• 전자공학회논문지
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• 제51권4호
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• pp.181-190
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• 2014

수중음향렌즈 시스템은 해저를 탐사하여 고해상도의 영상을 얻어내는 시스템의 하나로 음향렌즈를 이용하여 빔을 형성한다. 음향렌즈를 이용하여 빔을 형성함으로써 복잡도를 낮추고 구동전력을 절감시킨다. 음향렌즈로부터 들어오는 빔을 배열센서로 수신하려면 음향렌즈의 빔패턴을 분석하여 센서간격을 설정하는 문제를 해결해야 한다. 여기서 SIR (Signal to Interference Ratio)을 사용하여 센서간격과 빔패턴과 영상 품질과의 관계를 분석한다. 빔패턴의 모양에 따라 SIR은 변하므로 대체로 센서간격이 넓으면 사이드로브의 영향이 감소하므로 SIR이 개선된다. 사이드로브의 크기가 크면 전반적으로 SIR이 악화된다. Apodization 함수에 따라 빔패턴의 메인로브의 폭과 모양과 사이드로브의 모양과 준위가 바뀐다. 따라서 적절한 apodization 함수를 적용하여 SIR을 개선한다. 본 논문에서 예시된 빔패턴의 경우 센서간격이 13mm에서 SIR이 0-10dB로 안정이 되지만, 그 값이 높지 않다. 따라서 Chebyshev 함수를 적용하여 37mm 이상의 구간에서 80dB의 SIR을 얻는다. 센서간격이 더 작은 경우는 Hann 함수나 triangular 함수가 좋은 성능을 나타냈다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.437-446
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• 2011

Performance of array sonars towed underwater is limited due to the self-noise induced mainly by the strumming vibration of the towing cable and also turbulent flow around the acoustic sensor module. The vibration of the towing cable generates axisymmetric waves that propagate along the acoustic module of the array sonar and produce self-noise. The present study aims to investigate the characteristics of the self-noise induced by the axisymmetric vibrations of the acoustic module. The waves of interest are the bulge and extensional waves propagating along the fluid-filled elastic hose. Dispersion relations of these waves are predicted by means of the numerical simulation to evaluate the wave speeds. The self-noise induced by the axisymmetric waves are formulated taking into account the damping of the elastic hose and the effect of the damping is investigated.

• 한국음향학회지
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• 제36권1호
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• pp.30-38
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• 2017

본 논문에서는 수동 소나 시스템을 위한 수중 음향 센서 결함 탐지 기법을 제안하였다. 일반적으로 수동 소나 시스템에서는 수십개의 음향 센서를 통해 얻은 음향 신호를 이용하여 배열 신호처리 기법을 이용해 처리된 신호를 협대역 또는 광대역 분석을 위한 2차원 영상 형태로 전시한다. 운용 소프트웨어에서 전시되는 탐지 결과는 배열 신호처리를 통해 누적된 결과값을 전시하기 때문에, 단일 센서 채널의 결함 또는 고장에 따른 신호의 이상 여부를 판단하는데 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 인접 채널간 실효치 비교 및 실효치교차율(Root Mean Square Crossing-Rate, RMSCR) 분석기반 센서 자동 결함 탐지 기법을 제안하고, 결함 센서 채널에 대한 처리 기법을 비교 분석하였다. 제안된 기법의 성능 분석을 위하여 일부 연안 지역에서 실제 운용 중인 센서 배열을 통해 획득된 신호를 이용하여 결함 탐지 정확도를 측정하고, 결함 처리 기법의 성능을 비교하였다. 실험을 통해 제안된 기법이 높은 RMS의 주변소음 환경에서도 높은 결함 탐지 정확도를 보였으며, 결함 처리 기법으로는 0으로 설정 처리 기법이 가장 높은 성능을 보였다.

