수중 이동체의 방사 소음 측정을 위한 가상 배열 합성에 관한 연구

Abstract

In case of measuring The radiated noise of underwater vehicle, information on the moving speed of the underwater vehicle and distance information between the underwater vehicle and the receiver are required. Though the moving speed is assumed to be a constant speed, It is difficult to estimate the distance by using the location information because it is impossible to utilize the GPS(global positioning system) in the water. Sonar is effective for measuring the distance between underwater vehicle and receiver. In order to radiate noise of the underwater vehicle, the underwater vehicle must be moved. This situation causes the doppler effect of the tonal noise radiated in the underwater vehicle. So the tonal noise of the underwater vehicle includes the doppler frequency component. It is necessary to correct for the doppler frequency, which requires speed information of the underwater vehicle and a promised movement path. Since the problem of the doppler effect, which is constantly changing in the measurement of the noise intensity, is inevitable, many conditions and assumptions arise in the experiment. Until now, receiver arrays with various structural features have been used for most radiated noise measurement. However, at the same time that the receiver array is manufactured, limitation of frequency is incurred in measurement of the noise intensity regardless of the bandwidth of the receiver, and a large cost is incurred. Also, when the actual measurement experiment is carried out, It is difficult to operate underwater because of the structure of the receiver array. In this thesis, a proposed method is to construct a virtual synthetic array using a single receiver in case of measuring the tonal noise of the underwater vehicle in near-field. In the proposed method, The virtual synthetic array is constructed by using the reciprocity existing between the single receiver and the underwater vehicle. The virtual synthetic array replace the receiver array to avoid the operational and cost problems of the receiver array and validates it through simulation.| 수중 이동체의 방사 소음을 측정하는 경우에 수중 이동체의 이동속도 정보와 수중 이동체와 수신기 사이의 거리 정보를 필요로 한다. 약속된 속도로 정속 이동을 한다고 가정하여도 수중에서는 GPS 정보를 활용할 수 없기 때문에 거리를 추정하기 어렵다. 따라서 수중 이동체와 수신기 사이의 거리를 측정하는 방법으로 소나가 효과적이다. 수중 이동체가 이동하는 상황은 수중 이동체에서 발생하는 토널 소음의 도플러 효과를 야기하고, 이로 인해 발생하는 토널 소음에는 도플러 주파수 성분을 포함하게 된다. 이러한 정확한 토널 성분을 측정하기 위해서는 도플러 주파수에 대한 보정이 필요하게 되고, 이는 수중 이동체의 속도 정보와 약속된 이동경로를 필요로 하게 된다. 소음 세기 측정에 있어서 지속적으로 변화하는 도플러 효과의 문제는 필연적이기 때문에 실험에 조건이나 가정들이 발생한다. 현재까지 대부분의 방사 소음 측정에는 여러 구조적인 특징을 갖는 수신기 배열들이 사용되었다. 그러나 수신기 배열은 제작과 동시에 수신기가 갖는 대역폭과는 별개로 소음 세기 측정에 있어서 주파수의 제한이 발생하고 큰 비용 부담이 발생한다. 또한 실제 측정 실험을 수행할 경우 배열의 구조 때문에 수중에서 운용의 어려움을 겪는다. 본 논문에서는 근접 영역의 수중 이동체의 토널 성분의 소음을 측정하고자 하는 경우에 단일 수신기를 이용한 가상 배열을 구축하는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 기존에 존재하는 수신기 배열을 이용하는 수중 이동체의 소음 측정 방법과 다르게 단일 수신기를 이용한다. 수중 이동체와 단일 수신기 사이에 존재하는 가역성을 이용하여 가상 합성 배열을 구축함으로써 수신기 배열의 운용 및 비용 문제에서 벗어나고자 하며, 모의실험을 통해 타당성을 검증한다.