비선형 선배열 형상 추정을 위한 계수 반복 다항 근사화 기법

조점군,Cho, Chom Gun 한국군사과학기술학회 2006 한국군사과학기술학회지 Vol.9 No.2

Low frequency towed line array with high array gain and beam resolution is a long range surveillance sensor for anti-submarine warfare. The beam characteristics is however deteriorated due to the distorted line array sensor caused by low towing speed, wind, current, and towing ship maneuvering. An adaptive beamforming method is utilized in this paper to enhance the distorted line array beam performance by estimating and compensating the nonlinear array shape. A polynomial curve fitting in the least square sense is used to estimate the array shape iteratively with the distributed heading sensors data along the array. Real time array shape estimation and nonlinear array beam calculation is applied to a very long towed line array sensor system and the beam performance is evaluated and compared to the linear beamformer for the simulation and sea trial data.

두 대역 상반된 스윕방향 hyperbolic frequency modulation 펄스로 수중물체 시선속도추정 기법 및 성능분석

조점군,정의철 한국음향학회 2023 韓國音響學會誌 Vol.42 No.1

In order to estimate the radial speed of an underwater object so-called target with active sonar, Continuous Wave (CW) pulse is generally used, but if a target is slow and at near distance, it is not easy to estimate the radial velocity of the target due to acoustic reverberation in the ocean. In 2017, Wang et al. utilized broadband signal of two Hyperbolic Frequency Modulation (HFM) pulses, which is known as a doppler-invariant pulse, with equal frequency band and in opposite sweep directions to overcome this problem and successfully estimate the radial speed of slow-moving nearby target. They demonstrated the estimation of the radial velocity with computer simulation using the parameters of two HFM starting time differences and receiving times. However, for it uses two HFM pulses with equal frequency, cross-correlation between the two pulses negatively affect the detection performance. To mitigate this cross-correlation effect, we suggest using two different band HFM with the opposite sweep directions. In this paper, a method of radial velocity estimation is derived and simulated using two HFM pulses with the pulse length of 1 second and bandwidth of 400 Hz. Applying the suggested method, the radial velocity was estimated with approximately 6 % of relative error in the simulation. 능동소나를 이용하여 수중물체의 속도를 추정하려면 Continuous Wave(CW) 펄스를 이용하는 것이 일반적이나, 수중물체의 속도가 느리고 근거리의 해양에서는 잔향음의 영향으로 수중물체의 속도 추정이 용이하지 않다. 2017년도에 Wang 연구진은 이를 극복하고자 수중물체의 속도에 의한 도플러 변이에 둔감한 광대역 신호인 Hyperbolic Frequency Modulation(HFM) 펄스 두 개를 상반된 스윕방향으로 이용하였다. 두 펄스 간 송신 시간간격과 탐지시간차이의 변화를 통하여 수중물체 속도 추정이 가능하다는 것을 시뮬레이션으로 제시하였다. 하지만 동일한 대역을 이용하므로 상호상관성에 의해서 수중물체 탐지 성능이 영향을 받을 수 밖에 없다. 상호상관성에 의한 수중물체 탐지 성능저하를 방지하기 위하여 대역이 분리된 상반된 스윕방향의 두 HFM 펄스 이용을 제안한다. 본 논문에서는 상반된스윕방향의 두 대역 HFM을 이용하여 수중물체의 시선속도 추정에 관한 이론을 도출하였고, 펄스길이와 대역폭이 1 s와 400 Hz인 HFM 펄스로 시뮬레이션을 수행하였다. 제안한 방법을 이용하여 수중물체의 시선속도를 추정하면 약6 %의 오차로 표적 속도 추정이 가능하다는 것을 시뮬레이션을 통하여 확인하였다.

상호상관계수를 이용한 효율적인 동시통합검출 알고리즘

조점군,박선준,이충용,윤대희 한국통신학회 2001 韓國通信學會論文誌 Vol.26 No.6

일반적으로 음향 반향 제거기에서 적응필터의 안정성을 보장하기 위해서 동시통화 검출기(DTD)를 사용하여 원단화자 신호와 근단화자 신호의 존재 여부에 따라 적응필터 계수의 적응 여부를 결정한다. 본 논문에서는 두 개의 상호상관계수를 이용하여 계산량과 메모리 소자수 면에서 효율적인 동시통화 검출 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 마이크로폰의 입력신호와 추정된 반향 신호간의 상호상관계수, 그리고 마이크로폰의 입력신호와 오차신호간의 상호상관계수를 이용하여, 주행 상황과 같이 심한 잡음 환경에서도 동시통화 구간의 시작점과 끝점 검출에 강인한 특성을 갖는다. 또한, 기존의 상호상관도를 이용하는 방법에 비하여 적은 양의 계산과 메모리를 필요로 하여 저가의 고정소수점 DSP를 이용한 실시간 구현에 적합하다. 성능 평가를 위하여 차내 핸즈프리 통신 환경에서 얻은 실측 데이터를 사용하여 기존의 방법과 비교하였다.

