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시역전 처리에서 센서 배열 최적화에 관한 연구
Optimization of Array Configuration in Time Reversal Processing 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.29 no.7, 2010년, pp.411 - 421  

주재훈 (LIG넥스원(주)) ,  김재수 (한국해양대학교 해양공학과) ,  지윤희 (인하대학교 전자공학과) ,  정재학 (인하대학교 전자공학과) ,  김덕영 (LIG넥스원(주))

초록
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수중음향에서 시역전 처리는 잔향음 제거 및 표적반향음 향상, 수중감시, 수중통신 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 특히, 근래에 활발히 연구되는 수중통신에서 시역전 처리를 이용해 신호를 시-공간적으로 집속함으로써 신호 대 잡음 비를 증가시켜 전송거리를 높임과 동시에 비트 오차율을 상당히 개선하였다. 본 논문에서는 시역전 처리에서의 센서 배열 최적화에 대한 두 가지 이슈를 다루었다. 먼저, 다양한 해양환경에서의 센서 배열에 대한 최적 센서 수에 대해 연구하였다. 두번째는 주어진 센서 수에 대해 최적의 센서 배치를 결정하는 알고리즘을 개발하였다. 센서 배열 최적화 알고리즘을 집속점과 관심영역에서 음향에너지 대비를 최대화시키는 센서 위치와 수를 목적함수로 하는 유전알고리즘을 기초로 하여 구체화하였다. 또한, 시역전과 신호처리 과정이 동일한 원리로 수행되는 정합장 처리를 이용하여 모의실험 결과에 대한 타당성을 실제 해양 실험데이터를 통해 검증 하였다. 최적화의 결과로 집속점에서 음향에너지가 기존의 센서배치 보다 최대 3 dB정도 향상되는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A time-reversal mirror (TRM) is useful in diverse areas, such as reverberation ing, target echo enhancement and underwater communication. In underwater communication, the bit error rate has been improved significantly due to the increased signal-to-noise ratio by spatio-temporal focusing. This paper...

주제어

#센서 배열 최적화   #시역전 처리   #정합장 처리   #음향에너지 대비   #규준화 수심  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유전알고리즘이란? 시역전 처리에서 집속점에서의 음압 준위를 높이기 위한 센서의 배치와 센서 수는 최적화 문제에 많이 적용되는 유전알고리즘을 이용하여 구하였다. 유전알고리즘은 생물이 유전과 진화 과정을 통해 더 나은 개체로 발전한다는 자연계의 진화원리를 모방하여 최적화 문제를 수치적으로 풀어가는 알고리즘을 말한다. 비교적 단순한 연산 방법으로 구현하기도 쉬워 다양한 분야에서 최적화 문제를 다룰 때 많이 사용한다 [8].
시역전 처리 기법이란 무엇인가? 최근 수중통신 등에 많이 응용되고 있는 시역전 처리 기법은 말 그대로 어떤 공간에 위치한 음원에서 송신한 신호를 수신기에 저장한 다음, 시간 영역상에서 역전 (time reversal) 시켜 다시 보내면 원래 음원 위치에 송신된 신호가 그대로 나타나는 물리적인 현상을 이용한 신호 처리 과정을 말한다. 그림 1에서 설명하는 것과 같이 주파수 영역에서의 시역전 처리 (phase conjugation)된 음장의 파워 분포 (P(#))는 다음과 같이 표현된다 [7]
유전알고리즘이 최적화 문제를 다룰 때 사용되는 이유는 무엇인가? 유전알고리즘은 생물이 유전과 진화 과정을 통해 더 나은 개체로 발전한다는 자연계의 진화원리를 모방하여 최적화 문제를 수치적으로 풀어가는 알고리즘을 말한다. 비교적 단순한 연산 방법으로 구현하기도 쉬워 다양한 분야에서 최적화 문제를 다룰 때 많이 사용한다 [8].
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참고문헌 (11)

  1. H. C. Song, W. S. Hodgkiss, W. A. Kuperman, K. G. Sabra, and T. Akal, "Passive reverberation nulling for target enhancement," J. Acoust. Soc. Am., vol. 122, no. 6, pp. 3296-3303, 2007. 

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  2. H. C. Song, W. S. Hodgkiss, W. A. Kuperman, M. Stevenson, and T. Akal, "Improvement of Time-Reversal Communications Using Adaptive Channel Equalizers," IEEE J. Ocean Eng., vol. 31, no. 2, pp. 487-496, 2006. 

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  3. Thomas J. Hayward, "Optimization of hydrophone placement for acoustic arrays using simulated annealing," J. Acoust. Soc. Am., vol. 95, no. 1, pp. 201-212, 1994. 

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  4. Carlo M. Ferla and Michael B. Porter, "Receiver Depth Selection for Passive Sonar System," IEEE J. of Ocean Eng., vol. 16, no. 3, pp. 267-278, 1991. 

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  5. J. W. Choi and Y. H. Kim, "Generation of an acoustically bright zone with an illuminated region using multiple sources," J. Acoust. Soc. Am., vol. 111, no. 4, pp. 1695-1700, 2002. 

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  6. M. Porter, "KRAKEN: User's Manual," http://oalib.hlsresearch.com/ Modes/kraken.pdf. 

  7. J. S. Kim, H. C. Song and W. A. Kuperman, "Adaptive time-reversal mirror," J. Acoust. Soc. Am., vol. 109, no. 5, pp. 1817-1825, 2001. 

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  8. Bor-Tsuen Wang, "Optimal placement of microphones and piezoelectric transducer actuators for far-field sound radiation control," J. Acoust. Soc. Am., vol. 99, no. 5, pp. 2975-2984, 1996. 

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  9. K. C. Shin and J. S. Kim, "Matched field processing with contrast maximization," J. Acoust. Soc. Am., vol. 118, no. 4, pp. 1526-1533, 2005. 

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  10. N. O. Booth, T. Abawi, P. W. Schey, and W. S. Hodgkiss, "Detectability of low-level broad-band signals using adaptive matched-field processing with vertical aperture arrays," IEEE J. Ocean. Eng., vol. 25, no. 3, pp. 296-313, 2000. 

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  11. Seongil Kim, G. F. Edelmann, W. A. Kuperman, W. S. Hodgkiss, and H. C. Song, T. Akal, "Spatial resolution of time-reversal array in shallow water," J. Acoust. Soc. Am., vol. 110, no. 2, pp. 820-829, 2001. 

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