도플러 환경에서 모호 함수를 이용한 수중 기동 표적의 거리 추정 기법
Distance estimation method for underwater maneuvering target using ambiguity function in doppler shift environment
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초록
수중 운동체의 방사소음을 측정하는 경우 음원과 수신기 사이의 거리 정보가 중요한 요소이다. 일반적으로 표적의거리를 추정하기 위해 고 정밀 동기화된 송∙수신기 사이의 전송 시간차를 측정하는 단방향 ToA (Time of Arrival) 기법을 이용한다. 하지만 표적이 수신기로 근접 기동하게 되면 계측기간의 상대속도로 인해 송신신호에 도플러 천이가 발생하여 ToA 성능이 급격히 저하된다. 본 논문에서는 표적의 상대속도로 발생할 수 있는 송신신호의 최대/최소 도플러 천이 주파수 구간을 파악하고 일정 간격의 복제신호를 배치하여 단방향 ToA 성능 향상을 도모하였다. 이때, 복제신호의개수 및 간격은 송신신호 도플러 주파수 해상도의 3dB 값을 계산하는 모호 함수를 이용해 추정한다. 제안한 기법의 성능검증을 위해 모의실험 및 호수실험을 수행하였다.
Abstract
While measuring the radiated noise of an underwater target, range information between acoustic source and receiver is an important evaluating factor. In general, the target distance is estimated using a one-way Time of Arrival (ToA) method that calculates the time difference between transmitted and received signals form the two accurately synchronized devices. However, when the target in close proximity to the receiver in the near field, the one-way ToA performance is deteriorates rapidly because of the Doppler shift effect of the transmitted signal. For improvement the one-way ToA performance, we estimated the bandwidth of the Doppler shift effect caused by the relative velocity of the target, and placed replica signals at regular intervals. The number and interval of the replica signals were estimated using an ambiguity function that calculates the 3dB width of the Doppler shift frequency resolution of the transmitted signal. The validity of the proposed estimation scheme was confirmed through simulation study and underwater trial in a lake.
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