• Research Article

    Numerical comparative investigation on blade tip vortex cavitation and cavitation noise of underwater propeller with compressible and incompressible flow solvers

    압축성과 비압축성 유동해석에 따른 수중 추진기 날개 끝 와류공동과 공동소음에 대한 수치비교 연구

    Junbeom Ha, Garam Ku, Junghoon Cho, Cheolung Cheong, and Hanshin Seol

    하준범, 구가람, 조정훈, 정철웅, 설한신

    Without any validation of the incompressible assumption, most of previous studies on cavitation flow and its noise have utilized numerical methods based ...

    공동 유동과 이로 인한 소음에 관한 대부분의 기존 연구들은 효율성이라는 장점 때문에 비압축성 가정의 검증 없이 비압축성 Reynolds averaged Navier-Stokes 방정식에 기반한 ...

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    Without any validation of the incompressible assumption, most of previous studies on cavitation flow and its noise have utilized numerical methods based on the incompressible Reynolds Average Navier-Stokes (RANS) equations because of advantage of its efficiency. In this study, to investigate the effects of the flow compressibility on the Tip Vortex Cavitation (TVC) flow and noise, both the incompressible and compressible simulations are performed to simulate the TVC flow, and the Ffowcs Williams and Hawkings (FW-H) integral equation is utilized to predict the TVC noise. The DARPA Suboff submarine body with an underwater propeller of a skew angle of 17 degree is targeted to account for the effects of upstream disturbance. The computation domain is set to be same as the test-section of the large cavitation tunnel in Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering to compare the prediction results with the measured ones. To predict the TVC accurately, the Delayed Detached Eddy Simulation (DDES) technique is used in combination with the adaptive grid techniques. The acoustic spectrum obtained using the compressible flow solver shows closer agreement with the measured one.


    공동 유동과 이로 인한 소음에 관한 대부분의 기존 연구들은 효율성이라는 장점 때문에 비압축성 가정의 검증 없이 비압축성 Reynolds averaged Navier-Stokes 방정식에 기반한 수치 해석 방법을 사용하고 있다. 하지만 지금까지 비압축성 가정이 공동 유동과 소음의 예측에 미치는 영향에 대한 연구가 전무한 실정이다. 본 연구에서는 날개 끝 와류공동 유동과 소음에 대한 유체의 압축성 영향을 고찰하기 위하여 날개 끝 와류 공동을 대상으로 비압축성 기반의 해석과 압축성 기반의 해석을 모두 수행하고, Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H) 음향상사법을 적용하여 공동 소음을 예측하고 비교하였다. 상류 방향의 유동 영향을 고려하기 위하여, 스큐각이 17°인 수중 추진기를 장착한 DARPA Suboff 잠수함 몸체를 고려하였다. 해석 영역은 실험결과와의 비교를 위하여 선박해양플랜트연구소에서 보유하고 있는 대형 캐비테이션 터널의 시험부와 동일하게 설정하였다. 날개 끝 와류 공동을 정확하게 예측하기 위하여 고정확도의 비정상 상태 지연박리와류모사 해석방법을 적응형 격자 기법과 연계하여 사용하였다. 압축성 유동 해석기법을 이용하여 예측한 음향 스펙트럼이 실험결과와 더 일치하는 결과를 확인하였다.

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    July 2021
  • Research Article

    Suggestion of an experimental method for optimization of flange point of a bolt-clamped Langevin-type ultrasonic transducer

    볼트 체결형 란주반 초음파 트랜스듀서의 프렌지 포인트 최적화를 위한 실험적 방법 제안

    Jungsoon Kim, Haeun Kim, and Moojoon Kim

    김정순, 김해운, 김무준

    In the power ultrasound fields, the flange position for fixing the transducer is an important factor influencing on electro-mechanical efficiency of the ...

    강력초음파 분야에 있어서, 트랜스듀서의 고정을 위한 프렌지의 위치설정은 트랜스듀서의 변환효율에 큰 영향을 주는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 볼트 체결형 란주반 초음파 트랜스듀서의 ...

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    In the power ultrasound fields, the flange position for fixing the transducer is an important factor influencing on electro-mechanical efficiency of the transducer. We suggested a practical method that can determine the installation position of the flange for different resonance modes of the bolt-clamped type Langevin ultrasonic transducer. A semicircular wedge-shaped jig was manufactured and moved along the lateral surface of the transducer. The vibration characteristics were examined after a constant pressure was applied to the semicircular wedge-shaped jig. By observing the change of the input admittance of the transducer depending on the position of the pressure application, the optimum position for the flange installation could be determined. The resonant modes of the transducer were calculated by a Mason's equivalent circuit, and the particle velocity distribution for each resonance mode was calculated by a transmission line model. Since the optimum positions determined from an experimental result show a good correspondence with the node positions of the vibration modes calculated by the transmission line model, the validity of the suggested method was verified.


