KR20180096482A - 수중 표적 움직임 분석 방법 - Google Patents

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Abstract

수중 표적 움직임 분석 방법이 개시된다. 수중 표적 움직임 분석 방법은 선 배열 소나가 제1이동 경로를 따라 예인되며 수중 표적에서 발생된 신호를 수신하는 제1신호 수신 단계; 상기 선 배열 소나가 상기 제1이동 경로와 상이한 방향의 제2이동 경로를 따라 예인되며 상기 수중 표적에서 발생된 신호를 수신하는 제2신호 수신 단계; 및 상기 선 배열 소나에 수신된 신호로부터 상기 수중 표적의 움직임을 분석하는 표적운동분석 단계를 포함한다.

Description

수중 표적 움직임 분석 방법{Method for analyzing motion of underwater target}
본 발명은 수중 표적 움직임 분석 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 선 배열 소나를 이용하여 수중 표적의 움직임을 분석할 수 있는 방법에 관한 것이다.
수중표적(고래, 잠수함 등)을 탐지하기 위한 수단으로 음파를 사용하는 소나 시스템이 운용되며, 이는 음파를 방사하여 표적을 탐지하는 능동형 소나 시스템과 표적에서 방사되는 소음을 탐지하는 수동형 소나 시스템으로 구분된다. 수동형 소나 시스템은 음향센서를 선형으로 배열한 선 배열 소나 시스템이 가장 광범위하게 사용되고 있다.
이러한 선 배열 소나 시스템은 기본적으로 빔(beam) 형성 기법을 통해 표적의 방위를 검출하며, 이러한 표적의 방위를 이용하여 표적운동분석(TMA: Target Motion Analysis)을 실시한다. 이를 위한 선 배열 소나의 방위 검출 기법 및 표적운동분석 기법은 기 연구되어 있다.
기존의 선 배열 소나에서 검출되는 방위는 표적의 신호가 수평면상의 직선 경로로 도달한다는 평면파 조건을 가정하고 있다. 그러나 실제 해양환경에서는 표적의 신호는 수온에 따라 변화하는 수직 음속구조와 수심, 해저저질 등의 영향으로 인해 굴절, 반사 등의 현상이 발생하며, 이에 따라 다중경로 전달현상을 거쳐 선 배열 소나에 수신된다.
이렇게 수신된 신호는 굴절, 반사 등의 영향으로 기존 수평면상의 평면파 조건에 의해 산출되는 표적방위와 비교하면 오차를 가지게 되며, 이러한 오차를 가진 신호를 이용하여 표적운동분석을 진행할 경우, 부정확한 결과가 도출될 가능성이 높다. 따라서 이러한 다중경로 전달현상에 따른 오차를 보정하고, 그에 적합한 표적운동분석 기법이 요구된다.
본 발명은 선 배열 소나가 수신한 방위가 어떠한 다중경로를 거쳐 전파되었는지 확인할 수 있는 수중 표적 움직임 분석 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 선 배열 소나에 수신된 다중경로 신호에 따라 정확한 표적운동분석을 수행할 수 있는 수중 표적 움직임 분석 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 수중 표적 움직임 분석 방법은 선 배열 소나가 제1이동 경로를 따라 예인되며 수중 표적에서 발생된 신호를 수신하는 제1신호 수신 단계; 상기 선 배열 소나가 상기 제1이동 경로와 상이한 방향의 제2이동 경로를 따라 예인되며 상기 수중 표적에서 발생된 신호를 수신하는 제2신호 수신 단계; 및 상기 선 배열 소나에 수신된 신호로부터 상기 수중 표적의 움직임을 분석하는 표적운동분석 단계를 포함한다.
또한, 상기 선 배열 소나에 수신되는 신호의 탐지방위는 실제 탐지방위와 허위 탐지방위를 포함하며, 상기 표적운동분석 단계는, 상기 제1신호 수신 단계에서 수신되는 신호의 탐지방위와 상기 제2신호 수신 단계에서 수신되는 신호의 탐지방위를 시간에 따라 누적하고, 상기 제1이동 경로에서 상기 제2이동 경로로 상기 선 배열 소나가 변침하는 구간에서, 상대적으로 변화율이 큰 탐지방위를 상기 허위 탐지방위로 판단하고, 상대적으로 변화율이 작은 탐지방위를 상기 실제 탐지방위로 판단할 수 있다.
