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KR101586671B1 - 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석의 병렬처리 및 융합 방법 - Google Patents

다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석의 병렬처리 및 융합 방법 Download PDF

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KR101586671B1
KR101586671B1 KR1020150056776A KR20150056776A KR101586671B1 KR 101586671 B1 KR101586671 B1 KR 101586671B1 KR 1020150056776 A KR1020150056776 A KR 1020150056776A KR 20150056776 A KR20150056776 A KR 20150056776A KR 101586671 B1 KR101586671 B1 KR 101586671B1
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KR
South Korea
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sensor
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cha
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KR1020150056776A
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Inventor
서익수
김인수
Original Assignee
국방과학연구소
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Publication date
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Abstract

다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 병렬처리 및 융합 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예들은, 함설치센서 및 예인센서에서 개별적으로 수신한 센서데이터를 신호처리 및 표적추적하여 추적방위를 산출하고, 함설치센서 및 예인센서의 추적방위를 이용하여 표적기동분석을 수행하는 MBTMA 단계, 함설치센서의 추적방위와 추적주파수를 이용한 함설치센서에서의 BFTMA 및 BOTMA 방법 및 예인센서의 추적방위와 추적주파수를 이용한 예인센서에서의 BFTMA 및 BOTMA 방법으로 구성되는 단일소나 TMA 단계, MBTMA 결과(표적 거리, 표적 속력, 표적 침로) 및 BFTMA 또는 BOTMA 결과(표적 거리, 표적 속력, 표적 침로)를 융합하는 표적기동분석 융합 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석의 병렬처리 및 융합 방법{METHOD FOR PARALLEL-PROCESSING AND FUSION OF TARGET MOTION ANALYSIS USING MULTI SPECIES PASSIVE SONAR}
본 발명은 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석의 병렬처리 및 융합 방법에 관한 것이다.
첨단 과학기술의 개발 및 발전으로 인하여, 다양한 기술들이 군사용 분야에 적용되고 있다. 이중, 군사용 표적 탐지 장치는 표적을 탐지하기 위한 신호를 외부로 송신하고, 송신된 신호가 표적물을 맞고 반사된 신호를 수신하여 표적을 탐지한다. 이와 같이 표적을 탐지 및 식별하기 위한 표적 탐지 장치에서, 탐지를 위한 센서로는 음향 센서, 자기 센서, 진동 센서, 적외선 센서 등이 사용되어 왔다.
소나 시스템(sonar system)은 수중에서 움직이는 표적의 방위와 거리를 추정하는 장치이다. 즉, 수중에서는 표적을 탐지 및 추적하기 위해서 소나(sonar)를 이용한다.
소나(sonar)는 표적에서 발생하는 소음원을 탐지하는 수동소나와 음파를 송신하여 표적으로부터 반사되는 신호를 이용하여 표적을 탐지하는 능동소나로 구분된다. 해양에는 운용함에 따라 수상표적 및 수중표적(저속 및 고속 표적) 형태의 표적들이 존재한다.
오늘날, 수상표적, 수중 저속 표적, 그리고 함정의 생존성에 큰 영향을 미치는 수중 고속 표적을 탐지하고 기동을 분석하기 위한 연구는 끊임없이 연구되고 있다. 이러한, 수상표적 및 수중표적을 탐지하고 분석하기 위해서는 주로 수동 소나를 이용한다. 수동 소나는 표적에서 발생하는 고유의 소음원을 탐지하고 추적하는 소나이다.
표적에서 발생하는 고유의 소음원은 프로펠러 소음, 기계류 소음 등 다양하며 다양한 소음원 특징을 표적의 징표로 판단하여 수동 소나로 탐지 및 추적을 수행한다. 또한 수동 소나는 탐지하고자 하는 목적에 따라 소나의 크기, 센서 수, 배열방법 등이 차이가 나며 함에 설치하는 위치도 달라진다. 따라서 수동 소나는 탐지측면에서 처리 주파수 범위, 표적 탐지 성능, 운용 방법 등이 다르므로 각 목적에 맞게 수동 소나를 운용하고 있다.
