능동소나를 위한 표적의 반향음 분석 및 표적 상태 추정에 관한 연구

그림 1.2는 축소된 표적 테스트에서 소나 개발의 역할을 보여줍니다. 축소된 타겟 테스트에서 얻은 신호는 타겟 음향 연구를 위한 참고 자료로 사용됩니다.

Figure 4.21 Signal analysis program(2) for scaled target experiment using the LFM pulse

이번 목표 축소 테스트를 주도하는 곳은 약 7,000명의 연구원으로 구성된 미국의 기초 수중 음향 연구를 주도하는 연구센터인 NUWC(Naval Undersea Warfare Center)이다. 미국의 음향 탱크에 대한 대부분의 축소 모형 표적 테스트는 해군 해저 전쟁 센터(NUWC)에서 수행됩니다.

이는 미래 표적식별 기술 개발을 위한 이론적 기반을 마련했다. 본 논문에서 이론과 알고리즘을 검증하기 위해 사용된 축소표적 테스트 장비는 4년에 걸쳐 개발되어 테스트에 사용되었다.

거울면 거울면 거울면 반사 거울면 반사 반사 반사
음향 음향 음향 회절 음향 회절 회절 회절
탄성 탄성 탄성 산란 탄성 산란 산란 산란
다중 다중 다중 산란 다중 산란 산란 산란
표적 표적 표적 반향음 표적 반향음 반향음 합성 반향음 합성 합성 합성

음원과 대상의 각도에 따라 형태에 따른 거울면의 반사점 위치가 달라집니다. 반사의 종류는 물체의 모양에 따라 크게 거울면 반사와 음향회절의 두 가지로 나눌 수 있습니다.

Figure 2.2 Reflection form depending on geometry and shape of a submarine.

CW(Continuous Wave)에 대한 신호는 다음과 같이 표현될 수 있습니다. 그림에서 점선으로 표시된 부분이 -3dB 지점이다.

Figure 3.3 Ambiguity function for the CW pulse and -3dB point (a) -3dB

모호성 함수의 시간축 분해능 -3dB을 살펴보면, CW의 경우 시간축 분해능은 전송 펄스 길이에 비례하고, LFM의 경우 분해능은 에 반비례한다. 전송 주파수 폭(스윕 주파수).

HL의 도착 시간과 HL 반사 신호의 방향을 추정한 결과를 이용하여 공간 내 HL의 위치를 추정할 수 있습니다. 추정된 각 HL 정보로부터 타겟의 상태를 추정하기 위해 공분산 행렬을 사용하였다.[18] 공분산행렬은 공간에 분포된 점의 분산을 이용하여 점을 나타내는 축을 찾는 방법이다.

Figure 3.7 Incidence ray structure of a plane wave to enter the two channels.

감소된 타겟 테스트의 경우 신호는 10ms 동안 5MHz의 이산화 속도로 획득되었습니다. 축소된 타겟을 사용하여 위치 각도에 따른 타겟 신호 획득.

Figure 4.4는 축소 표적에서 사용한 센서부의 사진이다. 센서 배열은 수신되 는 방향을 분석 할 수 있도록 정해진 간격으로 사각 모양으로 일정하게 배열되어 있다

다중 산란의 경우 시간 지연이 특징이며 이 부분에서 HL로 인해 목표 상태 추정에 오류가 발생합니다. 이미지에서는 타겟#3의 경우 전면부, 링, 뼈대, 수조 시작부, 수조 순으로 반사된 신호를 수신합니다.

Figure 4.14 Received signal from the target #1 at various aspect angles.

Elastic Scattering

Case 4의 경우 타겟#3에 비해 전면 반사신호 레벨이 작게 나타나는 이유는 신호크기가 표준화되어 있고, 신호 중 가장 큰 신호인 콘 타워로부터의 반사신호 레벨이 수신되었기 때문이다. 비교적 높은 빈도로. 수준. 표준화로 인해 후면의 링 반사 신호 레벨이 명확하게 표시되지 않습니다.

Multiple Scattering

3(물)과 마찬가지로 시간 경과에 따른 다중 산란이 보입니다. 지금까지 CW 신호를 이용하여 제2장에서 논의한 타겟 에코 형태와 타겟에 대한 HL 분포의 일반적인 경향을 확인할 수 있었다.

Reflection / DiffractionSpecular Reflection

먼저, 그림 4.20은 1차 분석 프로그램의 결과로 수신된 신호를 입력변수로 신호처리하여 별도의 타겟의 HL을 나타낸 것이다. ⑥에서 실선은 타겟의 실제 위치 각도이고, 점선으로 표시된 직선은 HL을 이용하여 타겟의 위치 각도를 추정한 결과이다.

