KR20190026279A - Underwater Near Object Detection Method using Circular Sensor Array - Google Patents
Underwater Near Object Detection Method using Circular Sensor Array Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190026279A KR20190026279A KR1020170112809A KR20170112809A KR20190026279A KR 20190026279 A KR20190026279 A KR 20190026279A KR 1020170112809 A KR1020170112809 A KR 1020170112809A KR 20170112809 A KR20170112809 A KR 20170112809A KR 20190026279 A KR20190026279 A KR 20190026279A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- target
- detection
- signal
- present
- sensor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/06—Systems determining the position data of a target
- G01S15/08—Systems for measuring distance only
- G01S15/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
- G01S15/102—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics
- G01S15/104—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/523—Details of pulse systems
Abstract
Description
본 발명은 원형 센서 배열을 이용한 수중 근접물체 탐지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting near objects in water using a circular sensor array.
종래의 수중 유도 시스템들은 음향 추적(acoustic homing), 항적 추적(wake homing) 방식을 이용하여 표적을 추적한 후, 음향 추적 정보를 이용하여 표적과의 접촉 지점을 예측하고 자기 센서(magnetic sensor) 등을 이용하여 표적의 근접여부를 판단하였다. Conventional underwater guidance systems track a target using acoustic homing and wake homing, predict a point of contact with a target using acoustic tracking information, and use a magnetic sensor Were used to determine the proximity of the target.
하지만, 무인 잠수정(unmanned underwater vehicle) 등과 같은 소형 수중 운동체들은 작은 체적으로 인해 종래의 근접탐지 방법의 적용이 어려우며, 소형 수중 운동체가 고속으로 주행하거나, 복잡한 기동을 수행하는 경우 접촉 지점을 정확하게 예측하기 어려우므로 근접탐지를 대체하기에 부적합하다는 문제점이 있었다.However, small submersibles such as unmanned underwater vehicles are difficult to apply the conventional proximity detection method due to their small volume, and accurately predict the point of contact when a small underwater vehicle is traveling at high speed or performing complex maneuvering It is inadequate to replace proximity detection.
따라서, 본 발명은 수중 운동체가 상호 고속 기동하는 환경에서 근접탐지의 어려움을 해소하기 위해 안출된 것으로, 수중 운동체의 수직 단면 상에 원형으로 배치된 송수신이 가능한 센서 배열 또는 송신 전용 센서와 수신용 원형 센서 배열을 이용하여, 360° 방향에 대한 근접탐지를 수행하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention is conceived to solve the difficulty of proximity detection in an environment in which underwater vehicles are moving at high speeds. The present invention relates to a sensor array capable of transmitting and receiving circularly arranged on a vertical section of an underwater vehicle, It is aimed to perform proximity detection in 360 ° direction using sensor array.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 원형 배열 센서를 이용하여 근접 물체를 탐지하는 방법은, 탐지용 신호를 표적으로 송신하는 단계; 상기 표적으로부터 표적 반사 신호를 수신하는 단계; 및 상기 표적의 존재 유무를 판단하는 단계를 포함하고, 상호 고속으로 기동하는 수중 운동체가 근접하는 경우 음향 신호를 이용하여 근접여부의 판단을 가능하게 함으로써, 자기탐지 장치 등이 사용이 불가능한 경우에도 이를 대체할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of detecting a proximity object using a circular array sensor, the method including: transmitting a detection signal as a target; Receiving a target reflected signal from the target; And determining whether or not the target is present. In the case where the underwater vehicle is moving at a high speed, it is possible to determine proximity using an acoustic signal, Can be replaced.
일 실시 예에서, 상기 탐지용 신호를 송신하는 단계는, 잔향음에 의한 영향을 최소화하기 위하여 수중 운동체의 속도에 따라 송신 주파수의 간격을 획득하고, 상기 획득된 송신 주파수의 간격에 기반하는 송신 주파수를 갖는 신호를 조합하여 송신하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the step of transmitting the detection signal includes obtaining an interval of the transmission frequency according to the speed of the underwater vehicle in order to minimize the influence of the reverberation sound, And transmits the combined signal.