• 전자공학회논문지
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• 제53권6호
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• pp.21-28
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• 2016

본 논문은 수중 음파 센서 네트워크의 패킷 전송률을 높이고 에너지 소모량을 줄이기 위한 협력 전송 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 각 노드에서 가상 안테나 배열이라고 부르는 분산 안테나들이 같은 패킷들을 전송하고, 수신노드에서는 수신된 패킷들을 결합하여 패킷 손실률을 낮춘다. 따라서 높은 전송 손실, 전파 지연 및 주위 잡음과 같은 수중 채널의 고유 특성을 고려한 채널 특성 기반의 협력 전송 기법은 중계노드들을 통한 높은 다이버시티 이득을 제공하여 수중 음파 센서 네트워크의 신뢰성을 향상시킨다. 또한 송신노드에서 채널 상태, 거리 비용, 각 노드 당 남은 에너지를 고려하여 이웃노드들 중에서 목적지와 중계노드를 선택하는 알고리즘을 제안한다. 모의실험 결과는 OPNET Moduler를 통해 제안된 방법의 평균 에너지 소비, 패킷 전달 비율, 응답 시간 측면에서 비-협력 기법 및 SPF(Shortest Path First) 기법보다 향상된 성능을 보여준다.

• 전자공학회논문지
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• 제52권11호
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• pp.156-163
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• 2015

국내에서 개발된 단일모드 균일한 단주기형 광섬유 격자소자(FBG: Fiber Bragg Grating)를 이용하여, 수중에서 음파를 검출할 수 있는 FBG 일체형 Transducer를 설계 및 제작하였다. 이를 통하여 신호검출 시스템구성 시, 최근 제작된 Hopper WDM(특허번호 제10-1502954)을 이용하여 수중에서 다중점신호검출과 지향성 연구를 한 결과, 기존의 광섬유 센서가 지니고 있는 우수한 장점들을 모두 지니고 있을 뿐만 아니라, Sensor Arm 구성이 간단하여 실용화에 큰 장점을 지니고 있다. 제작된 FBG 일체형 트랜스듀서는 30 Hz~2.5KHz 범위에서 주파수 검출이 가능하고, 최적의 공진조건 주파수는 1.2KHz로 나타났다. 또한, 이를 이용한 수중에서 넓은 영역에 대한 다중점 신호 검출을 구현하기 위하여, WDM(Wavelength Division Multiplexing) 방법과 Passive band-pass filter system을 이용하여 FBG Hydrophone Arrays System을 구축하고, 2개의 FBG 일체형 Transducers에서 주파수 200Hz~1.3 KHz대까지 다중점 수중 음파 신호 검출을 성공 하였다. 아울러, 음원의 방향과 각도에 따라 검출된 신호의 세기가 변화되므로 음원의 물체에 대한 방향성 검출이 가능함으로서, 향후 FBG Hydrophone의 실용화 연구에 새로운 기틀을 마련하였다.

• 대한공업교육학회지
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• 제34권1호
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• pp.238-251
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• 2009

배열센서에 영향을 주는 자체소음은 그 시스템이 설치된 곳에서 발생하는 소음과 해양으로부터 들어오는 주변소음을 포함한 소음으로 정의된다. 수중에서의 탐지를 위한 배열 구조는 표면을 따라 발생되는 유체 유기소음에 많은 영향을 받는다. 본 논문에서는 곡면배열 음향 센서를 설계하기 위하여 유동유기 소음의 영향으로 인한 주파수 밀도 함수의 적분식의 주요 구성요소인 전달함수(transfer function)를 저파수 영역에서 수치해석 하였다. 난류 경계층에서 발생하는 유입 소음은 수정된 Corcos 모델을 이용하였다. 저파수 영역에서의 전달함수의 특성은 고정판의 두께와 밀도가 작아질수록 함수의 적분값은 적어지므로 소음의 영향은 줄어드는 것으로 나타났다. 또한 Corcos 벽면 압력과 전달함수의 곱에 따른 특성과 주파수 밀도 함수의 곱의 변화를 보였다. 향후 이러한 연구는 무인 잠수정에 탑재할 수 있는 곡면배열 센서의 설계에 응용이 가능하리라 판단된다.

• 한국음향학회지
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• 제41권2호
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• pp.150-158
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• 2022

본 논문에서는 2021년 9월 동해에서 수행된 초장거리 대역확산 수중음향통신의 해상실험 결과를 제시한다. 8개의 수직 배열 센서를 이용하여 수중음향통신 신호를 수집하였으며, 전송 거리는 160 km로 하였다. 송신 신호로 30 bps의 다중 코드 대역 확산 방식과 100 bps의 처프 대역확산 방식이 사용되었다. 실험 결과 단일 채널에서 채널 부호화 기법이 적용되지 않은 경우에 높은 비트 오류율을 나타내었으나 각 수신 채널에서 프레임 동기화를 수행한 후 신호들에 등이득 조합 다이버시티 기법을 적용하면 비부호화 비트 오류율이 순방향 오류 정정 한계인 0.1 이하로 감소하였다.

