총소리로 위치 추적하기

이코노미스트지에 따르면 워싱턴 DC에서는 도심지에서 총격 소리가 들렸을 때, 설치된 마이크의 소리로 격발지역 위치를 동정하고 경찰이 수사하고 추적하는데 도움을 준다고 한다. 총소리로 어떻게 위치를 추적할까?

이코노미스트 Calling the shots Sep 13th 2014

참고로 위 기사의 첫 문장은 오래된 철학 질문인 “If a tree falls in a forest and no one is around to hear it, does it make a sound?“를 패러디한 것이다.

여하간 위 기사에는 현황만 있고 기술적인 설명이 없는데, 본인이 알기로는 다음과 같다.

전시에서 갑자기 적의 포격을 받게 될 때, 포탄이 어디서 날아오는지 모르면 우왕좌왕 패닉에 빠질 수 밖에 없다. 매복한 적에게 갑자기 소총사격을 당하는 경우와 비슷하다고나 할까. 본인은 포병에 있었는데, 실전에서는 아마 포탄이 워낙 빨라서 육안으로 날아오는 것을 포착하기는 쉽지 않으리라 생각한다.

2차 세계대전 당시 영국 수학자들은 포사격의 소리를 듣고 포탄이 발사되는 위치를 추정하는 기법을 생각해냈는데, 그 기본 원리는 무척 단순하다. 세 개의 마이크로폰을 장착하면, 두 마이크로폰에 도달하는 소리의 시간차를 이용하여, 가능한 포탄 격발지 위치의 마이크로폰을 초점으로 하는 쌍곡선을 그릴 수 있다. 세 마이크로폰을 이용하여 두 쌍곡선을 그리면 그 교점이 격발지가 된다. 이미지 출처
hyperbolas
그림의 파란선은 A, B가 초점인 쌍곡선이고, 빨간선은 B, C가 초점인 쌍곡선이다. 방정식을 풀어 교점의 좌표를 구하는 것 정도는 고교 수학을 정상적으로 이수한-_- 모든 고교생들이 할 수 있는 작업이다.

이른바 Sound ranging이라는 기법인데, 위키피디아에 따르면 한국전쟁과 베트남전 때 까지도 쓰인 모양이지만, 포탄이 여러 군데에서 동시다발적으로 일어나면 파악이 어렵기도 하고, 더욱 발전된 군사기술들이 쓰이면서 현대 전쟁에서는 이 방법이 더 이상 쓰이지 않는 것 같다.

약간 old tech라고 생각될 수 있지만, 이런 마이크로폰 기법을 워싱턴 DC 경찰들은 잘 활용하는 모양. 물론 폭죽이나 기타 소음과 구별해야하기 때문에 좀 정교한 알고리즘이 필요하지 않을까 싶지만 기본적인 원리는 이렇지 않나 싶다.

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