OOO급 잠수함 함교 통신 시스템 오작동 개선 연구

손윤준(Yoon-Jun Son),김규민(Kyumin Kim) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.8

본 논문에서는 ○○○급 잠수함에서 사용하는 함교 통신 시스템에서 발생한 오작동을 분석하고 개선하였다. ○○○급 잠수함의 함교 통신 시스템은 작전 중 사용되는 주요 통신 시스템 중 하나로, 함 지휘 통제를 위해 함내 통신 시스템과 교신 설정을 최대한 신속히 수행하여야 한다. 그러나 자체 시험이나 해상시운전을 비롯한 품질보증 활동 중 함교통신 시스템이 오작동하는 경우가 지속적으로 발생하였다. 특히, 잠항 항해 및 부상 직후에 함교 통신 시스템이 빈번하게 오작동하여 임무를 수행하는데 지장을 초래하는 경우가 많았다. 따라서 본 논문에서는 함교 통신 시스템의 물리적 구조를 분석하고, 이러한 오작동을 일으킬 수 있는 원인들을 분석하여 가장 가능성이 높은 원인을 추정하였다. 그리고 이를 바탕으로 midas NFX을 이용한 시뮬레이션을 통해 장비의 구조적 개선 방안을 도출하였다. 또한, 도출한 개선 방안을 설계 변경을 통해 장비에 적용하여 시제품을 제작하였으며, 시제품에 대해 실상황과 유사한 환경 시험을 수행하여 개선된 장비 성능을 평가함으로써 함교 통신 시스템의 신뢰성을 확보하였다. This paper describes the improvement of a bridge communication system malfunctions in the ○○○ class submarine. A bridge communication system in the ○○○ class submarine is one of the main systems used during operations and has been set up with an Integrated Communication System (ICS) for command and control onboard as quickly as possible. On the other hand, there are frequent malfunctions of a bridge communication system during quality assurance activities, such as self-tests and sea trial tests. In particular, malfunctions occurred after it operated under the sea and floated to the surface. Therefore, this paper proposes a solution to improve persistent malfunctions by analyzing their causes and estimating the most probable cause. Through a simulation with Midas NFX, a method for improving the structure of the equipment was derived. The reliability of a bridge communication system was secured through environmental tests similar to real environments by making a prototype.

다중경로 신호의 도달 주파수와 시간 차를 이용한 수중음원 거리 추정 연구

손윤준(Yoon-Jun Son),손기중(Gi-Joong Son) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.2

수중에서는 공기 중에서의 신호 전달과는 달리 음파에 의해 신호가 전달된다. 또한 음파는 해수면, 해저면, 수온, 염분 등 다양하고, 복잡한 수중 환경 특성으로 인해 직접 혹은 반사 등의 간접 경로로 전달된다. 이런 복잡한 수중 환경에서 잠수함의 생존성과 적 함정으로부터 피탐 위험성의 정도를 파악하기 위해 반드시 수행하는 시험이 수중방사 소음측정 시험이다. 수중방사 소음 측정을 위한 여러 조건들 중 가장 중요한 것이 측정 센서와 잠수함과의 거리이다. 보통 수중방사 소음의 음원 준위 측정은 측정 센서와 잠수함과의 최근접 점(CPA : Closet Point of Approach) ±수 미터내에서 이루어져야 측정한 음원 준위 값을 유효한 것으로 간주한다. 이에 본 연구에서는 다중 경로 신호들의 도플러 천이 주파수 및 다른 도달 시간 차 신호를 추정하는 방법으로 수중음원에 대한 거리 추정 방법을 제시하였다. 제안한 방법의 타당성을 고찰하기 위해 수중 채널 전달 모델 기반의 모의실험을 수행하였다. Underwater, signals are transmitted by sound waves. Sound waves are transmitted through a multipath, either directly or through reflection, due to the variety of underwater environmental characteristics. In such diverse and complex underwater environments, tests must be conducted to determine the extent of the hazard from the survivability and pitfalls of submarines by measuring the underwater radiated noise. Usually, the sound source level measurement of underwater radiated noise should be made within the closest point (CPA: Closest Point of Approach) ± a few meters between the measurement sensor and the submarine. In this study, FDOA and TDOA methods were proposed to estimate the underwater source range. A simulation based on the underwater channel model confirmed the performance of the proposed method.