    강력초음파 분야에 있어서, 트랜스듀서의 고정을 위한 프렌지의 위치설정은 트랜스듀서의 변환효율에 큰 영향을 주는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 볼트 체결형 란주반 초음파 트랜스듀서의 공진모드에 따른 프렌지의 설치 위치를 결정하기 위한 실험적 방법을 제안하였다. 제안된 방법에서는 반원형 쐐기 형태의 지그를 제작하여 트랜스듀서의 측면을 따라 이동하며 지그에 일정한 압력을 가한 후 트랜스듀서의 진동특성을 분석하였다. 압력을 가하는 위치에 따른 트랜스듀서의 입력 어드미턴스의 변화를 분석하여 프렌지의 최적의 위치를 결정할 수 있었다. 이 위치들은 메이슨 등가회로를 적용하여 계산한 공진 주파수 및 전송선로 모델 해석으로부터 계산한 각 공진 모드에 대한 입자속도 분포로부터 예측한 진동 모드의 절의 위치와 좋은 대응을 보이고 있어 본 연구에서 제안된 방법의 유효성을 확인할 수 있었다.

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    July 2021
  • Research Article

    A study on the acoustic performance of a silencer according to the change of properties of absorbing material

    흡음재 물성치 변화에 따른 소음기 음향성능 연구

    Yongbeom Lee and Haesang Yang

    이용범, 양해상

    In this study, the acoustic performance of a dissipative silencer used in the ship with excellent performance compared to its size was ...

    본 연구에서는 함정에서 발생하는 배관소음을 줄이기 위해 크기 대비 성능이 우수한 흡음형 소음기의 음향성능을 수치해석 방법을 이용하여 예측 및 분석하였다. 이를 위해 ...

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    In this study, the acoustic performance of a dissipative silencer used in the ship with excellent performance compared to its size was predicted and analyzed using a numerical analysis method to reduce the pipe noise. To this end, the performance of the single expansion chamber-shaped silencer was verified using experimental and numerical analysis methods. The acoustic performance of the silencer was expressed using the Transmission Loss (TL), an indicator of its own performance, and the result was derived using the two-load method, which measured by changing the impedance at the end of the pipe. For the numerical analysis method, a general-purpose finite element analysis program was used, and the Delany-Bazley-Miki model with the flow resistivity of the sound absorbing material as an input parameter was applied. Finally, we compared the experimental and simulated results for each of the acoustic performances of the single expansion type and the dissipative silencer to confirm the consistency of the results, and predicted and analyzed the simulation results for four cases according to the properties of the sound absorbing material.


    본 연구에서는 함정에서 발생하는 배관소음을 줄이기 위해 크기 대비 성능이 우수한 흡음형 소음기의 음향성능을 수치해석 방법을 이용하여 예측 및 분석하였다. 이를 위해 단일확장형 소음기의 음향성능을 실험 및 수치해석 방법을 이용하여 검증하였다. 음향성능은 자체 성능을 나타내는 지표인 투과손실을 이용하여 나타내었고, 실험은 배관 끝단 임피던스를 바꿔서 측정하는 two-load method를 통해 결과를 도출하였다. 수치해석은 범용 유한요소해석 프로그램을 사용하여 실시하였고, 흡음재 유동저항을 입력 매개변수로 하는 Delany-Bazley-Miki 모델을 적용하였다. 최종적으로, 단순확장형 및 흡음형 소음기 음향성능 각각에 대한 실험·모의 결과를 비교하여 결과의 일치성을 확인하였으며, 흡음재 물성치에 따라 4가지 경우로 분류하여 각각에 대한 시뮬레이션 결과를 예측 및 분석하였다.

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    July 2021
  • Research Article

    An explorative study on the perceived emotion of music: according to cognitive styles of music listening

    음악정서인식에 대한 탐색 연구: 음악인지유형 중심으로

    Jin Hee Choi and Hyun Ju Chong

    최진희, 정현주

    The purpose of this study was to examine the perceived emotion of music according to cognitive styles of music listening. A total ...

    본 연구에서는 감상자들의 음악인지유형에 따른 음악정서인식 차이를 살펴보고자 하였다. 음악 관련 전공 대학원생 91명에게 두 가지 음악(안정적 음악과 자극적 음악)을 ...

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    The purpose of this study was to examine the perceived emotion of music according to cognitive styles of music listening. A total of 91 music-related graduate students participated in this study. They were given a questionnaire about perceived emotions of music, musical elements, and Music Empathizing-Music Systemizing Inventory. To analyze statistically, Descriptive statistics, paired t-test, ANalysis Of VAriance (ANOVA), multivariate analysis, and Pearson correlation analysis were conducted. Results showed that participants had relatively universal experience in perceived emotions of both types of music, and also showed that musical elements contributed to the experience differed by cognitive styles of music listening.


