[논문]비협동 양상태 소나에서 적함 송신기의 단일 능동 신호와 해저 지형 정보를 이용한 송신기 정보 추정

이동화; 남종근; 정태진; 이균경

비협동 양상태 소나에서 적함 송신기의 단일 능동 신호와 해저 지형 정보를 이용한 송신기 정보 추정
Source Information Estimation Using Enemy's Single-Ping and Underwater Geographic Information in Non-Cooperative Bistatic Sonar 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.13 no.2, 2010년, pp.196 - 203

이동화 (한국과학기술원) , 남종근 (경북대학교) , 정태진 (경북대학교) , 이균경 (경북대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

The bistatic sonar operations using a spatially-separated source and receiver are classified into cooperative and non-cooperative operations. In the cooperative operation, an active signal of a friendly ship is used and the source information is known previously. In the non-cooperative operation, an active signal of the enemy is used and it is difficult to find out the source information. The source information consists of the range, speed, course and frequency of the source. It gives advantage to operating bistatic sonar. This paper suggests a method of estimating the source information with geographic information in the sea and the single-ping of the enemy. The source range is given using one geographic point. And the source speed, course and the frequency of the enemy's source signal are given using two geographic points. Finally, the validity of the scheme is confirmed through a simulation study.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 동일한 수중 음속 구조하에서 해저지형 정보와 적함의 단일 능동 신호를 이용하여, 비협동 양상태 소나에서 송신기에 대한 정보 추정 기법을 제안하였다. 한 개의 지형정보를 이용하여 송신기의 위치를, 두 개의 지형정보를 이용하여 송신 신호의 중심 주파수 및 송신기의 속력, 진행 방향을 추정할 수 있었다.
이러한 해저 지형의 반사 신호를 이용하면 송신기의 움직임을 다른 방향에서 분석하는 효과를 얻을 수 있다. 이를 이용하여 본 논문에서는 비협동 양상태 소나의 운용에서 적함의 단일 능동 신호와 해저 지형을 이용한 송신기 정보 추정 기법에 대해 제안한다.

제안 방법

결국 두 개의 지형 정보를 이용하여 송신 신호의 중심 주파수 fS 및 송신기의 속력 VS, 진행 방향 ΘSR을 추정한다.
한 개의 지형정보를 이용하여 송신기의 위치를, 두 개의 지형정보를 이용하여 송신 신호의 중심 주파수 및 송신기의 속력, 진행 방향을 추정할 수 있었다. 그리고 모의 실험을 통하여 제안된 기법을 검증하고, 해저 지형의 위치 오차에 따른 성능 분석을 하였다. 본 연구를 통해 비협동 양상태 소나에서도 송신기의 정보 추정으로 협동 운용에 필적하는 양상태 소나의 운용 성능을 기대할 수 있을 것이라 판단된다.
실험 1에서는 기하학적 조건들의 수치 값에 오차가 없는 이상적인 환경에서 제안된 기법을 적용하여 송신기의 속력과 진행 방향을 구하였다. 실험 2에서는 해저 지형의 위치 오차에 중점을 두고 제안된 기법의 성능을 몬테 카를로 모의 실험을 통하여 알아보았다.
실험 1에서는 기하학적 조건들의 수치가 오차를 가지지 않는 이상적인 상황에서 실험을 수행하였다.
실험 1에서는 기하학적 조건들의 수치 값에 오차가 없는 이상적인 환경에서 제안된 기법을 적용하여 송신기의 속력과 진행 방향을 구하였다. 실험 2에서는 해저 지형의 위치 오차에 중점을 두고 제안된 기법의 성능을 몬테 카를로 모의 실험을 통하여 알아보았다.
해저 지형에 관련된 수치적 오차는 송신기 정보 추정의 성능 분석에 있어 중요한 사항이다. 이에 실험 2에서는 해저 지형의 위치 오차에 따른 성능 분석을 수행하였다.
본 논문에서는 동일한 수중 음속 구조하에서 해저지형 정보와 적함의 단일 능동 신호를 이용하여, 비협동 양상태 소나에서 송신기에 대한 정보 추정 기법을 제안하였다. 한 개의 지형정보를 이용하여 송신기의 위치를, 두 개의 지형정보를 이용하여 송신 신호의 중심 주파수 및 송신기의 속력, 진행 방향을 추정할 수 있었다. 그리고 모의 실험을 통하여 제안된 기법을 검증하고, 해저 지형의 위치 오차에 따른 성능 분석을 하였다.

데이터처리

그리고 각각의 σP 값에 대해 몬테 카를로(Monte Carlo) 실험을 500회 수행하여 RMSE(Root Mean Square Error)를 구하였다.

