선박의 음향수신장치를 위한 상관 기반의 주파수 검출 및 위상 차이를 이용한 방향 탐지 알고리즘 설계 및 성능 분석

Abstract

In this thesis, a new direction detection scheme of the ship whistle for the digital sound reception system (SRS) of ships is proposed, which is based on the frequency detection and the phase difference estimation using correlation values between the received signals of two neighboring microphones under a noise environment. In order to suppress the noise, the proposed correlation-based frequency detector and phase difference estimator accumulate the correlation values for all possible combinations of two neighboring microphones. By utilizing the estimates of the phase differences for all combinations of two neighboring microphones, the proposed direction detection algorithm distinguishes the sector corresponding to the direction of the whistle signal and estimates the arrival angle. In addition, using the practically implemented SRS hardware and software, the laboratory test for the proposed schemes is performed and test results are presented |본 논문은 선박의 디지털 음향수신장치 (sound reception system)를 위한 하나의 마이크로폰에 대한 인접한 FFT (fast Fourier transform) 윈도우 사이의 상관 (correlation)과 두 마이크로폰의 수신 신호 사이의 상관을 이용하여 주파수 검출 및 위상 차이 추정에 기반한 선박 기적소리 (whistle signal)의 새로운 방향 탐지 (direction detection) 알고리즘을 제안한다. 수신된 신호를 수학적으로 모델링하여 제안된 상관 기반 주파수 검출 및 위상 차이 추정의 알고리즘을 설명하고, 두 마이크로폰의 위상 차이와 기적소리의 수신 각에 대한 관계를 분석한다. 두 마이크로폰의 위상 차이를 분석해 수신방향을 섹터로 구분하는 알고리즘을 설계한다. 추정된 섹터와 두 마이크로폰의 위상 차이 값으로부터 실제 수신되는 기적소리의 방향 탐지 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션을 통해 방향 탐지에 적용한 상관 기반의 주파수 검출기와 위상 차이 추정기의 성능을 분석한다. 실제 구현된 음향수신장치의 DSP에서 실시간 신호처리가 가능하도록 설계해 제안된 주파수 검출 및 위상 차이 추정 알고리즘의 성능을 분석한다.