    본 연구에서는 감상자들의 음악인지유형에 따른 음악정서인식 차이를 살펴보고자 하였다. 음악 관련 전공 대학원생 91명에게 두 가지 음악(안정적 음악과 자극적 음악)을 제시하고, 각 음악에서 인식된 각성 수준, 정서가 및 해당 반응에 기여한 음악요소를 표기하게 하였다. 연구참여자들의 음악인지유형은 ME-MS척도(Music Empathizing- Music Systemizing Inventory, ME-MS Inventory)를 통해 확인하였으며, 자료분석 시 기술통계, 대응표본 t검정, 분산분석, 다변량분석 및 Pearson 상관분석을 실시하였다. 연구 결과 참여자들은 음악인지유형과 무관하게 공통된 음악정서를 인식하면서도, 해당 반응에 기여한 음악요소는 음악인지유형별로 상이한 것으로 나타났다.

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    July 2021
  • Research Article

    Measurements of mid-frequency transmission loss in shallow waters off the East Sea: Comparison with Rayleigh reflection model and high-frequency bottom loss model

    동해 천해환경에서 측정된 중주파수 전달손실 측정: Rayleigh 및 HFBL 모델과의 비교

    Dae Hyeok Lee, Raegeun Oh, Jee Woong Choi, Seongil Kim, and Hyuckjong Kwon

    이대혁, 오래근, 최지웅, 김성일, 권혁종

    When sound waves propagate over long distances in shallow water, measured transmission loss is greater than predicted one using underwater acoustic model ...

    천해 환경에서 음파가 장거리 전파되는 경우, 해저면의 비균질성으로 인해 일반적으로 사용하는 Rayleigh reflection 모델을 적용한 음파전달 모의 결과보다 더 큰 전달손실을 보이는 ...

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    When sound waves propagate over long distances in shallow water, measured transmission loss is greater than predicted one using underwater acoustic model with the Rayleigh reflection model due to inhomogeneity of the bottom. Accordingly, the US Navy predicts sound wave propagation by applying the empirical formula-based High Frequency Bottom Loss (HFBL) model. In this study, the measurement and analysis of transmission loss was conducted using mid-frequency (2.3 kHz, 3 kHz) in the shallow water of the East Sea in summer. BELLHOP eigenray tracing output shows that only sound waves with lower grazing angle than the critical angle propagate long distances for several kilometers or more, and the difference between the predicted transmission loss based on the Rayleigh reflection model and the measured transmission loss tend to increase along the propagation range. By comparing the Rayleigh reflection model and the HFBL model at the high grazing angle region, the bottom province, the input value of the HFBL model, is estimated and BELLHOP transmission loss with HFBL model is compared to measured transmission loss. As a result, it agrees well with the measurements of transmission loss.


    천해 환경에서 음파가 장거리 전파되는 경우, 해저면의 비균질성으로 인해 일반적으로 사용하는 Rayleigh reflection 모델을 적용한 음파전달 모의 결과보다 더 큰 전달손실을 보이는 것으로 알려지고 있다. 이에 따라 미 해군은 경험식 기반의 해저면 반사손실(High-Frequency Bottom Loss, HFBL) 모델을 적용하여 음파 전달을 예측하고 있다. 본 연구에서는 여름철 동해 천해환경에서 중주파수(2.3 kHz, 3 kHz)를 이용한 해상실험 전달손실 측정 및 분석이 수행되었다. BELLHOP 모델을 통해 고유음선을 추적한 결과, 임계각보다 낮은 수평입사각에 대해서만 음파가 수 km 이상 장거리 전파되었으며, Rayleigh reflection 모델 기반의 전달손실 예측값과 실측 전달 손실 값과의 차이는 전달거리가 증가함에 따라 점차 증가하는 경향을 보였다. 큰 수평입사각 영역에서 Rayleigh reflection 모델과 HFBL 모델을 비교하여 HFBL의 입력값인 해저면 province 값을 추정한 후, 이를 적용한 전달 손실을 모의하여 실측 전달 손실 값과 비교하였다. 그 결과 BELLHOP 모델의 반사 손실 모델로 경험식 기반의 HFBL을 적용하여 전달 손실을 모의했을 때, 실측 전달 손실과 일치하는 것을 확인할 수 있었다.

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    July 2021
  • Research Article

    Sea trial results of long range underwater acoustic communication based on direct sequence spread spectrum transmission in the East Sea

    동해에서 직접수열 대역확산 전송에 기반한 장거리 수중음향통신의 해상실험 결과

    Hyung-in Ra, Jeong-ha An, Chang-hyun Youn, Ki-man Kim, and In-soo Kim

    라형인, 안정하, 윤창현, 김기만, 김인수

    This paper presents the results of a sea trial for long range underwater acoustic communication conducted in the East Sea in November ...

    본 논문은 2020년 11월 동해에서 실시한 장거리 수중음향통신의 해상실험 결과를 제시한다. 하나의 이동하는 송신기와 16개의 수직 배열 수신기들을 통해 신호를 수집하였으며, 송신기와 ...

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    This paper presents the results of a sea trial for long range underwater acoustic communication conducted in the East Sea in November 2020. Signals were collected through a moving transmitter and 16 vertically arranged receivers, and the range between the transmitter and receiver was about 20 km. The signal in the experiment is a conventional Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) method and a superimposed DSSS method that increases data rate by superimposing of multiple circulated Pseudo Noise (PN) sequences for each symbol. The results show that the uncoded bit error rate averaged over 16 channels to which the channel coding technique was not applied was 0.0005 for the conventional direct sequence spreading method, and was 0.00124 for the superimposed direct sequence spreading method.


