과학연구

등간격원호배렬에서 모의소둔알고리듬을 리용한 부엽준위감소방법

 2025.7.23.

배렬안테나에서 송신출력을 높이고 손실을 줄이기 위하여 지향성을 합리적으로 형성한다. 부엽준위를 최소화하고 주엽준위를 강화하는것은 수중음향변환자배렬안테나를 리용한 목표검출의 정확성과 장애안정성을 개선하는데서 매우 중요하다.

우리는 이번 연구에서 무지향수중음향변환자들이 일정한 원호상에 등간격으로 배렬되여있는 경우 신호대잡음비가 낮은 조건에서도 주엽너비증가를 최소화하면서 부엽준위를 효과적으로 줄일수 있는 방법을 연구하였다.

연구에서는 첫째로 무지향수중음향변환자들이 일정한 원호상에 등간격으로 배렬되여있는 경우 신호대잡음비가 낮은 조건에서도 주엽너비증가를 최소화하면서 부엽준위를 효과적으로 줄일수 있는 모의소둔알고리듬의 평가함수를 제기하였다. 목적하는 빔너비와 무게벡토르에 의한 빔너비사이의 편차와 부엽준위들의 합과 주엽준위와의 비를 반영한 평가함수를 만들었다.

연구에서는 둘째로 제안된 평가함수를 리용하여 요소들에 대한 무게곁수를 얻었으며 여러가지 창문무게화방법들과의 비교를 진행하였다.

제안된 방법을 리용한 배렬요소무게화는 낮은 신호대잡음비조건에서도 배렬지향성의 주엽너비증가를 최소화하면서 단일무게화방법에 비하여 부엽준위를 약 8dB낮출수 있었다. Cosine방법을 제외한 다른 방법들은 제안된 방법보다 부엽준위를 더 낮출수 있지만 주엽너비를 상당히 증가시킨다. 따라서 제안된 방법은 수중음향변환자배렬의 분해능을 일정하게 유지하면서 잡음을 효과적으로 억제할수 있다.

평가함수에 기초한 여러가지 방법들의 지향특성평가를 진행한데 의하면 제안된 방법이 신호대잡음비가-5dB인 경우 단일무게화방법, Cosine방법, Hanning방법, Hamming방법, Blackman방법, Triangular방법에 비하여 평가함수값이 각각 1.55, 1.44, 1.77, 1.39, 2.69, 1.41배나 더 낮았다. 수중음향변환자배렬에서 리용하는 등간격원호배렬에 대하여 제안된 평가함수와 무게곁수갱신방식을 도입한 모의소둔방법으로 얻어진 무게벡토르를 가지고 배렬요소무게화를 진행하면 낮은 신호대잡음비조건에서도 배렬지향성의 주엽너비증가를 최소화하면서 부엽준위를 효과적으로 낮출수 있다는것을 확증하였다. 그에 따르는 결과를 그림에 보여주었다.

각이한 신호대잡음비에 따르는 제안된 방법과 여러가지 무게화방법과의 비교
그림. 각이한 신호대잡음비에 따르는 제안된 방법과 여러가지 무게화방법과의 비교

(a) SNR=-5dB, (b) SNR=0dB, (c) SNR = 5dB, (d) SNR=10dB, (e) SNR = 20dB, (f) SNR=30dB

연구결과는 잡지《Archives of Acoustics》에 《A side lobe level reduction method using simulated annealing algorithm in a uniform arc array》(https://doi.org/10.24425/aoa.2024.148783)의 제목으로 출판되였다.