다중빔을 이용한 고해상도 측면 주사 소나 시스템 개발

Abstract

본 논문은 초음파를 이용한 해저 지형 조사 및 수중 목표물을 탐색하는 해양탐사 분야에서 광범위하게 활용되는 단일빔 측면 주사 소나 시스템의 고속 운용에 따른 경로 해상도 향상을 위한 다중빔 신호처리 이론을 제안하고 구현하기 위한 시스템을 개발하였다.

단일빔 측면 주사 소나 및 배열 신호처리 이론을 재정립하고 새로운 방식의 다중빔 신호처리 이론 및 특정 주파수 대역의 초음파 신호에 대한 위상과 진폭을 계측하기 위해 복잡한 연산 과정이 불필요한 효율적인 샘플링 기법과 고속의 신호처리 기법을 제안하였다.

다중빔 신호처리 알고리듬을 구현하기 위해 기존의 펄스부호변조방식과 주파수천이변조, 시분할 통신기법 등의 여러 가지 하드웨어 설계 기법을 활용하여 수중예인체의 특성에 적합한 고속 통신 알고리듬 및 신뢰성 있는 대용량 데이터의 고속 전송 기법을 제안하여 외란에 강인한 다중빔 측면 주사 소나 시스템을 위한 최적 통신 기법을 구현하였다.

잡음에 강인한 초음파 송수신 회로 구현 기법 및 자동 추종 offset 조정 기법을 제안하였으며 초음파 발신 간격과 동일한 실시간 신호처리를 구현하고자 DUAL FIFO RAM 및 디지털 신호처리 프로세서 구조를 제안하였으며, 또한 고성능의 다중빔 신호처리 시스템 제어와 초음파 영상 구현을 위한 실시간 및 후처리 소프트웨어를 개발하였다.

개발된 시스템은 수조 실험을 통하여 고해상도 다중빔 신호처리 알고리듬과 Across-Track에 대한 해상도를 수치적으로 검증하였으며 실해역 실험 및 성능검증을 통하여 수중의 타이어 및 팔각 강제어초, 사각어초 등의 목표물을 대상으로 저속 및 고속 운용에 따른 경로 해상도가 향상됨을 정량적으로 확인하고, 또한 실제 해양탐사 분야에 적용함으로써 다중빔을 이용한 고해상도 측면 주사 소나 시스템의 성능을 성공적으로 검증하였다.