    본 논문은 2020년 11월 동해에서 실시한 장거리 수중음향통신의 해상실험 결과를 제시한다. 하나의 이동하는 송신기와 16개의 수직 배열 수신기들을 통해 신호를 수집하였으며, 송신기와 수신기 사이의 거리는 약 20 km정도였다. 실험에 적용된 신호는 기존의 직접수열 대역확산 방식과 각 심볼마다 다수의 순환된 Pseudo Noise(PN) 시퀀스를 중첩함으로써 전송률을 높이는 중첩된 직접수열 대역확산 방식이다. 실험결과 채널 부호화 기법이 적용되지 않은 비부호화 비트 오류율에 있어서 기존의 직접수열 대역확산 방식은 16채널 평균 0.0005로 나타났으며, 중첩된 직접수열 대역확산 방식은 0.00124을 보였다.

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    July 2021
  • Research Article

    A study on the Lloyd’s mirror effect on the underwater radiated noise for the underwater vehicle

    수중운동체 방사소음의 로이드 미러 효과 연구

    Seung-Hee Kang

    강승희

    The measurement of the Underwater Radiated Noise (URN) for the underwater vehicle should consider both the acoustic interference due to the surface ...

    수중운동체의 수중방사소음을 측정하기 위해서는 수중음향 최근접점 거리의 계산과 해표면 반사 등에 의한 음향간섭이 음향준위에 미치는 영향이 고려되어야 한다. 그러므로 본 논문에서는 해표면 ...

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    The measurement of the Underwater Radiated Noise (URN) for the underwater vehicle should consider both the acoustic interference due to the surface reflection and the calculation of the Closet Point of Approach (CPA). In this paper, I tried to analyze the underwater vehicle’s URN using the Lloyd’s mirror effect. First, the theoretical Lloyd’s mirror pattern was compared with the sea trial result, and the sea trial results corresponded well with the theoretical predicted pattern. And then the CPA distance could be estimated by the Lloyd’s mirror pattern. As a results, acoustic source level shows the spectral fluctuation due to the acoustic interference of the Lloyd‘s mirror effect.


    수중운동체의 수중방사소음을 측정하기 위해서는 수중음향 최근접점 거리의 계산과 해표면 반사 등에 의한 음향간섭이 음향준위에 미치는 영향이 고려되어야 한다. 그러므로 본 논문에서는 해표면 반사에 의한 음향간섭으로 발생하는 로이드 미러 효과가 수중운동체의 수중방사소음 측정 결과에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 수중운동체의 수중방사소음 측정결과에 로이드 미러 효과에 의한 주파수스펙트럼 레벨의 변동이 나타나는 것을 확인하였고, 이론식으로부터 예측한 로이드 미러 패턴이 측정결과와 일치됨을 확인할 수 있었다. 확인된 로이드 미러 패턴으로부터 수중운동체의 최근접점거리를 추정하였으며, 표면 간섭으로 나타나는 로이드 미러 효과가 수중운동체의 수중방사소음 준위 분석에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

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    July 2021
  • Research Article

    An empirical model of air bubble size for the application to air masker

    에어마스커의 기포크기 추정 경험적 모델

    Cheolsoo Park, So Won Jeong, Gun Do Kim, Youngha Park, Ilsung Moon, and Geuntae Yim

    박철수, 정소원, 김건도, 박영하, 문일성, 임근태

    In this paper, an empirical model of air bubble size to be applied to an air masker for reduction of underwater radiation ...

    본 논문에서는 선박 수중방사소음 저감을 위한 에어마스커의 기포크기 추정 모델을 제시하였다. 제시된 모델은 Rayleigh의 제트 불안정 모델과 연속 조건을 이용하여 유도된 기존 ...

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    In this paper, an empirical model of air bubble size to be applied to an air masker for reduction of underwater radiation noise is presented. The proposed model improves the divergence problem under the low-speed flow condition of the existing model derived using Rayleigh’s jet instability model and simple continuity condition by introducing a jet flow velocity of air. The jet flow velocity of air is estimated using the bubble size where the liquid is quiescent. In a medium without flow, the size of the bubble is estimated by an empirical method where bubble formation regime is divided into a laminar-flow range, a transition range, and a turbulent-flow range based on the Reynolds number of the injected air. The proposed bubble size model is confirmed to be in good agreement with the Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis result and the experimental results of the existing literature. Using the acoustic inversion method, the air bubble population is estimated from the insertion loss measured during the air injection experiment of the air- masker model in a large cavitation tunnel. The results of the experiments and the bubble size model are compared in the paper.