현재까지는 수상표적 및 수중표적을 탐지하기 위해서 함정에 설치된 수동 소나를 운용하거나 함정의 후미에서 예인하는 수동 소나를 개별적으로 운용하였으며 각 소나별로 표적 탐지 및 추적을 수행하였다. 수동 소나는 표적의 방위, 주파수 관련 정보만 획득 가능하기 때문에 표적의 거리, 침로 등 표적 기동에 대한 정보를 획득할 수는 없다.
따라서, 표적의 거리 정보를 계산하기 위해서 오랜 시간동안 방위정보를 누적하여 표적의 기동을 분석하는 표적기동분석(이하 TMA: Target Motion Analysis) 방법을 사용하였다. 하지만 단일 수동 소나를 이용한 표적기동분석 기법은 일정 시간동안 데이터를 수집한 후 계산을 수행하기 때문에 추정 시간이 너무 오래 걸린다는 단점이 있다. 또한 단일 소나 이용시 표적에서 발생하는 미약한 신호를 지속적으로 탐지, 추적할 수 없는 한계가 있다.
이에, 본 발명의 실시예들은, 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석에 있어서, 새로운 방법으로 표적기동분석 병렬처리 및 융합함으로써 표적기동분석을 빠르게 수행하는 것이 가능한 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 병렬처리 및 융합 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 병렬처리 및 융합 방법은, 함정에서 운용하는 두 가지 수동 소나에서 개별적으로 추적을 수행하고 이 정보를 이용하여 TMA를 수행한다. 두 가지 수동 소나의 설치 위치 차이를 이용하는 다중방위 표적기동분석(이하 MBTMA : Multi-Bearing TMA) 방법과 개별 소나에서 주파수 도플러 정보를 이용한 방위/주파수 표적기동분석(이하 BFTMA : Bearing and Frequency TMA) 방법 또는 방위 표적기동분석(이하 BOTMA : Bearing TMA)을 융합하는 구조를 이용하여 수상표적 및 수중표적에 대해 짧은 시간에 지속적으로 표적기동분석을 수행하고자 한다.
구체적으로, 상기 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 병렬처리 및 융합방법은, 함설치센서 수동배열센서(CHA : Cylindrical Hydrophone Array)와 예인센서 선배열센서(TA : Towed Array)에서 각각 수신한 센서데이터를 신호처리, 탐지, 추적하여 추적방위를 산출하고, 상기 두 센서의 추적방위를 이용하여 MBTMA(Multi-Bearing TMA, 다중방위 표적기동분석)를 수행하고, 예인센서 TA의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA(Bearing and Frequency TMA, 방위/주파수 표적기동분석) 또는 BOTMA(Bearing Only TMA, 방위 표적기동분석)를 수행하고, 함설치센서 CHA의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하는 단계와; 함설치센서 선저고정형소나(HMS : Hull Mounted Sonar)와 예인센서 TA에서 각각 수신한 센서데이터를 신호처리, 탐지, 추적하여 추적방위를 산출하고, 상기 두 가지 센서의 추적방위를 이용하여 MBTMA를 수행하고, 예인센서 TA의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하고, 함설치센서 HMS의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하는 단계와; 함설치센서 선측배열센서(FA : Flank Array)와 예인센서 TA에서 수신한 센서데이터를 신호처리, 탐지, 추적하여 추적방위를 산출하고, 상기 두 가지 센서의 추적방위를 이용하여 MBTMA를 수행하고, 예인센서 TA의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하고, 함설치센서 FA의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하는 단계와; 함설치센서 CHA와 함설치센서 FA에서 수신한 센서데이터를 신호처리, 탐지, 추적하여 추적방위를 산출하고, 상기 두 가지 센서의 추적방위를 이용하여 MBTMA를 수행하고, 함설치센서 CHA의 추적방위를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하고, 함설치센서 FA의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하는 단계와; 상기 다중방위 표적기동분석(MBTMA)과 단일소나 표적기동분석(방위-주파수 표적기동분석(BFTMA) 또는 방위 표적기동분석(BOTMA))을 융합하는 단계와; 그리고, 거리 유효성을 이용하여 표적기동분석을 융합하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
이상, 본 발명의 실시예에 따른 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 병렬처리 및 융합 방법에 의하면, 첫째, 단일 수동 소나만을 이용하는 경우 표적의 방위, 주파수 정보만을 획득하여 오랜 시간동안 누적하여 TMA 수행시 시간이 오래 걸리는 단점이 있으나 두 가지 수동 소나를 동시에 이용하는 경우 빠르게 TMA 결과를 산출할 수 있다. 또한, 둘째, 수상표적 및 수중표적의 위치를 조기에 분석하여 함의 생존성을 향상시킬 수 있다. 또한, 셋째, 단일 수동 소나 이용하는 경우에 비해 안정화된 TMA가 가능하다.