또한, 상기 선 배열 소나에 수신된 신호는 해수면에 반사된 후 수신되는 해수면 반사 신호, 해저면에 반사된 후 수신되는 해저면 반사 신호, 상기 해수면 또는 상기 해저면에 반사되지 않고 수신되는 직경로 신호를 포함하며, 상기 표적운동분석 단계는, 상기 제1신호 수신 단계에서 수신되는 신호의 실제 탐지방위와 상기 제2신호 수신 단계에서 수신되는 신호의 실제 탐지방위를 시간에 따라 누적하고, 상기 제1이동 경로에서 상기 제2이동 경로로 상기 선 배열 소나가 변침하는 구간에서, 상기 실제 탐지방위의 변화율이 변침 구간 동안 변화 할 경우 이 신호를 상기 해저면 반사 신호로 판단할 수 있다.
또한, 상기 표적운동분석 단계는 상기 해저면 반사 신호로 판단된 신호의 탐지방위와 상기 선 배열 소나의 사이의 구간을 상기 수중 표적이 위치할 수 있는 표적 예상 구역으로 설정하고, 상기 표적 예상 구역을 기 설정된 방위 단위로 복수 개로 나누어 단위 표적 방위들을 설정하고, 상기 단위 표적 방위들 각각에 대해 상기 선 배열 소나에 수신된 신호의 도달각을 산출하고, 산출된 상기 도달각 별로 음선 추적을 실시하여 상기 해저면 반사 신호가 상기 수중 표적의 예상수심에 도달하는 거리를 산출하고, 산출된 거리를 상기 단위 표적 방위별로 표시하고 표시 지점들을 선형화하여 표적 예상 방위선을 생성할 수 있다.
또한, 상기 표적 예상 방위선은 곡선으로 생성될 수 있다.
또한, 상기 표적운동분석단계는 상기 선 배열 소나에 수신된 신호의 탐지 방위와 상기 선 배열 소나에 수신된 신호의 도달각을 산출하고, 상기 탐지 방위와 상기 도달각으로부터 상기 수중 표적의 표적 방위를 추정할 수 있다.
또한, 상술한 수중 표적 움직임 분석 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 선 배열 소나의 변침을 통해 실제 탐지방위를 식별할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 선 배열 소나의 변침을 통해 다중경로 신호 중 해저면 반사 신호를 식별할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 탐지방위가 해저면 반사 신호로 식별될 경우, 곡선의 표적 예상 방위선을 적용하여 정확한 표적운동분석을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 표적의 움직임 분석 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 선 배열 소나에 수신되는 신호들을 나타내는 도면이다.
도 3은 울릉북방 60NM 해역에서 1월 평균 수직음속구조 및 그에 따른 음파의 전달손실(Transmission Loss)를 구현한 도면이다.
도 4는 도 3에 따른 해양환경에서 거리 변화에 따른 다중경로 전달현상 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 선 배열 소나의 특성 및 Conical angle을 나타내는 그래프이다.
도 6은 선 배열 소나에 수신된 신호의 탐지방위와 도달각, 그리고 실제 표적 방위와의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 음선이론 기반의 Bellop 모델의 Eigenray info의 예를 나타내는 표이다.
도 8 내지 도 10은 다중 경로 신호들 각각에 대해 Eigenray info에서 획득한 도달각을 이용하여 탐지방위와 표적방위의 오차를 누적하여 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 선 배열 소나의 이동에 따른 수신되는 신호의 탐지방위를 시간에 따라 누적 및 전시한 그래프이다.
도 12는 본 발명과의 비교 예에 따른 선 배열 소나의 이동에 따른 수신되는 신호의 탐지방위를 시간에 따라 누적 및 전시한 그래프이다.
도 13은 직경로 신호 및 해수면 반사 신호의 실제 탐지방위를 통해 표적의 실제표적방위를 추정하는 과정을 나타내는 그래프이다.
