회전하는 견인 선배열 소나의 형상 모델에 기반한 빔 패턴 설계

Abstract

해양에서 표적을 탐지하기 위해 사용되는 수중 음향 탐지 시스템은 목표물에서 발생하는 음파를 수신하고, 분석하는 과정을 수행한다. 이러한 수중 음향 탐지 시스템을 소나(SONAR, Sound Navigation And Ranging)라고 하는데, 그 중 표적에서 발생하는 소음을 탐지하는 수동 소나는 잠수함의 저주파를 탐지하기 위해 매우 긴 선배열을 함정에 견인하는 형태로 운용된다. 하지만, 이러한 견인 선배열 소나는 유체의 흐름에 따라 형상이 왜곡되고, 이에 따라 탐지 성능이 저하된다. 특히 선배열을 운용하는 견인함이 회전하면서 형상이 심하게 왜곡된다. 본 논문에서는 견인함의 회전각도를 이용해서 선배열의 형상을 수학적으로 모델링하는 방법을 제시하였고, 모델링한 결과를 이용하여 센서가 단위 응답을 갖는 경우의 빔 패턴을 확인하였다. 하지만 빔 패턴은 선배열에 배치된 센서의 수와 센서간 간격 등 물리적인 요소에 의해 결정되기 때문에, 운용자가 원하는 목적 빔 패턴을 설계하기 위해서 각 센서의 응답을 조절한다. 본 논문에서는 견인함이 회전하면서 형상이 왜곡된 상태에서, 운용자가 원하는 목적 빔 패턴을 구현하기 위해 선형제약최소분산에 기반한 알고리즘과 최소 자승법에 기반한 알고리즘을 적용하였으며, 모델링한 선배열의 형상에 적용하여 성능을 확인하였다. 추가적으로 형상이 왜곡된 상태에서 알고리즘의 문제점을 개선하기 위해, 부엽의 크기를 제약할 수 있는 항을 추가하여 새로운 알고리즘을 제안하였고, 앞의 두 알고리즘과 비교하였다.