수평 선배열 소나의 원추각 특성 기반 다중경로 트랙 연관 기법

오래근 한국군사과학기술학회 2024 한국군사과학기술학회지 Vol.27 No.2

This paper conducts a study on methods for associating multipath tracks received by a horizontal line arraysonar. The horizontal line array sonar introduces conical bearing ambiguities due to its array-shaped characteristics. Target signals are often subject to multipath propagation in the ocean, resulting in errors in target bearingestimation due to these bearing ambiguities. Recent research efforts have been directed toward using multipathtracks to estimate the positions of targets. However, there has been a lack of research dedicated to identifyingmultipath tracks from the measurements of a horizontal line array sonar. Therefore, this study identifies the conicalbearing characteristics of multipath signals based on the result of experiment and establishes criteria for associatingmultipath tracks. Additionally, Simulations are performed to determine the ability to associate multipath tracks.

음원과 수신기 사이에 교차 산란단면적을 이용한 양상태 잔향음 모의

오래근,김선효,손수욱,최지웅,박정수,신창홍,안명환,이범직,Oh, Raegeun,Kim, Sunhyo,Son, Su-Uk,Choi, Jee Woong,Park, Joung-Soo,Shin, Changhong,Ahn, Myonghwan,Lee, Bum Jik 한국음향학회 2017 韓國音響學會誌 Vol.36 No.1

소나 운용에서 잔향음은 수중 표적 탐지의 제한요소이기 때문에 정확한 예측이 중요하다. 최근에는 단상태소나 연구에서 공간적으로 송수신기의 위치가 다른 양상태 소나에 대한 연구로 확장되고 있는 추세이다. 양상태 잔향음을 모의하기 위해서는 양상태 음파전달, 양상태 산란강도 및 산란단면적 등에서 단상태와 다른 복잡한 계산이 요구된다. 전 세계적으로 양상태 잔향음에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있지만 잔향음을 예측하는데 중요한 요소인 양상태 산란단면적을 정확하게 계산하는 방법에 대한 연구는 미비하다. 본 논문에서는 거리 독립 환경의 양상태 잔향음모의에서 두 원의 교차되는 면적을 응용하는 새로운 산란단면적 계산 방법을 제안한다. 최종적으로 본 논문의 양상태 산란단면적 계산 방법으로 모의된 잔향음 준위는 기존에 제안되었던 방법들의 예측값과 비교되며 2013년 5월에 수행된 해상 실험의 측정값과 비교를 수행하였다. It is important to predict accurately reverberation level, which is a limiting factor in underwater target detection. Recently, the studies have been expanded from monostatic sonar to bistatic sonar in which source and receivers are separated. To simulate the bistatic reverberation level, the computation processes for propagation, scattering strength, and scattering cross section are different from those in monostatic case and more complex computation processes are required. Although there have been many researches for bistatic reverberation, few studies have assessed the bistatic scattering cross section which is a key factor in simulate reverberation level. In this paper, a new method to estimate the bistatic scattering cross section is suggested, which uses the area of intersection between two circles. Finally, the reverberation levels simulated with the scattering cross section estimated using the method suggested in this paper are compared with those estimated using the methods previously suggested and those measured from an acoustic measurements conducted in May 2013.

해저면 반사신호의 선 배열 소나 방위 오차 해석

오래근,구본성,김선효,송택렬,최지웅,손수욱,김원기,배호석,Oh, Raegeun,Gu, Bon-Sung,Kim, Sunhyo,Song, Taek-Lyul,Choi, Jee Woong,Son, Su-Uk,Kim, Won-Ki,Bae, Ho Seuk 한국음향학회 2018 韓國音響學會誌 Vol.37 No.6