도 14는 해저면 반사 신호의 실제 탐지방위를 통해 표적의 실제표적방위를 추정하는 과정을 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따라 표적 예상 방위선을 생성하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15의 방법에 따라 생성된 표적 예상 방위선으로 표적의 움직임을 분석한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 표적의 움직임 분석 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 수중 표적의 움직임 분석 방법은 수중 표적에서 발생된 신호를 선 배열 소나를 통해 수신하고, 수신된 신호 분석을 통해 수중 표적의 움직임을 분석한다. 구체적으로, 수중 표적의 움직임 분석 방법은 제1신호 수신 단계(S10), 제2신호 수신 단계(S20), 그리고 표적운동분석 단계(S30)를 포함한다.
제1신호 수신 단계(S10)는 선 배열 소나를 제1이동 경로로 예인하며 수중 표적에서 발생된 신호를 수신한다. 제1신호 수신 단계(S10)는 예인 시간 동안 신호를 수신하고, 이를 누적한다.
제2신호 수신 단계(S20)는 선 배열 소나를 제2이동 경로로 예인하며, 수중 표적에서 발생된 신호를 수신한다. 제2이동 경로는 제1이동 경로와 이동 방향이 상이한 경로로, 제1이동 경로로부터 제2이동 경로로 전환되는 구간에서 선 배열 소나의 경로가 변침(veering)한다. 제2신호 수신 단계(S20)는 예인 시간 동안 신호를 수신하고, 이를 누적한다.
표적운동분석 단계(S30)는 제1신호 수신 단계(S10)와 제2신호 수신 단계(S20)에서, 선 배열 소나에 수신된 신호로부터 수중 표적의 움직임을 분석한다.
이하, 표적운동분석 단계에서 수중 표적의 움직임을 분석하는 과정에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 선 배열 소나에 수신되는 신호들을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 수중 표적(200)에서 발생된 신호(S1, S2, S3)는 다중 경로를 통해 선 배열 소나(100)에 수신된다. 구체적으로, 선 배열 소나(100)에 수신되는 신호는, 수중 표적(200)에서 발생되어 해수면(OS) 또는 해저면(OB)에 반사되지 않고 수중 경로만을 통해 도달하는 직경로 신호(direct path signal, S1), 수중 표적(200)에서 발생되어 해수면(OS)에 반사되어 도달되는 해수면 반사 신호(surface reflect path signal, S2), 수중 표적(200)에서 발생되어 해저면(OB)에 반사되어 도달되는 해저면 반사 신호(bottom bounce path signal, S3)을 포함한다.
도 3은 울릉북방 60NM 해역에서 1월 평균 수직음속구조 및 그에 따른 음파의 전달손실(Transmission Loss)를 구현한 도면이고, 도 4는 도 3에 따른 해양환경에서 거리 변화에 따른 다중경로 전달현상 변화를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상술한 다중 경로 신호(S1, S2, S3)들은 각각 다른 경로를 통해 전달되므로, 선 배열 소나(100)에서 수신되는 신호(S1, S2, S3)들의 탐지 방위는 경로마다 상이하게 나타난다. 특히, 해저면 반사 신호(S3)의 경우, 해수면 반사 신호(S2)와 직경로 신호(S1)에 비해 수직적인 각도인 도달각이 크게 나타나며, 이는 선 배열 소나의 특성 고려 시 큰 오차를 가질 수 있다는 것을 의미한다.
이러한 오차를 보정하기 위해서는 먼저 선 배열 소나(100)가 수신한 신호(S1, S2, S3)가 어떠한 경로를 거쳐 전파되었는지 확인이 요구되며, 각각의 경로가 구분되면 수신 경로에 적합한 표적운동분석 방법이 요구된다.
도 5는 선 배열 소나의 특성 및 Conical angle을 나타내는 그래프이다.
도 5의 (A)와 같이, 선 배열 소나(100)는 그 특성상 수신된 신호의 탐지방위는 방위모호성을 가지며, 이로 인해 수신된 신호의 탐지 방위는 원뿔(conical) 형태로 나타낼 수 있다. 선 배열 소나(100)에서는 conical angle의 특성을 도 5의 (B)와 같이, 평면상에 전시함에 따라 실제 탐지방위(RB)와 반대방향으로 동일한 conical angle을 가지는 허위 탐지방위(MB)가 전시되는데, 이를 mirror 현상이라 한다. 실제 탐지방위(RB)를 real bearing이라 하고, 허위 탐지방위(MB)를 mirror bearing이라 한다. 선 배열 소나(100)의 특성상 표적운동분석을 위해서는 실제 탐지방위(RB)와 허위 탐지방위(MB)의 구분이 요구된다.