• 한국음향학회지
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• 제43권1호
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• pp.89-94
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• 2024

Ultra-Short BaseLine(USBL) 은 센서 간격이 좁은 배열을 사용하기 때문에 위치 추정 성능 향상을 위해서는 정밀한 동기화가 필요하다. 그러나 수중 환경은 비교적 강한 잡음과 다중 경로 및 도플러 등의 수중 음향 채널로 인해 동기화 오류가 발생하여 위치 추정 성능이 저하된다. 본 논문에서는 수중 USBL 시스템의 위치 추정 성능을 향상시키기 위한 공분산 기반 동기 보상 기법을 제안한다. 제안 방법은 상호상관을 통해 신호를 정렬한 후, 정렬된 신호의 공분산을 계산한다. 공분산에서 동기 오차는 위상차와 선형적으로 관련되어 있으므로 위상차를 공분산으로부터 추정하여 동기 오차를 보상한다. 전산 모의실험을 통해 제안 방법이 기존 상호상관 방법보다 우수한 위치 추정 성능을 가지는 것을 보였다.

• 대한공업교육학회지
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• 제35권2호
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• pp.224-237
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• 2010

수중 운동체가 가동할 때 돔 앞쪽에 설치된 센서에 유기되는 진동파 소음은 구조를 통해 전달된다. 구조를 통해 전달되는 소음과 진동이 음향 센서의 성능을 저하시키는 요인이 되지 않도록 구조물로 타고 들어오는 진동파를 효과적으로 차단하기 위하여 본 연구에서는 CRP(Carbon Reinforced Plastic)와 SNORE링(Self-NOise REduction Ring)를 설치하고 주파수에 따른 변위와 응력의 변화를 관찰하였다. 곡면 구조물의 재질은 알루미늄이며 최대 외경 530mm, 길이 215mm 정도이다. 곡면 구조물의 전면부는 직경이 270mm이며 평면형상으로 되어 있다. 주파수에 따른 CRP와 SNORE 링 부착 전후에서의 응력 감소율을 시뮬레이션 하였으며 12kHz와 15kHz 주변에서는 95% 이상의 감소율을 보였다. 음향 센서의 부착 위치에 따른 응력의 변화를 계산하였으며 중심부에서 가장 높게 나타났고 20mm, 40mm 떨어진 곳으로 이동할수록 응력의 크기가 낮게 나타났다. 본 연구의 결과는 음향센서의 감도를 높이는데 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제10권12호
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• pp.2151-2156
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• 2006

수중음향통신을 위한 빔형성 기법은 대역폭이 반송주파수에 비해서 큰 광대역 신호 특성을 고려해야한다. 수중 음향통신에서는 협대역 신호가정이 성립하지 않는다. 본 논문에서는 기저 대역 배열신호 모델을 이용한 수중음향통신 광대역 FIR 빔형성기에 대해서 논한다. 반송주파수 25Hz, 심볼 속도 5kHz인 QPSK 방식의 수중음향통신에 있어서 광대역 FIR 빔형성기를 고려했다. 배열 센서는 8개의 등방형 센서로 구성된 선형등간격 구조이고, 센서간 간격은 반송주파수 파장의 절반이다 컴퓨터 모의실험을 통하여 각 센서에 길이가 2인 FIR 필터를 채택하고 탭간 간격이 심볼 주기의 1/4일 때 광대역 FIR 빔형성기는 최적 신호 대 간섭잡음비에 근접하였으며, 기존의 통상적인 협대역 빔형성기보다 신호 대 간섭 잡음비가 0.5dB 향상된 결과를 보였다. 광대역 FIR 빔형성기의 성능은 FIR 필터 길이가 특정 값 이상으로 커지면 더 나빠지고, 탭간 간격이 심볼 주기의 절반보다 작으면 탭간 간격은 성능에 영향을 주지 않았다. 탭간 간격 이 심볼 주기와 같은 경우에, 훈련 신호열이 통상적인 경우보다 더 많이 필요하였다.