수중 영상 소나를 위한 배열 센서 이득 및 위상 보정 기법에 관한 실험적 연구

Abstract

일반적으로 소나에 사용되는 배열 센서는 초기 제작 때부터 이상적인 응답과는 다소 오차를 지니고 있으며, 센서와 아날로그 회로부의 특성 변화에 따라 오차의 특성도 변화하게 된다. 따라서 우수한 배열 신호 처리 성능을 얻기 위해서는 이러한 센서부의 왜곡을 쉽게 측정하고 보정할 수 있는 기법의 개발이 매우 중요하다. 본 연구에서는 수중 영상 소나에 사용되는 선형 배열 센서의 이득과 위상 오차를 보정하기 위한 새로운 방법을 제안하고 실험을 통해 그 성능을 확인한 결과를 제시하고자 한다. 새로운 방법은 기존에 Paulraj와 Kailath가 제시한 방법을 수정하여 배열 센서의 이득을 보정할 때에는 원래의 방법과 마찬가지로 수신 신호 공분산 행렬의 토플리츠(Toeplitz) 성질을 이용하고 위상을 보정할 때에는 공분산 행렬로부터 추출해낸 고유 벡터 성분을 이용하도록 하였다. 기존의 방법에서는 입사각 바이어스를 제거할 수 없어 상대적인 입사각에 대해서만 보정할 수 있었으나 제안된 방법에서는 송신 센서의 입사각 정보가 정확할 경우 그러한 입사각 바이어스 문제를 제거하는 이점을 가지게 된다. 이를 검증하기 위하여 본 연구에서는 실험용으로 제작한 선형 배열 센서를 이용해 센서 보정과 빔형성 신호처리를 수행하고 이를 통해 제안된 방법이 효과적으로 센서 이득 및 위상 오차를 제거할 수 있음을 확인하였다.