원통형 배열 센서의 산란 특성을 이용한 수중 음원의 방향 탐지

Abstract

다양한 형상의 배열 구조를 사용하여 음원의 방향을 탐지하기 위한 여러 가지 빔형성 기법들이 개발되었다. 배열 구조는 대부분 선형배열 형상을 이용한 시스템이 개발되어 사용되고 있으나 배열 크기가 상대적으로 작고 입사각에 따른 해상도 변화가 거의없는 장점으로 인하여 원형 배열 형상도 많이 이용되고 있다. 수중 환경에서 원형배열 센서를 사용하는 경우 해류나 플랫폼의 이동에 따른 영향으로 배열 센서에 항력이 발생하게 된다. 이러한 수중 항력을 최소화하기 위하여 원통형 형상으로 배열 센서가 장착된 시스템이 해결책이 될 수 있을 것이나 원통형 형상으로 인하여 수중 산란에 의해서 음압 분포가 왜곡되어 이에 대한 고려가 필요하다. 그림 1은 원통형 형상에 의한 산란 존재 여부에 따른 음압의 크기와 위상 분포를 비교하고 있으며 많은 차이가 발생하고 있음을 보여준다. 본 논문에서는 원통형 배열 센서에서 수중 산란 효과를 고려하여 수중 음원의 위치를 추정하는 빔형성 기법의 성능을 수치해석을 통해 분석한다. 산란 효과를 고려하지 않은 경우와 비교 분석하며 배열 형상의 여러 파라미터에 따른 영향을 확인하고자 한다. 그림 2는 빔형성파워 추정 결과를 보여주고 있는데 음파의 산란을 고려하지 않는 경우에 비해서 산란을 고려하는 경우 성능이 더 우수한 특징을 가지고 있음을 확인할 수 있다.