• 전자공학회논문지
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• 제51권2호
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• pp.182-189
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• 2014

본 논문은 탁도의 영향으로 사용이 제한적인 수중 광학 카메라의 대안으로 수중 영상 소나(imaging sonar)를 사용하여 수중 물체를 인식하여 추종하는 구조를 제안한다. Part 1에서, 영상 소나의 현실적인 성능을 고려한 2차원 인공 표식의 설계 방법과 인식 방법을 제안한다. 특히 영상 소나와 초음파의 특성을 분석하여 피인식성을 극대화 할 수 있는 재료를 선택하였으며, 물체의 모델링이 쉬운 무지향성이며 단순한 외형을 채택하고, 표식으로 사용이 가능한 영역 기반 특징 요소를 포함한 내부 형태를 제안하였다. 또한 제안한 인공 표식을 실시간으로 인식할 수 있는 방법을 제안하였다. 이 방법은 외곽선 추출, 허프-원-검출기에 의한 유사도 및 위치 추정, 형상 행렬의 비교에 의한 표식의 분류하는 알고리즘을 포함하고 있다. 제안한 인공 표식과 인식 알고리즘의 유용함을 DIDSON (영상 소나)를 사용한 수조 실험으로 검증하였다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제29권2호
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• pp.21-33
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• 2020

본 연구에서는 무인잠수정의 효과적인 대잠전 수행을 위해, 시나리오 기반의 무인잠수정 소나 센서 배열 선정을 위한 시뮬레이터를 개발하였다. 먼저, 대잠전 분야에서 무인잠수정의 임무 및 운용개념을 분석하고, 가장 주요한 임무 중 하나인 위험제어(Hold at Risk)를 시뮬레이션 시나리오로 선정하였다. 다음으로, 시뮬레이터 구성요소 모델을 위하여, 플랫폼별(무인잠수정, 표적 잠수함) 운동모델, 음향모델 및 환경모델을 제시하였다. 특히 음향모델에서는 센서 배열에 따른 빔패턴을 기반으로 수동 소나방정식을 이용하여 탐지여부를 판단하였다. 또한, 표적의 방위 및 고각 추정을 위하여 진폭기반 방위 추정법과 위상 모노펄스 추정기법을 각각 적용하였다. 개발된 시뮬레이터를 통해 센서 배열 변화에 따른 결과의 경향성이 기본적인 빔패턴 이론과 일치하는 것을 보여주며, 다양한 시나리오에 대한 적용 가능성을 시사한다.

• 한국음향학회지
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• 제36권3호
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• pp.179-185
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• 2017

본 논문에서는 수중에서 운용하는 임베디드 능동 음향탐지 시스템에 적용하기 위한 광대역 송신 전력 증폭기 설계/제작/시험 과정에서 발생된 문제를 분석하고 해결방안을 제시한다. 최근 수중음향 분야에서도 탐지 성능을 향상시키기 위해 광대역 소나(Sound Navigation and Ranging, SONAR) 신호처리 연구가 진행되고 있으며 이를 위한 광대역 수중음향 송수신 장치 개발이 이루어지고 있다. 본 논문에서는 임베디드 시스템 특성상 복잡하지 않고 구현이 간단한 2 레벨 톱니파 형태의 Class D 급 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 생성 방식을 사용하여 광대역 수중음향 신호를 생성한 이후에, 송신 증폭기를 통하여 다양한 형태의 송신 파형을 재생하고 수중에서 실험을 하는 과정에서 두가지 이상의 주파수를 가진 소나 신호를 동시에 재생한 경우, 원신호에 두 신호의 주파수 차의 정수배만큼 더해진 기생 주파수가 나타나는 현상이 발생하여 원하지 않은 송신 음원이 재생되는 문제가 있음을 발견하였다. 이러한 문제점의 원인을 분석하기 위해 MATLAB 및 Simulink를 이용하여 송신 하드웨어 및 PWM 제어 과정을 모델링하고 시뮬레이션 하였으며, 시뮬레이션을 통해 문제점을 재현하고 해결방안을 제시한다.