선 배열 소나는 배열 이득으로 인해 단일 소나에 비해 상대적으로 음압이 낮은 표적 신호일 경우에도 방위 추정이 가능한 장점이 있다. 하지만 선 배열 소나에서는 표적의 방향을 나타내는 표적 방위각과 음파의 다중경로에서 발생되는 수직각의 영향으로 방위 오차가 발생하며 이로 인해 수신 신호로부터 표적 방위를 추정하는데 어려움이 존재한다. 수중의 음파 전달 환경에 의해 발생하는 다중경로는 각 경로별로 상이한 수직각을 가지므로 이러한 특성이 선배열 소나의 방위 추정에 미치는 영향에 대해 고려할 필요가 있다. 본 논문에서는 선 배열 소나에서 다중경로의 영향으로 인해 발생하게 되는 방위 오차를 확인하며 해저면 반사 경로에서 수직각에 의한 오차를 모의하여 환경에 따른 방위 오차의 차이를 분석한다. 또한 추정된 방위각에서 거리에 따라 방위 오차를 고려한 예상 표적 방위선을 도출한다. The Line array sonar consisting of several hydrophones increases array gain and improves the performance for detecting the direction of the target compared to single hydrophone. However, line array sonar produces the bearing error that makes it difficult to determine the bearing of incoming source signal due to the relation between bearing angle of target and vertical angle of multipath signals. Vertical angles of multipath are varied with the geometry of receiver and target and various underwater environments, therefore it is necessary to consider the bearing error to estimate accurately the bearing of the target. In this study, acoustic modelling was performed to understand the effect of multipath signals on the target signal. The errors of bearing angle estimated from the bottom bounced signals are calculated with several environment. In addition, the expected bearing line, as a function of source-receiver range, compensated for the bearing error is predicted from the estimated bearing angle.

인공기포 존재 환경에서의 양상태 잔향음 예측을 위한 해상 실험 분석 및 모델링 연구

양원준,오래근,배호석,손수욱,김다솔,최지웅 한국음향학회 2022 韓國音響學會誌 Vol.41 No.4

Bubbles generated by various causes in the ocean are known to persist for long periods of time. Although the volume occupied by bubbles in the ocean is small, the presence of bubbles in ocean due to resonance and attenuation greatly affects the acoustic properties. Accordingly, bistatic reverberation experiment was performed in the ocean where artificial bubbles exist. A number of transducers and receivers were installed on 6 buoys arranged in a hexagonal shape, and blowing agents were dropped in the center of the buoy to generate bubbles. For reverberation modeling that reflects acoustic characteristics changed by bubbles, the spatial distribution of bubbles was estimated using video data and received signals. A measurement-based bubble spectral shape was used, and it was assumed that the bubble density within the spatial distribution of the estimated bubble was the same. As a result, it was confirmed that the bubble reverberation was simulated in a time similar to the measured data regardless of the bubble density, and the bubble reverberation level similar to the measured data was simulated at a void fraction of about 10-7 ~ 10-6.8. 해양에서 다양한 원인에 의해 발생된 기포들은 해수 중 오랜 시간 잔존하는 것으로 알려져 있다. 이러한 기포들이 해양환경에서 차지하고 있는 부피는 매우 작지만 공진, 감쇠 등으로 인해 해수 중 기포의 존재는 음향 특성에 큰 영향을 미친다. 이에 따라 본 논문에서는 인공기포가 존재하는 해양 환경에서의 양상태 잔향음 실험을 수행하였다. 다수의송수신기들이 육각형 형태로 배치된 6개의 부이에 설치되었으며, 부이 중앙에 발포제를 투하하여 인공기포를 발생시켰다. 발생된 기포에 의해 변화하는 음향 특성을 반영한 잔향음 모델링을 위해 영상자료와 수신신호를 이용하여 기포의 공간적인 분포를 추정하였다. 측정치 기반의 기포 분포 형태를 이용하였으며, 추정한 기포의 공간적 분포 내에서의기포 밀도는 동일하다고 가정하여 기포 밀도의 변화에 따른 모의 결과를 측정치와 비교, 분석하였다. 그 결과 기포에의한 잔향음 모의결과가 실측값과 유사한 시간대에 모의되었으며, 약 10-7 ~ 10-6.8의 기포율에서 실측값과 유사한 기포잔향음 준위가 모의됨을 확인하였다.

동해 천해환경에서 측정된 중주파수 전달손실 측정: Rayleigh 및 HFBL 모델과의 비교

이대혁,오래근,최지웅,김성일,권혁종,Lee, Dae Hyeok,Oh, Raegeun,Choi, Jee Woong,Kim, Seongil,Kwon, Hyuckjong 한국음향학회 2021 韓國音響學會誌 Vol.40 No.4

When sound waves propagate over long distances in shallow water, measured transmission loss is greater than predicted one using underwater acoustic model with the Rayleigh reflection model due to inhomogeneity of the bottom. Accordingly, the US Navy predicts sound wave propagation by applying the empirical formula-based High Frequency Bottom Loss (HFBL) model. In this study, the measurement and analysis of transmission loss was conducted using mid-frequency (2.3 kHz, 3 kHz) in the shallow water of the East Sea in summer. BELLHOP eigenray tracing output shows that only sound waves with lower grazing angle than the critical angle propagate long distances for several kilometers or more, and the difference between the predicted transmission loss based on the Rayleigh reflection model and the measured transmission loss tend to increase along the propagation range. By comparing the Rayleigh reflection model and the HFBL model at the high grazing angle region, the bottom province, the input value of the HFBL model, is estimated and BELLHOP transmission loss with HFBL model is compared to measured transmission loss. As a result, it agrees well with the measurements of transmission loss.

