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무인수상정 탑재 측면주사소나 설계를 위한 모델링 연구
Study to Design of Side-scan Sonar for Unmanned Surface Vehicle 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.21 no.1, 2018년, pp.40 - 46  

배호석 (국방과학연구소 제6기술연구본부) ,  김우식 (국방과학연구소 제6기술연구본부) ,  김정훈 (국방과학연구소 제6기술연구본부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to successfully detect and identify underwater targets located on the seabed, unmanned surface vehicles (USVs) typically acquire acoustic signals with a side-scan sonar device and reconstruct information about the target from the processed images. As the quality of the side-scan sonar image...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 무인수상정 탑재 측면주사소나 개발을 위한 사전 연구로써, 무인수상정의 기동을 고려한 시뮬레이션 기반 측면주사소나 모델링을 연구하였다. 본 측면주사소나 모델링을 통해 다양한 운용조건에서 소나영상을 모의할 수 있었으며, 독립적으로 제어 가능한 운용조건 및 소나변수의 설정치에 따른 소나영상을 모의함으로써 무인수상정 탑재 측면주사소나의 설계를 위한 최적의 변수를 도출하고자 하였다.

가설 설정

  • 또한 음파는 직접반사(direct reflection) 신호만 고려하고, 직접반사 신호를 제외한 2차 반사 및 다중경로반사(multi-path reflection) 신호는 무시하였다. 수중음향환경은 잔향음 제한(reverberation-limited) 환경이 아닌 잡음 제한(noise-limited) 환경으로 가정하였다. 또한, 전술한 모델링 고려요소들을 최대한 반영하되, 구현의 편의를 위하여 가능한 단순한 모델을 사용하였다.
  • 측면주사소나를 이용한 영상을 모의하기 위해서는 본 논문에서는 해수층을 균일한 매질로 가정하여, 음파의 굴절 및 회절현상 등을 고려하지 않았다. 또한 음파는 직접반사(direct reflection) 신호만 고려하고, 직접반사 신호를 제외한 2차 반사 및 다중경로반사(multi-path reflection) 신호는 무시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
측면주사소나란 무엇인가? 해저면에 위치하는 수중표적 탐지·식별을 위한 소나장비는 1950년대에 미국 해군에 의해서 최초로 제시된 측면주사소나(Side-scan Sonar)를 시작으로 최근 개발된 합성개구소나(Synthetic Aperture Sonar)에 이르기까지 각 장비의 요구사항에 맞도록 운용속도와 영상분해능을 고려하여 설계·개발되고 있다[2]. 특히, 측면주사소나는 송신신호를 탑재플랫폼 측·하방으로 방사한 후, 해저면 및 수중표적에서 반향된 음향신호를 이용하여 해저면의 형상을 가독적으로 영상화하는 능동소나의 한 종류로써, 군사분야뿐만 아니라 민수분야에서도 널리 활용되고 있다[3,4].
무인수상정에 탑재되는 측면주사소나는 개발 시 시뮬레이션 기반 설계를 해야하는 이유는? 즉, 이론적인 해석해와 경험식에 근거하여 기본설계를 수행한 후, 축소시제를 이용한 수조/해상시험을 통해 기본성능 충족 가능성을 확인하여야 하며, 최종적으로 상세설계를 수행하여 시스템을 개발하여야 한다. 하지만, 실제 수중시험환경은 제어할 수 없는 환경변수가 많으며, 수중에서의 시스템 정밀 제어가 불가능한 문제를 가진다. 또한 시간 및 비용적인 제한조건이 있기 때문에 시뮬레이션 기반 설계를 수행하는 것이 보다 현실적이다. 따라서, 무인수상정용 측면주사소나를 개발하기 위해서는 측면주사소나 영상신호를 모의하는 연구가 선행되어야 하며, 다양한 수중환경, 운용조건 등에 대한 성능 및 효과도 분석 등을 수행하여야 한다.
무인플랫폼에 요구되는 능력은 무엇인가? 최근 무인수상정, 무인잠수정 등 해상에서 운용되는 무인플랫폼은 요소기술의 발전으로 인해 감시·보안, 해양 시추, 해양학 연구 등 매우 다양한 분야에서 활발히 적용되고 있으며 세계적 시장규모도 지속적으로 증가하는 추세이다. 이러한 무인플랫폼은 실제 해상 및 수중환경에서 자율적으로 주어진 임무를 수행하기 위하여 특정 운용조건에서의 수중물체 탐지·식별, 자율회피·기동, 수중통신 등의 능력이 필수적으로 요구되는데[1], 수중표적 탐지·식별 임무를 성공적으로 수행하기 위해서는 빛을 활용한 레이저, 카메라 등의 광학장비보다는 음향센서를 활용한 소나장비가 주로 사용된다.
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