수중에서 광대역 간섭 패턴 정합을 이용한 음원의 위치 추정 연구

천승용,김세영,김기만,Chun, Seung-Yong,Kim, Se-Young,Kim, Ki-Man 한국음향학회 2007 韓國音響學會誌 Vol.26 No.8

This paper proposes a method of underwater source localization using the wideband interference patterns matching. By matching two interference patterns in the spectrogram, it is estimated a ratio of the range from source to sensor5, and then this ratio is applied to the Apollonius circle. The Apollonius circle is defined as the locus of all points whose distances from two fixed points are in a constant value so that it is possible to represent the locus of potential source location. The Apollonius circle alone, however still keeps the ambiguity against the correct source location. Therefore another equation is necessary to estimate the unique locus of the source location. By estimating time differences of signal arrivals between source and sensors, the hyperbola equation is used to get the cross point of the two equations, where the point being assumed to be the source position. Simulations are performed to get performances of the proposed algorithm. Also, comparisons with real sea experiment data are made to prove applicability of the algorithm in real environment. The results show that the proposed algorithm successfully estimates the source position within an error bound of 10%. 본 논문에서는 간섭 패턴 정합을 이용한 수중 광대역 음원의 위치 추정법을 제안한다. 두 개의 센서 스펙트로그램에 나타나는 간섭 패턴의 정합을 통해 음원과 두 센서간의 상대적인 거리비를 추정하고 이를 아폴로니오스 원의 방정식에 적용하였다. 아폴로니오스의 원은 두 정점에 이르는 거리비가 일정한 값으로 운동하는 점의 자취로 정의되며, 음원의 위치로 추정 가능한 궤적을 나타낼 수 있다. 그러나 아폴로니오스의 원 하나만으로는 정확한 음원의 위치추정이 어렵다. 그러므로 또 하나의 위치 궤적을 추정 할 수 있는 방정식이 필요하다. 따라서 음원과 두 센서간의 신호도달 시간차이를 이용한 쌍곡선의 방정식을 도입하여 최종적인 음원의 위치는 두 방정식의 교점의 좌표로 추정하였다. 제안된 방법의 성능 평가를 위하여 모의실험을 통해 위치 추정 오차율을 분석하고, 해상실험을 통하여 실제 적용 가능성을 분석하였다. 모의실험 및 해상실험 결과 본 논문에서 제안된 위치 추정 알고리즘이 오차율 10% 이내의 성능을 나타내었다.

사과나무 바이오차 흡착제를 활용한 시프로플록사신 항생제 함유 하폐수 처리

천승용,최동건,김도군,오승대 대한환경공학회 2018 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2018 No.11

Gabor 필터를 이용한 영상 선명화 ( Image Sharpening Using Gabor Filter )

천승용,조석제,하영호 대한전자공학회 1989 대한전자공학회 학술대회 Vol.1989 No.1

AWAP을 이용한 소음 규준화 기법 ( A Study of Noise Normalization Technique Using AWAP Method )

천승용,이성은,김의형,노정호 대한전자공학회 1992 대한전자공학회 학술대회 Vol.1992 No.1

수중통신에서 Zero Forcing기법을 이용한 최적의 시공간 부호화 알고리즘

권해찬,박태두,천승용,이상국,정지원 한국항해항만학회 2014 한국항해항만학회지 Vol.38 No.4

수중통신에서는 다중경로로 인해 심벌간의 상호간섭이 발생하여 시스템의 성능을 저하시킨다. 최근 수중 통신시스템에서는 이러한 열악한 채널환경을 극복하고 전송률을 향상시키기 위하여 등화기 및 채널 부호화와 시공간 부호화 방식의 효율적인 연접 구조가 수중통신에서 MIMO시스템으로 응용되어 연구되고 있다. 수중 MIMO 환경에서 시공간 부호화 방식 중에서는 시공간 블록 부호화 방식과 시공간 격자 부호 화 방식이 있으며, 시공간 격자 부호화 방식이 등화기 및 채널 부호화 방식에 최적이다. 따라서 본 논문에서는 다중경로 채널 환경에서 효율적 인 전송을 위해 터보 Pi 부호화기를 외부부호로 사용하고, MIMO시스템에서 전송 다이버시티와 부호화이득을 동시에 가지는 시공간 격자부호 를 내부부호로 구성한다. 그리고 심볼간 상호 간섭 제거를 위해 Zero Forcing 등화기법을 사용하여 수중채널에서의 시뮬레이션을 통해 성능을 확인하였다. In the underwater communication, the performance of system is reduced because of the inter-symbol interference occur by the multi-path. In the recent years, to deal with poor channel environment and improve the throughput, the efficient concatenated structure of equalization, channel codes and Space Time Codes has been studied as MIMO system in the underwater communication. Space Time Codes include Space Time Block Codes and Space Time Trellis Codes in underwater communication. Space Time Trellis Codes are optimum for equalization and channel codes among the Space Time Codes to apply in the MIMO environment. Therefore, in this paper, turbo pi codes are used for the outer code to efficiently transmit in the multi-path channel environment. The inner codes consist of Space Time Trellis Codes with transmission diversity and coding gain in the MIMO system. And Zero Forcing method is used to remove inter-symbol interference. Finally, the performance of this model is simulated in the underwater channel.