도 1은 본 발명의 이종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 융합방법의 전체 구성을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른, 다중방위 표적기동분석과 방위/주파수 표적기동분석 방법 및 정보공유 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, 표적기동분석 융합 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 병렬처리 및 융합 방법은 수중에서 소음원을 발생시키는 대상체의 위치를 탐지하는 것이 필요한 모든 환경에 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 설명되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 즉, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구서요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항복들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서 고려하는 두 가지 수동 소나로는 함정에 설치된 센서 유형과 함정에서 예인하는 예인센서 유형의 수동 소나로 구성된다. 수상함의 경우 함 선저에 설치된 선저고정형소나(HMS : Hull Mounted Sonar)와 함 후미에서 예인하는 선배열예인센서(TA : Towed Array)의 조합으로 고려할 수 있으며, 잠수함의 경우는 함수에 설치된 수동배열센서(CHA : Cylindrical Hydrophone Array) 또는 선측에 설치된 선측배열센서(FA : Flank Array)와 함 후미에서 예인하는 선배열예인센서의 조합으로 구성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 병렬처리 및 융합 방법은, 함설치센서 및 예인센서에서 개별적으로 수신한 센서데이터를 신호처리 및 표적추적하여 추적방위를 산출하고, 함설치센서 및 예인센서의 추적방위를 이용하여 표적기동분석을 수행하는 MBTMA 단계, 함설치센서의 추적방위와 추적주파수를 이용한 함설치센서에서의 BFTMA 및 BOTMA 방법 및 예인센서의 추적방위와 추적주파수를 이용한 예인센서에서의 BFTMA 및 BOTMA 방법으로 구성되는 단일소나 TMA 단계, MBTMA 결과(표적 거리, 표적 속력, 표적 침로) 및 BFTMA 또는 BOTMA 결과(표적 거리, 표적 속력, 표적 침로)를 융합하는 표적기동분석 융합 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, MBTMA 단계는, MBTMA 거리 추정 단계와; MBTMA 표적기동정보 계산 단계와; BFTMA 또는 BOTMA 초기화 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
MBTMA 거리 추정 단계는 함설치센서 및 예인센서간 거리, 함설치센서의 표적추적으로부터 산출된 추적방위, 예인센서의 표적추적으로부터 산출된 추적방위를 이용하여 알려진 방법인 삼각함수(trigonometric functions) 중에서 사인법칙(laws of sines)을 적용함으로써 표적 거리를 계산하는 방법이다.
MBTMA 표적기동정보 계산 단계는 계산된 N(N>1)개 이상의 거리를 이용하여 표적 속력, 표적 침로를 계산하는 방법이다. 계산된 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로는 BFTMA 또는 BOTMA 초기화 방법에 이용된다.