일 실시 예에서, 상기 표적 반사 신호를 수신하는 단계는, 펄스 반복 주기 및 빔형성 전처리 소요시간의 초과 유무에 따라 수신 빔 형성 여부와 개별 수신 여부를 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the step of receiving the target reflected signal may include selectively using the reception beam forming and the individual reception depending on whether the pulse repetition period and the time required for the beam forming preprocessing are exceeded or not.
일 실시 예에서, 상기 표적의 존재 유무를 판단하는 단계는, 이동 슬라이드 윈도우를 이용하여 신호의 합을 구한 후 설정된 문턱 값과의 비교를 통해 상기 표적의 존재 유무를 판단하고, 인접 센서 또는 빔의 탐지 정보와 연계하여 탐지 결과의 개수가 2 이상인 경우 상기 표적이 존재한다고 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the step of determining the presence or absence of the target may include determining a presence or absence of the target by determining a sum of the signals using a moving slide window, comparing the sum with a preset threshold value, When the number of the detection results is two or more in association with the detection information, it is determined that the target exists.
본 발명에 따르면, 상호 고속으로 기동하는 수중 운동체가 근접하는 경우 음향 신호를 이용하여 근접여부의 판단을 가능하게 함으로써, 자기탐지 장치 등이 사용이 불가능한 경우에도 이를 대체할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, it is possible to determine proximity using an acoustic signal when an underwater vehicle that is moving at a high speed is close to each other, thereby being able to substitute even if a magnetic detection device can not be used.
도 1은 본 발명에 따른 근접탐지를 위해 수중 운동체에 부착되는 음향센서의 일례를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 수중에서 음향센서를 이용하여 근접물체는 탐지하는 방법의 흐름도의 일례를 나타낸 것이다.1 shows an example of an acoustic sensor attached to an underwater vehicle for proximity detection according to the present invention.
FIG. 2 shows an example of a flowchart of a method for detecting a nearby object using an acoustic sensor in water according to the present invention.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "블록" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffix "module "," block ", and "part" for components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification only and do not have their own distinct meanings or roles .
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
이하에서는, 본 발명에 따른 원형 센서 배열을 이용한 수중 근접물체 탐지 방법에 대해 살펴보기로 한다. 이와 관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 근접탐지를 위해 수중 운동체에 부착되는 음향센서의 일례를 나타낸 것이다.Hereinafter, a method for detecting an object in the water using a circular sensor array according to the present invention will be described. In this regard, FIG. 1 shows an example of an acoustic sensor attached to an underwater vehicle for proximity detection according to the present invention.
수중 운동체가 근접하여 지나가는 수중 운동체를 탐지하기 위해 안출된 본 발명에서, 원형 센서 배열은 종래의 소나와 같이 신호 송수신이 가능한 센서(이하 트랜스듀서(transducer)) 또는 수신 센서(이하 하이드로폰(hydrophone))로 구성된다. 한편, 하이드로폰만으로 구성된 경우 별도의 송신 센서(이하 프로젝터(projector))를 포함하여 구성된다. In the present invention, which is devised to detect an underwater vehicle moving close to an underwater vehicle, the circular sensor array may include a sensor (hereinafter referred to as a transducer) or a reception sensor (hereinafter referred to as a hydrophone) ). On the other hand, in the case of only a hydrophone, it includes a separate transmission sensor (hereinafter referred to as a projector).
