비선형 곡면 배열 센서의 빔 지향 방위별 센서 선택 방법에 대한 성능 분석

권택익,Kwon, Taek-ik 한국음향학회 2021 韓國音響學會誌 Vol.40 No.4

The conformal array sensor has different sub-array depending on different beam steering directions. According to the method to effective the sensor, the performance of the conformal array sensor can be different, where the sub-array selects an effective sensor. Also, due to the figure of the conformal array sensor, the figure of the sub-array can be different each other, which results in different performance on directivity index, beam width and etc. In this paper, two methods to select sub-array which is the criteria for each sensors position vector and directive vector were proposed. For two sub-array selection methods, the performance of the directivity index, horizontal and vertical beam width were compared with the average and variance. In addition, this comparison was conducted when the number of sensors was fixed. When the number of sensors was not fixed, the directional vector method mainly results in high performance, but the performance of vertical beam width was lower or equal. When the number of sensors was fixed, the performance of two methods is similar, but the performance of variance was deteriorated.

빔 공간 초점 최소 분산 빔 형성을 이용한 근접장 음원 위치 추정

권택익,김기만,김성일,안재균,Kwon, Taek-Ik,Kim, Ki-Man,Kim, Seongil,Ahn, Jae-kyun 한국음향학회 2017 韓國音響學會誌 Vol.36 No.2

초점 MVDR(Minimum Variance Distortionless Response) 빔 형성은 근접장에서 표적의 위치를 추정하는데 적용될 수 있다. 하지만 배열을 구성하는 센서의 수가 많아질수록 공분산 행렬의 역행렬을 구하는데 많은 계산량을 필요로 한다. 본 논문에서는 부 배열의 원거리 빔 형성기 출력들로부터 빔 공간을 형성하고 이를 이용하여 초점 MVDR 빔 형성을 수행하는 방식을 제안하였다. 제안된 방법의 성능을 분석하기 위하여 모의실험을 수행하였다. 모의실험 결과, 제안된 방법의 공간 분해능이 기존의 지연 합 빔 형성기를 이용한 경우 보다 높게 나타났다. The focused MVDR (Minimum Variance Distortionless Response) can be applied for source localization in near field. However, if the number of sensors are increased, it requires a large amount of calculation to obtain the inverse of the covariance matrix. In this paper we propose a focused MVDR method using that beam space is formed from output of far field beamformer at the subarray. The performances of the proposed method was evaluated by simulation. As a result of simulation, the proposed method has the higher spatial resolution performance then the conventional delay-and-sum beamformer.

차동 위상 천이 변조 방식의 수중음향통신을 위한 수신기 설계

전은혜,권택익,김기만,Jeon, Eun-Hye,Kwon, Taek-Ik,Kim, Ki-Man 한국음향학회 2016 韓國音響學會誌 Vol.35 No.5

This paper presents constructing transmitter and receiver by using a direct sequence spread spectrum techniques to DPSK (Differential Phase-Shift Keying) scheme in underwater acoustic communication. Since DPSK signal can be demodulated if the receiver knows only the phase difference between the adjacent bits, DPSK receiver structure has the advantage of being simplified. In the conventional receiver, two adjacent symbols of transmitted signal before despread are passed to the transition correlator that detects data by comparing maximum correlation outputs. At this time, the error for maximum value of the correlator output may increase because of low SNR (Signal to Noise Ratio) or high Doppler shift frequency according to the underwater channel. In this paper, we propose a method for accurate detection result using the width as well as the magnitude among outputs produced by the correlator. The performances of the proposed method was evaluated by simulation and lake trial data. 본 논문은 기존의 DPSK(Differential Phase-Shift Keying) 방식 수중음향통신에 직접 수열 대역확산 기법을 적용하여 송수신단을 구성하는 내용을 다루었다. DPSK방식의 수신기에서는 인접 비트 간 위상차만 알고 있으면 복조가 가능하기 때문에 수신기 구조가 간단해지는 장점이 있다. 기존의 DPSK 수신단에서는 역확산 전 신호의 두 심볼씩 전이 상관기로 입력되면 상관 결과의 최대값을 비교하여 데이터를 검출하는데 이 때 채널에 따른 낮은 SNR(Signal to Noise Ratio) 또는 높은 도플러 천이 주파수 때문에 전이 상관기 출력의 최대값 오류율이 증가할 수 있다. 본 논문에서는 전이 상관기에서 생성되는 다수 출력들의 크기뿐만 아니라 간격을 추가적으로 이용하여 더욱 정확한 검출 결과를 얻을 수 있도록 하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법의 성능은 모의 및 호수실험을 통해 획득한 데이터를 이용하여 분석되었다.

