An analysis of port-starboard discrimination performancefor roll compensation at acoustic vector sensor arrays

Ho Jin Lee; Chang-Soo Ryu; Eun Hyon Bae; Kyun Kyung Lee

doi:10.7776/ASK.2016.35.5.403

All Issue

2016 Vol.35, Issue 5 Preview Page

An analysis of port-starboard discrimination performancefor roll compensation at acoustic vector sensor arrays 음향 벡터 센서 배열의 뒤틀림 보상을 통한 좌현-우현 구분 성능분석

30 September 2016. pp. 403-409

PDF XML

Abstract

Traditional towed line arrays using omni-directional sensor suffer from the well known port-starboard ambiguity, because the direction of arrival is determined by conic angle. The operational method and structure of the sensor arrays method have been proposed to solve this problem. Recently, a lot of research relating to the acoustic vector sensor are studied. In this paper, we study port-starboard discrimination for roll of acoustic vector sensor array. With one omni-directional sensor and three orthogonally-placed directional sensors, an acoustic vector sensor is able to measure both the acoustic pressure and the three directional velocities at the point of the sensor. The wrong axis due to the roll at directional sensors can degrade performance of beamforming. We investigate port-starboard discrimination for roll of sensor array and confirm the validity of performance of beamforming with compensated the roll.

Keywords

Acoustic vector sensor arrays beamforming

Roll compensation

Port-Starboard discrimination

전방향 센서를 이용하는 선배열 센서의 경우, 음원의 방향이 원추각의 형태로 결정되어지므로 좌 우 구분 모호성이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 운용적인 방법과 센서 배열의 구조적인 방법에 대한 연구가 진행되었다. 최근에는 음향 벡터 센서 기반의 연구가 이루어지고 있으며, 본 논문에서는 음향 벡터 센서 기반의 빔형성 기법에서 발생하는 센서 배열의 뒤틀림에 따른 좌 우 구분 성능에 대하여 분석하였다. 음향 벡터 센서는 하나의 전방향 센서와 세 개의 지향성 센서로 구성되며, 세 개의 지향성 센서는 서로 수직 방향의 속도성분을 측정한다. 이때 센서 배열의 뒤틀림에 따른 지향성 센서 축의 정보가 정확하지 않으면 잘못된 방향의 신호를 인가하여 빔형성 기법의 성능저하가 나타난다. 따라서 센서 배열의 뒤틀림에 따른 좌 우 구분 성능저하를 분석하고 보상을 통한 빔형성 기법의 성능향상을 확인하였다.

키워드

음향 벡터 센서 배열 빔형성

뒤틀림 보상

좌현-우현 구분

References

1.R. J. Urick, Principles of Underwater Sound (McGrawHill, New York, 1983), pp. 54-60.

2.S. C. Nardone, A. Lindgren, and Kai Gong, “Fundamental properties and performance of conventional bearings-only target motion analysis,” IEEE Transactions on automatic control 29, 775-787 (1984).

3.T. Warhonowicz, H. Schmidt-Schierhorn, and H. Hostermann, “Port/Starboard discrimination performance by twin line array for a LFAS sonar system,” in Proc. UDT, Europe, 398 (1999).

4.J. P. Feuillet, W. S. Allensworth, and B. K. Newhall, “Nonambigous beamforming for a high resolution twin-line array,” J. Acoust. Soc. Am. 97, 3292 (1995).

5.G. W. M. van Mierlo, S. P. Beerens, R. Been, Y. Doisy, and E. Trouve, “Port-Starboard discrimination on hydrophone triplets in active and passive towed arrays,” in Proc. UDT, Pacific, 63-68 (2000).

6.Y. W. Ryu, E. C. Jeong, and S. Y. Chun, “Analysis on noise correlation of triplet line array sensors in the east sea” (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 34, 479-486 (2015).

7.A. Nehorai and E. Paldi, “Acoustic vector sensor array processing,” IEEE Trans. signal Process, 42, 2481-2491 (1994).

8.J. Cao, “Survey on acoustic vector sensor and its applications in signal processing,” IEEE Control Conference (CCC), Chinese, (2014).

9.R. O. Nielsen, Sonar Signal Processing (Norwood, MA: Artech House, 1991), pp. 51-69.

Information

Publisher :The Acoustical Society of Korea
Publisher(Ko) :한국음향학회
Journal Title :The Journal of the Acoustical Society of Korea
Journal Title(Ko) :한국음향학회지
Volume : 35
No :5
Pages :403-409
Received Date : 2016-08-12
Revised Date : 2016-09-01
Accepted Date : 2016-09-08
DOI :https://doi.org/10.7776/ASK.2016.35.5.403

The Journal of the Acoustical Society of KoreaISSN:1225-4428(Print) 2287-3775(Online)한국음향학회

All Issue