후속연구

본 연구를 통해 비협동 양상태 소나에서도 송신기의 정보 추정으로 협동 운용에 필적하는 양상태 소나의 운용 성능을 기대할 수 있을 것이라 판단된다. 그리고 향후 연구에서는 비균질한 수중 음속 구조하에서 신호의 전달 경로와 실제 거리의 차이에 따른 성능 분석, 수신 신호 관련 오차와 해저 지형의 위치에 따른 성능 분석, 실제 해상 실험 등을 통해 제안된 기법의 성능 분석이 필요할 것으로 보인다.
그리고 모의 실험을 통하여 제안된 기법을 검증하고, 해저 지형의 위치 오차에 따른 성능 분석을 하였다. 본 연구를 통해 비협동 양상태 소나에서도 송신기의 정보 추정으로 협동 운용에 필적하는 양상태 소나의 운용 성능을 기대할 수 있을 것이라 판단된다. 그리고 향후 연구에서는 비균질한 수중 음속 구조하에서 신호의 전달 경로와 실제 거리의 차이에 따른 성능 분석, 수신 신호 관련 오차와 해저 지형의 위치에 따른 성능 분석, 실제 해상 실험 등을 통해 제안된 기법의 성능 분석이 필요할 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소나의 비협동 운용의 표적 탐지에서 갖는 제한점은 무엇인가?	또한 송신기의 속력, 진행방향, 송신 신호의 중심 주파수를 이용하여 표적의 속도와 진행 방향을 추정할 수 있다[5,6]. 이에 반해, 적함 송신 신호를 이용하는 비협동 운용은 아함의 능동 신호를 사용하지 않으므로 송신기의 정보가 부족하여 표적의 탐지 성능이 크게 저하되는 단점이 있다. 결국 표적의 탐지 측면에서도, 적함 송신기의 정보 추정은 비협동 양상태 소나의 운용 성능 향상을 위해 매우 중요한 일이다.
	잠수함 양상태 소나운용 중 협동 운용은 무엇을 말하는가?	Schmidt-Schierhorn 등은 잠수함의 양상태 소나 운용을 협동 운용(cooperative mode)과 비협동 운용(noncooperative mode)으로 구분하였다[2]. 협동 운용은 아함의 송신기를 이용하는 것으로서, 송신 신호의 종류 및 중심 주파수, 길이 등 사전에 능동 신호의 모든 정보를 가진 상태에서 양상태 소나를 운용한다. 이에 반해 비협동 운용은 적함의 송신 신호를 이용하여 양상태 소나를 운용하는 것으로서, 아함 송신기의 송신 신호뿐 아니라 적함의 능동 신호도 탐지에 활용하므로 잠수함의 활용에 있어 높은 효율성 기대할 수 있다.
	능동 소나의 각각의 종류는 어떤 특징을 갖는가?	능동 소나(active sonar)는 송수신기의 상대적인 위치에 따라 단상태 소나(monostatic sonar)와 양상태 소나(bistatic sonar)로 나누어진다. 단상태 소나는 송수신기의 위치가 동일하므로, 능동 신호로 인해 잠수함의 은밀성에 있어 운용의 제약을 받을 수 있다. 이에 반해, 양상태 소나는 공간상으로 분리된 송수신기를 사용함으로써 넓은 탐지 영역, 은밀성 보장 등의 여러 가지이점을 가진다[1～4].

참고문헌 (8)

H. Cox, "Fundamentals of Bistatic Active Sonar", NATO Underwater Acoustic Data Processing, Kingston, ON, Canada, Jul. 1988.
H. Schmidt-Schierhorn, A. Corsten, B. Strassner, S. Benen and M. Meister, "The Use of Bistatic Sonar Functions on Modern Submarines", Proc. UDT Europe 2007, Italy, Jun. 2007.
R. O. Nielsen, Sonar Signal Processing, Artech House, 1991.
R. J. Urick, Principles of Underwater Sound, 3rd Edition, McGraw-Hill Inc., 1983.
P. A. M. de Theije and J. - C. Sindt, "Single-Ping Target Speed and Course Estimation Using a Bistatic Sonar", IEEE J. Oceanic Eng., Vol. 31, No. 1, pp. 236-243, Jan. 2006.

상세보기
P. A. M. de Theije and J. - C. Sindt, "Target Speed and Course Estimation Using a Bistatic Sonar", Proc. UDT Europe 2004, Nice, France, Jun. 2004.
Donghwa Lee, "Source Range Estimation Using Geographic Information in Non-Cooperative Bistatic Sonar", Master's Thesis, Kyungpook National University, 2009.
M. I. Jeffree and A. R. Collins, "Intercept Detection and Ranging", Proc. UDT Europe 2001, Germany, Jun. 2001.

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