수중 음파 굴절효과를 고려한 전방주시소나 기뢰 위치 추정기법 연구

설호석,오래근,양원준,윤영글,최지웅,한상규,권범수,Sul, Hoseok,Oh, Raegeun,Yang, Wonjun,Yoon, Young Geul,Choi, Jee Woong,Han, Sangkyu,Kwon, Bumsoo 한국군사과학기술학회 2022 한국군사과학기술학회지 Vol.25 No.3

Mine detection has been mainly studied with images of the forward-looking sonar. Forward-looking sonar assumes the propagation path of the sound wave as a straight path, creating the surrounding images. This might lead to errors in the detection by ignoring the refraction of the sound wave. In this study, we propose a mine localization method that can robustly identify the location of mines in an underwater environment by considering the refraction of sound waves. We propose a method of estimating the elevation angle of arrival of the target echo signal in a single receiver, and estimate the mine location by applying the estimated elevation angle of arrival to ray tracing. As a result of simulation, the method proposed in this paper was more effective in estimating the mine localization than the existing method that assumed the propagation path as a straight line.

확장형 탐색구역에서 Multi-Static 운용 기반 대잠헬기의 탐색에관한 연구

김창현,오래근,김선효,최지웅,마정목 한국군사과학기술학회 2018 한국군사과학기술학회지 Vol.21 No.6

The anti-submarine helicopter is the most effective weapon system in anti-submarine warfare. Recently changes in the introduction of the anti-submarine warfare sonar system are expected to operate multi-static sonar equipment of the anti-submarine helicopter. Therefore, it is required to study the operational concept of multi-static of anti-submarine helicopter. This paper studies on the optimal search of multi-static based on anti-submarine helicopter considering Furthest On Circles(FOC). First, the deployment of the sensors of the anti-submarine helicopter is optimized using genetic algorithms. Then, the optimized model is extended to consider FOC. Finally, the proposed model is verified by comparing pattern-deployment the search method in Korean Navy.

사이드 스캔 소나 영상에서 수중물체 자동 탐지를 위한 컨볼루션 신경망 기법 적용

김정문,최지웅,권혁종,오래근,손수욱,Kim, Jungmoon,Choi, Jee Woong,Kwon, Hyuckjong,Oh, Raegeun,Son, Su-Uk 한국음향학회 2018 韓國音響學會誌 Vol.37 No.2

본 논문은 사이드 스캔 소나 영상을 컨볼루션 신경망으로 학습하여 수중물체를 탐색하는 방법을 다루었다. 사이드 스캔 소나 영상을 사람이 직접 분석하던 방법에서 컨볼루션 신경망 알고리즘이 보강되면 분석의 효율성을 높일 수 있다. 연구에 사용한 사이드 스캔 소나의 영상 데이터는 미 해군 수상전센터에서 공개한 자료이고 4종류의 합성수중물체로 구성되었다. 컨볼루션 신경망 알고리즘은 관심영역 기반으로 학습하는 Faster R-CNN(Region based Convolutional Neural Networks)을 기본으로 하며 신경망의 세부사항을 보유한 데이터에 적합하도록 구성하였다. 연구의 결과를 정밀도-재현율 곡선으로 비교하였고 소나 영상 데이터에 지정한 관심영역의 변경이 탐지성능에 미치는 영향을 검토함으로써 컨볼루션 신경망의 수중물체 탐지 적용성에 대해 살펴보았다. In this paper, we have studied how to search an underwater object by learning the image generated by the side scan sonar in the convolution neural network. In the method of human side analysis of the side scan image or the image, the convolution neural network algorithm can enhance the efficiency of the analysis. The image data of the side scan sonar used in the experiment is the public data of NSWC (Naval Surface Warfare Center) and consists of four kinds of synthetic underwater objects. The convolutional neural network algorithm is based on Faster R-CNN (Region based Convolutional Neural Networks) learning based on region of interest and the details of the neural network are self-organized to fit the data we have. The results of the study were compared with a precision-recall curve, and we investigated the applicability of underwater object detection in convolution neural networks by examining the effect of change of region of interest assigned to sonar image data on detection performance.