한편, 도 2는 본 발명에 따른 수중에서 음향센서를 이용하여 근접물체는 탐지하는 방법의 흐름도의 일례를 나타낸 것이다.2 shows an example of a flowchart of a method of detecting a nearby object using an acoustic sensor in the water according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서로 구성된 원형 센서 배열 또는 프로젝터와 하이드로폰 센서 배열을 이용하여 근접탐지를 수행하는 방법은 탐지용 신호를 송신하는 단계(S210); 표적 반사 신호를 수신하는 단계(S220); 표적 존재 유무를 판단하는 단계(S250)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 탐지 처리 순서는 도 2와 같다. 보다 상세하게는, 근접 탐지를 수행하는 방법은, 근접 탐지 신호 송신 단계(S210), 수신신호 아날로그-디지털 변환 단계(S220), 수신 신호 필터링(또는 선택) 단계(S230), 윈도우 내 수신 신호 합 계산 단계(S240), 표적 유무 판단 단계(S250) 및 복수 센서 정보 융합 단계(S260)를 포함한다.As shown in FIG. 2, a method of performing proximity detection using a circular sensor array composed of a transducer or a projector and a hydrophone sensor array includes transmitting a detection signal (S210); Receiving a target reflected signal (S220); (S250), and the detection processing procedure is the same as that of FIG. More specifically, the method of performing proximity detection includes a proximity detection signal transmission step S210, a received signal analog-digital conversion step S220, a received signal filtering (or selecting) step S230, A calculation step S240, a target existence determination step S250, and a plurality of sensor information fusion steps S260.
바람직한 실시 예로서, 탐지용 신호를 송신하는 단계는 트랜스듀서로 구성된 원형 배열 센서 또는 별도로 설치된 프로젝터로 음향신호를 송신하기 위한 것으로, 신호 송신 시 필요한 파라미터는 다음과 같이 결정할 수 있다.As a preferred embodiment, the step of transmitting a detection signal is for transmitting a sound signal to a circular array sensor composed of a transducer or a separately installed projector, and parameters required for signal transmission can be determined as follows.
우선 탐지용 송신 신호의 반복 주기 TPRI는 상적으로 탐지 유효범위 Reff와 파의 전파속도(propagation speed)를 고려하여 TPRI ≥ Reff/c로 결정된다. 탐지용 송신 신호는 연속파(continuous wave) 펄스 또는 선형 주파수 변조(linear frequency modulation) 펄스 등이 사용될 수 있으며, 송신 펄스의 길이 Tpulse는 통상적으로 TPRI와 듀티 비(duty ratio, DR)의 곱으로 표현된다. 탐지용 신호를 송신하는 동안에는 신호를 수신할 수 없어 음영 구역(eclipsing zone or blind zone)이 발생하므로, 근접 탐지 가능거리 RD는 이론적으로 c ×Tpulse < RD < Reff가 된다. 탐지용 송신 신호의 경우 동일한 주파수를 사용하여 송신할 수 있으나, 수중에서 신호를 송신하는 경우 해수면, 해저면, 수중 부유물 등에 의한 영향으로 잔향음(reverberation)이 발생하게 되며, 잔향음의 유지시간이 긴 경우 다음 송신 신호까지 영향을 받을 수 있다. 이를 방지하기 위하여 인접한 송신 핑의 경우 주파수를 변경하여 송신할 수 있으며, 이때 송신 신호의 주파수 fT는 하기의 수학식 1와 같이 결정할 수 있다.First, the repetition period of the detected transmission signal for T PRI is the ideal in consideration of the propagation speed (propagation speed) of the detected effective range R eff and T wave PRI ≥ R eff / c. The transmission signal for detection may be a continuous wave pulse or a linear frequency modulation pulse, and the length T pulse of the transmission pulse is usually a product of T PRI and a duty ratio DR Is expressed. Since a signal can not be received while transmitting a detection signal, an eclipsing zone or a blind zone is generated. Therefore, the proximity detectable distance R D is theoretically c x T pulse <R D <R eff . In the case of the transmission signal for detection, it is possible to transmit using the same frequency, but in the case of transmitting the signal in the water, reverberation occurs due to the influence of the sea surface, the sea floor, If it is long, the next transmission signal may be affected. In order to prevent this, the frequency of the adjacent transmission ping can be changed and transmitted. At this time, the frequency f T of the transmission signal can be determined according to the following equation (1).