다중 경로 신호의 도달 주파수 차를 이용한 수중 이동 음원의 거리 추정

박웅진,김기만,손윤준,Park, Woong-Jin,Kim, Ki-Man,Son, Yoon-Jun 한국음향학회 2019 韓國音響學會誌 Vol.38 No.2

수중 이동 음원의 방사 소음을 측정하는 경우 음원과 수신기 사이의 거리 정보가 중요한 평가 요소이며, 수신기 위치, 음원의 수심 및 속도 등과 같이 측정 규격이 정해져 있다. 이동하는 수중 음원의 거리를 찾는 방법으로써 상호 상관도를 사용하는 방법이 있지만 이 방법은 송신기와 수신기 사이의 시간 동기화 과정을 필요로 한다. 본 논문에서는 이론적으로 계산된 다중 경로 신호 사이의 도달 주파수 차와 수신 신호에서 추정된 다중 경로 신호의 도달 주파수 차를 비교하여 거리를 추정하는 방법을 제안한다. 기존의 방법과는 다르게 제안한 방법은 시간 동기화 과정이 필요하지 않다. 성능 검증을 위해 모의실험을 수행하였으며, 거리 오차가 기존의 방법에 비해 약 95 % 감소하였다. When measuring the radiating noise of an underwater moving source, the range information between the acoustic source and the receiver is an important evaluation factor, and the measurement standards such as a receiver position, a moving source depth and a speed are set. Although there is a method of using the cross correlation as a method of finding the range of the underwater moving source, this method requires a time synchronization process. In this paper, we proposed the method to estimate the range by comparing the Doppler frequency difference of the theoretically calculated multipath signal with the Doppler frequency difference of the multipath signal estimated from the received signal. The proposed method does not require a separate time synchronization process. Simulations were performed to verify the performance, and the ranging error of the proposed method reduced by about 95 % than that of the conventional method.

직접 수열 대역확산 방식을 이용한 수중음향통신 연구

한정우,김기만,손윤준,Han, Jeong-Woo,Kim, Ki-Man,Son, Yoon-Jun 한국항해항만학회 2011 한국항해항만학회지 Vol. No.

이 논문에서는 수중음향통신의 성능 저해 요소 가운데 하나인 다중경로로 인한 인접 심벌간의 간섭(Inter-Symbol Interference)을 극복하기 위하여 직접 수열 대역확산(Direct Sequence Spread Spectrum) 기법의 적용성에 관해 연구하였다. 직접 수열 대역확산 방식은 육상이동통신 분야에서는 이미 널리 적용되고 있으나 수중음향통신에서는 상대적으로 적은 관심을 받았다. 이에 그 적용성을 검증하기 위해 실제 수중 채널에서 수집한 채널 응답 함수를 이용하여 모의실험을 수행한 결과 일반적인 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 기법의 경우 BER(Bit Error Rate)이 $6.73{\times}10^{-3}$이였으며, 직접 수열 대역확산기법이 적용된 경우 BER이 $1.14{\times}10^{-1}$으로 일반적인 QPSK에 비해 향상된 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 근거리 해상 실험을 수행한 결과 일반적인 QPSK 기법의 경우 전송률 1 kbps에서 BER이 $3.19{\times}10^{-1}$이였으며, 직접 수열 대역확산 기법이 적용된 경우 BER이 $5.17{\times}10^{-4}$이었다. In this paper, we study the application of DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) in underwater acoustic communication for robust the ISI(Inter-Symbol Interference. We confirm the application of DSSS in underwater acoustic communication in underwater by the simulation with underwater channel impulse response and experiment. As a simulation result, the BER of QPSK technique is $1.14{\times}10^{-1}$ and the BER of DSSS technique is $6.73{\times}10^{-3}$. And we performed the experiment of DSSS technique in underwater. As a experiment result, the BER of QPSK technique is $3.19{\times}10^{-1}$ and the BER of DSSS technique is $5.17{\times}10^{-4}$.

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.

수중에서 OFDM 변조를 이용한 음향 통신의 성능분석

한정우(Jeong-Woo Han),손윤준(Yoon-Jun Son),김기만(Ki-Man Kim) 한국항해항만학회 2010 한국항해항만학회지 Vol.34 No.10

수중 통신 시스템의 성능은 수중채널의 특성에 영향을 받으며, 잔향 및 다중경로(Multi-path)로 인한 지연확산은 데이터 전송 시 인접 심벌간의 간섭(Inter Symbol Interference : ISI)의 원인이 되며, 이는 통신 성능 저하의 주 원인이 된다. 본 논문에서는 잔향 및 다중경로로 인한 인접 심벌간의 간섭을 극복하기위해 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조기법을 이용한 수중에서의 음향통신 실험을 통해 그 성능을 분석하였다. 그 결과 전송속도가 2 kbps인 경우 BER(Bit Error Rate)이 1.22×10-­­­­­­­¹이였으며, 전송속도가 4 kbps인 경우 BER은 2.47×10-²이었다. The performance of underwater communication system is influenced on channel characteristic. Delay spread cause by reverberation and multi-path happen the ISI (Inter Symbol Interference) and reduces the communication performance. In this paper, we analyze the performance of acoustic communication experiment in underwater to use the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) technique for overcome the reverberation and multi-path. As a result, we acquired the BER of modulation techniques. The BER of 2kbps data rate is 1.22×10-­­­­­­­¹and BER of 4 kbps data rate is 2.47×10-².

