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온백산(Baeksan On),이지은(Jieun Lee),임성빈(Sungbin Im) 대한전자공학회 2017 전자공학회논문지 Vol.54 No.2
능동소나를 이용한 해저면의 이미지를 얻기 위한 연구는 다양하게 수행되어져 왔으며, 그 해상도를 향상시키는 방법은 현재까지도 중요한 문제이다. 해상도를 향상시키기 위한 방법은 여러 가지가 있으며 좁은 빔폭을 활용하여 빔 해상도를 높이는 방법이 가장 대표적이다. 하지만 좁은 빔폭을 이용하여 해상도를 향상시키는 방식은 기술적인 한계가 존재한다. 따라서 제한된 빔폭을 가진 어레이를 통하여 보다 높은 빔 해상도를 얻기 위한 신호처리 기술이 필수적이다. 본 논문에서는 중첩된 빔을 방사하는 sonar의 수신신호에 신호처리를 통해 해상도를 향상시키는 방식을 소개한다. Many studies about generating images of seabed using active sonar have been carried out but image resolution enhancement is still an important problem. Many methods have been proposed to improve sonar resolution and the approach using narrow beam width is commonly and widely applied to enhance azimuth resolution. Unfortunately, this has technical limitations to reduce the beam width. Therefore, signal processing techniques are essential to achieving higher azimuth resolution when an array with conventional beam width is employed. This paper proposes a new approach that utilizes overlapped beams to obtain higher resolution.
온백산(Baeksan On),임성빈(Sungbin Im),서익수(Iksu Seo) 대한전자공학회 2017 전자공학회논문지 Vol.54 No.10
수중에서 능동소나를 이용해 장거리 물체를 탐지하는 경우 거리, 주파수에 따른 수중채널에 의한 영향을 고려해주어야 한다. 장거리 탐지의 경우 타겟 탐지 및 추정 성능을 향상시키기 위해 수중 채널의 영향을 고려하여 적절한 송신신호를 설계하여야 한다. 기존의 LFM (linear frequency modulated) 신호는 CW에 비해 우수한 거리분해능과 SNR로 인해 일반적으로 사용되어져 왔다. 그러나 장거리 탐지의 경우 수중채널의 영향으로 correlation 성능이 낮아지게 되는데 다양한 종류의 윈도우를 적용하고 2-stage-LFM을 사용하여 correlation 성능을 높일 수 있다. 본 논문에서는 음파의 이동거리와 송신파형의 윈도우를 변화시켜가며 LFM, 2-stage-LFM의 성능을 MF (Merit Factor)를 통해 비교하여 거리에 따른 영향을 확인하였다. In case of detecting an object at long distance by using active SONAR. the influence of the underwater channel on distance and frequency should be considered. In case of long distance detection, an appropriate transmission signal should be designed considering the influence of the underwater channel to improve target detection and estimation performance. LFM signals have been commonly used due to their high range resolution and SNR compared to CW signals. However, for long-range detection, the correlation performance is degraded due to the influence of the underwater channel. The correlation performance can be improved by applying several windows or using 2-stage-LFM. In this paper, we compare the performance of LFM and 2-stage-LFM in terms of MF (Merit Factor) by varying the travel distance of the acoustic wave with respect to various windows for the transmission waveform.
온백산(Baeksan On),김선호(Sunho Kim),문우식(Woosik Moon),임성빈(Sungbin Im),서익수(Iksu Seo) 대한전자공학회 2016 전자공학회논문지 Vol.53 No.5
해저면에 착저된 물체를 탐지하는 문제는 다양한 분야에서 중요한 문제이다. 본 논문에서는 천해에서 평탄한 해저면에 물체가 놓여있는 경우 이것의 위치를 탐지하는 방법을 제안한다. 기존 방법으로는 사이드스캔소나를 사용하여 탐지영역내에서 영상을 얻고 영상신호처리 기술을 이용하여 원통을 인식하는 연구들이 수행되어 왔으나 이는 높은 주파수를 사용하기 때문에 탐지거리가 짧고 깨끗한 영상을 얻기 위한 탐지시간이 길다. 본 논문에서는 6~20KHz의 중주파수의 linear frequency modulated(LFM) signal을 사용하는 monostatic active sonar system을 사용하여 수심 100m 내외의 천해에서 연속적인 ping에 따른 received reflected signals 간의 모델링을 수행하여 이 모델링 error의 변화에 따라 착저된 물체의 유무를 결정짓게 된다. 이 방법은 해저면이 균일한 sediment로 구성되었다는 가정만을 기반하며, 추가적으로 sediment를 구성하는 종류에 대한 사전 정보가 필요없다는 장점이 있다. 탐지확률과 탐지거리 측면에서 제안된 방법의 가능성을 모의실험을 통하여 검증하였다. Detecting an object which is located at seabed is an important issue for various areas. This paper presents an approach to detection of an object that is placed at seabed in the shallow water. A conventional scheme is to employ a side-scan sonar to obtain images of a detection area and to use image processing schemes to recognize an object. Since this approach relies on high frequency signals to get clear images, its detection range becomes shorter and the processing time is getting longer. In this paper, we consider an active sonar system that is repeatedly sending a linear frequency modulated signal of 6~20 kHz in the shallow water of 100m depth. The proposed approach is to model consecutively received reflected signals and to measure their modeling error magnitudes which decide the existence of an object placed on seabed depending on relative magnitude with respect to threshold value. The feature of this approach is to only require an assumption that the seabed consists of an homogeneous sediment, and not to require a prior information on the specific properties of the sediment. We verify the proposed approach in terms of detection probability through computer simulation.