도 6은 선 배열 소나에 수신된 신호의 탐지방위와 도달각, 그리고 실제 표적 방위와의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 선 배열 소나(100)에 수신된 신호의 탐지방위(θ3)와 도달각(θ2), 그리고 실제 표적방위(θ1)의 상관관계는 아래 수식 1과 같이 코사인 함수로 나타낼 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00001
실제 선 배열 소나(100)를 운용함에 있어서, 수신되는 신호의 탐지방위(θ3)를 이용하여 표적방위(θ1)를 추정하는 기법은 정확한 표적운동분석에 있어 매우 중요한 과정이다. 표적운동분석에 있어서, 탐지방위(θ3)는 선 배열 소나(100)에 수신된 신호 정보로부터 얻을 수 있다. 때문에 신호의 도달각(θ2)을 알 수 있다면, 위 수식 1을 통해 표적방위(θ1)를 산출할 수 있다.
이러한 도달각(θ2)은 Eigenray info를 통해 산출할 수 있다. 도 7은 음선이론 기반의 Bellop 모델의 Eigenray info의 예를 나타내는 표이다.
선 배열 소나(100)에 수신되는 신호들의 경로는 선 배열 소나(100)와 표적간의 거리에 따라 달라지므로, Eigenray info에서 획득한 도달각(θ2)을 이용하여 탐지방위(θ3)와 표적방위(θ1)의 오차를 나타낼 수 있다.
도 8 내지 도 10은 다중 경로 신호들 각각에 대해 Eigenray info에서 획득한 도달각을 이용하여 탐지방위와 표적방위의 오차를 누적하여 나타낸 그래프이다. 도 8은 선 배열 소나와 표적간의 거리를 5km, 해저면 수심이 2000m인 울릉북방 1월의 해양환경에서 탐지방위와 표적방위의 오차를 나타내는 그래프이다. 도 9는 선 배열 소나와 표적간의 거리를 15km, 해저면 수심이 2000m인 울릉북방 1월의 해양환경에서 탐지방위와 표적방위의 오차를 나타내는 그래프이다. 도 10은 선 배열 소나와 표적간의 거리를 30km, 해저면 수심이 2000m인 울릉북방 1월의 해양환경에서 탐지방위와 표적방위의 오차를 나타내는 그래프이다. 그래프에서, 역삼각형 점들은 직경로 신호를, 삼각형 점들은 해수면 반사 신호를, 사각형 점들은 해저면 반사 신호를 나타낸다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 다중경로 신호 중 직경로 신호와 해수면 반사 신호는 거의 동일한 오차를 나타내며, 탐지방위와 표적방위와의 오차가 매우 작음을 알 수 있다. 때문에, 직경로 신호와 해수면 반사 신호를 이용하여 기존 직선방위선을 기반으로 사용하는 표적운동분석을 수행하여도 거의 정확한 표적운동분석이 가능하다.
그러나, 해저면 반사의 경우 직경로 신호와 해수면 반사 신호에 비해 탐지방위와 표적방위의 오차가 크게 나타난다. 특히 표적과의 거리가 가까울수록 오차가 크게 발생함을 알 수 있다. 때문에 해당신호를 이용하여 기존 직선방위선을 기반으로 사용하는 표적운동분석을 수행할 경우, 표적운동분석에 많은 오차가 발생할 가능성이 높다. 따라서 Eigenray info 중 해저면 반사 신호를 구분하는 기법이 요구된다.
앞서 살펴본 바와 같이, 표적운동분석을 수행하기 위해서는 선 배열 소나(100)의 특성으로 인한 실제 탐지방위(RB)와 허위 탐지방위(MB)의 구분이 필요하고, 선 배열 소나(100)에 수신되는 다중 경로 신호(S1, S2, S3)들 중 탐지방위(θ3)와 표적방위(θ1)의 오차 발생이 큰 해저면 반사 신호(S1)의 구분이 필요하다.