BFTMA 또는 BOTMA 초기화 단계는 MBTMA 방법으로부터 계산된 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 BFTMA 또는 BOTMA의 필터 초기정보(표적 초기거리, 표적 초기속력, 표적 초기침로)로 적용하는 방법이다. 기존의 BFTMA 또는 BOTMA 초기화 방법으로는 일정한 시간동안 추적방위 및 추적주파수를 획득한 후, 알려진 이론(예, MLE(Maximum Likelihood Estimation))을 이용하여 표적 초기거리, 표적 초기속력, 표적 초기침로를 산출하거나, 일정한 범위의 표적 초기거리, 표적 초기속력, 표적 초기침로 구간(범위)을 정의하여 구간 내에서 표적 초기거리, 표적 초기속력, 표적 초기침로를 산출하는 방법이 있다. 이러한 방법은 일정한 시간동안 추적방위 및 추적주파수를 획득해야 하므로 오랜 계산 시간이 소요되는 단점이 있다.
이에, 본 발명의 BFTMA 또는 BOTMA 초기화 방법은 기존과 달리 MBTMA 방법으로부터 계산된 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 BFTMA 또는 BOTMA 필터의 초기정보로 적용함으로써 기존의 일정한 시간동안 추적방위 및 추적주파수 획득하는 과정이 불필요하여 BFTMA 또는 BOTMA 초기화에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
일 실시 예에서, 단일소나 TMA 단계는, BFTMA 또는 BOTMA 초기화 방법에서 산출된 필터 초기정보를 이용하여 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 표적기동분석 융합 단계는, MBTMA 결과 갱신 단계와; 단일소나 표적기동분석 결과 갱신 단계로 구성된다.
MBTMA 결과 갱신 단계는 MBTMA 방법에서 계산된 거리가 유효하면 MBTMA 결과(표적 거리, 표적 속력, 표적 침로)를 표적기동분석 결과로 갱신하는 방법이다. 함설치센서(CHA, HMS, FA) 추적방위와 예인센서(TA) 추적방위가 정상적으로 산출되어 함설치센서 수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA간의 오차가 다음과 같이 오차설정 조건을 만족하거나,
｜θCHA - θTA ｜≤α
함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA간의 오차가 다음과 같이 오차설정 조건을 만족하거나,
｜θFA - θTA ｜≤β
함설치센서 선저고정형소나(HMS) 추적방위 θHMS와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA간의 오차가 다음과 같이 오차설정 조건을 만족하거나,
｜θHMS - θTA ｜≤γ
수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA간의 오차가 다음과 같이 오차설정 조건을 만족할 때,
｜θCHA - θFA ｜≤δ
표적기동분석 결과로 갱신한다.
또는, 함설치센서(CHA, HMS, FA) 추적방위와 예인센서(TA) 추적방위가 정상적으로 산출되어 함설치센서 수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되거나,
Figure 112015039291992-pat00001
함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되거나,
Figure 112015039291992-pat00002
함설치센서 선저고정형소나(HMS) 추적방위 θHMS와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되거나,
Figure 112015039291992-pat00003
함설치센서 수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함될 때,
Figure 112015039291992-pat00004
표적기동분석 결과로 갱신한다.
단일소나 표적기동분석 결과 갱신 단계는 MBTMA 방법에서 계산된 거리가 유효하지 않으면, 단일소나 표적기동분석 즉, 함설치센서 수동배열센서(CHA), 함설치센서 선측배열센서(FA), 함설치센서 선저고정형소나(HMS), 예인센서 선배열예인센서(TA)의 BFTMA 또는 BOTMA 결과인 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 표적기동분석 결과로 갱신하는 방법이다.
