This paper proposes a method to estimate the underwater target object's yaw angle using a sonar image. A simulator modeling imaging mechanism of a sonar sensor and a generative adversarial network for style transfer generates realistic template images of the target object by predicting shapes according to the viewing angles. Then, the target object's yaw angle can be estimated by comparing the template images and a shape taken in real sonar images. We verified the proposed method by conducting water tank experiments. The proposed method was also applied to AUV in field experiments. The proposed method, which provides bearing information between underwater objects and the sonar sensor, can be applied to algorithms such as underwater localization or multi-view-based underwater object recognition.
This study develops a simulator for determining the sonar sensor configuration of unmanned underwater vehicles (UUVs) based on a scenario, in order for UUVs to conduct an effective anti-submarine warfare (ASW). First, we analyze the missions and operational concepts of UUVs in the field of ASW, and then select a Hold-at-Risk scenario as the one with the highest priority. Next, for modeling the components of a simulator, the motion, acoustic characteristic, and environment condition of the platforms (UUV and target submarine) are specified. Especially, based on the beam pattern of each sonar configuration considered in this paper, the passive sonar equation is used to verify target detection, and we further estimate the azimuth and elevation of the target using amplitude and phase of the received signal, respectively. The simulation results show the performance tendency depending on the sonar sensor configurations of a UUV, and the simulator provides a high applicability under various scenarios.
A passive sonar of warship is composed of several directional or omni-directional sensors. In order to model the acoustic signal received into a warship sonar, the wave propagation modeling is usually required from arbitrary noise source to all sensors equipped to the sonar. However, the full calculation for all sensors is time-consuming and the performance of sonar simulator deteriorates. In this study, we suggest an asymptotic method to estimate the sonar signal arrived to sensors adjacent to the reference sensor, where it is assumed that all information of eigenrays is known. This method is developed using Taylor series for the time delay of eigenray and similar to Fraunhofer and Fresnel approximation for sonar aperture. To validate the proposed method, some numerical experiments are performed for the passive sonar. The approximation when the second-order term is kept is vastly superior. In addition, the error criterion for each approximation is provided with a practical example.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.6
no.3
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pp.36-43
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2003
Multi-target away signal simulator which can simulate the radiated noises of maneuvering targets in a specified ocean range is an essential equipment for the validation of developed towed array sonar system. This simulator should provide realistic multi-channel signals those are required for beamforming on the signal processing unit of towed away system. This paper describes the overall system configuration and signal synthesis techniques for the target radiated noise. And this paper considers why the time delays between target and individual sensors are caused and how to compensate these time delays to individual sensors output. This multi-purpose target simulator could be used for the training of TASS operators.
Actual maritime exercise for improving the capability of submarine sonar operator leads to a lot of cost and constraints. Sonar simulator maximizes the capability of sonar operator and training effect by solving these problems and simulating a realistic battlefield environment. In this study, a passive sonar simulator algorithm is suggested, where the simulator is divided into three modules: maneuvering module, noise source module, and sound propagation module. Maneuvering module is implemented in three-dimensional coordinate system and time interval is set as the rate of vessel changing course. Noise source module consists of target noise, ocean ambient noise, and self noise. Target noise is divided into modulated/unmodulated and narrowband/broadband signals as their frequency characteristics, and they are applied to ship radiated noise level depending on the vessel tonnage and velocity. Ocean ambient noise is simulated depending on the wind noise considering the waveguide effect and other ambient noise. Self noise is also simulated for flow noise and insertion loss of sonar-dome. The sound propagation module is based on ray propagation, where summation of amplitude, phase, and time delay for each eigen-ray is multiplied by target noise in the frequency domain. Finally, simulated results based on various scenarios are in good agreement with generated noise in the real ocean.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.16
no.10
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pp.2137-2142
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2012
Many studies in detection and classification of the targets in the underwater environments have been conducted for military purposes, as well as for non-military purpose. Due to the complicated characteristics of underwater acoustic signal reflecting multipath environments and spatio-temporal varying characteristics, active sonar target classification technique has been considered as a difficult technique. And it has a difficult in collecting actual underwater data. In this paper, we implemented the simulator to synthesize the active target signal, to extract feature and to classify the target in the underwater environment. In target signal synthesis, highlight and three-dimensional model are used and multi-aspect based hidden markov model is used for target classification.
We propose a method to generate the object-target identifier mapping information for system performance and effectiveness analysis of submarine engage system and verify the validity of the proposed method through experiments. In the submarine model of the engage simulator, the signal processing algorithm of the actual sonar system is installed. In the target information obtained through the sonar or signal processing process, the actual object information is not known, and the simulator does not provide such information. Therefore, in this study, we generated identifier mapping information for simulation post-analysis by using bearing, range, and speed of the target obtaind from sonar signal processing and the object collected.
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.
Gwon, Dae-Hyeon;Kim, Joowan;Kim, Moon Hwan;Park, Ho Gyu;Kim, Tae Yeong;Kim, Ayoung
The Journal of Korea Robotics Society
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v.12
no.4
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pp.385-394
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2017
Side scanning sonar (SSS) provides valuable information for robot navigation. However using the side scanning sonar images in the navigation was not fully studied. In this paper, we use range data, and side scanning sonar images from UnderWater Simulator (UWSim) and propose measurement models in a feature based simultaneous localization and mapping (SLAM) framework. The range data is obtained by echosounder and sidescanning sonar images from side scan sonar module for UWSim. For the feature, we used the A-KAZE feature for the SSS image matching and adjusting the relative robot pose by SSS bundle adjustment (BA) with Ceres solver. We use BA for the loop closure constraint of pose-graph SLAM. We used the Incremental Smoothing and Mapping (iSAM) to optimize the graph. The optimized trajectory was compared against the dead reckoning (DR).
Ocean reverberation is the most limiting factor in designing realistic and real-time system for sonar simulator. The simulation for an ocean reverberation requires a lot of computational loads, so it is hard to embed program and generate real-time signal in the sonar simulator. In this study, we simulate a time-domain bottom reverberation signal based on Harrison's energy-flux bottom reverberation model by applying Doppler effects as ship maneuvering and autoregressive model. Finally, the bottom reverberation signal with realistic characteristics could be generated for the simulation of ONR reverberation modeling workshop-I problem XI and East Sea ocean environments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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