• 한국음향학회지
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• 제20권1호
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• pp.68-76
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• 2001

유한요소법을 이용하여 압전 수중음향센서의 모델링 및 음향특성을 해석하였다. 압전 수중음향센서의 해석에서 기본적인 압전-탄성 구조물과 유체-구조물의 연성해석을 위한 유한요소 정식화를 하였으며 무한영역의 음향유체를 처리하기 위하여 IWEE (Infinite Wave Envelop Element)를 도입하였다. Tonpilz형 수중음향센서를 수중 산란체로 볼 경우 입사파가 산란체의 표면을 가진할 때 산란체로부터 발생되는 산란파는 IWEE로 인하여 무한 유체영역에서의 산란파의 감소특성을 갖게 되어 무한영역을 유한영역으로 나눈 인위적인 경계에서 반사가 일어나지 않게 되므로 산란파의 음압을 정확히 구할 수 있었다. 또한, 이러한 산란해석을 바탕으로 입사파에 대한 음향센서 내부의 전기적 응답특성인 RVS (Receiving Voltage Signal)를 구하였다. 이러한 일련의 연구 과정들은 소나 시스템을 정확히 해석하고 음향특성을 예측하는데 큰 도움이 될 것이다.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 1997년도 한국자동제어학술회의논문집; 한국전력공사 서울연수원; 17-18 Oct. 1997
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• pp.265-271
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• 1997

A bond graph modeling approach which is equivalent to a finite element method is formulated in the case of the piezoelectric thickness vibrator. This formulation suggests a new definition of the generalized displacements for a continuous system as well as the piezoelectric thickness vibrator. The newly defined coordinates are illustrated to be easily interpreted physically and easily used in analysis of the system performance. Compared to the Mason equivalent circuit model, the bond graph model offers the primary advantage of physical realizability. Compared to circuit models based on standard discrete electrical elements, the main advantage of the bond graph model is a greater physical accuracy because of the use of multiport energic elements. While results are presented here for the thickness vibrator, the modeling method presented is general in scope and can be applied to arbitrary physical systems.

• 대한기계학회논문집A
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• 제24권11호
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• pp.2875-2882
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• 2000

Typically, the ultrasonic sensors can be used in navigation systems for modeling of the enviornment, obstacle avoidance, and map building. In this paper, we tried to approach an object classification method using the range data of the ultrasonic sensors. A characterization of the sonar scan is described that allows the differentiation of planes, corners, edges, cylindrical and rectangular pillars by processing the scanned data from three sonars. To use the data from the ultrasonic sensors as input to the neural networks, we have introduced a clustering, threshold, and bit operation algorithm for the obtained raw data, After repeated training of the neural network, the performance of the proposed method was obtained through experiments. Also, the recognition ranges of the proposed method were investigated. As a result of experiments, we found that the proposed method successfully recognized the objects within the accuracy of 78%.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제19권5호
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• pp.559-566
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• 2016

Cables for Towed Array Sonar System(TASS) were developed. In order to verify the performance of cables, environmental and operational conditions as well as functional requirements were investigated during design stage. Double armored high and low voltage integrated cable for towed body and two kinds of cables, armored and light weight power and optic hybrid cables for towed array sensor system were developed by modeling and simulation. Customized manufacturing process and test method, such as foam extrusion and dynamic fatigue test were applied to this development. In conclusion, underwater towed hybrid cable with high tensile strength and compact structure were developed.

• 한국음향학회지
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• 제43권1호
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• pp.9-18
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• 2024