개질 Graphitic carbon nitride에 의한 항생제 제거 특성

유준현,천승용,정혜인,김도균,고석오 대한환경공학회 2019 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.12

다중경로 음파전달이 HLA의 근거리 방위탐지에 미치는 영향

박정수,천승용,이성은,심태보,Park, Joung-Soo,Chun, Seung-Yong,Lee, Sung-Eun,Shim, Tae-Bo 한국음향학회 1997 韓國音響學會誌 Vol.16 No.6

다중경로의 영향을 분석하기 위하여 다중경로가 방위로 나타나는 과정을 설명하고, 동해와 남해의 대표적인 수직 음속구조를 이용하여 계산한 다중경로로부터 방위를 추정하였다. 또한 HLA의 빔형성 시뮬레이션을 실시하여 빔출력에 나타나는 잘못된 방위를 관찰하고 분석하였다. 수온 구조가 강한 음(-)의 기울기를 갖는 동해의 경우에 근거리에서 탐지된 방위가 실제 수평방위와 다르게 나타나고, 음원의 수가 잘못 탐지되는 구간이 발생할 가능성도 있는 것으로 보인다. To analyze the multipath propagation effects on the source bearing detection of HLA(Horizontal Line Array), the conversion mechanism of the multipath into the bearing is described, and the bearing is estimated from the multipath modeled with typical sound velocity structures of the East and the South Sea of Korea. The erroneous bearing is observed from the beamforming outputs simulated with the modeled multipath, and the erroneous phenomena are analyzed. In case of the East Sea, since the multipath propagation with a high receiving angle occurs due to strong inverse slope of the sound velocity structure, it is possible that the estimated source bearing is different from the real source bearing, and that the number of the source is misrecognized.

3개 센서의 광대역 신호 스펙트로그램에 나타나는 간섭패턴을 이용한 수중 표적의 위치 추정

김세영,천승용,김기만,Kim, Se-Young,Chun, Seung-Yong,Kim, Ki-Man 한국음향학회 2007 韓國音響學會誌 Vol.26 No.4

본 논문에서는 음향 스펙트로그램을 이용하여 수중 이동표적의 위치를 추정하기 위한 방법을 연구하였다. 주파수와 시간의 2차원 평면으로 표현되는 스펙트로그램은 수중 운동체의 이동 정보를 제공한다. 음원과 수신 센서간의 거리가 충분히 멀 경우 스펙트로그램의 넓은 주파수에 걸쳐 발생하는 줄무늬들은 해수면 및 해저면에 의해 반사된 모드간의 간섭을 의미하고, 이때 최대 음압이 발생하는 줄무늬의 기울기는 음향 도파관 불변인자 ${\beta}$와 표적과 센서간의 거리에 의해 영향을 받는다. 2개 이상의 센서를 사용하여 이동하는 선박의 광대역 방사 소음을 측정한 경우 스펙트로그램에 나타나는 최대 음압이 발생하는 줄무늬의 기울기와 줄무늬가 주파수축에서 천이된 비율이 표적과 센서간의 거리에 따라 각각 다르게 나타난다. 두개의 센서를 두 정점으로 가정하여 표적에 이르는 거리의 비가 일정한 값을 가지면서 운동하는 점의 자취인 아폴로니오스의 원을 형성하고, 3개의 센서를 사용할 경우 두 개의 원이 서로 교점을 형성하는데, 이 교점의 좌표를 표적의 위치라 추정한다. 제안된 위치 추정 기법의 성능을 평가하기 위해 음파전달 프로그램을 이용한 시뮬레이션을 수행하였다. In this paper, we propose a moving target localization algorithm using acoustic spectrograms. A time-versus-frequency spectrogram provide a information of trajectory of the moving target in underwater. For a source at sufficiently long range from a receiver, broadband striation patterns seen in spectrogram represents the mutual interference between modes which reflected by surface and bottom. The slope of the maximum intensity striation is influenced by waveguide invariant parameter ${\beta}$ and distance between target and sensor. When more than two sensors are applied to measure the moving ship-radited noise, the slope and frequency of the maximum intensity striation are depend on distance between target and receiver. We assumed two sensors to fixed point then form a circle of apollonios which set of all points whose distances from two fixed points are in a constant ratio. In case of three sensors are applied, two circle form an intersection point so coordinates of this point can be estimated as a position of target. To evaluates a performance of the proposed localization algorithm, simulation is performed using acoustic propagation program.