여기서, fc는 송신 기준 주파수, fint는 송신 주파수 간격, vs는 수중 운동체의 속도, vt는 표적의 속도, fα는 잔향음에 의한 최대 주파수 분산(dispersion) 값, fg는 송신 신호 간 간섭을 방지하기 위한 보호 대역(guard band) 값을 뜻한다. 만약 vt와 fα를 알기 어려운 경우에는, fint는 = fc2vs/c + fg로 대체할 수 있다. 수학식 1에서 n은 0 < n ≤ N-1인 정수(integer)로, 프로젝터의 송신 가능 대역폭을 BWT라고 하면 송신 신호의 주파수 개수 N은 
바람직한 실시 예로서, 표적 반사 신호를 수신하는 단계는 탐지용 송신 신호가 표적에 반사되는 신호를 트랜스듀서 또는 하이드로폰을 이용하여 수신하기 위한 것으로, 신호 수신 시 각 센서 별로 신호를 독립적으로 수신하거나, 원형 센서 배열 빔 형성(beam forming) 기법을 이용하여 다수의 수신 빔을 형성하여 수신할 수 있다. 이때, 각 센서별로 신호를 수신할 경우 필요한 센서 개수를 Ns, 수신 빔을 형성할 경우 필요한 센서 개수를 Nb라고 하면, 하기의 수학식 2와 같이 구할 수 있다.In a preferred embodiment, the step of receiving the target reflected signal is for receiving a signal for which the detection transmission signal is reflected on the target by using a transducer or a hydrophone, A plurality of reception beams can be formed and received using a circular sensor array beam forming technique. In this case, if the number of sensors required for receiving a signal for each sensor is N s , and the number of sensors required for forming a receiving beam is N b , the following equation (2) can be obtained.
여기서, θs는 단일 수신 센서의 3 dB 빔폭(beamwidth)을, θb는 수신 빔의 3 dB 빔폭을 의미하며, λ와 a는 각각 원형 센서 배열의 수신 주파수의 파장(wavelength)과 반지름을 의미한다. 각각의 방법별로 실제 센서 배치 간격은 360°/Ns와 360°/Nb가 되며, 다음 단계에서는 Ns개의 신호 또는 Nb개의 빔을 처리한다.Here, θ s denotes a 3 dB beamwidth of a single receiving sensor, θ b denotes a 3 dB beam width of a receiving beam, and λ and a denote the wavelength and radius of the receiving frequency of the circular sensor array, respectively do. For each method, the actual sensor arrangement intervals are 360 ° / N s and 360 ° / N b , and in the next step, N s signals or N b beams are processed.
이때, 수신 신호는 탐지 성능 향상을 위하여 부가적으로 탐지 처리 대역 BW△ (fT ≤ BW△ ≤ fT + fint)에 맞춰 아날로그 또는 디지털 필터를 이용하여 신호를 필터링할 수 있으며, 필터링 시 대역 통과 필터(bandpass filter)를 사용하거나 데이터량 감소를 위해 수신 신호를 기저대역(baseband)으로 내려 저역 통과 필터(lowpass filter)를 사용할 수 있다.At this time, the received signal is additionally detected processing bandwidth BW △ (f T ≤ BW △ ≤ f T + f int) , and to filter the signal using an analog or digital filter according to a band during filtering in order to improve detection performance A bandpass filter may be used or a lowpass filter may be used to lower the received signal to a baseband to reduce the amount of data.
근접 탐지를 위해서는 TPRI내에 처리가 이루어져야 하므로, 빔 형성 및 필터링 등의 처리에 소요되는 시간의 합 Tproc이 TPRI 이하인 경우에는 센서별 또는 빔으로 탐지를 수행할 수 있으며, Tproc가 TPRI 를 초과하는 경우에는 센서 별로 탐지를 수행해야 한다.For the close-up detection sum of the time required for processing such as so done the processing, beamforming and filtering in the PRI T T T proc the PRI , It is possible to perform detection with respect to each sensor or beam, and if T proc is T PRI , Detection should be performed for each sensor.
