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2017 Vol.36, Issue 3 Preview Page
A study on wideband underwater acoustic signal amplifier design for generating multi-frequency

다중 주파수 재생을 위한 광대역 수중 음향 신호 증폭기 설계 연구

Dong-Hun Lee1,2
,
Seung-Jin Yoo2
,
Hyeong-Moon Kim2
,
Hyoung-Nam Kim1*
이 동훈1,2
,
유 승진2
,
김 형문2
,
김 형남1*
1Department of Electronics Engineering, Pusan National University
1부산대학교 전자공학과
2국방과학연구소
*교신저자. *Corresponding Author. 
31 May 2017. pp. 179-185
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Abstract

The problem that occurred in the design/fabrication/testing of the wideband transmitting power amplifier for an embedded active SONAR (Sound Navigation and Ranging) system operating underwater was analyzed and the solution of the problem was proposed in this paper. Wideband acoustic SONAR systems had been developed in order to improve the underwater detection performance. The underwater acoustic transmission system had been also developed to achieve the wideband SONAR system. In this paper, the wideband acoustic transmission signal was generated using a 2 Level sawtooth type Class D PWM (Pulse Width Modulation) which was not complicated to implement. When the sonar signals having two or more frequencies were simultaneously generated, parasitic frequencies were added to the original signals by integer multiples of the frequency difference of the original signal. To cope with this problem, we proposed a way to remove the parasitic frequency from the source signal through modeling and simulation of the implemented power amplifier and PWM control hardware using MATLAB and Simulink.

Keywords
Embedded active sonar system
Underwater acoustic
Wideband power amplifier
PWM (Pulse Width Modulation)

본 논문에서는 수중에서 운용하는 임베디드 능동 음향탐지 시스템에 적용하기 위한 광대역 송신 전력 증폭기 설계/제작/시험 과정에서 발생된 문제를 분석하고 해결방안을 제시한다. 최근 수중음향 분야에서도 탐지 성능을 향상 시키기 위해 광대역 소나(Sound Navigation and Ranging, SONAR) 신호처리 연구가 진행되고 있으며 이를 위한 광 대역 수중음향 송수신 장치 개발이 이루어지고 있다. 본 논문에서는 임베디드 시스템 특성상 복잡하지 않고 구현이 간 단한 2 레벨 톱니파 형태의 Class D 급 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 생성 방식을 사용하여 광대역 수중음향 신호를 생성한 이후에, 송신 증폭기를 통하여 다양한 형태의 송신 파형을 재생하고 수중에서 실험을 하는 과정에서 두 가지 이상의 주파수를 가진 소나 신호를 동시에 재생한 경우, 원신호에 두 신호의 주파수 차의 정수배만큼 더해진 기생 주파수가 나타나는 현상이 발생하여 원하지 않은 송신 음원이 재생되는 문제가 있음을 발견하였다. 이러한 문제점의 원인을 분석하기 위해 MATLAB 및 Simulink를 이용하여 송신 하드웨어 및 PWM 제어 과정을 모델링하고 시뮬레이 션 하였으며, 시뮬레이션을 통해 문제점을 재현하고 해결방안을 제시한다.

키워드
임베디드 능동 음향탐지 시스템
수중음향
광대역 송신 증폭기
PWM (Pulse Width Modulation)
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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 : 36
  • No :3
  • Pages :179-185
  • Received Date : 2017-04-04
  • Revised Date : 2017-04-21
  • Accepted Date : 2017-05-30
  • DOI :https://doi.org/10.7776/2017.36.3.179
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