함설치센서(CHA, HMS, FA) 추적방위와 예인센서(TA) 추적방위가 정상적으로 산출되지 않거나,
함설치센서(CHA, HMS, FA) 추적방위와 예인센서(TA) 추적방위가 정상적으로 산출되었으나, 함설치센서 수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA간의 오차가 다음과 같이 오차설정 조건을 만족하지 않거나,
｜θCHA - θTA ｜≤α
함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA간의 오차가 다음과 같이 오차설정 조건을 만족하지 않거나,
｜θFA - θTA ｜≤β
함설치센서 선저고정형소나(HMS) 추적방위 θHMS와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA간의 오차가 다음과 같이 오차설정 조건을 만족하지 않거나,
｜θHMS - θTA ｜≤γ
수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA 와 함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA간의 오차가 다음과 같이 오차설정 조건을 만족하지 않을 때,
｜θCHA - θFA ｜≤δ
단일소나 표적기동분석 결과를 갱신한다.
또는, 함설치센서(CHA, HMS, FA) 추적방위와 예인센서(TA) 추적방위가 정상적으로 산출되어 함설치센서 수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되지 않거나,
Figure 112015039291992-pat00005
함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되지 않거나,
Figure 112015039291992-pat00006
함설치센서 선저고정형소나(HMS) 추적방위 θHMS와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되지 않거나,
Figure 112015039291992-pat00007
함설치센서 수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되지 않을 때,
Figure 112015039291992-pat00008
단일소나 표적기동분석 결과를 갱신한다.
한편, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른, 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석의 융합방법을 설명하기 위한 예시 도면이다. 이하에서 설명되는 이종의 수동 소나(sonar)로는 함정에 설치된 센서유형과 함정에서 예인하는 예인센서 유형의 수동 소나로 구성되었다.
예를 들어, 수상함의 경우, 함 선저에 설치된 선저고정형소나(HMS : Hull Mounted Sonar)와 함 후미에서 예인하는 선배열예인센서(TA : Towed Array)의 조합으로 고려될 수 있다. 또한, 잠수함의 경우, 함수에 설치된 수동배열센서(CHA : Cylindrical Hydrophone Array) 또는 선측에 설치된 선측배열센서(FA : Flank Array)와 함 후미에서 예인하는 선배열예인센서의 조합으로 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른, 이종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 융합방법의 전체 구성도는 크게, MBTMA 방법, BFTMA 방법, 표적기동분석 융합 방법으로 구성될 수 있다.
이 중, MBTMA 방법과 BFTMA 방법은 각각 함설치센서의 표적추적 및 예인센서의 표적추적 결과를 이용하여 독립적으로 수행될 수 있다.
구체적으로, MBTMA 방법은 함설치센서 및 예인센서에서 개별적으로 수신한 센서데이터를 신호처리 및 표적추적하여 추적방위를 산출하고, 함설치센서 및 예인센서의 추적방위를 이용하여 표적기동분석을 수행함으로써, 수행될 수 있다. 또한, BFTMA 방법은 함설치센서의 추적방위와 추적주파수를 이용한 함설치센서에서의 BFTMA 방법 및 예인센서의 추적방위와 추적주파수를 이용한 예인센서에서의 BFTMA 방법으로 구성될 수 있다. 그리고, 표적기동분석 융합 방법은 MBTMA 결과(표적 거리, 표적 속력, 표적 침로) 및 BFTMA 결과(표적 거리, 표적 속력, 표적 침로)를 융합하는 방법으로 구성될 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른, 다중 방위 표적기동분석과 방위/주파수 표적기동분석 방법 및 정보공유 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 다중 방위 표적기동분석과 방위/주파수 표적기동분석 방법 및 정보공유 방법은, 크게 MBTMA 방법의 거리 추정 방법, MBTMA 방법의 표적기동정보 계산 방법, BFTMA 방법의 BFTMA 초기화 방법, BFTMA 방법의 표적기동정보 계산 방법으로 구성될 수 있다.
