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수영자 탐지 소나에서의 해상실험 데이터 분석 기반 자동 표적 추적 알고리즘 성능 분석
Performance analysis of automatic target tracking algorithms based on analysis of sea trial data in diver detection sonar 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.38 no.4, 2019년, pp.415 - 426  

이해호 (LIG넥스원 해양1연구소) ,  권성철 (LIG넥스원 해양1연구소) ,  오원천 (LIG넥스원 해양1연구소) ,  신기철 (LIG넥스원 해양1연구소)

초록
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본 논문은 연안 군사시설 및 주요 기반시설에 대한 침투세력을 감시하는 수영자 탐지 소나에서의 자동 표적추적 알고리즘을 다루었다. 이를 위해 수영자 탐지 소나에서의 해상실험 데이터를 분석하였고, 클러터 환경에서 자동표적 추적을 위한 트랙평가수단으로서 트랙존재확률 기반의 알고리즘을 적용하여 시스템을 구성하였다. 특히 트랙초기화, 확정, 제거, 합병 등의 트랙관리 알고리즘과 단일표적추적 IPDAF(Integrated Probabilistic Data Association Filter), 다중표적추적 LMIPDAF(Linear Multi-target Integrated Probabilistic Data Association Filter) 등의 표적추적 알고리즘을 제시하였으며, 해상실험 데이터 및 몬테카를로 모의실험 데이터를 이용하여 성능을 분석하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we discussed automatic target tracking algorithms for diver detection sonar that observes penetration forces of coastal military installations and major infrastructures. First of all, we analyzed sea trial data in diver detection sonar and composed automatic target tracking algorithms...

주제어

표/그림 (19)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 앞서 해상실험에서 자동 표적 추적 알고리즘의 성능을 분석하였지만, 실제 표적은 1개이고 단일수행이었기 때문에 각 표적추적 알고리즘이 적용된 자동 표적 추적 알고리즘에 대한 성능을 분석하기에는 다소 무리가 있다. 따라서 본 장에서 추가적으로 수영자 탐지 소나에서의 자동 표적 추적 알고리즘 성능을 모의실험을 통해 분석하고자 한다. 성능분석 대상은 단일표적추적 IPDAF, 다중표적추적 LMIPDAF이다.
  • 그러나 본 논문에서 분석한 해상실험 결과는 단일 수행 결과로 성능을 대표하기에는 다소 무리가 있기에, 추후에는 다양한 해양환경에서의 실측 데이터를 분석하고 추적성능을 분석하고자 한다. 또한 해양환경의 변화에 민감하지 않고 견실한 추적 성능을 위한 표적추적 파라미터 추정 방안에 대해 모색하고자 한다.
  • 수영자 탐지 소나는 연안 군사시설 및 주요 기반 시설(항만, 발전소)에 설치되어 잠수부나 수영자와 같은 소형표적을 탐지, 추적 및 식별하여 위협을 판단하는데 사용된다. 본 논문에서는 수영자 탐지 소나의 해상실험 데이터를 분석하고, 수영자 탐지 소나에 적합한 자동 표적 추적 알고리즘을 제시하였다. 제시한 알고리즘은 트랙평가수단으로 트랙존재 확률을 산출하고, 이를 이용하여 트랙 초기화, 확정, 제거, 합병 등의 관리를 수행할 수 있어 자동 표적 추적 시스템을 구성하는데 적합함을 보였다.
  • 본 장에서는 자동 표적 추적 알고리즘을 구성함에 있어서 요구되는 트랙평가수단으로 트랙존재확률 기반의 알고리즘인 IPDAF[5,6]에 대해 다루고자 한다. IPDAF는 유효측정영역 내 모든 탐지정보들을 이용하여 이를 확률적으로 결합하여 트랙정보를 갱신하는 PDAF[3,4]에 표적 존재유무에 대한 2가지 가설을 마르코프 연쇄(Markov Chain)로 모델링하고 각 가설에 대한 사후 확률을 산출하는 방법이다.