바람직한 실시 예로서, 표적 존재 유무 판단 및 거리 추정 단계에서는 표적 반사 신호를 수신하는 단계는 출력된 센서 출력 신호 또는 빔 신호를 이용하며 표적 유무를 판단하고, 표적이 존재하는 경우 표적 거리를 추정한다. 통상적으로 수중에서 거리 R을 왕복할 경우 신호 감쇄(attenuation)는, 근거리에서의 주파수에 따른 흡수 손실(absorption loss)을 무시하면 2×20log10R이 된다. 따라서 수신 신호의 크기 RL은 송신 음압을 SL이라고 할때, SL - 2×20log10R 이하가 되며, 통상적으로 잡음 지배(noise-limited) 환경하에서 센서 또는 배열의 지향적 지수(directivity index) DI, 표적 강도 TS, 잡음 수준 NL을 고려하여 하기의 수학식 3을 만족하는 경우 표적 신호가 존재한다고 판단한다.In a preferred embodiment, the step of receiving a target reflection signal includes determining whether a target is present using the output sensor output signal or the beam signal, and estimating a target distance when the target exists. Normally, when the distance R is reciprocated in water, the signal attenuation becomes 2 × 20 log 10 R, if the absorption loss according to the frequency at the near side is ignored. Therefore, the size RL of the received signal becomes SL - 2 × 20log 10 R or less when the transmission sound pressure is SL, and the directivity index DI of the sensor or array under a noise- The strength TS, and the noise level NL, the following Equation (3) is satisfied, it is determined that the target signal exists.
여기서, DT는 설정된 탐지 문턱 값(detection threshold)를 뜻한다. 일반적으로 DT는 오탐지(false alarm) 발생을 최소화하기 위해 CFAR(constant false alarm rate) 알고리즘을 이용하여 상황에 따라 가변적인 DT를 사용하나, CFAR 알고리즘의 경우 테스트 셀을 기준으로 좌/우측 셀의 값을 모두 이용하므로 탐지 결과를 산출에 시간 지연이 발생한다. 상호 고속으로 진행하는 수중 운동체에서 근접탐지를 수행할 경우 탐지 가능 시간에 제약이 있으므로, 탐지 성능을 확보하면서 지연이 최소화 되어야 한다.Here, DT denotes a set detection threshold. In general, DT uses a variable DT according to the situation using a constant false alarm rate (CFAR) algorithm to minimize the occurrence of false alarms. In the CFAR algorithm, however, Value, it takes time to calculate the detection result. In the case of proximity detection in underwater vehicles running at high speeds, there is a limit to the detection time, so that the delay should be minimized while ensuring the detection performance.
이를 위해 본 발명에서는 표적의 존재 유무 판단을 위해 하기의 수학식 4와 같이 탐지 신호 송신 종료 시점부터 수신 신호 준위는 
여기서, NP는 펄스 길이에 대응하는 이산화된 샘플의 수이고, fs는 샘플링 주파수이며, [ ]는 반올림 연산자이다. k는 슬라이딩 윈도우의 이동 인덱스이며, 슬라이딩 윈도우의 최대 개수 K는 [(TPRI - Tpulse)/fs] 이다. Where N P is the number of discrete samples corresponding to the pulse length, f s is the sampling frequency, and [] is the rounding operator. k is the sliding index of the sliding window, and the maximum number K of sliding windows is [(T PRI - T pulse ) / f s ].
이때, 슬라이딩 윈도우의 이동 인덱스는 1 이상의 양의 정수 값을 가질 수 있으며, 이동 간격의 크기에 비례하여 슬라이딩 윈도우의 최대 개수 K는 감소하게 된다. S(k)를 계산한 후 표적의 존재 유무는 종래의 방법과 유사하게 DT와의 비교를 통해 하기의 수학식 5와 같이 판단할 수 있다.At this time, the movement index of the sliding window may have a positive integer of 1 or more, and the maximum number K of sliding windows decreases in proportion to the size of the movement interval. After the S (k) is calculated, the presence or absence of the target can be determined as shown in Equation (5) through comparison with DT similar to the conventional method.