    본 논문에서는 선박 수중방사소음 저감을 위한 에어마스커의 기포크기 추정 모델을 제시하였다. 제시된 모델은 Rayleigh의 제트 불안정 모델과 연속 조건을 이용하여 유도된 기존 모델에 공기의 제트유속을 도입함으로써 저속 유동 조건에서 발산하는 단점을 보완 하였다. 공기의 제트유속은 유동이 없는 경우 기포의 크기를 이용하여 추정하였다. 유동이 없는 매질에서 기포의 크기는 분사된 공기의 레이놀즈수를 기반으로 층류구간, 천이구간, 그리고 난류구간으로 나누어 경험적 방법으로 추정 하였다. 제시된 기포크기 추정 모델은 Computational Fluid Dynamics(CFD) 해석결과 그리고 기존 문헌의 실험결과와 비교하여 잘 일치함을 확인하였다. 끝으로, 음향 역산법을 활용하여 대형터널에서 수행된 에어마스커 공기분사 실험의 계측된 삽입손실로부터 기포의 분포를 추정하였다. 역산된 기포분포와 기포크기 추정 모델의 추정 결과를 비교하였다.

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    July 2021
  • Research Article

    Comparison of target classification accuracy according to the aspect angle and the bistatic angle in bistatic sonar

    양상태 소나에서의 자세각과 양상태각에 따른 표적 식별 정확도 비교

    Yeon-Seong Choo, Sung-Hoon Byun, Youngmin Choo, and Giyung Choi

    추연성, 변성훈, 추영민, 최기융

    In bistatic sonar operation, the scattering strength of a sonar target is characterized by the probe signal frequency, the aspect angle and ...

    양상태 능동 소나에서 수중 표적의 산란 강도는 사용된 신호의 주파수, 표적과 음원사이의 각도를 의미하는 자세각, 표적과 수신기 사이의 각도를 나타내는 양상태각 등의 ...

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    In bistatic sonar operation, the scattering strength of a sonar target is characterized by the probe signal frequency, the aspect angle and the bistatic angle. Therefore, the target detection and identification performance of the bistatic sonar may vary depending on how the positions of the target, sound source, and receiver are changed during sonar operation. In this study, it was evaluated which variable is advantageous to change by comparing the target identification performance between the case of changing the aspect angle and the case of changing the bistatic angle during the operation. A scenario of identifying a hollow sphere and a cylinder was assumed, and performance was compared by classifying two targets with a support vector machine and comparing their accuracy using a finite element method-based acoustic scattering simulation. As a result of comparison, using the scattering strength defined by the frequency and the bistatic angle with the aspect angle fixed showed superior average classification accuracy. It means that moving the receiver to change the bistatic angle is more effective than moving the sound source to change the aspect angle for target identification.


    양상태 능동 소나에서 수중 표적의 산란 강도는 사용된 신호의 주파수, 표적과 음원사이의 각도를 의미하는 자세각, 표적과 수신기 사이의 각도를 나타내는 양상태각 등의 운용 변수에 따라 다르게 나타난다. 따라서 양상태 소나의 표적 탐지 및 식별 성능은 소나 운용 과정에서 표적, 음원, 그리고 수신기의 위치를 어떻게 변화시키느냐에 따라 그 성능이 달라질 수 있다. 본 연구에서는 양상태 소나 운용 시 자세각을 변화시키는 경우와 양상태각을 변화시키는 경우의 표적 식별 성능을 비교하여 어떤 변수를 변화시키는 것이 유리한지 평가하였다. 속이 비어있는 구와 실린더를 식별하는 시나리오를 가정하였으며, 유한요소법 기반의 음향 산란 시뮬레이션을 이용하여, 서포트 벡터 머신으로 두 표적을 분류하고 정확도를 비교하는 방법으로 성능을 비교하였다. 표적의 산란 신호만을 고려하기 위하여, 해저면 잔향의 효과는 고려하지 않았다. 비교 결과, 자세각을 고정한 상태에서 주파수와 양상태각으로 정의되는 산란 강도를 이용하는 것이 우수한 평균 분류 정확도를 보여주었으며, 이는 양상태 소나를 이용하여 구와 실린더를 식별하고자 하는 경우, 음원의 위치를 고정시킨 상태에서 수신기를 이동하여 양상태각을 변화시키는 것이 표적 식별에 더 효과적임을 보여준다.

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    July 2021
  • Research Article

    Abnormal signal detection based on parallel autoencoders

    병렬 오토인코더 기반의 비정상 신호 탐지

    Kibae Lee and Chong Hyun Lee

    이기배, 이종현

    Detection of abnormal signal generally can be done by using features of normal signals as main information because of data imbalance. This ...

    일반적으로 비정상 신호 탐지 연구에서는 데이터 불균형으로 인해 정상 신호 특징을 주된 정보로 사용한다. 본 논문에서는 비정상 신호의 특징을 학습하는 병렬 오토인코더를 ...

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    Detection of abnormal signal generally can be done by using features of normal signals as main information because of data imbalance. This paper propose an efficient method for abnormal signal detection using parallel AutoEncoder (AE) which can use features of abnormal signals as well. The proposed Parallel AE (PAE) is composed of a normal and an abnormal reconstructors having identical AE structure and train features of normal and abnormal signals, respectively. The PAE can effectively solve the imbalanced data problem by sequentially training normal and abnormal data. For further detection performance improvement, additional binary classifier can be added to the PAE. Through experiments using public acoustic data, we obtain that the proposed PAE shows Area Under Curve (AUC) improvement of minimum 22 % at the expenses of training time increased by 1.31 ~ 1.61 times to the single AE. Furthermore, the PAE shows 93 % AUC improvement in detecting abnormal underwater acoustic signal when pre-trained PAE is transferred to train open underwater acoustic data.