구체적으로, MBTMA 방법의 거리 추정 방법은 함설치센서 및 예인센서간 거리, 함설치센서의 표적추적으로부터 산출된 추적방위, 예인센서의 표적추적으로부터 산출된 추적방위를 이용하여 알려진 방법인 삼각함수(trigonometric functions) 중에서 사인법칙(laws of sines)을 적용함으로써 표적 거리를 계산하는 방법이다. MBTMA 방법의 표적기동정보 계산 방법은 계산된 N(N>1) 개 이상의 거리를 이용하여 표적 속력 및 표적 침로를 계산하는 방법이다. 계산된 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로는 BFTMA 방법의 BFTMA 초기화 방법에 이용된다.
또한, BFTMA 방법의 BFTMA 초기화 방법은 MBTMA 방법으로부터 계산된 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 BFTMA의 필터 초기정보(표적 초기거리, 표적 초기속력, 표적 초기침로)로 적용하는 방법이다. 기존의 BFTMA 초기화 방법으로는 일정한 시간동안 추적방위 및 추적주파수를 획득한 후, 알려진 이론(예, MLE(Maximum Likelihood Estimation))을 이용하여 표적 초기거리, 표적 초기속력, 표적 초기침로를 산출하거나, 일정한 범위의 표적 초기거리, 표적 초기속력, 표적 초기침로 구간(범위)을 정의하여 구간 내에서 표적 초기거리, 표적 초기속력, 표적 초기침로를 산출하는 방법이 있다. 이러한 방법은 일정한 시간동안 추적방위 및 추적주파수를 획득해야 하므로 오랜 계산 시간이 소요되는 단점이 있다.
이와 달리, 본 발명의 BFTMA 초기화 방법은 MBTMA 방법으로부터 계산된 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 BFTMA 필터의 초기정보로 적용함으로써, 기존의 일정한 시간동안 추적방위 및 추적주파수 획득하는 과정이 불필요하게 되었으며, BFTMA 초기화에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다. 이러한, BFTMA 방법의 표적기동정보 계산 방법은 BFTMA 초기화 방법에서 산출된 필터 초기정보를 이용하여 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 계산한다.
이하, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, 표적기동분석 융합 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 함설치센서(BFTMA)는 표적까지의 거리, 속력, 침토를 감지하고, MBTMA는 표적까지의 거리, 속력, 침토, 및 거리유효값을 센싱한다. 또, 예인센서(BFTMA) 또한 표적까지의 거리, 속력, 침토를 감지한다. 이러한 센싱값들은 표적기동분석을 통해 융합된다. 구체적으로, 거리값이 유효한 것으로 판단되면, MBTMA 결과를 갱신하고(301), 결과값인 거리, 속력, 침토를 출력한다. 반면, 거리값이 유효하지 않은 것으로 판단되면, BFTMA 결과를 갱신하고(302), 거리, 속력, 침토를 출력한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 병렬처리 및 융합 방법에 의하면, 첫째, 단일 수동 소나만을 이용하는 경우 표적의 방위, 주파수 정보만을 획득하여 오랜 시간동안 누적하여 TMA 수행시 시간이 오래 걸리는 단점이 있으나 두 가지 수동 소나를 동시에 이용하는 경우 빠르게 TMA 결과를 산출할 수 있다. 또한, 둘째, 수상표적 및 수중표적의 위치를 조기에 분석하여 함의 생존성을 향상시킬 수 있다. 또한, 셋째, 단일 수동 소나 이용하는 경우에 비해 안정화된 TMA가 가능하다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다. 또한, 여기에서 기술된 본 발명에 따른 방법은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 저장매체(예, 단말내부 메모리, 플래쉬 메모리, 하드디스크, 등)에 저장될 수 있고, 프로세서(예, 단말 내부 마이크로 프로세서)에 의해 실행될 수 있는 소프트웨어 프로그램 내에 포함되는 코드들 또는 명령어들로 구현될 수 있다.

