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독립적인 센서쌍 배열에 기반한 음원 위치추정 기법
Source Localization Based on Independent Doublet Array 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.51 no.10, 2014년, pp.164 - 170  

최영두 (경북대학교 전자공학부) ,  이호진 (경북대학교 전자공학부) ,  윤경식 (경북대학교 전자공학부) ,  이균경 (김천대학교 언어치료학과)

초록
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본 논문에서는 독립적인 센서쌍 배열(Doublet Array)을 이용하여 근거리 단일 음원의 방위와 거리를 추정하는 기법을 제안한다. 일반적인 방위각 추정 기법의 경우 주로 선형 배열 (Uniform Linear Array) 혹은 환영 배열 (Uniform Ciucular Array) 등을 이용하나 배열 구조상 근거리 음원의 거리를 추정하기 위한 개구간(Aperture)을 확보하는데 제약이 있다. 최근 독립적인 센서쌍 배열을 이용하여 넓은 개구간으로 근거리 단일 음원의 방위와 거리를 추정하는 기법이 제안되었으나 센서쌍이 직선상에 위치하는 경우로 제한되어 있다. 본 논문에서는 이를 일반화 하여 다양한 배열 구조에서도 근거리 음원의 위치를 추정하고자 한다. 제안된 알고리즘은 시뮬레이션을 통해 성능을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A single near-field sounde source bearing and ranging method based on a independent doublet array is proposed. In the common case of bearing estimation method, unform linear array or uniform circular array are used. It is constrained retaining aperture because of array structure to estimate the dist...

주제어

#doublet array   #single source localization   #near-field  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 기존 기법을 일반화하여 선형 배열이 아닌 다양한 센서 배열에서도 근거리 단일 음원의 위치를 추정하는 기법을 제안한다. 또한 제안 기법은 기존 기법에서 방위 추정에 있어 연산을 많이 필요로 하는 고유치 분해(Eigen-decomposition) 대신 상호 상관기법(Cross Correlation)을 적용하였다.

가설 설정

  • 제안 기법은 각 센서쌍에서 원거리 음원 모델 가정에 의해 음원의 방위를 추정하고, 추정된 음원의 방위와 센서쌍 사이의 근거리 음원 모델 가정을 이용하여 거리를 추정한다.
  • 제안 기법의 경우 다양한 센서쌍 배치에 적용가능하나 기존 기법과의 비교를 위해 선형배열에서 Ai와 Bi사이의 거리 δi = 0.5λ, 센서쌍 사이 거리 Δi, j = 10λ를 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
일반적인 음원 탐색기법은 어떤 단점을 가지고 있는가? 대부분의 근거리 음원 위치추정 기법은 프레스넬 근사화(Fresnel Approximation) 모델에 기초하며[2] 일반적으로 여러번의 1차원 탐색 또는 다차원 탐색을 포함한다[3～5]. 탐색기법은 비용함수(Cost Function)를 이용하여 방위, 거리 등의 파라미터를 추정하는 것으로 추정 파라미터 개수에 따라 차원이 구분되며 연산량이 기하급수적으로 늘어나는 단점이 있다.
음원의 위치추정을 위하여 보통 어떤 센서를 많이 이용하는가? 음원의 위치추정은 소나, 레이더, 무선 통신 등 많은 분야에서 매우 중요하게 다루어지고 있으며 주로, 선배열센서(Uniform Linear Array), 평면배열센서(Uniform Rectangular Array), 환형배열센서(Uniform Circular Array) 등의 배열센서를 이용해서 이루어진다[1]. 음원은 배열센서와 음원과의 거리에 따라서 원거리 음원과 근거리 음원으로 나누어진다.
독립적인 센서쌍을 이용하여 음원의 위치를 추정하는 기법은 어떻게 표적의 위치를 추정하는가? 최근 근거리 단일 음원에 한하여 독립적인 센서쌍을 이용하여 음원의 위치를 추정하는 기법[6]이 제안되었다. 제안된 기법은 음원이 각 센서쌍에서 보이는 원거리 음원의 특성과 센서쌍 사이에 보이는 근거리 특성을 함께 이용하여 표적의 위치를 추정하였다. 일반적으로 근거리 음원 위치 추정에 있어 방위각 추정에 비해 거리 추정 오차가 크다고 알려져 있으며[7], 배열의 개구간이 클수록 거리 추정오차를 줄일 수 있다.
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참고문헌 (7)

  1. Krim, Hamid, and Mats Viberg. "Two decades of array signal processing research: the parametric approach." Signal Processing Magazine, IEEE 13.4, pp.67-94, 1996. 

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  2. Swindlehurst, A. L., and T. Kailath. "Passive direction-of-arrival and range estimation for near-field sources." Spectrum Estimation and Modeling, 1988., Fourth Annual ASSP Workshop on. IEEE, 1988. 

  3. Lee, J. H., et al. "Algebraic path-following algorithm for localising 3-D near-field sources in uniform circular array." Electronics Letters 39.17, pp.1283-1285, 2003. 

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  4. Zhi, Wanjun, and MY-W. Chia. "Near-field source localization via symmetric subarrays." Acoustics, Speech and Signal Processing, 2007. ICASSP 2007. IEEE International Conference on. Vol. 2. IEEE, 2007. 

  5. Liang, Junli, and Ding Liu. "Passive localization of near-field sources using cumulant." Sensors Journal, IEEE 9.8, pp.953-960, 2009. 

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  6. Jiang, J. C., P. Wei, and L. Gan. "Source location based on independent doublet array." Electronics Letters 49.14, pp.907-908, 

  7. Hsu, Yu-Sheng, Kainam Thomas Wong, and Lina Yeh. "Mismatch of near-field bearing-range spatial geometry in source-localization by a uniform linear array." Antennas and Propagation, IEEE Transactions on 59.10, pp.3658-3667, 2011. 

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