김선호(Sunho Kim),정장원(Jangwon Jung),온백산(Baeksan On),임성빈(Sungbin Im),서익수(Iksoo Seo) 대한전자공학회 2017 전자공학회논문지 Vol.54 No.3
능동 소나시스템에서 수신 신호의 해상도를 높이기 위한 방법은 다양하게 연구되어 왔다. 본 논문에서는 착저 물체의 탐지해상도를 높이기 위한 방법으로 소나의 평면 배열 (planar array) 설계를 수행하였다. 해상력이 높은 좁은 형태의 빔 패턴을 얻기 위해서는 평면 형태의 어레이를 고려하는 것이 필요하다. 어레이를 구성하는 개별 음향 트랜스듀서의 송신 주파수는 13kHz를 사용하였다. 비대칭 크기를 갖는 목표물의 효율적인 탐지를 위해 어레이 디자인에서 방위각(azimuth angle)과 고도각(elevation angle)에 따른 해상도를 동시에 고려하기 위해 areal angle 개념을 사용하였다. 그에 따라 목표 해상도를 만족하는 areal angle을 먼저 구하고 이를 역산하여 각각 목표 방위각과 고도각을 계산하여 어레이의 설계를 진행하였다. In the active SONAR system, various studies have been carried out to enhance the resolution of a received signal. In order to obtain higher resolution for detecting a bottoming cylindrical object, the design of a planar array for SONAR is investigated in this paper. It is necessary to employ planar structures for SONAR array to obtain narrower beam pattern which gives high resolution. In this study, the transmit frequency of each acoustic transducer, which consists of an array is 13 kHz. For efficient detection of a target of an asymmetric size, the concept of areal angle is applied, which considers resolution according to both azimuth and elevation angles in array design. In the design, the areal angle is first investigated to satisfy the resolution requirements, and then based on the value of areal angles, the azimuth angle and the elevation angle are calculated respectively to design an array.
김선호(Sunho Kim),정장원(Jangwon Jung),온백산(Baeksan On),임성빈(Sungbin Im),서익수(Iksoo Seo) 대한전자공학회 2016 전자공학회논문지 Vol.53 No.5
수중 환경에서는 특정한 대역이나 형태의 신호를 송수신함으로써 거리(range) 관점에서 높은 해상도를 얻는 것이 필요하다. 본 논문의 탐지 거리인 1 km 이내 근거리에서 미확인 원통형 물체를 탐지 및 식별하기 위해서는 능동소나에 사용되는 송신신호의 설계가 매우 중요하다. 최적의 소나 송신신호를 설계하기 위해서는 탐지 거리를 최대로 갖는 최적 주파수와 신호의 대역폭을 고려하여 개별 파라미터의 적절한 trade-off 값을 찾는 것이 필수 요건이다. 본 논문에서는 EE (Echo Excess) 최대화와 SNR 최대화의 관점으로 여러 파라미터들의 변화에 따라 다양한 조건에서 최적 주파수를 분석하였다. 또한 거리 해상도(range resolution)와 방위각 해상도(azimuth resolution)의 목표 성능을 만족시키는 관점에서 송신신호 파라미터 결정 연구를 수행하였다. In the underwater environment, high resolution can be achieved in the range direction by transmitting and receiving a signal of a particular band and/or waveform. The design of a transmit signal used in the active sonar is very important in order to detect a cylindrical object within a short distance less than 1 km, which is the detection distance of this paper. Designing a transmit signal optimal to a sonar requires appropriate selection of its center frequency and bandwidth, which allows the maximum detection distance of a sonar. In this paper, in terms of maximizing echo excess and signal to noise ratio (SNR), optimum frequency analysis is carried out under various conditions of diverse parameters. In addition, the investigation focused on the determinating a bandwidth is also performed for the purpose of satisfying the performance requirement of range resolution and azimuth resolution.