이를 위해 표적운동분석 단계(S30)는, 제1신호 수신 단계(S10)에서 수신되는 신호의 탐지방위(θ3)와 제2신호 수신 단계(S20)에서 수신되는 신호의 탐지방위(θ3)를 시간에 따라 누적하고, 제1이동 경로에서 제2이동 경로로 선 배열 소나(100)가 변침하는 구간에서, 상대적으로 방위변화율이 큰 탐지방위를 허위 탐지방위(MB)로 판단하고, 상대적으로 방위변화율이 작은 탐지방위를 실제 탐지방위(RB)로 판단한다.
그리고 표적운동분석 단계(S30)는 선 배열 소나(100)가 변침하는 구간에서, 실제 탐지방위(RB) 중 변침 전후 방위 변화율을 비교하여 변화가 발생된 신호를 해저면 반사 신호(S3)로 판단한다. 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 선 배열 소나의 이동에 따른 수신되는 신호의 탐지방위를 시간에 따라 누적 및 전시한 그래프이다. 도 12는 본 발명과의 비교 예에 따른 선 배열 소나의 이동에 따른 수신되는 신호의 탐지방위를 시간에 따라 누적 및 전시한 그래프이다.
도 11 및 도 12에서 우측 상단에 표시된 그래프는, 선 배열 소나(100)의 이동 경로와 표적(200)의 이동 경로를 나타낸다. 표적(200)의 이동 경로(R0)는 고위도에서 저위도 방향으로 나타난다. 선 배열 소나(200)의 이동 경로는 저위도에서 고위도 방향으로 나타나는데, 도 11에서는 제1이동 경로(R1)에서 제2이동 경로(R2)로 변침(R3)이 발생한 반면, 도 12에서는 변침 없이 직선 경로(R4)로 이동함을 알 수 있다.
도 11 및 도 12에서 좌측에 나타난 그래프는, 선 배열 소나(100)에 수신되는 신호의 탐지방위(θ3)를 누적 및 전시한 그래프이다. 다중경로 전달현상에 의해 그래프에는 4개의 방위선(G1 내지 G4)이 수신되고 있으며, 선 배열 소나(100)의 특성상 실제 탐지방위와 허위 탐지방위가 전시된다. 그래프를 통해, 다중경로 신호 중 2개의 서로 다른 경로 신호가 수신되는 것을 알 수 있으나 각각이 어떠한 경로로 수신되고 있는지를 구분하기 어렵다.
도 11을 참조하면, 선 배열 소나(100)가 변침하는 구간(R3)에서 4개의 방위선(G1 내지 G4) 중 2개의 방위선(G2, G4)이 큰 영향(A 영역 참조)을 받는 반면, 나머지 2개의 방위선(G1, G3)은 상대적으로 적은 영향을 받는다. 본 발명에 따른 표적운동분석 단계(S30)에서는 상대적으로 적은 영향을 받는 2개의 방위선(G1, G3)을 실제 탐지방위(RB)로 판단하고, 큰 영향을 받는 2개의 방위선(G2, G4)을 허위 탐지방위(MB)로 판단한다.
또한, 선 배열 소나(100)가 변침하는 구간(R3)에서 2개의 실제 탐지방위선(G1, G3) 중 하나(G1)는 적은 영향을 받는 반면, 나머지 하나(G3)는 상대적으로 큰 영향을 받음을 알 수 있다. 본 발명에 따른 표적운동분석 단계(S30)에서는 상대적으로 적은 영향을 받는 실제 방위선(G1)을 직경로 신호(S1) 또는 해수면 반사 신호(S2)로 판단하고, 상대적으로 큰 영향을 받는 방위선(G3)을 해저면 반사 신호(S3)로 판단한다.
이와 달리, 도 12를 참조하면, 선 배열 소나(100)가 변침하지 않는 경우, 그래프에 전시되는 4개의 방위선(G1 내지 G3)은 모두 동일한 변화율을 보이고 있어, 실제 탐지방위(RB)와 허위 탐지방위(MB)의 구분, 그리고 해저면 반사 신호(S3)에 의한 방위선 구분이 쉽지 않다.