여기서 DT는 근접탐지 전에 센서를 통해 측정된 NL값과 설정된 오탐지율을 이용하여 CFAR 알고리즘의 문턱 값 계산식을 통해 구해진 고정 값을 사용한다. 이 때, 단일 센서 또는 단일 빔에서 획득된 탐지 결과만을 이용할 경우 발생할 수 있는 오탐지를 더욱 감소시키기 위하여 추가적으로 인접 센서 또는 인접 빔의 탐지 결과와 비교하는 절차를 수행하며, 인접 센서 또는 인접 빔에서도 탐지가 이루어진 경우, 즉 탐지 결과의 수가 2이상인 경우 표적이 존재한다고 판단한다.Here, DT uses the fixed value obtained through the threshold calculation formula of the CFAR algorithm using the N L value measured through the sensor before the proximity detection and the set false positive rate. In this case, in order to further reduce the false positives that may occur when only the detection result obtained from a single sensor or a single beam is used, a procedure is further performed to compare the detection result with the adjacent sensor or the adjacent beam, That is, when the number of detection results is two or more, it is determined that the target exists.
본 발명에 따르면, 상호 고속으로 기동하는 수중 운동체가 근접하는 경우 음향 신호를 이용하여 근접여부의 판단을 가능하게 함으로써, 자기탐지 장치 등이 사용이 불가능한 경우에도 이를 대체할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, it is possible to determine proximity using an acoustic signal when an underwater vehicle that is moving at a high speed is close to each other, thereby being able to substitute even if a magnetic detection device can not be used.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들에 대한 설계 및 파라미터 최적화는 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.According to a software implementation, the design and parameter optimization for each component as well as the procedures and functions described herein may be implemented as separate software modules. Software code can be implemented in a software application written in a suitable programming language. The software code is stored in a memory and can be executed by a controller or a processor.
Claims (4)
탐지용 신호를 표적으로 송신하는 단계;
상기 표적으로부터 표적 반사 신호를 수신하는 단계; 및
상기 표적의 존재 유무를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 근접 물체 탐지 방법.A method for detecting a nearby object using a circular array sensor,
Transmitting a detection signal as a target;
Receiving a target reflected signal from the target; And
And determining whether the target exists or not.
상기 탐지용 신호를 송신하는 단계는,
잔향음에 의한 영향을 최소화하기 위하여 수중 운동체의 속도에 따라 송신 주파수의 간격을 획득하고, 상기 획득된 송신 주파수의 간격에 기반하는 송신 주파수를 갖는 신호를 조합하여 송신하는 것을 특징으로 하는, 근접 물체 탐지 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of transmitting the detection signal comprises:
Characterized in that an interval of the transmission frequency is obtained in accordance with the speed of the underwater vehicle in order to minimize the influence of the reverberation sound and a signal having a transmission frequency based on the obtained interval of the transmission frequency is combined and transmitted, Detection method.
상기 표적 반사 신호를 수신하는 단계는,
펄스 반복 주기 및 빔형성 전처리 소요시간의 초과 유무에 따라 수신 빔 형성 여부와 개별 수신 여부를 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 하는, 근접 물체 탐지 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of receiving the target reflected signal comprises:
Wherein the method further comprises selectively using the reception beam formation and the individual reception depending on whether the pulse repetition period and the pre-processing time required for beam formation are exceeded or not.