적응 카디오이드 빔 형성을 이용한 좌/우 방위 분리 기법

손윤준,천승용,김기만 한국음향학회 2003 韓國音響學會誌 Vol.22 No.6

예인형 선 배열 소나는 구조적인 특성상 배열 축을 중심으로 대칭적인 빔을 형성하기 때문에 탐지된 표적에 대하여 좌/우 방위 구분에 있어 모호성을 드러낸다. 이러한 예인형 선 배열의 좌/우 구분이 모호한 문제점을 해결하기 위하여 고정형 카디오이드 빔을 적용한 방법이 사용되었다. 하지만 고정형 카디오이드 빔을 사용할 경우 약 11°이내의 영역에서 카디오이드 빔의 후면 이득에 대한 영향을 줄일 수가 없기 때문에 좌/우 분리 성능이 저하된다. 이 문제를 해결하기 위해서 본 논문에서는 적응형 카디오이드 빔을 사용하여 후면 빔의 이득을 줄임으로써 예인형 선 배열의 성능을 향상시켰다. Single towed line array receiver contains an ambiguity on conjugate bearings because of lacking aperture in transverse direction. To solve the left/right bearing ambiguity of line array receiver this paper proposed using single line array with fixed cardioid beam. Fixed cardioid beam has problem about back beam gain exists for steering beam inherent. Back beam is makes form on direction that is different from actually source so that reduced the performance of left/right bearing discrimination. In this paper, line way with adaptive cardioid beam for resolve problem of back beam gain is proposed. So the proposed method has more improved left/right bearing discrimination than fixed cardioid beam, Simulation results show the performance of the proposed method.

천해에서 간섭패턴 정합을 이용한 근거리 음원의 3차원 위치추정 기법연구

김세영,천승용,손윤준,김기만,Kim, Se-Young,Chun, Seung-Yong,Son, Yoon-Jun,Kim, Ki-Man 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.4

본 논문에서는 천해환경에서 근거리 광대역 음원의 3차원 위치추정 알고리즘을 제안한다. 음향 도파관 불변 이론에 따라 센서 스펙트로그램에 나타나는 간섭패턴의 기울기는 음원의 거리에 비례한다. 두 개의 센서 스펙트로그램에 나타나는 간섭패턴의 정합을 통해 음원과 두 센서간의 상대적인 거리비를 추정 하였다. 이를 아폴로니오스의 원에 적용하여 두 센서로부터 일정한 거리비를 가지는 음원의 궤적을 나타낸다. 3개의 센서를 이용하면 두 개의 아폴로니오스 원이 음원의 수평거리와 방위를 나타내는 교점을 형성하며 이는 음원의 수심에 대하여 일정하다. 따라서 음원의 깊이는 두 센서로부터 거리차가 일정한 3차원 쌍곡면의 방정식을 적용하여 최종 추정하였다. 제안된 알고리즘의 성능평가를 위하여 음파 전달 모델을 이용한 모의실험을 통해 위치추정 오차를 분석하였다. 모의실험 결과 음원의 거리에 대한 추정오차는 50 m이내, 깊이에 대한 추정오차는 15 m 이내인 것으로 나타났다. In this paper, we propose a 3-D geometric localization method for near-field broadband source in shallow water environments. According to the waveguide invariant theory, slope of the interference pattern which is seen in a sensor spectrogram directly proportional to a range of the source. The relative ratio of the range between source and sensors was estimated by matching of two interference patterns in spectrogram. Then this ratio is applied to the Apollonius's circle which shows the locus of a source whose range ratio from two sensors is constant. Two Apollonius's circles from three sensors make the intersection point that means the horizontal range and the azimuth angle of the source. And this intersection point is constant with source depth. Therefore the source depth can be estimated using 3-D hyperboloid equation whose range difference from two sensors is constant. To evaluate a performance of the proposed localization algorithm, simulation is performed using acoustic propagation program and analysis of localization error is demonstrated. From simulation results, error estimate for range and depth is described within 50 m and 15 m respectively.