GSFM 펄스를 이용한 다중 수직지향각 기반 선체고정소나 능동 표적 탐지

홍정표,조점군,김근환,이균경,윤경식 한국음향학회 2020 韓國音響學會誌 Vol.39 No.4

In decades, active sonar, which transmits signals and detects incident signals reflected by underwater targets, has been significantly studied since passive sonar in Anti-Submarine Warfare (ASW) detection performance becomes lowered, as underwater threats become their radiated noise reduced. In general, active sonar using Hull-Mounted Sonar (HMS) adjusts vertical tilt (depression) and sequentially transmits multiple Linear Frequency Modulation (LFM) subpulses which have non-overlapped bands, i. e. 1 kHz ~ 2 kHz, 2 kHz ~ 3 kHz, in order to reduce shadow zones. Recently, however, Generalized SFM (GSFM), which is generalized form of SFM, is proposed, and it is confirmed that subpulses of GSFM have orthogonality among each other depending on setting of GSFM parameters. Hence, in this paper, we applied GSFM to active target detection using HMS to improve the performance by the signal processing gain obtained from enlarged bandwidths of GSFM subpulses compared to those of LFM subpulses. Through simulation, we verified that when the number of subpulses is three, the matched filter gain of GSFM is approximately 5 dB higher than that of LFM. 수중표적의 저소음화로 표적의 방사소음이 감소함에 따라 수동소나의 한계가 나타나면서 신호를 송신하고표적 반사 신호를 탐지하는 능동탐지에 대한 연구가 활발해 지고 있다. 일반적으로 선체고정소나(Hull-Mounted Sonar, HMS)를 이용한 능동탐지 시 음파가 도달하지 않는 음영구역을 줄이기 위해 수직지향각을 조정하면서 다수의Linear Frequency Modulation(LFM) 부펄스를 대역분할하여 순차적으로 송신한다. 하지만 최근에 Sinusoidal Frequency Modulation(SFM)의 일반화된 형태인 Generalized SFM(GSFM) 펄스가 제안되었고, 파라미터 설정에따라 GSFM 부펄스 간에 직교성이 확인되었다. 따라서, 본 논문에서는 GSFM을 선체고정소나의 다중 수직지향각 능동탐지에 활용함으로써 부펄스의 대역폭 사용을 극대화 하여 신호처리 이득에 따른 능동탐지 성능을 향상 시킬 수 있음을 보였다. 모의실험을 통해 부펄스가 3개일 때, GSFM이 LFM 대비 약 5 dB 정도의 정합필터 이득이 있음을 확인하였다.

핸즈프리 전화통신을 위하여 통합된 음향 반향 및 잡음 제거 시스템

박선준,조점군,이충용,윤대희 한국통신학회 2001 韓國通信學會論文誌 Vol.26 No.6

본 논문에서는 차량내 핸즈프리 전화통신을 위한 음향 반향 및 배경 잡음 제거기를 제안한다. 제안한 시스템은 새로운 잔여 반향 제거 기법과 실시간 구현에 적합한 동시통화 검출기를 포함한다. 잔여 반향 제거에서는 근단화자가 없는 구간에 대하여 선형 예측기를 이용하여 잔여 반향 신호의 인접 샘플간의 상관도를 제거하여 잡음 제거기의 입력으로 사용한다. 잔여 반향 신호의 음성특성을 제거함으로써 잡음 제거기를 이용하여 배경 잡음과 더불어 잔여 반향의 전력을 효과적으로 줄일 수 있다. 제안된 시스템에서는 상용 저전송률 음성부호화기와의 결합을 고려하여 IS-127(EVRC)에 포함되어 있는 잡음 제거기를 사용하였다. 90 km/h로 정속 주행하는 차내의 핸즈프리 환경에서 제안된 시스템은 30 dB이상의 간섭신호 제거 성능을 보였다. 제안된 시스템은 16비트 고정 소수점 연산을 하는 저가의 DSP를 이용하여 실시간 구현되었다.

국부 비등방성에 기반한 LOFAR그램 융합 방법

김주호,안재균,조점군,이철목,황수복,Kim, Juho,Ahn, Jae-Kyun,Cho, Chomgun,Lee, Chul Mok,Hwang, Soobok 한국음향학회 2019 韓國音響學會誌 Vol.38 No.1

본 논문은 서로 다른 두 개의 LOFAR (LOw Frequency Analysis and Recording)그램을 융합하는 방법을 다룬다. 기존의 방법은 주파수 스펙트럼을 이용하여 LOFAR 그램을 융합하기 때문에, 시간-주파수의 2차원 정보인 토널 신호를 융합하는데 제한적인 성능을 갖는다. 제안하는 방법은 전처리 과정에서 2차원 방향성 양방향 필터링을 이용하며, 전처리된 LOFAR 그램의 국부 비등방성 비교를 기반으로 두 LOFAR 그램을 융합한다. 전처리 과정에서 잡음을 억제하고 토널을 부각시키고 나면 국부 비등방성은 토널과 잡음을 구분하기 위한 척도로 사용될 수 있다. 모의 데이터와 해상 데이터를 이용해 LOFAR 그램 융합 실험을 수행한 결과, 제안한 방법은 기존 기법에 비해 융합된 LOFAR 그램의 잡음레벨을 대등하게 하거나 감소시키는 결과를 낳으며, 융합시 토널 누락 현상을 감소시키는 것을 확인하였다. In this paper, we present fusion methods for two different lofargrams. Since the conventional method synthesizes the lofargrams using frequency spectrum, it has limited performance in fusion of tonal signals which have two-dimensional information of the time-frequency domain. Proposed algorithm uses a two-dimensional directional bilateral filter for preprocessing and fuses two lofargrams based on comparison of local anisotropy of the lofargrams. After noise is suppressed and tonals are sharpened, the local anisotropy can be used as a criterion to divide tonals and noise. The experiment results using simulated data and real data showed that the proposed algorithms result in similar or lower noise level of the fused lofargram than conventional algorithms and decrease tonal omission in fusion process.

