소노부이 신호 송수신을 위한 오토인코더 기반 신호 변복조 기법

Autoencoder-based signal modulation and demodulation method for sonobuoy signal transmission and reception

소노부이는 수중 음향 정보를 수집하는 일회용 장치로 특정지역에서 수집된 신호를 주변의 항공기 또는 함정으로 송신하는 역할을 수행하고 임무를 완수하면 해저로 가라앉도록 설계되어 있다. 이러한 소노부이 신호 송·수신 시스템의 경우 주파수 분할 다중화나 가우시안 주파수 편이와 같은 기법을 활용하여 신호를 변·복조하여 송·수신한다. 하지만 이러한 방법은 전송해야할 정보의 양이 많고 변조와 복조방법이 비교적 단순하여 보안성이 낮은 단점이 있다. 따라서, 본 논문에서는 오토인코더를 이용하여 송신 신호를 저차원의 잠재 벡터로 변조하여 잠재 벡터를 항공기 또는 함정으로 전송하고 수신한 잠재벡터를 복조하여 보안성을 향상시키고 전송정보량을 기존 전송방법 대비 약 100배 감소시킬 수 있는 방법을 제안하였다. 모의실험을 통해 제안한 방법으로 복원된 샘플 스펙트로그램을 확인한 결과 저차원의 잠재 벡터로부터 원본 신호 복원이 가능함을 확인할 수 있었다.

Sonobuoy is a disposable device that collects underwater acoustic information and is designed to transmit signals collected in a particular area to nearby aircraft or ships and sink to the seabed upon completion of its mission. In a conventional sonobouy signal transmission and reception system, collected signals are modulated and transmitted using techniques such as frequency division modulation or Gaussian frequency shift keying, and received and demodulated by an aircraft or a ship. However, this method has the disadvantage of the large amount of information to be transmitted and low security due to relatively simple modulation and demodulation methods. Therefore, in this paper, we propose a method that uses an autoencoder to encode a transmission signal into a low-dimensional latent vector to transmit the latent vector to an aircraft or ship and decode the received latent vector to improve signal security and to reduce the amount of transmission information by approximately a factor of a hundred compared to the conventional method. As a result of confirming the sample spectrogram reconstructed by the proposed method through simulation, it was confirmed that the original signal could be restored from a low-dimensional latent vector.