[논문]물체의 고유 Pole을 이용한 지하 속의 빈 공간 식별 방안

이우진

doi:10.5762/kais.2021.22.6.566

물체의 고유 Pole을 이용한 지하 속의 빈 공간 식별 방안
A methodology for Identification of an Air Cavity Underground Using its Natural Poles 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.22 no.6, 2021년, pp.566 - 572

이우진 (국방기술진흥연구소)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 도시환경과 모래가 많은 토양 아래에 구 형태의 빈 공간이 있을 경우를 가정하고, 해당 목표물의 고유 pole과 고유 공진주파수를 활용하여 목표물을 식별 및 위치를 추정하는 방안을 제시하였으며 가능성을 분석하였다. EM(Electromagnetic) 시뮬레이터를 활용하여 다양한 형태와 크기를 가진 완전도체(PEC: Perfect Electric Conductor)들을 모델링하였고, 이를 통해 획득한 EM 산란응답에 Cauchy 방법을 적용하여 물체의 고유 특성에 해당하는 고유 pole을 축적하여 pole 라이브러리를 생성하였다. 생성된 pole 라이브러리는 목표물에서 추출한 고유 pole과의 비교를 통해 목표물을 식별할 수 있는 가능성을 제공해 준다. 도시환경과 모래가 많은 토양 아래에 구 형태의 빈 공간이 있음을 가정하고 EM 시뮬레이션 모델링을 통해 얻은 전자파 산란 데이터로부터 관심 목표물의 응답을 추출하였으며, 시간영역에서 임펄스 응답의 시간 지연을 이용하여 목표물의 위치를 추정할 수 있었다. 또한 MP(Matrix Pencil) 방법을 적용하여 목표물의 고유 pole을 추출하였다. 최종적으로 계산된 고유 pole과 고유 공진주파수를 pole 라이브러리와 비교하여 탐지된 목표물을 구 형태의 빈 공간(직경 0.2m)으로 추정할 수 있었으며, 계산된 목표물의 위치(깊이)는 약 84 ~ 93%의 정확도를 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A methodology for the identification and coordinates estimation of air cavities under urban ground or sandy soil using its natural poles and natural resonant frequencies is presented. The potential of this methodology was analyzed. Simulation models of PEC (Perfect Electric Conductor)s with various shapes and dimensions were developed using an EM (Electromagnetic) simulator. The Cauchy method was applied to the obtained EM scattering response of various objects from EM simulation models. The natural poles of objects corresponding to its instinct characterization were then extracted. Thus, a library of poles can be generated using their natural poles. The generated library of poles provided the possibility of identifying a target by comparing them with the computed natural poles from a target. The simulation models were made assuming that there is an air cavity under urban ground or sandy soil. The response of the desired target was extracted from the electromagnetic wave scattering data from its simulation model. The coordinates of the target were estimated using the time delay of the impulse response (peak of the impulse response) in the time domain. The MP (Matrix Pencil) method was applied to extract the natural poles of a target. Finally, a 0.2-m-diameter spherical air cavity underground could be estimated by comparing both the pole library of the objects and the calculated natural poles and the natural resonant frequency of the target. The computed location (depth) of a target showed an accuracy of approximately 84 to 93%.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Procedure to identify an air cavity underground
그림 Fig. 2. Extraction of natural poles for the 0.2-m-diameter PEC sphere (a) EM simulation model for the 0.2-m-diameter PEC sphere (b) Observed response in the frequency domain (c) Natural poles of the observed response
그림 Fig. 3. EM simulation model and its configuration with one transmitter, two receivers, a 0.2-m-diameter spherical air cavity at a depth of 0.25m or 0.65m under urban ground or sandy soil
표 Table 1. Natural pole library of the eight PEC objects
그림 Fig. 4. Time and frequency domain response of the 0.2-m-diameter spherical air cavity at a depth of 0.25m under urban ground (a) Frequency domain response (upper fig. : left receiver, lower fig. : right receiver) (b) Time domain response (upper fig. : left receiver, lower fig. : right receiver)
그림 Fig. 5. Configuration of one transmitter, two receivers, and one object underground for calculating object coordinates
그림 Fig. 6. Comparison pole library with computed poles of the detected target using MP method (a) First order pole (b) Resonant frequency
표 Table 2. Comparison actual target coordinates with estimated target coordinates (air cavity under urban ground or sandy soil at 0.25m or 0.65m depth)

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