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높은 방향성 소음환경에서 DIFAR 수신센서 신호의 적응 빔형성에 의한 방위추정
Adaptive Beamforming Applied to Bearing Estimation of DIFAR Signal with Highly Directional Noise 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.30 no.8, 2011년, pp.474 - 481  

신기철 ((주)LIG넥스원 Maritime연구소) ,  김재수 (한국해양대학교, 해양공학과)

초록
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높은 방향성 소음환경하에서 DIFAR (Directional Frequency Analysis and Recording) 소노부이 (sonobuoy)와 같이 채널의 자유도가 낮은 시스템에서 넓은 빔폭과 낮은 신호 대 잡음비를 갖는 일반 빔형성 기법을 이용하여 음원의 방위 정보를 획득하는 것은 비효율적이다. 본 논문에서는 높은 방향성 소음환경에서 DIFAR 수신센서와 같이 센서의 수가 극히 제한된 경우에 적응 빔형성 기법을 응용하여 적용성을 검증하였다. 일반 빔형성 기법과 적응 빔형성 기법들은 모의된 방향성 신호에 의해 비교 평가되었으며, 최종적으로 실 신호를 적용하여 성능을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Conventional beamforming is ineffective in producing directional information in system with sparse degree of the freedom such as DIFAR (DIrectional Frequency Analysis and Recording) sonobuoy and in the presence of high directional noise. In this paper, Adaptive beamforming techniques are applied to ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • DIFAR 방향성 스펙트럼 신호의 방위추정에 이용되는 일반적인 빔형성 방법은 넓은 빔폭으로 인한 낮은 분해능으로 방위추정에서 많은 모호함을 가진다. 본 논문에서는 높은 방향성 소음과 채널의 자유도가 낮은 시스템의 음원 방위추정의 문제에 적응 빔형성 기법을 적용하여 음원 방위추정의 분해능을 높이고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
DIFAR 소노부이란 무엇인가? 일반적인 DIFAR 소노부이는 항공기에서 수중에 투하 된 후 수중 표적의 음향 신호를 획득하여 항공기로 송신 하면 항공기에서 수신 신호처리를 알고리즘을 이용하여 수중 표적의 방위각을 추정하는 시스템이다.
DIFAR 소노부이를 구성하는 채널 중 방향성 채널은 어떻게 얻어지는가? 그림 1은 세 채널 신호를 빔패턴의 관점에서 예시한 것으로, 각각의 신호는 균일한 가중을 갖는 무지향성 신호와 방위에 따라 cosine과 sine의 가중을 갖는 방향성 신호이다. 방향성 채널들은 북남 (north/south)과 동서 (east/west) 방향에 각각 두 개의 하이드로폰을 이용하여 그림 2의 쌍극자 (dipole) 형 빔을 형성하여 얻어진다 [2].
DIFAR 소노부이가 사용하는 3개의 수신 채널은 어떻게 구성되어 있는가? DIFAR 소노부이는 수신된 음향신호로부터 방향성 스펙트럼 정보를 추출하기 위해 3개의 수신 채널을 사용하며, 이 세 채널은 무지향성 채널 (OMNI)과 두 개의 방향성 채널 (NS, EW)로 구성된다. 그림 1은 세 채널 신호를 빔패턴의 관점에서 예시한 것으로, 각각의 신호는 균일한 가중을 갖는 무지향성 신호와 방위에 따라 cosine과 sine의 가중을 갖는 방향성 신호이다.
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참고문헌 (8)

  1. C. R. Greene, Jr., M. W. McLennan, R. G. Norman, T. L. McDonald, R. S. Jakubczak and W. J. Richardson, "Directional frequency and recording (DIFAR) sensors in seafloor recorders to locate calling bowhead whales during their fall migration," J. Acoust. Soc. Am., vol. 116, no. 2, pp. 799-813, 2004. 

  2. D. H. Chang, H. B. Park, Y. N. Na, and J. H. Ryu, "Bearing Estimation of Narrow Band Acoustic Signals Using Cardioid Beamforming Algorithm in Shallow Water," J. Acoust. Soc. Kor., vol. 21(2E), pp. 71-78, 2002. 

  3. A. B. Baggeroer, W. A. Kuperman, and P. N. Michalevesky, "An Overview of Matched Field Methods in Ocean Acoustics," IEEE J. Ocean. Eng., vol. 18, pp. 401-424, 1993. 

  4. J. Capon, "High resolution frequency wavenumber spectrum analysis," Proc. of the IEEE, vol. 57, pp. 1408-1418, 1969. 

  5. G. Bienvenu and L. Kopp, "Optimality of high resolution array processing using the eigensystem approach," IEEE Trans Acoust. Speech Sig. Proc., vol. 31, pp. 1235-1247, 1983. 

  6. H. Cox, R. M. Zeskind, and M. M. Owen, "Robust Adaptive Beamforming," IEEE Trans. of Acoust., Speech Signal Processing, vol. 35, pp. 1365-1376, 1987. 

  7. J. Oltman-Shay and R. T. Guza, "A Data-Adaptive Ocean Wave Directional Spectrum Estimator for Pitch and Roll Type Measurements," J. Phys. Oceanogr., vol. 14, pp. 1800-1810, 1984. 

  8. R. F. Marsden and B.-A. Juszko, "An Eigenvector Method for the Calculation of Directional Spectra from Heave, Pitch and Roll Data," J. Phys. Oceanogr., vol. 17, pp. 2157-2167, 1987. 

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