최근 수중표적의 저소음화와 해상교통량의 증가로 인한 주변 소음의 증가로 능동 소나 시스템의 중요성이 증대되고 있다. 하지만 신호의 다중 경로를 통한 전파, 다양한 클러터와 주변 소음 및 잔향 등으로 인한 반향신호의 낮은 신호대잡음비는 능동 소나를 통한 수중 표적 식별을 어렵게 만든다. 최근 수중 표적 식별 시스템의 성능을 향상 시키기 위해 머신러닝 혹은 딥러닝과 같은 데이터 기반의 방법을 적용시키려는 시도가 있지만, 소나 데이터셋의 특성 상 훈련에 충분한 데이터를 모으는 것이 어렵다. 부족한 능동 소나 데이터를 보완하기 위해 수학적 모델링에 기반한 방법이 주로 활용되어오고 있다. 그러나 수학적 모델링에 기반한 방법론은 복잡한 수중 현상을 정확하게 모의하는 데에는 한계가 있다. 따라서 본 논문에서는 심층 신경망 기반의 소나 신호 합성 기법을 제안한다. 제안하는 방법은 인공지능 모델을 소나 신호 합성 분야에 적용하기 위해, 음성 합성 분야에서 주로 사용되는 타코트론 모델의 주요 모듈인 주의도 기반의 인코더 및 디코더를 소나 신호에 적절하게 수정하였다. 실제 해상 환경에 모의 표적기를 배치해 수집한 데이터셋을 사용하여 제안하는 모델을 훈련시킴으로써 보다 실제 신호와 유사한 신호를 합성해낼 수 있게 된다. 제안된 방법의 성능을 검증하기 위해, 합성된 음파 신호의 스펙트럼을 직접 분석을 진행하여 비교하였으며, 이를 바탕으로 오디오 품질 인지적 평가(Perceptual Quality of Audio Quality, PEAQ)인지적 성능 검사를 실시하여 총 4개의 서로 다른 환경에서 생성된 반사 신호들에 대해 원본과 비교해 그 차이가 최소 -2.3이내의 높은 성적을 보여주었다. 이는 본 논문에서 제안한 방법으로 생성한 능동 소나 신호가 보다 실제 신호에 근사한다는 것을 입증한다.

• 한국음향학회지
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• 제43권3호
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• pp.293-304
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• 2024

본 논문에서는 선체고정형소나의 해상 시운전을 효율적이면서 신뢰성 있게 수행하기 위한 방안을 제시하였다. 현재 함 건조 과정에서 선체고정형소나의 해상 시운전 절차에는 해저 지형, 계절적 요인 등에 따른 탐지 성능의 변동성이 세밀하게 반영되어 있지 않다. 문제 해결을 위해 1967년부터 2022년까지의 기간 동안 Array for Real time Geostrophic Oceanography(ARGO) 플로트 및 정선 해양관측 정점 데이터를 통해 수온, 염도 구조를 수집하고, 수집 된 데이터를 바탕으로 월별 평균 음속 구조를 분석하였다. Bellhop 모델링을 통해 해상 시운전 구역 내 해저 지형 선택, 선체고정형소나와 표적함의 배치, 음파 전송 방향 및 빔 조향각 설정이 포함된 해상 시운전 세부 수행 방안을 제안하였다. 또한, 획득 데이터를 활용하여 물리정보신경망이 적용된 기계학습 모델을 도출하였다. 이를 통해 해상 시운전 구역내 특정 지점에서 해상 시운전을 수행하는 시점의 계절적 요소를 반영한 음속 구조를 예측하고, Bellhop 모델링 결과를 통해 계절적 요인에 의한 탐지 성능 변동성을 반영한 해상 시운전 방안을 제시하였다.

• 한국음향학회지
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• 제20권5호
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• pp.83-91
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• 2001

본 논문은 수중환경에서 비교적 근거리에 위치해 있는 목표물에서 방사되는 광대역 음원신호를 취득하여 목표물의 위치를 탐지하기 위한 표적추정 (Focused) 빔 형성 기법을 제안한다. 표적추정 (Focused) 빔 형성기 기법은 배열 센서를 사용하여 구면파 형태로 입사되는 방사 신호들의 각 센서로의 상이한 전달 지연 시간 성분들을 고려하여 센서 출력 신호들을 일정 시간 구간 동안 코히어런트하게 합해 줌으로써 목표물의 위치를 판단하게 된다. 이때 견인함의 이동에 의해 배열 센서의 형태가 시간적으로 변화하게 되며, 가상의 셀들로 분리된 이미지 공간상에서 각 셀과 배열 센서간의 기하학적인 구조 분석에 의해 계산된 시간 지연 값들을 이용하여 표적추정(Focused) 빔 형성 과정을 거친 최종적인 3차원 빔 패턴 출력을 얻게 된다. 본 논문에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 N차 다항식 (polynomial) 근사법을 이용한 실제 수차 모형 배열 형태 추정을 하였으며 생성된 가상의 수차 모형 배열을 이용하여 각각의 주파수 대역에 따른 광대역 목표물에 대한 추정 성능을 분석하여 보았다.