탐지효과도 및 누적탐지확률

조정홍,김재수,임준석,박지성,Cho, Jung-Hong,Kim, Jea Soo,Lim, Jun-Seok,Park, Ji-Sung 한국군사과학기술학회 2012 한국군사과학기술학회지 Vol.15 No.5

Since the optimized use of sonar systems available for detection is a very practical problem for a given ocean environment, the measure of mission achievability is needed for operating the sonar system efficiently. In this paper, a theory on Measure Of Effectiveness(MOE) for specific mission such as detection is described as the measure of mission achievability, and a recursive Cumulative Detection Probability(CDP) algorithm is found to be most efficient from comparing three CDP algorithms for discrete glimpses search to reduce computation time and memory for complicated scenarios. The three CDPs which are MOE for sonar-maneuver pattern are calculated as time evolves for comparison, based on three different formula depending on the assumptions as follows; dependent or independent glimpses, unimodal or non-unimodal distribution of Probability of Detection(PD) as a function of observation time interval for detection. The proposed CDP algorithm which is made from unimodal formula is verified and applied to OASPP(Optimal Acoustic Search Path Planning) with complicated scenarios.

소나시스템에서의 추적효과도 분석

조정홍,김형록,김성일,김재수,Cho, Jung-Hong,Kim, Hyoung Rok,Kim, Seongil,Kim, Jea Soo 한국군사과학기술학회 2013 한국군사과학기술학회지 Vol.16 No.1

Since the optimized use of sonar systems for target tracking is a practical problem for naval operations, the measure of mission achievability is needed for preparing efficient sonar-maneuver tactic. In order to quantify the mission achievability or Measure Of Effectiveness(MOE) for given sonar-maneuver tactics, we developed and tested a simulation algorithm. The proposed algorithm for tracking is based on Measure Of Performance(MOP) for localization and tracking system of sonar against target. Probability of Detection(PD) using steering beam patterns referenced to the aspect angle of sonar is presented to consider the tracking-performance of sonar. Also, the integrated software package, named as Optimal Acoustic Search Path Planning(OASPP) is used for generating sonar-maneuver patterns and vulnerability analysis for a given scenario. Through simulation of a simple case for which the intuitive solution is known, the proposed algorithm is verified.

수동소나시스템에서 탐지효과도 분석

조정홍,김재수,Cho, Jung-Hong,Kim, Jea-Soo 한국군사과학기술학회 2012 한국군사과학기술학회지 Vol.15 No.3

The optimal use of sonar systems for detection is a practical problem in a given ocean environment. In order to quantify the mission achievability in general, measure of effectiveness(MOE) is defined for specific missions. In this paper, using the specific MOE for detection, which is represented as cumulative detection probability(CDP), an integrated software package named as Optimal Acoustic Search Path Planning(OASPP) is developed. For a given ocean environment and sonar systems, the discrete observations for detection probability(PD) are used to calculate CDP incorporating sonar and environmental parameters. Also, counter-detection probability is considered for vulnerability analysis for a given scenario. Through modeling and simulation for a simple case for which an intuitive solution is known, the developed code is verified.

이산 경로 시스템에서 유전알고리듬을 이용한 최적음향탐색경로전략

조정홍(JUNG-HONG CHO),김정해(JUNG-HAE KIM),김재수(JEA-SOO KIM),임준석(JUN-SEOK LIM),김성일(SEONG-IL KIM),김영선(YOUNG-SUN KIM) 한국해양공학회 2006 韓國海洋工學會誌 Vol.20 No.1

The design of efficient search path to maximize the Cumulative Detection Probability(CDP) is mainly dependent on experience and intuition when searcher detect the target using SONAR in the ocean. Recently with the advance of modeling and simulation method, it has been possible to access the optimization problems more systematically. In this paper, a method for the optimal search path calculation is developed based on the combination of the genetic algorithm and the calculation algorithm for detection range. We consider the discrete system for search path, space, and time, and use the movement direction of the SONAR for the gene of the genetic algorithm. The developed algorithm, OASPP(Optimal Acoustic Search Path Planning), is shown to be effective, via a simulation, finding the optimal search path for the case when the intuitive solution exists. Also, OASPP is compared with other algorithms for the measure of efficiency to maximize CDP.