    일반적으로 비정상 신호 탐지 연구에서는 데이터 불균형으로 인해 정상 신호 특징을 주된 정보로 사용한다. 본 논문에서는 비정상 신호의 특징을 학습하는 병렬 오토인코더를 이용한 효율적인 비정상 신호 탐지기법을 제안한다. 제안된 동일한 구조로 이루어진 병렬 오토인코더는 정상 신호와 비정상 신호에 대한 특징을 학습하는 정상 복원기와 비정상 복원기로 구성되며, 정상 및 비정상 데이터를 순차적으로 학습함으로써 불균형 데이터 문제를 효율적으로 해결할 수 있다. 뿐만 아니라 보다 높은 탐지성능 향상을 위해서 부가적인 이진 분류기가 추가될 수 있다. 공개된 음향데이터를 이용한 실험결과, 제안된 병렬 탐지모델의 학습시간이 단일 오토인코더 탐지모델과 비교하여 약 1.31 ~ 1.61배 늘어나지만, 최소 22 % 이상의 Area Under Curve(AUC) 향상을 보였다. 또한, 사전에 훈련된 병렬 오토인코더를 이용하여 수중 음향데이터를 전이학습한 결과 수중 비정상 신호 AUC 탐지성능을 93 % 이상 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

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    July 2021
  • Research Article

    Shape design of conformal array using the beam pattern synthesis

    빔 패턴 성능 분석을 이용한 곡면 배열 형상 설계

    Keunhwa Lee, Donghoon Shin, Jun-Seok Lim, Wooyoung Hong, and Younghoon Ha

    이근화, 신동훈, 임준석, 홍우영, 하용훈

    The objective of this study is to optimize the shape of doubly curved surface where a conformal array is equipped. That surface ...

    본 연구의 목적은 곡면배열이 설치된 이중 곡률을 갖는 곡면의 형상을 최적화하는 것이다. 곡면은 4개의 미지수로 결정되는 이중 타원구로 모델링 하였다. 곡면 배열의 ...

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    The objective of this study is to optimize the shape of doubly curved surface where a conformal array is equipped. That surface is modeled with a double-ellipsoid solid controlled by four parameters. By analyzing the performance of the conformal array beams with the beam pattern synthesis, two design parameters are determined. Then, we define the weighted object function which is formulated as the sum of sharp indexes for directivity index, the elevation resolution, and the bearing resolution. The direct calculation on all grids is used to evaluate the weighted object function and seek the optimal value of two design parameters when the weightings are given. In the simulation, four kinds of weighting cases are respectively applied to evaluate the weighted object function. The optimal shapes of double-ellipsoid solid are shown in each case. Especially, when the uniform weightings are used, the double-ellipsoid solid with more smooth surface is obtained.


    본 연구의 목적은 곡면배열이 설치된 이중 곡률을 갖는 곡면의 형상을 최적화하는 것이다. 곡면은 4개의 미지수로 결정되는 이중 타원구로 모델링 하였다. 곡면 배열의 빔 패턴 분석을 통해서 4개의 미지수 중에 2개의 설계 파라미터를 결정했다. 빔 설계 인자의 sharp 지수의 합으로 표현되는 가중치 목적 함수를 정의했다. 각각의 sharp 지수는 여러 빔 설계 인자 중에 지향 지수, 고각 해상도, 방위각 해상도로 정의했다. 가중치가 주어졌을 때, 모든 격자에 대한 직접 계산을 통해 가중치 목적 함수를 평가하고 2개의 설계 파라미터의 최적값을 찾았다. 시뮬레이션에는 총 4종류의 가중치를 사용했다. 각각의 가중치에 대한 최적 곡면 형상 및 빔 패턴 분석 결과를 보였다. 특별히 균등 가중치를 사용했을 때, 다른 가중치를 사용했을 때보다 부드러운 표면을 갖는 이중 타원체의 형상이 얻어졌다.

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    July 2021
  • Research Article

    A study on weighting algorithm of multi-band transmission method using an estimated BER

    추정 BER을 이용한 다중 밴드 전송 기법의 가중치 알고리즘 연구

    Ji-Eun Shin, Hyun-Woo Jeong, and Ji-Won Jung

    신지은, 정현우, 정지원

    In underwater communications, to compensate performance degradation induced from rapidly changing channel transfer characteristic, multi-band communication method which allocate the same data ...

    수중통신에서 빠른 채널 특성의 변화에 따른 성능 감소를 보상하기 위해, 동일한 데이터를 여러 개의 주파수 대역으로 전송하는 다중 밴드 기법을 적용한다. 그러나 ...