고밀도 클러터 환경에서 비선형 표적추적에 강인한 자료결합 게이트 기법

김성원,권택익,조현덕,Kim, Seong-Weon,Kwon, Taek-Ik,Cho, Hyeon-Deok 한국음향학회 2021 韓國音響學會誌 Vol.40 No.2

This paper proposes the H∞ norm based data association gate method to apply robustly the data association gate of passive sonar automatic target tracking which is on non-linear targets in dense cluttered environment. For target tracking, data association method selects the measurements within validated gate, which means validated measuring extent, as candidates for the data association. If the extent of the validated gate in the data association is not proper or the data association executes under dense cluttered environment, it is difficult to maintain the robustness of target tracking due to interference of clutter measurements. To resolve this problem, this paper proposes a novel gating method which applies H∞ norm based bisection algorithm combined with 3-σ gate method under Gaussian distribution assumption and tracking error covariance. The proposed method leads to alleviate the interference of clutters and to track the non-linear maneuvering target robustly. Through analytic method and simulation to utilize simulated data of horizontal and vertical bearing measurements, improvement of data association robustness is confirmed contrary to the conventional method.

다수 정보들의 비선형 최적화에 의한 수중 음원 위치 추정 성능 향상

양인식,권택익,강태웅,김기만,Yang, In-Sik,Kwon, Taek-Ik,Kang, Tae-Woong,Kim, Ki-Man 한국음향학회 2017 韓國音響學會誌 Vol.36 No.6

TDoA (Time Difference-of Arrival) or DoA (Direction-of-Arrival) can be used for source localization. However, the localizing performance is dependent on relative position between source and receivers, receivers' geometric structure, sound speed, and so on. In this paper we propose a source localization method with enhanced performance that combines multiple information. The proposed method uses the time TDoA, DoA and sound speed as variables. LM (Levenberg-Marquardt) method which is one of nonlinear optimizations is applied. The performances of the proposed method was evaluated by simulation. As result of simulation, the proposed method has the lower average localizing error performance than the previous method. 수중 음원의 위치를 추정하기 위해 도달 시간차와 도달 방향이 활용될 수 있다. 하지만 위치 추정 성능은 표적과 수신단 사이의 상대적인 위치, 수신기들의 기하학적인 배치 구조 및 음속 등에 영향을 받는다. 본 논문에서는 추정된 다수의 표적 정보들을 조합하여 위치 추정 성능을 향상시키는 방법을 제안하였다. 제안한 방법은 도달 시간차, 도달 방향 및 음속 값을 변수로 사용하며, 비선형 최적화 과정 가운데 하나인 LM(Levenberg-Marquardt) 방법이 적용되었다. 제안된 방법의 성능은 모의실험을 통해 분석되었다. 결과에서 제안된 방법의 평균 위치 추정 오차가 기존의 방법을 사용한 경우보다 낮게 나타났다.

협대역표적 추적자동개시의 견실성 향상에 대한 연구

김성원,조현덕,권택익 한국음향학회 2020 韓國音響學會誌 Vol.39 No.6

In this paper, the method is discussed such that the robustness of automatic initiated narrowband target tracking is improved in passive sonar. In the case of automatic tracking initiation as target in passive sonar, due to a number of clutter, the clutter is initiated as target and tracked which prohibits the operation capability. The associated probability and information entropy of measurements, extracted from detection data, is calculated to keep going on automatic target initiation and tracking of true target, but reduce the automatic initiation and tracking of clutter. If the association probability and information entropy of the extracted measurements is satisfied for the predefined conditions, the procedure of automatic initiation begins. Using sea-trial data, simulations are executed and the results from the proposed method indicate that it keeps the automatic target initiation and tracking of true target and suppresses the automatic target initiation and tracking of clutters in contrary to the conventional method. 본 논문은 수상 및 수중 표적에 대한 수동소나 협대역추적의 자동초기화 견실성을 향상시키는 기법을 다루었다. 수동소나에서 탐지데이터를 활용하여 표적으로서 자동 판별 및 추적하는 경우에 탐지데이터 내 다수의 클러터에의하여 클러터가 표적으로 판별 및 추적되며, 이는 운용자의 관심표적에 대한 인지를 방해한다. 수동소나에서 관심표적에 대한 자동 표적 판별 및 추적은 유지하면서 클러터에 대한 자동 표적 판별 및 추적은 감소하기 위하여 탐지 데이터측정치의 연계 확률과 신호준위에 대한 정보 엔트로피를 산출한다. 탐지 데이터에서 추출한 측정치의 연계 확률과 정보 엔트로피가 사전 설정 조건을 만족하면 자동초기화 절차를 실시한다. 해상실험 데이터를 활용하여 시뮬레이션을실시하였고, 기존 적용 기법에 대비하여 실표적에 대한 자동 추적은 유지하면서 클러터를 자동 추적하는 경향이 감소하였다.