소형수조에서 음향재료의 반향음감소와 투과손실 측정시스템 구성

신미루,조정홍,이경택,김재수,전재진,함일배,강창기,Shin, Mi-Ru,Cho, Jung-Hong,Lee, Kyung-Teak,Kim, Jea-Soo,Jeon, Jae-Jin,Ham, Il-Bea,Kang, Chang-Gi 한국음향학회 2011 韓國音響學會誌 Vol.30 No.2

Since the detection probability is critically dependent on the target strength (TS) in active sonar and on the radiated noise level (RNL) in passive sonar, the acoustic materials for echo reduction (ER) and transmission loss (TL) are widely used for the stealth of underwater targets. In this paper, a measurement system based on the small water tank, for the frequency range of greater than 30 kHz, is developed and verified using reference targets. In order to design the water tank and the geometry of test samples, a program is developed to calculate the arrival time of interfering signals due to the reflection from water tank walls and also due to the diffraction from the edge of the test samples. Considering all the interfering signals, an optimal experimental configuration for water tank and test samples is designed and used throughout the experiment. Next, the signal processing algorithms to estimate ER and TL are developed based on the measured propagation loss reflecting the geometric spreading characteristics of the transducer. Finally, a set of reference targets such as aluminium plate and perfectly reflecting plate are used in a small water tank to verify the developed measurement system. 본 논문은 반향음과 투과음을 감소시키기 위한 평판형 음향재료의 성능평가 장치를 제작하고 측정시스템을 구성하며 표준표적을 이용한 검증을 통해 신뢰성을 확보하는 데 목적이 있다. 반향음감소와 투과손실 측정은 신호간섭이 없도록 대형수조에서 실시되는 것이 일반적이지만, 본 논문에서는 신호간섭을 고려해야 하는 소형수조에서 최저 30 kHz까지 측정이 가능한 측정시스템을 구성하였다. 이를 위해 신호모의를 통해 신호간섭이 없는 최적의 기하학적 배치를 도출하였으며, 획득한 신호를 시간영역과 주파수영역의 총 네 가지 방법으로 ER과 TL을 도출하는 신호처리 알고리즘을 확립하였다. 마지막으로 대형수조에서의 전파손실 실측실험을 통해 측정시스템을 보정하고 알루미늄 판과 스티로폼을 표준표적으로 사용한 측정결과를 Brekhovskikh Layer Model과 비교하여 측정시스템 검증을 수행하였다.

수동형 시역전에 기반한 수중음향통신 알고리즘 및 실험적 검증

엄민정,김재수,조정홍,김회용,성일,Eom, Min-Jeong,Kim, J.S.,Cho, Jung-Hong,Kim, Hoeyong,Sung, Il 한국음향학회 2014 韓國音響學會誌 Vol.33 No.6

The underwater acoustic communication is characterized by doubly spread channels, which are the delay spread due to multiple paths and the doppler spread due to environmental fluctuations or a moving platform. An equalizer is used to remove the inter-symbol interferences that the delay spread causes, but an equalizer doesn't use an acoustic environment such as a multipath. However, a passive time-reversal mirror is simpler than an equalizer because a matched filter is implemented numerically at the receiver structure along with one-way propagation. In this paper, a passive time-reversal mirror is applied to remove interferences due to a multipath in sea-going experimental data in East Sea in Oct. 2010 and improved communication performance is confirmed. The performance is verified by comparing the signal-to-interference plus noise ratio before/after passive time-reversal mirror. It is also performed independently of the passive time-reversal mirror and adaptive equalizer and the bit error rate is compared to verify the performance of underwater acoustic communication. 수중음향통신에서는 다중경로에 의한 지연확산 채널과 조류로 인한 자연적 유동 혹은 인위적인 플랫폼 이동 등으로 도플러 확산 채널이 발생한다. 이로 인하여 발생하는 인접 심볼 간 간섭을 제거하기 위하여 등화기가 사용되고 있으나 다중 경로 등의 음향 환경정보를 사용하고 있지 않다. 반면 수동형 시역전의 경우 한 방향 전파과정으로 산출한 채널응답특성의 수치적 정합필터를 통하여 자기 등화를 수행하게 되므로 등화기보다 비교적 단순한 알고리즘으로 간섭을 제거하는 특성을 갖는다. 본 논문에서는 2010년 동해에서 수행한 통신 실험의 실측 데이터에 수동형 시역전을 적용하여 다중경로로 인한 간섭을 제거하고, 통신성능이 향상됨을 보이고자 한다. 이를 검증하기 위하여 수동형 시역전의 적용 전/후의 신호 대 간섭 잡음비를 비교하고 분석한다. 또한 수동형 시역전과 적응형 등화기의 알고리즘을 각각 독립적으로 수행하여 비트오류율을 산출하고 이를 비교하여 수동형 시역전의 통신성능을 검증한다.

