sea, the spatial variations of water masses have close relations with DR and ROD, where the two parameters show reverse spatial variations in general. The spatial and temporal analysis of the temperature by employing the Empirical Orthogonal Function (EOF) shows that the 1-st mode represents typical pattern of seasonal variation and the 2-nd mode represents strength variations of mixed layers and currents. The two modes are estimated to explain about 92 % of the variations. Assuming two types of targets located at the depths of 5 m (shallow) and 100 m (deep), the passive sonar performance (DR) gives high negative correlations (about -0.9) with the first two modes. Most of temporal variations of temperature occur from the surface up to 200 m in the water column so that when we assume a target at 100 m, we can expect detection performance of little seasonal variations with passive sonars below 100 m.
In active SONAR, several different methods are used to detect range-Doppler information of the target. Compressive sensing based method is more accurate than conventional methods and shows superior performance. There are several compressive sensing algorithms for range-Doppler estimation of active sonar. The ability of each algorithm depends on algorithm type, mutual coherence of sensing matrix, and signal to noise ratio. In this paper, we compared and analyzed computational performance and accuracy of various compressive sensing algorithms for range-Doppler estimation of active sonar. The performance of OMP (Orthogonal Matching Pursuit), CoSaMP (Compressive Sampling Matching Pursuit), BPDN (CVX) (Basis Pursuit Denoising), LARS (Least Angle Regression) algorithms is respectively estimated for varying SNR (Signal to Noise Ratio), and mutual coherence. The optimal compressive sensing algorithm is presented according to the situation.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.339-346
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2006
Increased usage of autonomous underwater vehicle (AUV) has led to the development of alternative navigational methods that do not employ the acoustic beacons and dead reckoning sensors. This paper describes a simultaneous localization and mapping (SLAM) scheme that uses range sonars mounted on a small AUV. The SLAM is one of such alternative navigation methods for measuring the environment that the vehicle is passing through and providing relative position of AUV by processing the data from sonar measurements. A technique for SLAM algorithm which uses several ranging sonars is presented. This technique utilizes an unscented Kalman filter to estimate the locations of the AUV and objects. In order for the algorithm to work efficiently, the nearest neighbor standard filter is introduced as the algorithm of data association in the SLAM for associating the stored targets the sonar returns at each time step. The proposed SLAM algorithm is tested by simulations under various conditions. The results of the simulation show that the proposed SLAM algorithm is capable of estimating the position of the AUV and the object and demonstrates that the algorithm will perform well in various environments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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