고유 음선 분석에 기반한 광대역 수중음향 전달 채널의 이산시간 근사 및 모의 방법 연구

신동훈,조현덕,권택익,안재균 한국음향학회 2020 韓國音響學會誌 Vol.39 No.3

In this paper, broadband underwater propagation channel modeling based on eigenray analysis is discussed. Underwater channels are often formulated in frequency domain time-harmonic signals, which are impractical for simulating broadband signals in time domain. In this regard, time domain modeling of the underwater propagation channel is required for the simulation of broadband signals, for which the eigenray analysis based on ray tracing, resulting in multipath propagation delays in time-domain, is used in this paper. For discrete time system application, the phase, frequency-dependent loss and non-integer sample delays for each eigenray, are approximated by the finite impulse response of the broadband propagation channel. 본 논문은 음선 경로법에 기반한 광대역 수중음향 전달 채널을 모델링하는 방법을 다루었다. 수중음향 전달 채널은 종종 주파수 영역에서 시간 조화 함수로 취급되어, 광대역 시계열 신호 모의 시 활용이 어렵다. 따라서 수중 음파 전달 환경을 반영한 광대역 시간영역 모델링 기법이 요구되며, 본 논문에서는 이를 위해 시간영역에서 다중 경로의 도 달 시간지연이 계산 가능한 고유 음선 분석 기법을 활용하였다. 또한 연속 시간의 파동방정식으로부터 산출된 고유 음 선의 분석 결과를 컴퓨터 모의가 가능한 이산시간 시스템에 적용하기 위해, 음선의 위상, 주파수별 손실 및 도달 시간지 연을 유한 임펄스 응답으로 근사하여, 광대역 수중음향 전달 채널을 모의하는 방법을 제안하였다.

수동소나를 위한 LOFAR/DEMON 그램 압축 기법

안재균,조현덕,신동훈,권택익,김광태 한국음향학회 2020 韓國音響學會誌 Vol.39 No.1

LOw Frequency Analysis Recording (LOFAR) and Demodulation of Envelop Modulation On Noise (DEMON) grams are bearing-time-frequency plots of underwater acoustic signals, to visualize features for passive sonar. Those grams are characterized by tonal components, for which conventional data coding methods are not suitable. In this work, a novel LOFAR/DEMON gram compression algorithm based on binary map and prediction methods is proposed. We first generate a binary map, from which prediction for each frequency bin is determined, and then divide a frame into several macro blocks. For each macro block, we apply intra and inter prediction modes and compute residuals. Then, we perform the prediction of available bins in the binary map and quantize residuals for entropy coding. By transmitting the binary map and prediction modes, the decoder can reconstructs grams using the same process. Simulation results show that the proposed algorithm provides significantly better compression performance on LOFAR and DEMON grams than conventional data coding methods. 로파/데몬 그램은 수동소나의 특성을 확인하기 위해 수중 음향 신호에 대한 방위, 시간, 주파수를 시각적으로 표현한 결과이다. 이러한 그램들은 기존의 압축 기법들을 적용하기 힘든 토널 성분과 같은 특징들을 포함하고 있다. 본 논문에서는 이진맵과 예측 기법으로 구성된 새로운 로파 및 데몬 그램 압축 기법을 제안한다. 먼저 각 주파수 빈에 대한 예측을 결정하는 이진맵을 생성하고, 프레임을 몇 개의 매크로 블록으로 구분한다. 각 매크로 블록에 대해 인트라 예측과 인터 예측을 적용하여 나머지를 계산한다. 그리고 이진맵에서 유효한 빈들에 대해 예측을 수행하고 엔트로피 부호화를 위해 나머지를 양자화 한다. 이진맵과 예측모드를 전송함으로써 복호기는 동일한 절차로 그램을 복원한다. 시뮬레이션 을 통해 제안하는 알고리즘의 로파와 데몬 그램 압축 결과가 기존의 데이터 압축 기법에 비해 우수함을 확인한다.

수동형 거리 추정에서 센서 위치 오정합이 미치는 영향

박웅진(Woong-Jin PARK),권택익(Taek-Ik KWON),김기만(Ki-Man KIM),김성일(Seong-Il KIM),안재균(Jae-Kyun AHN) 한국소음진동공학회 2017 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.4