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Networked Systems Lab.

FieldBus

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Towred array sonar sensor
By : 김성욱
Date : 2010-03-22
Views : 763

1912년 초호화 유람선 타이타닉호가 대서양 북쪽 빙하에 부딪혀 침몰했다. 당시만해도 민간선박은 물론 함정에 장치한 수중음향탐지기인 소나(sonar)의 탐지수준은 그야말로 초보적이었다. 타이타닉호가 침몰하자 수중에서 음향탐지기술 개발에 대한 요구가 빗발쳤다. 소나기술은 타이타닉호에 이어 1,2차 세계대전에서 독일의 잠수함 U-보트에 연합군 함정과 민간 화물선이 공격을 받아 대서양 바다속에 가라앉으면서 빠른 속도로 개발되기 시작했다.
소나는 물속에서 들려오는 음파를 전기신호로 바꿔 음파의 특성을 분석, 물체의 종류와 거리 및 방향 등을 알아내는 장치다. 잠수함과 수상함이 물속을 들여다보는 눈의 역할을 한다. 소나의 탐지능력은 나라마다 기술수준에 따라 차이가 있지만 대략 4~5km정도로 알려져 있으며, 물속의 온도 조건 등에 따라 성능이 급격히 떨어지기도 한다. 해수 온도가 낮은 겨울철에 탐지성능이 좋아지며, 여름이나 한류와 난류가 함께 흐르는 동해같은 바다는 최악이다. 가끔은 주위 온도가 다른 물덩어리(수괴)를 잠수함으로 오해하기도 한다. 온도가 다르면 소나가 보낸 음파가 물덩어리에 전반사되어 돌아오는 경우가 생겨 마치 물덩어리가 큰 물체로 착각되는 것이다.
각국의 해군 함정에 장착된 소나의 성능은 함정의 능력과 직결되기 때문에 공표하지 않는게 상례다. 선진국들은 물속에서 들리는 소리의 음파특성을 수집해 데이타베이스로 만들어 활용하고 있으며 아무리 친한 동맹국 사이라도 알려주지 않는다. 미해군은 함정이나 잠수함 등 물체마다 고유하게 내는 소리특성을 수십년간 수집해 데이타데이스로 만들어 잠수함이나 구축함 등의 컴퓨터에 저장해놓고, 물속에서 이상한 소리가 들리면 즉각 컴퓨터로 분석하여 상대방을 파악한다.
소나에는 능동형과 수동형이 있다. 수동소나는 음파를 수신만 하는 소나로 상대방이 내놓은 소음을 듣고 물체 방위와 특성을 파악하며, 저주파용과 고주파용이 있다.
소나에 사용되는 장치가 음파를 전기적 신호로 바꾸는 하이드로폰(hydrophone)이다. 마치 전화의 수화기가 음성을 전기적 신호로 바꾸어 전화선으로 전달하는 것과 같은 원리다. 능동형 소나는 송수신이 모두 가능한 것으로 상대방의 소음도 듣지만 스스로도 음파를 내보내 상대방에게 부딪혀 돌아오는 음파를 다시 잡아 방위와 거리, 물체의 특성을 파악하는 수중탐지기다.
이같이 전기적 신호를 음파로 바꾸어 물속에 내보내기도 하고 그 받대 기능도 하는 장치가 트랜스듀서 (transducer)다. 트랜스듀스에 사용되는 출력은 수kHz다. 최근에는 디지탈 신호처리기술이 발달돼 반사음이 상대물체에 부딪힐 때의 입사각과 다시 돌아오는 반사각을 분석하여 상대물체의 형태를 영상으로 나타는 기술도 개발중이다. 소나는 반도체기술과 함께 발달돼 왔다. 50년대말 진공관이 개발되자 넓은 각도를 탐지할 수 있는 스캐닝소나가 발전했으며, 60년대에 들어서서 360도 전방향을 탐지하는 소나가 선을 보이기 시작했다. 잠수함 속에 장치된 진공관식 소나시스템을 기억용량 256메가짜리 반도체가 나오는 요즘과 비교해보라. 소나는 70년대 들어 반도체를 이용한 컴퓨터가 본격화되면서 급속히 발전했다. 360도 동시탐색, 방위 분해능력 향상에 의한 식별능력 강화, 다중표적 동시추적능력 등이다. 최근에는 잠수함과 함정이 점점 스텔스화 되고 있어 이것에 대한 탐색기능도 보완되고 있다.

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