수치해석을 이용한 함정용 장비 받침대의 기계적 임피던스 및 전달 진동 분석

한형석(Han, Hyung-Suk),손윤준(Son, Yoon-Jun) 한국소음진동공학회 2009 한국소음진동공학회 논문집 Vol.19 No.5

Reduction of the structure-borne noise of the naval vessel is very important in order to reduce the underwater radiated noise of it. One of the important factors to reduce the structure-borne noise of the installed machine in a ship is the design of the foundation having sufficiently high mechanical impedance. In this paper, the mechanical impedance of the foundation for the fan-coil unit in a naval vessel is evaluated numerically according to variation of the thickness of the foundation. And also, the forced vibration analysis is conducted considering the dynamic property of the anti-vibration mount. Through the analysis results, it can be known that the dynamic property of the anti-vibration mount should be considered when the minimum level of the mechanical impedance of the foundation is set.

방진 마운트의 동적 강성을 고려한 선체 바닥 및 받침대의 강성과 임피던스 규제에 대한 고찰

한형석(Han, Hyung-Suk),손윤준(Son, Yoon-Jun) 한국소음진동공학회 2009 한국소음진동공학회 논문집 Vol.19 No.3

The mechanical impedance and stiffness of the foundation of shipboard equipments and hulls supported by anti-vibration mount are very important so that the anti-vibration mount can accomplish its performance effectively. But, it is frequently argued how much stiffness and mechanical impedance are necessary for those foundations and hulls. In this research, it is discussed by evaluating the dynamic stiffness of the commercial anti-vibration mounts used in a naval vessel. Consequently, in this research, the minimum level of the mechanical impedance and stiffness of the foundation of shipboard equipments and hulls are suggested considering the dynamic stiffness of the mount which varies as frequency.

당뇨병 산모에서 발생된 복합 중추신경계 기형 태아

윤규욱 ( Kue Wook Yoon ),김영규 ( Young Kue Kim ),손원경 ( Won Kyeung Son ),윤준 ( Jun Yoon ),고준성 ( Jun Seong Ko ),전대준 ( Dae Joon Jeon ) 대한주산의학회 2001 Perinatology Vol.12 No.4

고장 사례 분석을 통한 수중함 부이형 안테나 작동성능 향상 방안

장호성(Ho-Seong Chang),손윤준(Yoon-Jun Son),조성혁(Sung-Hyuk Jo),김익성(Ik-Seong Kim),전영식(Young-Sik Jeon) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.7

본 논문은 수중함 부이형 안테나 작동성능 향상 방안에 대한 내용을 서술하고 있다. 부이형 안테나는 함외 및 함내 장비로 구성되어 있으며 수중함이 수면 근처로 부상하지 않고 잠항 상태에서 윈치 조립체 및 전개장치 조립체 등을 이용하여 VLF 및 HF 대역 통신을 할 수 있도록 운용되는 장비이다. 해상에서 부이형 안테나 성능 확인 과정 중 안테나 케이블 조립체 전개 시 간헐적 고착으로 인한 전개 중단 현상 및 안테나 케이블 조립체 이탈 현상이 식별되었다. 고장 분석 결과, 윈치 조립체 구성품인 스풀링 기어 조립체 내부 구성품 및 선로증폭기의 물리적 손상이 확인되었다. 이는 부이형 안테나 시스템 전개 경로에 따른 마찰력, 내부 구성품 간 부정 교합 발생 가능성, 팔로워에 작용하는 과도한 하중, 선로증폭기 내구성 미흡이 원인으로 확인되었다. 문제 개선을 위해 함교 내 부이형 안테나 가이드 전개 경로 최적화, 팔로워 재질 변경, 스크롤 샤프트 및 팔로워의 가공 개선, 페어리드 재질 및 형상 개선, 선로증폭기 형상 변경 등의 방안을 제안하였다. 제안된 방안에 대한 성능 확인을 위해 공인기관 시험을 통한 전자기 적합성 및 물리적 강도 검증을 수행하였으며, 최종적으로 정박상태 기능 시험 및 해상 시험평가를 통하여 부이형 안테나 작동성능에 대한 신뢰성을 확보하였다. This paper describes the improvement in the operational performance of a buoyant wire antenna (BWA) in submarines. BWA is composed of outside and inside the equipment and is operated so that the submarine does not need to float near the surface to communicate in the VLF and HF bands. During the process of verifying the performance of the BWA on sea trials, the phenomenon of an interruption of deployment due to intermittent sticking and detachment of the antenna cable assembly was identified when the antenna cable assembly was deployed. Physical damages to the internal components of the spooling gear assembly, which is a component of the winch assembly and the in-line amplifier, were identified. This was confirmed as the cause of the frictional force according to the deployment path of the BWA, possibility of malocclusion between internal components, excessive load acting on the follower, and insufficient durability of the in-line amplifier. Measures, such as optimization of the deployment path of the BWA guide in the bridge, improvement of the scroll shaft processing, improvement of the fairlead material and form, change in the follower material, and the form of the In-line amplifier, were proposed to improve the problem. The electromagnetic compatibility and physical strength were tested through an accredited laboratory to verify the performance of the proposed schemes. Finally, the reliability of the BWA operation performance was secured through the anchorage function test and sea trials.