[논문]수중 통신 장비를 위한 검사기 설계와 구현에 관한 연구

윤현태; 석종원

doi:10.9766/kimst.2019.22.1.042

수중 통신 장비를 위한 검사기 설계와 구현에 관한 연구
A Study on Design and Implementation of a Test System for Underwater Communication Equipment 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.22 no.1, 2019년, pp.42 - 48

Abstract ▼ AI-Helper

Since the underwater telephone was sold in a short time, there are few repair equipments. And equipment is difficult to locate fault. Equipment with transducers must be inspected underwater, and a relative naval vessels is required to perform an operational check. So we developed a tester device to test the transmission card through the spectrum and transmission power, and to develop a device that can conduct operational tests on land. Therefore, the development of the tester reduces the incidence of naval vessels and contributes to the development of domestic underwater communication test equipment.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Single side band and double side band
그림 Fig. 2. Functional diagram of single side band modulation circuit
그림 Fig. 4. Inspection system overall schematic
그림 Fig. 3. Underwater telephone structure diagram
그림 Fig. 5. Transceiver configuration diagram
그림 Fig. 6. Resistance to transducers
그림 Fig. 7. Automatic fan configuration diagram
그림 Fig. 8. Inside the lower component
표 Table 1. Raspberry Pi 3 specifications
그림 Fig. 9. Exhibition screen
그림 Fig. 10. Tester for underwater telephone
그림 Fig. 11. Block diagram of measurement system
그림 Fig. 12. Unmodulated spectrum
그림 Fig. 13. Modulated spectrum
그림 Fig. 14. Transmission voice and reception voice

AI 본문요약
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문제 정의

개발 검사기는 송신 장비의 마이크를 통하여 음성을 전달하면 전달된 음성은 장비를 통하여 변조 신호가 트랜스듀서로 가는데, 트랜스듀서로 보내지 않고 개발 검사기로 전달한다. 개발 검사기는 변조 신호를 저장했다가 다시 수신 장비로 보내어 복조된 신호에서 음성 신호만 추출하여 들을 수 있도록 개발하려고 한다. Fig.
본 논문에서는 수중 통신기를 검사할 수 있는 장비를 개발하여 수중으로 전송되는 변조 신호를 검사기로 분석하며 센서를 설치하지 않고 송신 신호를 검사기에 전달하여 정밀검사가 가능하며 수중 통신기 본체에서 송출되는 출력을 측정할 수 있게 하였다. 이에 따라 수리 후 정상작동 검사를 위해 상대함정을 찾을 필요가 없다.
본 논문에서는 이러한 일련의 문제점을 해결하기 위해 송 · 수신 검사기를 개발하였다.

제안 방법

개발 검사기의 성능 테스트를 위해 Fig. 11과 같이 실내에서 수중 통신기의 트랜스듀스 케이블을 제거하고 장비 측 커넥터를 검사기에 연결하여 마이크를 통한 음성 송 · 수신 테스트를 수행하였다.
검사기 성능검사 측정은 실제 음성과 스피커를 통해 나오는 음성을 비교 · 분석하기 위해 WAV파일로 녹음을 하였다.
메인 보드는 내부 저항과 분리되기 쉽게 커넥터로 연결하여 교체가 편리하게 제작하였다. 그리고 사용자의 편의성을 위해 터치패널을 설치하였다.
11과 같이 실내에서 수중 통신기의 트랜스듀스 케이블을 제거하고 장비 측 커넥터를 검사기에 연결하여 마이크를 통한 음성 송 · 수신 테스트를 수행하였다. 그리고 정확한 성능검사와 비교분석을 하기 위해 단음절로 하나, 둘, 셋을 마이크에 대고 말을 했다.
마지막으로 송 · 수신 검사기의 성능을 확인하기 위해서 발화시 음성과 장비를 통해 변조된 신호가 검사기를 거쳐 다시 장비의 스피커에 나오는 음성을 매트랩(Matlab)으로 파형을 나타내어 비교 분석했다.
먼저 송 · 수신 검사기 전시부에서 변조 신호가 정상적으로 송출되는지 판단하기 위해 변조 신호를 스펙트럼으로 나타나게 했다.
5와 같다. 메인 보드의 내장 사운드 카드는 음질이 떨어지고 상대적으로 CPU 자원을 많이 차지하므로 외장형 사운드 카드를 설치하였다.
무부하를 막기 위한 더미(Dummy)부와 변조 신호 저장 및 재생하는 PCB 보드부를 상 · 하로 나누어 배치하였으며 상부와 하부는 연결할 수 있는 케이블로 제작하여 상 · 하부가 착탈이 가능하도록 제작하였다.
변조 신호를 저장하기 위한 메인보드로 라즈베리파이3를 이용하여 제작하였으며 운영 체제로 라즈비안을 설치하여 작동한다. 주요구성 및 제원은 Table 1에 보이며 소형 SBC(Single Board Computer)이다.
터치패널은 버튼 모양의 아이콘을 터치하여 작동하고, 트랙볼과 푸시버튼을 추가하여 터치 신호 오류를 보완해준다. 전시화면 디자인으로 GUI(Graphic User Interface)를 꾸미기 위해 QT 프로그램을 이용하였다.