타겟의 에코 분석은 2장에서 논의한 반사 패턴에 따라 접근되었습니다. 그림에서는 타겟의 다양한 자세각에 대한 결과가 결합되어 있기 때문에 한 각도에서 여러 음압이 표시됩니다.

Figure 4.22 Resultant display 1 of signal analysis program for the target #2 at the aspect angle 58°.

Specular Reflection

이는 발생하는 경우에서 파생된 공식으로, 소형 타겟의 경우 용접 등으로 인해 이론대로 제작이 불가능합니다.

Multiple Scatteing

본 절에서는 동일한 분석방법을 이용하여 표적의 자세각에 따른 상태 추정 결과를 분석한다. 각도 추정 결과의 경우 실제 자세각 값이 달라지므로 각 자세각에 대한 평균오차를 표현한다.

Table 4.5는 구 표적의 추정 결과를 추정 평균과 표준 편차로 정리한 표이다. 자Figure 4.28 Resultant display of signal analysis program for the

다음으로 본 장에서는 주어진 소나의 성능을 극대화하는 소나 설계 변수 설정에 대한 연구 결과를 제시한다. 그러나 고정 하드웨어와 함께 소나의 성능을 결정하는 소나 작동/추적 변수가 있습니다.

Table 4.8 Result of resolution depending on window moving time.

여기서는 목표강도의 기준거리로 1m를 사용합니다. 분해능 펄스의 경우 각 HL에서 반사되는 신호에 따른 목표 강도는 펄스 형태에 관계없이 일정합니다.

Figure 5-1에서 임계 펄스 길이 τ 0 는 다음과 같이 주어진다.

이때 신호를 이용하여 수신된 타겟의 HL 도착시간과 신호의 크기를 계산하였다. 위 모델을 이용하여 감소된 타겟에 대한 신호를 이용하여 CW 신호와 LFM 신호의 펄스 길이에 따른 타겟 세기를 분석하고 검증하였다.

Figure 5.4는 계산된 표적강도의 결과이다.‘*’ 표시된 직선이 LFM 신호에 대한 결과이며 ‘o’ 표시는 CW신호에 대한 결과이다.

이 방법을 사용하는 이유는 CW를 사용할 때 각 HL에서 들어오는 신호가 분리되지 않기 때문입니다. 즉, LFM 신호에 정합 필터를 사용하면 시간에 따른 포락선을 사용하는 것보다 더 높은 분해능을 가질 수 있습니다.

Figure 5.6 Ambiguity function for the signal composited by two signal.

주파수 천이가 0인 단면(y=0인 직선)을 이용하여 단면 도면에서 주변보다 에너지가 집중되는 부분이 HL인지 아닌지를 판단하였다. HL은 예전에 존재했습니다. 해부된 부분은 해부되었는지 여부를 결정하여 분석되었습니다. LFM 신호의 분해능 분석은 CW 신호의 분석 방법과 동일하게 모호성 함수를 이용하여 수행하였다.

Figure 5.9 Result of resolution in the time domain for CW pulse with 0.1 ms duration (a) recoded signal with 0.1 ms duration, (b) matched filter output of the signal, (c) result of resolution on the time domain for

이 결과에는 신호 처리 이득이 고려되지 않았습니다. 위의 해상도 계산 방법은 신호 처리에 제한이 없는 경우에 적용됩니다.

Figure 5.17 HL resolution ability by the signal processing.

올바른 영업 이익을 정의하려면 다음을 정의하십시오. 그리고 영업이익을 아래와 같이 정의합니다.

Figure 5.18 a)의 신호를 보면 소음에 묻혀서 표적 신호를 구별하지 못하지 만, d)의 정합필터 출력을 보면 표적 신호가 주변 소음에 비하여 SNR이 10dB 정도 높아진다

또한 이중반사음향신호도 마찬가지로 이중반사음향이득으로 정의된다. 큰 이중 반사 계산 게인은 감지 성능에 도움이 되지 않습니다.

계산 이득 값은 목표 신호와 복제본 간의 일치 정도에 따라 주기성을 갖습니다. 이 작업의 이점은 대상 신호와 복제본이 일치할 때 계산됩니다.

Figure 5.19 Result of processing gain computed using the recorded signal (a) recoded signal, (b) matched filter output of the composited signal, (c)output of power sum.

GSF는 타겟의 모양에 따라 나타나는 효과입니다. 결과적으로, 타겟의 형상에 따른 곡률반경과 거리함수에 따른 전송손실은 다음과 같이 정리할 수 있다.