능동소나 탐지효과도 분석

박지성,김재수,조정홍,김형록,신기철,Park, Ji-Sung,Kim, Jea-Soo,Cho, Jung-Hong,Kim, Hyoung-Rok,Shin, Kee-Cheol 한국군사과학기술학회 2013 한국군사과학기술학회지 Vol.16 No.2

Since the obstacles and mines are of the risk factors for operating ships and submarines, the active sonar system is inevitably used to avoid the hazards in ocean environment. In this paper, modeling and simulation algorithm is used for active sonar systemto quantify the measure of mission achievability, which is known as Measure of Effectiveness(MOE), specifically for detection in this study. MOE for detection is directly formulated as a Cumulative Detection Probability(CDP) calculated from Probability of Detection(PD) in range and azimuth. The detection probability is calculated from Transmission Loss(TL) and the sonar parameters such asDirectivity Index (DI) calculated from the shape of transmitted and received array, steered beam patterns, and Reverberation Level (RL). The developed code is applied to demonstrating its applicability.

수중채널 시뮬레이터를 활용한 수중음향통신 시스템 성능 분석

오세현,김현수,김재수,조정홍,정재학,송희천,Oh, Se-Hyun,Kim, Hyeon-Su,Kim, J.S.,Cho, Jung-Hong,Chung, Jae-Hak,Song, H.C. 한국음향학회 2012 韓國音響學會誌 Vol.31 No.6

The performance of underwater acoustic communication system is sensitive to the Doppler shift and ISI(Inter-Symbol Interference). Therefore, the simulation algorithm needs to consider time-spread due to multipath arrivals which cause the ISI, and time-varying Doppler shift along with moving source and receiver. For this purpose, VirTEX(Virtual Time series EXperiment) based on Ray model has been developed. In this paper, VirTEX is used to compare the characteristics of ocean waveguide from the experimental data and illustrate the performance. The CIR(Channel Impulse Response) that characterizes the multipath arrivals with representative time-spread due to multipath arrivals is compared between numerically simulated and experimental probe signal. Also, the communication performance analysis for BER(Bit Error Rate) is compared between numerically simulated and experimental data signal. As a result, VirTEX can be useful as a simulation tool for evaluating the performance of underwater acoustic communication system. 수중음향통신 시스템의 성능은 다중경로 전달특성에 의해 발생하는 인접심볼간 간섭(ISI, Inter-Symbol Interference)과 도플러 편이(Doppler shift)에 영향을 받는다. 그러므로 해양도파관 환경의 수치실험은 다중경로에 의해 발생하는 시간 확산과 송 수신기의 움직임으로 발생하는 도플러 편이로 인한 시변동성을 고려해야 한다. 본 논문에서는 해양도파관 환경의 변동성을 고려한 가상의 신호 생성 시뮬레이터인 VirTEX(Virtual Time series EX-periment)를 활용[10]하여 시뮬레이터 기반 수중음향통신 시스템의 성능을 검증하였다. 수중음향통신 시스템 성능 검증을 위해 해상실험에서 획득한 실측데이터와 VirTEX 기반 수치모의 된 데이터의 채널응답분석 및 통신성능 분석을 수행한다. 해상실험 및 수치모의실험을 통해 수신된 탐침신호의 채널 임펄스 응답(channel impulse response) 분석결과 다중경로 개수와 깊이에 따른 채널응답의 변화 경향이 매우 유사함을 확인하였으며, 해상실험 및 수치모의실험을 통해 수신된 통신신호의 BER(Bit Error Rate)을 통하여 VirTEX 시뮬레이터를 활용한 수중음향통신 시스템의 통신성능을 확인하였다.