살펴본 바와 같이, 해저면 반사 신호(S3)가 구분되면, 신호들의 탐지방위(θ3)로 표적(200)의 움직임 분석이 진행된다. 표적(200)의 움직임 분석은 탐지방위(θ3)를 통해 표적(200)의 실제 표적방위(θ1)를 추정하게 된다.
도 13은 직경로 신호 및 해수면 반사 신호의 실제 탐지방위를 통해 표적의 실제표적방위를 추정하는 과정을 나타내는 그래프이고, 도 14는 해저면 반사 신호의 실제 탐지방위를 통해 표적의 실제표적방위를 추정하는 과정을 나타내는 그래프이다.
먼저 도 13을 참조하면, 직선 방위선(L1)을 적용할 경우, 직경로 신호(S1) 및 해수면 반사 신호(S2)의 실제 탐지방위(θ3)는 표적의 실제표적방위(θ1)와 유사한 방위를 추정함을 알 수 있다. 따라서, 직경로 신호(S1) 또는 해수면 반사 신호(S2)로 식별될 경우, 직선방위선(L1)을 적용하여 정확한 표적(200)의 움직임 분석이 가능하다.
도 14를 참조하면, 해저면 반사 신호(S3)는 직선 방위선(L1)을 적용할 경우, 실제 탐지방위(θ3)와 표적의 실제표적방위(θ1) 간에 큰 오차(E)가 발생됨을 알 수 있다. 때문에 해저면 반사 신호(S3)로 식별될 경우, 직선방위선(L1)을 적용하여 표적(200)의 움직임을 정확히 분석하는 것이 어렵다.
이러한 문제로 인해, 본 발명에서는 해저면 반사 신호(S3)로 식별될 경우, 이에 적합한 새로운 방위선 추정 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 표적운동분석 단계(S30)는, 해저면 반사 신호(S3)로 판단된 신호의 탐지방위(θ3)와 선 배열 소나(100)의 사이의 구간을 수중 표적(200)이 위치할 수 있는 표적 예상 구역으로 설정한다. 그리고 표적 예상 구역을 기 설정된 방위 단위로 복수 개로 나누어 단위 표적 방위들을 설정하고, 단위 표적 방위들 각각에 대해 상기 선 배열 소나(100)에 수신된 신호의 도달각(θ2)을 산출한다.
산출된 상기 도달각(θ2) 별로 음선 추적(Ray-tracing)을 실시하여 상기 해저면 반사 신호(S3)가 상기 수중 표적(200)의 예상수심에 도달하는 거리를 산출하고, 산출된 거리를 단위 표적 방위별로 표시하고 표시 지점들을 선형화하여 표적 예상 방위선을 생성한다. 이러한 과정으로 생성되는 표적 예상 방위선은 곡선 방위선으로 나타난다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따라 표적 예상 방위선을 생성하는 방법을 나타내는 도면이고, 도 16은 도 15의 방법에 따라 생성된 표적 예상 방위선으로 표적의 움직임을 분석한 그래프이다.
먼저 도 15를 참조하면, 해저면 반사 신호(S3)의 탐지방위(θ3)는 선 배열 소나(100)에서 수신한 값으로 실시간 확인이 가능하다. 그리고 해저면 반사 신호(S3)의 경우 해저면 반사를 거쳐 수신되므로, 선 배열 소나(100)에 도달하는 도달각(θ2)은 0°~90° 사이 값을 갖는다. 때문에, 표적(200)의 실제표적방위(θ1)는 선 배열 소나(100)의 끝단(End-Fire)과 해저면 반사 신호(S3)의 탐지방위(θ3) 사이에 위치함을 알 수 있다. 여기서 선 배열 소나(100)의 끝단과 해저면 반사 신호(S3)의 탐지방위(θ3) 사이 구간은, 수중 표적이 위치할 수 있는 표적 예상 구역(T1)으로 설정한다.