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    In underwater communications, to compensate performance degradation induced from rapidly changing channel transfer characteristic, multi-band communication method which allocate the same data to different frequency bands is used. However, the multi-band configuration may have worse performance than the single-band one because performance degradation in a particular band affects the output from the entire bands. This problem can be solved through a receiving end that analyzes error rates of each band, sets threshold values and allocates lower weights to inferior bands. Therefore, this paper proposed a weighting algorithm based on estimated Bit Error Rate (BER) which analyzes reliability of received data based on the performance difference between demodulated and decoded data. Employing turbo codes with coding rate of 1/3, we evaluate the performance of the proposed weighted multi-band transmission model in real underwater environments based on optimal simulation parameters. Through the sea trial experiment, we confirmed error performance was improved by applying the proposed weighting algorithm.


    수중통신에서 빠른 채널 특성의 변화에 따른 성능 감소를 보상하기 위해, 동일한 데이터를 여러 개의 주파수 대역으로 전송하는 다중 밴드 기법을 적용한다. 그러나 다중 밴드의 적용 시 특정한 밴드의 성능 열화로 전체 성능이 감소하는 현상이 발생한다. 이를 극복하기 위해 각 밴드의 오류율을 분석하여 성능이 열악한 밴드에 낮은 가중치를 할당할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 추정 Bit Error Rate(BER)을 이용한 가중치 설정 방법을 제안한다. 추정 BER을 이용한 가중치 설정 방식은 복호 된 데이터와 복조 후 데이터의 성능 차이를 이용하여 수신된 데이터의 신뢰도를 측정하며, 측정된 값을 이용하여 각 밴드별 가중치를 설정해 복호기로 입력하면 성능이 향상된다. 본 논문에서는 터보 부호화 기법을 적용하였으며 시뮬레이션을 이용하여 최적의 가중치 값을 설정해 해상 실험을 한 결과 추정 BER을 이용한 가중치 설정을 통해 오류를 모두 정정할 수 있었다.

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    July 2021
  • Research Article

    Performance analysis and experiment results of multiband FSK signal based on direct sequence spread spectrum method

    직접 수열 확산 방식 기반 다중 밴드 FSK 신호의 성능 분석 및 실험 결과

    Hyun-Woo Jeong, Ji-Eun Shin, and Ji-Won Jung

    정현우, 신지은, 정지원

    This paper presented an efficient transceiver structure of multiband Frequency Shift Keying (FSK) signals with direct sequence spread spectrum for maintaining covertness ...

    본 논문에서는 수중 통신에서 은밀성과 성능 향상을 위해 직접 수열 확산 방식 기반 다중 밴드 기법을 사용한 부 대역 Frequency Shift Keying ...

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    This paper presented an efficient transceiver structure of multiband Frequency Shift Keying (FSK) signals with direct sequence spread spectrum for maintaining covertness and performance. In aspect to covertness, direct sequence spread spectrum method, which multiplying by Pseudo Noise (PN) codes whose rate is much higher than that of data sequence, is employed. In aspect to performance, in order to overcome performance degradation caused by multipath and Doppler spreading, we applied multiband, turbo equalization, and weighting algorithm are applied. Based on the simulation results, by applying 4 number of multiband and number of chips are 8 and 32, experiments were conducted in a lake with a distance of moving from 300 m to 500 m between the transceivers. we confirmed that the performance was improved as the number of bands and chips are increased. Furthermore, the performance of multiband was improved when the proposed weighting algorithm was applied.


    본 논문에서는 수중 통신에서 은밀성과 성능 향상을 위해 직접 수열 확산 방식 기반 다중 밴드 기법을 사용한 부 대역 Frequency Shift Keying(FSK) 신호의 효율적인 송수신 구조를 제시하였다. 은밀성적인 측면에서는 Pseudo Noise(PN) 부호의 chip을 직접 곱하는 직접 수열 대역 확산 방식을 적용하였으며, 성능적인 측면에서는 다중 경로 특성, 도플러 확산 등으로 인한 성능 감쇠를 극복하기 위해 다중 밴드, 터보 등화, 각 밴드별 가중치 알고리즘을 적용하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로, 송수신기 사이의 거리가 약 300 m ~ 500 m인 호수에서 기동 실험을 하여 대역확산 신호의 chip 수를 8개, 32개로, 다중 밴드 수는 4개 일 때의 성능을 분석하였으며, chip 수가 증가할수록, 터보 등화 기법 적용 시 반복횟수가 증가할수록 성능이 향상되었고, 다중 밴드에서 프리엠블 오류율을 분석하여 밴드 별 가중치를 적용 시 더 많은 패킷 전송 성공률을 나타냈다.

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    July 2021
  • Research Article

    A quantitative analysis of synthetic aperture sonar image distortion according to sonar platform motion parameters

    소나 플랫폼의 운동 파라미터에 따른 합성개구소나 영상 왜곡의 정량적 분석

    Sea-Moon Kim and Sung-Hoon Byun

    김시문, 변성훈

    Synthetic aperture sonars as well as side scan sonars or multibeam echo sounders have been commercialized and are widely used for seafloor ...