Claims (7)

  1. 이종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 융합 방법으로서,
    함설치센서 수동배열센서(CHA : Cylindrical Hydrophone Array)와 예인센서 선배열센서(TA : Towed Array)에서 각각 수신한 센서데이터를 신호처리, 탐지, 추적하여 추적방위를 산출하고, 상기 두 센서의 추적방위를 이용하여 MBTMA(Multi-Bearing TMA, 다중방위 표적기동분석)를 수행하고, 예인센서 TA의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA(Bearing and Frequency TMA, 방위/주파수 표적기동분석) 또는 BOTMA(Bearing Only TMA, 방위 표적기동분석)를 수행하고, 함설치센서 CHA의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하는 단계;
    함설치센서 선저고정형소나(HMS : Hull Mounted Sonar)와 예인센서 TA에서 각각 수신한 센서데이터를 신호처리, 탐지, 추적하여 추적방위를 산출하고, 상기 두 가지 센서의 추적방위를 이용하여 MBTMA를 수행하고, 예인센서 TA의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하고, 함설치센서 HMS의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하는 단계;
    함설치센서 선측배열센서(FA : Flank Array)와 예인센서 TA에서 수신한 센서데이터를 신호처리, 탐지, 추적하여 추적방위를 산출하고, 상기 두 가지 센서의 추적방위를 이용하여 MBTMA를 수행하고, 예인센서 TA의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하고, 함설치센서 FA의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하는 단계;
    함설치센서 CHA와 함설치센서 FA에서 수신한 센서데이터를 신호처리, 탐지, 추적하여 추적방위를 산출하고, 상기 두 가지 센서의 추적방위를 이용하여 MBTMA를 수행하고, 함설치센서 CHA의 추적방위를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하고, 함설치센서 FA의 추적방위와 추적주파수를 이용하여 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하는 단계;
    상기 MBTMA와 단일소나 표적기동분석(BFTMA 또는 BOTMA)을 융합하는 단계;
    거리 유효성을 이용하여 표적기동분석을 융합하는 단계;를 포함하고,
    상기 BFTMA 또는 BOTMA를 수행하는 단계들은,
    함설치센서 CHA 및 예인센서 TA간 거리, 함설치센서 CHA의 표적추적으로부터 산출된 추적방위, 예인센서 TA의 표적추적으로부터 산출된 추적방위를 이용하여 MBTMA의 표적 거리를 계산하고, 계산된 표적거리를 이용하여 MBTMA의 표적 속력, 표적 침로를 계산하고,
    계산된 표적 거리가 유효하면 상기 계산된 MBTMA의 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 단일소나 표적기동분석(BFTMA 또는 BOTMA)의 필터 초기 정보로 적용하여 단일소나 표적기동분석(BFTMA 또는 BOTMA)을 초기화하는 단계;
    단일소나 표적기동분석(BFTMA 또는 BOTMA)의 초기화를 통해 설정된 표적 초기거리, 표적 초기속력, 표적 초기침로와 함설치센서 CHA, 예인센서 TA, 함설치센서 FA에 의한 추적방위 및 추적주파수를 이용하여 단일소나 표적기동분석(BFTMA 또는 BOTMA)의 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 계산하는 단계를 포함하고,
    그리고, 상기 표적기동분석을 융합하는 단계는,
    상기 MBTMA에서 계산된 거리가 유효하면, 상기 계산된 MBTMA 결과(표적 거리, 표적 속력, 표적 침로)를 표적기동분석 결과로 갱신하는 단계와;
    상기 MBTMA에서 계산된 거리가 유효하지 않으면, 상기 계산된 단일소나 표적기동분석(BFTMA 또는 BOTMA)의 결과인 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 표적기동분석 결과로 갱신하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 융합 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다중방위 표적기동분석(MBTMA) 및 단일소나 표적기동분석(BFTMA 또는 BOTMA)을 융합하는 단계는,
    함설치센서 및 예인센서간 거리, 함설치센서의 표적추적으로부터 산출된 추적방위, 예인센서의 표적추적으로부터 산출된 추적방위를 이용하여 삼각함수(trigonometric functions) 중 사인법칙(laws of sines)을 적용하여 표적 거리를 계산하고, 계산된 N(N>1)개 이상의 거리를 이용하여 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 계산하고, 계산된 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 BFTMA 또는 BOTMA의 필터 초기정보(표적 초기거리, 표적 초기속력, 표적 초기침로)로 적용하기 위하여, BFTMA 또는 BOTMA에 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 융합 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 MBTMA에서 계산된 거리가 유효하면, MBTMA 결과를 표적기동분석 결과로 갱신하는 단계는,
