Abstract
An underwater platform operating a passive sonar needs to acquire the target position to perform its mission. In an environment where sea-floor reflections exist, the position of a target can be estimated using the difference in the arrival time between the signals received through multipaths. In this paper, a method of localization for passive sonar is introduced, based on the EKF (Extended Kalman Filter) using the multipath time difference of arrival in underwater environments. TMA (Target Motion Analysis) requires accumulated measurements for long periods and has limitations on own-ship movement, allowing it to be used only in certain situations. The proposed method uses an EKF, which takes measurements of the time differences of the signal arrival in multipath environments. The method allows for target localization without restrictions on own-ship movement or the need for an observation time. To analyze the performance of the proposed method, simulation according to the distance and depth of the target was performed repeatedly, and the localization error according to the distance and water depth were analyzed. In addition, the correlation with the estimated position error was assessed by analyzing the arrival time difference according to the water depth.
수동소나를 운용하는 수중 플랫폼은 임무수행을 위해 표적의 위치정보를 획득해야 한다. 동해와 같이 해저면 반사파가 존재하는 환경에서는 다중경로로 수신한 신호 간 도달시간 차이를 이용하여 표적의 위치를 추정할 수 있다. 본 논문에서는 다중경로 음파전달 환경에서 수동소나 운용 시 도달시간차이를 이용한 확장칼만필터(EKF: Extended Kalman Fileter, 이하 EKF) 기반의 표적 위치 추정 기법을 제안한다. 기존의 표적기동분석(TMA: Target Motion Analysis, 이하 TMA)은 위치추정에 필요한 측정치를 장시간 누적해야하며 자함의 기동상태에 대한 제약이 있어 한정된 상황에서만 활용할 수 있다. 제안하는 방법은 표적에 대한 다중경로 음파전달로 인한 신호 간 도달시간 차이와 방위 정보를 측정치로 하는 확장칼만필터를 사용한다. 이 방법은 자함 기동과 측정치 누적 시간에 관계없이 표적 위치추정이 가능한 장점이 있다. 제안 기법의 성능 분석을 위해 표적의 거리와 수심에 따른 시뮬레이션을 반복 수행하여 거리에 따른 위치추정 오차와 수심에 따른 위치추정 오차를 분석하였다. 또한 거리에 따른 도달시간차이와 수심에 따른 도달시간차이를 분석하여 위치추정 오차와의 상관관계를 분석하였다.