도플러 주파수를 이용한 수중 이동 음원의 거리 추정

Abstract

수중 운동체의 방사소음을 측정하는 경우 음원과 수신기 사이의 거리 정보를 필요로 한다. 수중에서 기동하는 음원을 탐지하기 위한 방법으로 소나가 효과적이며 수동형 소나를 이용한 근거리 음원의 위치 추정을 위한 방법에는 도달 시간차, 도래 각, 삼각기법, 공간영역 상관도 등의 다양한 연구가 있다. 도달 시간차 기반의 위치 추정은 수신된 신호의 상호 상관을 이용하여 거리를 추정한다. 이 방법에서는 정확한 도달 시간차를 추정하기 위해 높은 샘플링 주파수가 필요하며, 다중경로 전달과 수중 채널의 큰 시변동성 등의 문제로 정확한 위치 정보를 구할 수 없게 된다.

본 논문에서는 근접 영역의 수중 음원의 방사 소음을 측정하고자 하는 경우에 수중 음원의 거리를 측정하는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 다수의 수신기로 수신된 신호의 도플러 주파수와 이론적으로 계산되어지는 도플러 주파수 맵을 비교하여 수중 음원의 거리를 추정한다. 도플러 주파수는 수중 음원으로부터 방출된 신호가 수중 음원의 움직임으로 인해 발생되며, 이를 모호 함수 기법 및 FFT를 이용하여 추정한다. 본 논문에서는 모의실험 및 호수실험을 통해 제안된 방법을 비교 분석을 수행하였다. 제안된 방법은 기존의 도플러 주파수 보정 없이 상관함수를 이용하여 거리를 추정하는 도달 시간차 추정 방법보다 안정적인 위치 추정 성능을 가진다.