    함설치센서(CHA, HMS, FA) 추적방위와 예인센서(TA) 추적방위가 정상적으로 산출되어 함설치센서 수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA간의 오차가 다음의 오차설정 조건을 만족하거나,
    ｜θCHA - θTA ｜≤α,
    함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA간의 오차가 다음의 오차설정 조건을 만족하거나,
    ｜θFA - θTA ｜≤β,
    함설치센서 선저고정형소나(HMS) 추적방위 θHMS와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA간의 오차가 다음의 오차설정 조건을 만족하거나,
    ｜θHMS - θTA ｜≤γ,
    수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA간의 오차가 다음의 오차설정 조건을 만족할 때,
    ｜θCHA - θFA ｜≤δ
    표적기동분석 결과로 갱신하거나,
    또는,
    함설치센서(CHA, HMS, FA) 추적방위와 예인센서(TA) 추적방위가 정상적으로 산출되어 함설치센서 수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA 가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되거나,
    Figure 112015090703054-pat00009
    ,
    함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되거나,
    Figure 112015090703054-pat00010
    ,
    함설치센서 선저고정형소나(HMS) 추적방위 θHMS와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되거나,
    Figure 112015090703054-pat00011
    ,
    함설치센서 수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함될 때,
    Figure 112015090703054-pat00012
    ,
    표적기동분석 결과로 갱신하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 융합 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 MBTMA에서 계산된 거리가 유효하지 않으면, 단일소나 표적기동분석 (BFTMA 또는 BOTMA)의 결과인 표적 거리, 표적 속력, 표적 침로를 표적기동분석 결과로 갱신하는 단계는,
    함설치센서(CHA, HMS, FA) 추적방위와 예인센서(TA) 추적방위가 정상적으로 산출되지 않거나,
    함설치센서(CHA, HMS, FA) 추적방위와 예인센서(TA) 추적방위가 정상적으로 산출되었으나, 함설치센서 수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA간의 오차가 다음의 오차설정 조건을 만족하지 않거나,
    ｜θCHA - θTA ｜≤α,
    함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA간의 오차가 다음의 오차설정 조건을 만족하지 않거나,
    ｜θFA - θTA ｜≤β,
    함설치센서 선저고정형소나(HMS) 추적방위 θHMS와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA간의 오차가 다음과 같이 오차설정 조건을 만족하지 않거나,
    ｜θHMS - θTA ｜≤γ,
    수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA 와 함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA간의 오차가 다음과 같이 오차설정 조건을 만족하지 않을 때,
    ｜θCHA - θFA ｜≤δ,
    표적기동분석 결과로 갱신하거나,
    또는,
    함설치센서(CHA, HMS, FA) 추적방위와 예인센서(TA) 추적방위가 정상적으로 산출되어 함설치센서 수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되지 않거나,
    Figure 112015090703054-pat00013

    함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되지 않거나,
    Figure 112015090703054-pat00014
    ,
    함설치센서 선저고정형소나(HMS) 추적방위 θHMS와 예인센서 선배열예인센서(TA) 추적방위 θTA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되지 않거나,
    Figure 112015090703054-pat00015

    함설치센서 수동배열센서(CHA) 추적방위 θCHA와 함설치센서 선측배열센서(FA) 추적방위 θFA가 다음과 같이 최소유효탐지 방위와 최대유효탐지방위 범위이내에 포함되지 않을 때,
    Figure 112015090703054-pat00016

    표적기동분석 결과로 갱신하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다종의 수동 소나를 이용한 표적기동분석 융합 방법.
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