수중합성환경에서 하프빔 신호처리를 이용한 능동소나 표적상태 분석

Abstract

수중표적의 길이와 자세각(aspect) 정보는 허위표적(해양생물 등)과 실표적(잠수함 등)을 구별하는 등 표적 식별을 위한 중요한 정보가 될 수 있다. 본 논문은 풀빔 신호 처리(Full-beam processing)를 통해 대략적인 표적의 방위, 거리가 탐지된 이후 표적 상태 정보 즉, 표적 길이 및 자세각 정보 추정을 위해 하프빔 신호처리(Half-beam processing)를 수중합성환경에서 분석하였다. 하프빔 신호처리에서는 방위 분해능 향상을 위해 표적으로부터 반향된 수신신호에서 업샘플링 과정을 수행 후 좌·우 빔으로 구분하여 빔형성을 한다. 출력된 좌·우빔 결과 를 거리별로 구분하여 상호상관 관계를 도출한 후 거리별 가장 큰 좌·우 빔의 상호상 관값(Cross-correlation) 중 일정 이상의 문턱값(Threshold)을 넘는 하이라이트 (Highlight)만 선택하면 표적 길이 추정이 가능하다. 그러나 좌·우 빔을 이용하는 하프빔 신호처리는 풀빔 신호처리에 비해 방위 분해능 이 좋은 반면 절반의 배열수신기 사용으로 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)가 감소하고, 잔향음 및 음파의 다중경로 등 수중채널의 특성으로 표적상태 추 정의 정확도가 떨어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 수중합성환경이 하프빔 신호처리를 이용한 표적상태 추정에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 능동소나에서 음파의 다중경로로 전달된 선형주파수 변조(Linear Frequency Modulation, LFM) 신호의 표적반향신호에 정합필터(Matched Filter, MF)를 적용하여 수신신호의 신호대잡음비를 높여 추정된 표적 하이라이트 방 위 정확도를 향상 시켰고, 새로운 문턱값 설정 방법을 제안하여 추정된 표적 길이 정 확도를 향상 시켰으며, 수중합성환경에서 신호모의를 통해 기존 문턱값 설정 방법과 제안한 문턱값 설정 방법을 해역별, 음원-표적 간 거리별 비교 분석하였다.