거리종속 환경에서 소나의 최적운용수심에 대한 연구

이재훈,김재수,유진수,변양헌,조정홍,Lee, Jae-Hoon,Kim, Jea-Soo,Yoo, Jin-Soo,Byun, Yang-Hun,Cho, Jung-Hong 한국음향학회 2008 韓國音響學會誌 Vol.27 No.1

수동소나를 이용하여 표적을 탐지하는 경우, 탐지거리를 최대화하는 최적의 수심이 존재한다. 최적의 수심은 표적과 소나의 수심, 음속분포 그리고 해저지형에 따라 달라진다. 본 논문에서는 이 문제를 해저지형이 경사진 환경과 중규모 난수성 소용돌이 환경, 두 가지의 거리종속 환경에 적용하여 소나 수심에 따른 탐지거리를 구하는 수치실험을 통해 소나의 최적운용수심에 대한 연구를 수행하였다. 해저지형이 경사진 환경의 경우 동해안의 여름 음속분포를 사용하였으며, 소나의 입장에서 표적을 향할 때 수심이 깊어지는 내리막경사 보다 그 반대 지형인 오르막경사에서의 탐지거리가 상대적으로 큰 것을 수치실험을 통해 확인하였다. 난수성 소용돌이 환경의 경우, 소용돌이 외부에 있는 소나에서 내부에 있는 표적을 탐지하는 경우보다 소용돌이 내부에 있는 소나에서 외부에 있는 표적을 탐지하는 경우의 탐지거리가 길어짐을 확인하였다. In the detection of an underwater target, there exists an optimal search depth for the sonar systems, at which the Probability of Detection is maximized. The optimal search depth is dependent on the depths of the target and sonar, the sound speed profile, and the bathymetry. In this paper, we address this question in range-dependent environments, particularly for the bathymetry with slope and with warm eddy. For range-dependent bathymetry, the typical sound profile in the East Sea of Korea was used. The detection range was greater when the sonar was located in deep water than in shallow water. As for the case of eddy, mesoscale warm eddy was used, and the detection range was greater when looking out of the warm eddy than when looking into the eddy.

해저지층 탐사를 위한 Schur 알고리즘

배진호(Jinho Bae),이종현(Chong Hyun Lee),김회용(Hoeyong Kim),조정홍(Jung-Hong Cho) 대한전자공학회 2013 전자공학회논문지 Vol.50 No.9

본 논문은 송신신호와 다층의 해수층 및 해저지층으로 구성된 매질의 퇴적물의 배치 및 형태에 의해 반사된 수신 신호를 이용하여 매질 각층의 특성을 계산 할 수 있는 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 이종의 다층 매질로 구성되어 있는 해수층 및 해저지층의 구조 특성을 추정하는 것으로, 일반적으로 Schur 알고리즘이라 부른다. 제안된 알고리즘은 주어진 역산란(inverse scattering) 문제를 matrix factorization을 수행하여 효율적으로 매질의 반사계수(reflection coefficient)를 추정한다. 본 논문에서는 제안된 알고리즘의 성능을 분석하기 위하여 해수층 및 해저지층의 이종 다층 매질 구조를 고려한 lattice 필터 모델을 구성하였고, 이 필터 모델로부터 얻어진 송신 및 반사 신호를 이용하여 다양한 컴퓨터 모의실험을 수행한 결과, 제안된 알고리즘이 효율적으로 매질을 추정함을 확인하였다. In this paper, we propose an algorithm for estimating media characteristics of sea water and subbottom multi-layers. The proposed algorithm for estimating reflection coefficients, uses a transmitted signal and reflected signal obtained from multiple layers of various shape and structure, and the algorithm is called Schur algorithm. The algorithm is efficient in estimating the reflection coefficients since it finds solution by converting the given inverse scattering problem into matrix factorization. To verify the proposed algorithm, we generate a transmit signal and reflected signal obtained from lattice filter model for sea water and subbottom of multi-level non-homogeneous layers, and then find that the proposed algorithm can estimate reflection coefficients efficiently.