수중 장애물 탐지에서의 특이 값 차이를 이용한 LFM 잔향 감소 기법 적용 연구

이형수,권범수,조점군,이균경,Lee, Hyung-Soo,Kwon, Bum-Soo,Cho, Chom-Gun,Lee, Kyun-Kyung 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.8

본 논문에서는 근거리에 위치한 수중 장애물의 탐지 성능을 향상시키기 위해 잔향의 영향을 감소시키는 여러 기법 중 특이 값 차이를 이용한 잔향 감소 기법을 적용한다. 특이 값 차이를 이용한 잔향 감소 기법은 중심 빔 신호에 잔향과 표적이 포함되어 있다고 가정하고 인접한 빔 신호를 참조 신호로 사용하여 중심 빔 신호와의 특이 값 차이를 이용함으로써 잔향 신호를 감소시킨다. 그리고 한국 근해에서 십자형 구조의 송수신 장치를 통해 얻어진 실측 데이터를 이용하여 수중 장애물 탐지에서의 제시한 기법의 타당성을 검증한다. In this paper, we apply a reverberation suppression method using difference of singular values to improve the short-distance underwater obstacle detection probability in reverberation environment induced by a linear frequency modulation signal. The reverberation suppression method using difference of singular values suppresses LFM reverberation based on subtracting the singular values for a reference beam, assumed to contain only the reverberation, from those for the current beam of interest, assumed to contain the reverberation and target echo. For the validation, the reverberation suppression method using difference of singular values is applied to real oceanic data, which are acquired using the cross type array.

잔향환경에 강인한 Generalized Sinusoidal Frequency Modulated 펄스 생성 기법

김근환,윤경식,이동화,조점군,홍정표,이균경 한국산업정보학회 2019 한국산업정보학회논문지 Vol.24 No.5

본 논문에서는 잔향 환경에 강인한 GSFM(Generalized sinusoidal frequency modulated) 펄스를 설계하는 기법을 제안하였다. GSFM 펄스는 SFM(Sinusoidal frequency modulated) 펄스의 일반화한 형태로써 거리와 도플러 분해능이 모두 우수한 압정형태의 모호성 함수를 가지는 장점이 있다. 하지만 일반화를 하는 과정에서 주기성이 사라지기 때문에, 빗살형태의 스펙트럼을 가지는 SFM 펄스에 비해 잔향환경에서 탐지 성능이 저하된다. 본 논문에서는 GSFM 펄스의 파라미터 를 적절히 변화시켜 SFM 펄스의 잔향 제거 성능과 GSFM 펄스의 거리 분해능 성능 간에 트레이드오프(Trade-off)관계를 분석하고, 비교적 높은 성능을 동시에 만족할 수 있는 값을 제안하였다. 제안한 GSFM 펄스의 성능을 검증하기 위해 잔향환경을 모의하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 제안한 GSFM 펄스가 저속의 도플러 표적을 탐지하면서 우수한 거리 분해능을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

방위각 오차에 강인한 경사법 기반 근접장 표적 거리 추정 기법

김준두(Joondoo Kim),조점군(Chomgun Cho),이충용(Chungyong Lee) 大韓電子工學會 2012 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.49 No.2

본 논문에서는 등간격 선형 배열 센서에서 초점빔형성을 이용한 근접장 거리 추정 시에 방위각 오차의 영향을 극복하기 위하여, 거리 방향 탐색 시에 일정 범위 안의 방위각 오차를 보정하여 추정 성능을 향상시키는 기법을 제안하였다. 방위각 오차는 탐색 거리가 주어졌을 때 경사법을 기반으로 빔형성기 출력값이 최대가 되도록 보정하게 된다. 모의실험 결과를 통해, 제안된 기법이 주엽의 폭보다 작은 방위각 오차를 보정하여 거리 추정 오차를 방위각 오차가 없는 경우와 같은 수준으로 감소시킬 수 있음을 확인하였다. In this paper, we propose a near-field range estimation method for a uniform linear array that can calibrate bearing estimation error which give a bad influence on a range estimation process. When a range is fixed, the bearing error is calibrated to maximize the beamformer output by the proposed algorithm based on the gradient method. Simulation results show that the proposed algorithm can compensate the bearing error which is less than the mainlobe beamwidth so that reduce the range estimation error as similar as the case of no bearing error.