그리고, 표적 예상 구역(T1)을 기 설정된 방위 단위로 복수 개로 나누어 단위 표적 방위(T2)들을 설정하고, 단위 표적 방위(T2)들 각각에 대해 상기 선 배열 소나(100)에 수신된 신호의 도달각(θ2)을 산출한다. 여기서, 단위 표적 방위(T2)들의 설정 방위 및 개수는 사용자에 의해 정의된다. 산출된 도달각(θ2) 별로 음선 추적(ray-tracing)을 실시하여 해저면 반사 신호(S3)가 표적예상수심에 도달되는 거리를 산출한다. 산출된 거리를 단위 표적 방위(T2)별로 표시하고 표시 지점(P1)들을 선형화하여 표적 예상 방위선(L2)을 생성한다
도 16을 참조하면, 상술한 과정으로 생성된 곡선의 표적 예상 방위선(L2)상에 표적(200)이 위치됨을 알 수 있다.
따라서, 탐지방위(θ3)가 해저면 반사 신호(S3)라고 식별될 경우, 직선 방위선이 아닌 곡선의 표적 예상 방위선(L2)이 적용되어야 정확한 표적운동분석이 가능함을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
S10: 제1신호 수신 단계
S20: 제2신호 수신 단계
S30: 표적운동분석 단계
100: 선 배열 소나
200: 수중 표적
S1: 직경로 신호
S2: 해수면 반사 신호
S3: 해저면 반사 신호
θ1: 표적방위
θ2: 도달각
θ3: 탐지방위

Claims (6)

  1. 선 배열 소나가 제1이동 경로를 따라 예인되며 수중 표적에서 발생된 신호를 수신하는 제1신호 수신 단계;
    상기 선 배열 소나가 상기 제1이동 경로와 상이한 방향의 제2이동 경로를 따라 예인되며 상기 수중 표적에서 발생된 신호를 수신하는 제2신호 수신 단계; 및
    상기 선 배열 소나에 수신된 신호로부터 상기 수중 표적의 움직임을 분석하는 표적운동분석 단계를 포함하는 수중 표적의 움직임 분석 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선 배열 소나에 수신되는 신호의 탐지방위는 실제 탐지방위와 허위 탐지방위를 포함하며,
    상기 표적운동분석 단계는,
    상기 제1신호 수신 단계에서 수신되는 신호의 탐지방위와 상기 제2신호 수신 단계에서 수신되는 신호의 탐지방위를 시간에 따라 누적하고,
    상기 제1이동 경로에서 상기 제2이동 경로로 상기 선 배열 소나가 변침하는 구간에서, 상대적으로 변화율이 큰 탐지방위를 상기 허위 탐지방위로 판단하고, 상대적으로 변화율이 작은 탐지방위를 상기 실제 탐지방위로 판단하는 수중 표적 움직임 분석 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 선 배열 소나에 수신된 신호는 해수면에 반사된 후 수신되는 해수면 반사 신호, 해저면에 반사된 후 수신되는 해저면 반사 신호, 상기 해수면 또는 상기 해저면에 반사되지 않고 수신되는 직경로 신호를 포함하며,
    상기 표적운동분석 단계는,
    상기 제1신호 수신 단계에서 수신되는 신호의 실제 탐지방위와 상기 제2신호 수신 단계에서 수신되는 신호의 실제 탐지방위를 시간에 따라 누적하고,
    상기 제1이동 경로에서 상기 제2이동 경로로 상기 선 배열 소나가 변침하는 구간에서, 상기 실제 탐지방위의 변화율이 변침 구간 동안 변화 할 경우 이 신호를 상기 해저면 반사 신호로 판단하는 수중 표적 움직임 분석 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 표적운동분석 단계는
    상기 해저면 반사 신호로 판단된 신호의 탐지방위와 상기 선 배열 소나의 사이의 구간을 상기 수중 표적이 위치할 수 있는 표적 예상 구역으로 설정하고,
    상기 표적 예상 구역을 기 설정된 방위 단위로 복수 개로 나누어 단위 표적 방위들을 설정하고,
    상기 단위 표적 방위들 각각에 대해 상기 선 배열 소나에 수신된 신호의 도달각을 산출하고,
    산출된 상기 도달각 별로 음선 추적을 실시하여 상기 해저면 반사 신호가 상기 수중 표적의 예상수심에 도달하는 거리를 산출하고,
    산출된 거리를 상기 단위 표적 방위별로 표시하고 표시 지점들을 선형화하여 표적 예상 방위선을 생성하는 수중 표적 움직임 분석 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 표적 예상 방위선은 곡선으로 생성되는 수중 표적 움직임 분석 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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