가설 설정

  • 4장에서 설명한 IPDAF는 유효 탐지정보가 표적 또는 클러터로부터 발생된 것이라고만 가정한다. 즉 다른 표적들로부터 발생되었을 가능성을 전혀 고려하지 않는데, Fig.
  • 시나리오는 Fig. 12와 같이 근접한 2개의 교차 표적이 존재하는 상황으로 2개 표적 모두 등속직선운동을 한다고 가정하였다. 총 200번의 몬테카를로 모의실험을 수행하였으며, 유사한 확정된 거짓트랙 개수를 맞춘 상황에서 각 알고리즘들의 통계적인 확정된 실제 트랙 율 및 추정오차 등을 분석하여 성능을 분석 및 검증하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수영자 탐지 소나의 목적은 무엇인가? 연안 군사시설 및 주요 기반시설(항만, 발전소 등) 에 대한 수상 및 수중 침투세력의 비대칭 공격으로 인해 수영자 탐지 소나에 대한 중요성은 나날이 증가하고 있다. 수영자 탐지 소나는 잠수부나 수영자와 같은 소형표적을 탐지, 추적 및 식별하여 위협을 판단하는 목적으로 운용되는 능동 소나인데, 잠수부의 신호 특성, 항만과 천해 환경조건에 따른 제약 사항, 선박 이동소음, 해양 포유류 등으로 인한 오경보 및 오탐지와 같은 문제들로 인해 기술적인 측면에서 많은 어려움이 있다. 수영자 탐지 소나를 개발함에 있어서 빔형성, 신호처리(탐지/추적/식별) 등 다양한 핵심기술들이 요구되는데, 본 논문에서는 수영자 탐지 소나의 해상실험 데이터를 분석하였고, 분석한 내용을 토대로 클러터 환경에서 자동으로 표적에 대한 트랙을 초기화하고 관리 및 추적하는 자동 표적 추적 알고리즘에 대한 내용을 다루었으며, 해상실험 데이터를 이용하여 성능을 분석하였다.
표적추적 알고리즘을 분석하는 NNF, SNF, PDAF 등의 방법들의 한계점은? 클러터 환경에서 일반적인 표적추적 알고리즘은 예측된 트랙 위치를 중심으로 유효측정영역을 설정하여, 유효측정영역 내 존재하는 가장 가까운 정보를 사용하는 NNF(Nearest Neighbor Filter),[1] 가장 신호세 기가 높은 정보를 사용하는 SNF(Strongest Neighbor Filter),[2] 유효측정영역 내 모든 정보들에 대해 확률적 가중치를 부여하여 사용하는 PDAF (Probabilistic Data Association Filter)[3,4] 등이 있다. 그러나 이 방법 들은 현존하는 트랙들이 표적에 대한 것인지 아닌지를 판별하기 위한 트랙 스코어와 같은 수단을 제공 하지 않아서 효율적으로 표적을 추적하기에는 무리가 있다.
수영자 탐지 소나을 사용하는데 있어서 어려움은 무엇인가? 연안 군사시설 및 주요 기반시설(항만, 발전소 등) 에 대한 수상 및 수중 침투세력의 비대칭 공격으로 인해 수영자 탐지 소나에 대한 중요성은 나날이 증가하고 있다. 수영자 탐지 소나는 잠수부나 수영자와 같은 소형표적을 탐지, 추적 및 식별하여 위협을 판단하는 목적으로 운용되는 능동 소나인데, 잠수부의 신호 특성, 항만과 천해 환경조건에 따른 제약 사항, 선박 이동소음, 해양 포유류 등으로 인한 오경보 및 오탐지와 같은 문제들로 인해 기술적인 측면에서 많은 어려움이 있다. 수영자 탐지 소나를 개발함에 있어서 빔형성, 신호처리(탐지/추적/식별) 등 다양한 핵심기술들이 요구되는데, 본 논문에서는 수영자 탐지 소나의 해상실험 데이터를 분석하였고, 분석한 내용을 토대로 클러터 환경에서 자동으로 표적에 대한 트랙을 초기화하고 관리 및 추적하는 자동 표적 추적 알고리즘에 대한 내용을 다루었으며, 해상실험 데이터를 이용하여 성능을 분석하였다.
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