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제안 방법
- Gauss - Newton법을 이용하기 위해서는 기존에 정의한 Eq. (2)를 각 미지 값에 대한 편미분을 새로이 구하고, 구해진 편미분을 반복알고리즘을 이용하여 값을추정한다. 수식 연산의 편의를 위해 Eq.
- 62 mm 탄환을 사용해 총 30발 사격을 실시하였다. 매 사격마다 사로로 진입하여 탄착점을 확인 기록 하였으며, 실험 당시 평균온도는 31℃, 습도는 45 %였다.
- 본 연구는 논문[10]의 확장으로 기존 ToA 방식 알고리즘을 TDoA 기반 알고리즘으로 확장 발전시켜 기존의 시간 동기화 문제를 해결하였고, 실제 사격 실험을 통해 제안된 알고리즘의 성능을 검증하였다.
- 본 연구에서 구현한 탄착점 식별 시스템은 Fig. 5와 같이 군용 사격 표적과 델타형 2조 마이크로폰 어레이로 구성하였다. 마이크로폰 어레이 시스템은 각변이 15 cm인 정삼각형의 마이크로폰 어레이 2조가 서로 68 cm 떨어진 상태이며, 각 마이크로폰 어레이는 같은 평면상에 위치한다.
- 본 연구에서는 논문 [10] 의 ToA 기반 소총화기 탄착점 추정 시스템을 TDoA방식으로 확장하였고 실제 사격실험을 통해 그 성능을 검증하였다. 사격실험 결과 제안된 TDoA 방식의 탄착점 추정 시스템이 허용 오차 범위 내에서 정확히 탄착점을 추정하고 있어 우수한 성능을 보이고 있음을 알 수 있다.
- 7은 거리별 실제 탄속과 알고리즘에 의해 추정된 탄속을 그래프로 나타낸 것이다. 실제 탄속 측정은 발사시점, 50 m, 100 m, 150 m, 300 m 구간에서 도플러 속도계를 이용하여 5.56 mm 탄환과 7.62 mm 탄환의 속도를 측정하였다. 5.
- 하지만 연산 횟수를 늘릴 경우 연산 시간도 늘어나기 때문에 본 논문에서는 최대 연산 횟수를 50,000회로 제한하였으며, xn-xn+1 과 hn-hn+1의 절대값이 각각 0.1 µm 이내일 경우 연산을 종료하게 프로그래밍하였다.
대상 데이터
- 3장에서 제안된 탄착점 추정 알고리즘을 실제 사격 실험을 통해 검증하였다. 사격실험은 2017년 8월 국내 A 사격장에서 실시하였다. 이 사격실험은 평지 위에 세워진 표적으로부터 각각 100 m, 200 m, 300 m 떨어진 위치에서 5.
- Table 1은 사격 실험에서 습득한 23개 데이터를 사격 조건 및 실제 좌표와 TDoA로 계산된 좌표, 속도를 나타낸 표이다. 실제 사격실험에서는 총 30발을 사격하였으나 시험용 5발과 함께 5.56 mm 2발이 300 m 사격에서 타겟을 벗어나 최종적으로 23개 데이터를 습득하였다.
- 사격실험은 2017년 8월 국내 A 사격장에서 실시하였다. 이 사격실험은 평지 위에 세워진 표적으로부터 각각 100 m, 200 m, 300 m 떨어진 위치에서 5.56 mm 탄환과 7.62 mm 탄환을 사용해 총 30발 사격을 실시하였다. 매 사격마다 사로로 진입하여 탄착점을 확인 기록 하였으며, 실험 당시 평균온도는 31℃, 습도는 45 %였다.
- 탄환 충격파 신호의 습득을 위한 DAQ(Data Acquisition)는 Adlink사의 PXES-2301에 PXIe-9848 디지타이저를 장착하여 이용하였으며, 마이크로폰은 PCB사의 130E20을 이용하였고, 마이크로폰에 전원을 공급하는 파워 컨디셔너는 PCB사의 483C05를 이용하였다.
데이터처리
- Table 2는 논문[10]의 ToA 방식과 본 연구의 TDoA 방식으로 연산한 결과를 비교 하였다.
이론/모형
- 에서는 Eq. (2)의 비선형 연립방정식을 풀기 위해 GN 알고리즘 등을 이용하여 근사해를 구한다. 하지만 ToA 기반 측정방식은 마이크로폰간에 시간 동기화가 필요하여 구현이 어려우며 만약 동기 오차가 발생하면 탄착점 연산에 큰 오차가 발생하는 단점이 있다.
- 논문[10]에서 제안하는 탄착점 추정 알고리즘은 탄환 충격파가 각 마이크로폰에 도달한 시간(ToA)을연립 방정식으로 정의하고, 이를 GN(Gauss – Newton) 알고리즘, LM(Levenberg – Marquardt) 알고리즘 등 최소제곱법을 이용해 탄착점을 추정한다.
- 본 논문에서는 논문[10]의 ToA 기반 알고리즘을 TDoA 기반 알고리즘으로 확장 구현한 후 Gauss -Newton법을 이용하여 탄착점의 위치를 추정하고, 실제 사격 실험을 통하여 그 성능을 검증하였다.
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