    해저면 영상을 취득하기 위해 측면주사소나나 다중빔측심기 외에도 합성개구소나가 상용화되어 널리 사용되고 있으며 국내에서도 예인형 시스템 개발 등 관련 연구가 진행 중에 있다 ...

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    Synthetic aperture sonars as well as side scan sonars or multibeam echo sounders have been commercialized and are widely used for seafloor imaging. In Korea related research such as the development of a towed synthetic aperture sonar system is underway. In order to obtain high-resolution synthetic aperture sonar images, it is necessary to accurately estimate the platform motion on which it is installed, and a precise underwater navigation system is required. In this paper we are going to provide reference data for determining the required navigation accuracy and precision of navigation sensors by quantitatively analyzing how much distortion of the sonar images occurs according to motion characteristics of the platform equipped with the synthetic aperture sonar. Five types of motions are considered and normalized root mean square error is defined for quantitative analysis. Simulation for error analysis with parameter variation of motion characteristics results in that yaw and sway motion causes the largest image distortion whereas the effect of pitch and heave motion is not significant.


    해저면 영상을 취득하기 위해 측면주사소나나 다중빔측심기 외에도 합성개구소나가 상용화되어 널리 사용되고 있으며 국내에서도 예인형 시스템 개발 등 관련 연구가 진행 중에 있다. 고해상도의 합성개구소나 영상을 얻기 위해서는 이를 탑재하고 있는 플랫폼의 운동을 정확하게 추정하는 것이 필요하며 이를 위해 정밀한 수중항법 시스템이 요구되고 있다. 본 논문에서는 합성개구소나를 탑재하고 있는 플랫폼의 운동 특성에 따라 소나 영상의 왜곡이 얼마나 발생하는지 정량적으로 분석함으로써 요구되는 항법 정확도와 항법센서의 정밀도를 설정하는데 있어서 기준이 되는 자료를 제공하고자 한다. 총 다섯가지의 운동을 고려하고 있으며 정량적 분석을 위해 정규화된 평균 제곱근 오차를 정의한다. 각 운동 특성의 변수값 변화에 따른 오차 분석 수치해석을 통해 yaw and sway 운동이 가장 큰 영상 왜곡을 야기하며 pitch and heave 운동의 영향은 크지 않음을 확인하였다.

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    July 2021
  • Research Article

    Performance analysis of sensor selection methods for beam steering direction of non-linear conformal array

    비선형 곡면 배열 센서의 빔 지향 방위별 센서 선택 방법에 대한 성능 분석

    Taek-ik Kwon

    권택익

    The conformal array sensor has different sub-array depending on different beam steering directions. According to the method to effective the sensor, the ...

    곡면 배열 센서는 빔의 지향 방위에 따라 부 배열이 구성된다. 여기서 부 배열의 센서 선택 방법에 따라 곡면 배열 센서의 성능이 달라질 ...

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    The conformal array sensor has different sub-array depending on different beam steering directions. According to the method to effective the sensor, the performance of the conformal array sensor can be different, where the sub-array selects an effective sensor. Also, due to the figure of the conformal array sensor, the figure of the sub-array can be different each other, which results in different performance on directivity index, beam width and etc. In this paper, two methods to select sub-array which is the criteria for each sensors position vector and directive vector were proposed. For two sub-array selection methods, the performance of the directivity index, horizontal and vertical beam width were compared with the average and variance. In addition, this comparison was conducted when the number of sensors was fixed. When the number of sensors was not fixed, the directional vector method mainly results in high performance, but the performance of vertical beam width was lower or equal. When the number of sensors was fixed, the performance of two methods is similar, but the performance of variance was deteriorated.


    곡면 배열 센서는 빔의 지향 방위에 따라 부 배열이 구성된다. 여기서 부 배열의 센서 선택 방법에 따라 곡면 배열 센서의 성능이 달라질 수 있다. 또한, 곡면 배열 센 서는 형상의 특성으로 인해 빔 지향 방위에 따라 부 배열의 형상이 달라진다. 따라서 빔 지향 방위에 따라 지향지수, 빔 폭 등의 성능이 달라진다. 그러므로 센서 선택 방법을 선택할 때, 빔 지향 방위에 따라 달라지는 지향지수, 빔폭 등의 성능을 고려해야 한다. 본 논문에서는 각 단일 센서의 위치 벡터가 기준인 부 배열을 선택하는 방법과 센서 빔의 지향 벡터가 기준인 부 배열을 선택하는 방법을 사용하였다. 두 가지 방법에 대해 빔 지향 방위별 지향지수와 수평 및 수직 빔 폭의 평균과 분산을 비교 분석하였다. 또한, 두 방법에서 사용되는 센서 수를 고정 하여 비교 분석하였다. 센서 수를 고정하지 않았을 때는 센서 빔의 지향 벡터 기준 방법의 성능이 대부분 높았으나 수직 빔 폭의 성능은 낮거나 비슷하였다. 하지만 센서 수를 고정하였을 경우, 두 방법 모두 성능은 비슷하나 지향 방위별 성능 분산은 줄어들었다.

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    July 2021