이론/모형

그리고, 음성을 사용하므로 음성은 저주파 대역에 신호 성분이 거의 없다. 따라서 수중에서 전송하기 위해 기저 대역 전송방식의 단점을 보완하고 낮은 출력으로 동작할 수 있게 하기 위하여 Fig. 1과 같이 단측파대(SSB : Single SideBand) 변조 방식을 사용하고 반송 주파수는 모든 대역을 고루 사용한다^[4].

성능/효과

개발 검사기는 좁은 주파수 대역을 이용하여 음성 대역의 신호를 반송 주파수로 변조 및 복조 후 수중 통신기를 통하여 송 · 수신이 가능한가를 성능 적합 여부로 판단하였는데 송신 신호와 수신 신호 파형을 비교 분석한 결과뿐 아니라 실제 장비 스피커를 통해 나오는 수신음성 인식률까지 만족스러운 결과가 나왔으며, 송신 파형을 스펙트럼으로 분석하여 통신 가능 상태도 알 수 있음을 확인하였다.
마지막으로 AUX 단자를 외부로 노출하여 여러 종류의 수중 통신기 검사가 가능하며, 특히 군사용뿐 아니라 민간용 수중 통신기도 개발 송 · 수신 검사기로 사용할 수 있도록 제작했다.
성능 결과와 마찬가지로 개발 검사기를 이용해 실제 통신을 한 결과 해양에서 수중 통신기는 수중의 기하학적인 구조, 다중경로 전달 등 환경에 영향을 받아 일반적으로 음성 인식률이 낮지만, 검사기는 수중환경의 영향을 받지 않아 운용자가 100 % 이해할 정도로 음성 인식률이 높았다.

후속연구

이러한 수중 통신기의 검사기 개발로 수중 함정 사고의 발생을 낮추고 국내 수중 통신 장비의 발전에 따라 수중 통신기의 수입대체 효과를 이룰 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수중 통신기란 무엇인가	수중 통신기는 수중에서 트랜스듀서를 통해 초음파로 전달되어 수신자의 귀로 직접 음성이 전달되도록 하는 장비이다. 수상함과 잠수함, 잠수함과 잠수함 간에 수중에서 함 작전 시 중요한 장비로 사용되고 있고, 비군사적으로는 수중작업 및 레저 활동으로 스킨스쿠버들이 수중상태와 위험을 알리기 위해 수중 통신기를 사용한다[1].
	육상에서 수중과 같은 환경을 만들기 쉽지 않기 때문에 어떠한 필요성이 대두되고있나	하지만 육상에서 수중과 같은 환경을 만들기는 쉽지 않다. 그래서 수중 통신처럼 육지에서도 교신(交信)하며 통신기 검사와 수리의 필요성이 대두되었다. 그리고 수중 통신기를 장기간 사용하게 되면 점차 성능이나 기능이 저하되어 출력이 약해지며 소리의 전달이 뚜렷하지 않고 변조가 되지 않아 통신이 되지 않는다.
	수중 통신기는 어디에 사용되는가	수중 통신기는 수중에서 트랜스듀서를 통해 초음파로 전달되어 수신자의 귀로 직접 음성이 전달되도록 하는 장비이다. 수상함과 잠수함, 잠수함과 잠수함 간에 수중에서 함 작전 시 중요한 장비로 사용되고 있고, 비군사적으로는 수중작업 및 레저 활동으로 스킨스쿠버들이 수중상태와 위험을 알리기 위해 수중 통신기를 사용한다[1].

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