상기 표적의 존재 유무를 판단하는 단계는,
이동 슬라이드 윈도우를 이용하여 신호의 합을 구한 후 설정된 문턱 값과의 비교를 통해 상기 표적의 존재 유무를 판단하고, 인접 센서 또는 빔의 탐지 정보와 연계하여 탐지 결과의 개수가 2 이상인 경우 상기 표적이 존재한다고 판단하는 것을 특징으로 하는, 근접 물체 탐지 방법.The method according to claim 1,
The step of determining the presence or absence of the target may include:
Determining whether or not the target is present through comparison with a set threshold after calculating a sum of signals using a moving slide window, and if the number of detection results is greater than or equal to 2 in association with detection information of an adjacent sensor or beam, The object is detected to be present.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170112809A KR101977813B1 (en) | 2017-09-04 | 2017-09-04 | Underwater Near Object Detection Method using Circular Sensor Array |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170112809A KR101977813B1 (en) | 2017-09-04 | 2017-09-04 | Underwater Near Object Detection Method using Circular Sensor Array |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190026279A true KR20190026279A (en) | 2019-03-13 |
| KR101977813B1 KR101977813B1 (en) | 2019-05-13 |
Family
ID=65762321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170112809A KR101977813B1 (en) | 2017-09-04 | 2017-09-04 | Underwater Near Object Detection Method using Circular Sensor Array |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101977813B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11304921A (en) * | 1998-04-21 | 1999-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | Obstacle detecting equipment |
| JP2006322773A (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Furuno Electric Co Ltd | Scanning sonar |
| KR20110088039A (en) * | 2010-01-28 | 2011-08-03 | 국방과학연구소 | Underwater transducer for vessel sonar decoy |
| KR20120128043A (en) * | 2011-05-16 | 2012-11-26 | 국방과학연구소 | Detector of fm target signal using correlated arranging filter and method thereof |
| KR20150066311A (en) * | 2013-12-06 | 2015-06-16 | 국방과학연구소 | Sonar system and method for precisly performing target detection under circumstance without being known of target speed |
-
2017
- 2017-09-04 KR KR1020170112809A patent/KR101977813B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11304921A (en) * | 1998-04-21 | 1999-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | Obstacle detecting equipment |
| JP2006322773A (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Furuno Electric Co Ltd | Scanning sonar |
| KR20110088039A (en) * | 2010-01-28 | 2011-08-03 | 국방과학연구소 | Underwater transducer for vessel sonar decoy |
| KR20120128043A (en) * | 2011-05-16 | 2012-11-26 | 국방과학연구소 | Detector of fm target signal using correlated arranging filter and method thereof |
| KR20150066311A (en) * | 2013-12-06 | 2015-06-16 | 국방과학연구소 | Sonar system and method for precisly performing target detection under circumstance without being known of target speed |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101977813B1 (en) | 2019-05-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7106656B2 (en) | Sonar system and process | |
| EP2317336B1 (en) | Method for estimating target range error and sonar system thereof | |
| US20110002191A1 (en) | Active sonar apparatuses and methods | |
| US5923282A (en) | Radar system | |
| US10656248B2 (en) | Radar post processing for sidelobe suppression | |
| RU2634787C1 (en) | Method of detecting local object against background of distributed interference | |
| CN109188385B (en) | Method for detecting high-speed weak target under clutter background | |
| KR101738241B1 (en) | Method and apparatus for locating of target | |
| US8400875B2 (en) | Active sonar system and active sonar method using a pulse sorting transform | |
| US4654835A (en) | Adaptive predictor of surface reverberation in a bistatic sonar | |
| RU2692841C1 (en) | Hydro acoustic method for determining purpose parameters when using an explosive signal with a wireless communication system | |
| KR20180081283A (en) | Low power Frequency Modulated Continuous Waveform system and controlling method thereof | |
| EP2317335B1 (en) | Improved beamforming method for analysing signals received by a transducer arrray, and relative detection system | |
| KR101534027B1 (en) | Sonar system and method for precisly performing target detection under circumstance without being known of target speed | |
| KR102317246B1 (en) | Method and apparatus for reducing number of radar target detection operations | |
| KR101977813B1 (en) | Underwater Near Object Detection Method using Circular Sensor Array | |
| KR20060135715A (en) | Device for avoiding obstacles for high-speed multi-hulled watercraft | |
| CA2528664A1 (en) | Noise adaptive sonar signal processor | |
| KR20170054168A (en) | Method and apparatus for processing signal based CFAR in radar system | |
| KR101052050B1 (en) | Method for detecting moving target and radar system thereof | |
| KR101619064B1 (en) | Target tracking method using active clutter map | |
| RU2809016C1 (en) | Method for adaptive detection of sea noise object | |
| KR102068201B1 (en) | Method and apparatus for detecting direct blast for asynchronous bistatic sonar systems | |
| Digulescu et al. | High-speed sensing for object detection in underwater bi-static acoustic paths | |
| RU2654366C1 (en) | Active sonar |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |