짧은 수평 배열을 이용한 배열 불변성 기반의 수동 음원 거리 추정

Abstract

AUV는 해양의 다양한 정보를 획득하기 위해 개발되고 있으며, AUV의 운용을 지원하기 위해 최소한의 정보로 음원의 거리를 추정할 수 있는 기술이 필요하다. Lee는 이러한 목적에 부합하는(수신 배열 센서의 위치만을 이용하는) 배열 불변성 기법을 제안하였다. 배열 불변성 기법은 이상적인 도파관(ideal waveguide)에서의 광대역 신호의 분산(dispersion) 특징으로부터 거리를 추정하는 기법으로써, 임펄스성 신호와 충분한 길이(약 90m)의 배열로부터 얻은 수신 신호만으로 거리 추정이 가능함을 보였다[1]. 하지만 AUV의 경우 길이가 10m 이내로 짧으며, 대부분의 송신 신호는 임펄스성 신호를 갖지 않는다. 본 논문에서는 LFM 신호와 짧은 길이의 수평 배열 센서를 이용한 배열 불변성 기법을 통해 음원의 거리를 추정하며, 실험 데이터로부터 짧은 배열 센서을 통한거리 추정 가능성을 검증한다. 수평 배열 센서는 16개의 센서로 구성되어있고, 센서 간 간격은 6kHz의 설계 주파수를 나타내는 0.125m 간격이다. Song은 정합 필터로부터 추정한 채널 임펄스 응답을 통해 거리를 추정함으로써, 임펄스성 신호의 가정을 극복하였으며[2], 본 논문에서도 이처럼 정합 필터를 활용한 배열 불변성 기법을 적용하였다. 실험 데이터로부터 짧은 배열 센서를 사용하더라도 15% 이내의 거리 추정 오차가 나타남을 확인하였다.