[논문]동해 천해환경에서 측정된 중주파수 전달손실 측정: Rayleigh 및 HFBL 모델과의 비교

이대혁; 오래근; 최지웅; 김성일; 권혁종

doi:10.7776/ask.2021.40.4.297

동해 천해환경에서 측정된 중주파수 전달손실 측정: Rayleigh 및 HFBL 모델과의 비교
Measurements of mid-frequency transmission loss in shallow waters off the East Sea: Comparison with Rayleigh reflection model and high-frequency bottom loss model 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.40 no.4, 2021년, pp.297 - 303

이대혁 (한양대학교 해양융합과학과) , 오래근 (한양대학교 해양융합과학과) , 최지웅 (한양대학교 해양융합공학과) , 김성일 (국방과학연구소) , 권혁종 (한국해양과학기술원)

초록
AI-Helper

천해 환경에서 음파가 장거리 전파되는 경우, 해저면의 비균질성으로 인해 일반적으로 사용하는 Rayleigh reflection 모델을 적용한 음파전달 모의 결과보다 더 큰 전달손실을 보이는 것으로 알려지고 있다. 이에 따라 미 해군은 경험식 기반의 해저면 반사손실(High-Frequency Bottom Loss, HFBL) 모델을 적용하여 음파 전달을 예측하고 있다. 본 연구에서는 여름철 동해 천해환경에서 중주파수(2.3 kHz, 3 kHz)를 이용한 해상실험 전달손실 측정 및 분석이 수행되었다. BELLHOP 모델을 통해 고유음선을 추적한 결과, 임계각보다 낮은 수평입사각에 대해서만 음파가 수 km 이상 장거리 전파되었으며, Rayleigh reflection 모델 기반의 전달손실 예측값과 실측 전달 손실 값과의 차이는 전달거리가 증가함에 따라 점차 증가하는 경향을 보였다. 큰 수평입사각 영역에서 Rayleigh reflection 모델과 HFBL 모델을 비교하여 HFBL의 입력값인 해저면 province 값을 추정한 후, 이를 적용한 전달 손실을 모의하여 실측 전달 손실 값과 비교하였다. 그 결과 BELLHOP 모델의 반사 손실 모델로 경험식 기반의 HFBL을 적용하여 전달 손실을 모의했을 때, 실측 전달 손실과 일치하는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

When sound waves propagate over long distances in shallow water, measured transmission loss is greater than predicted one using underwater acoustic model with the Rayleigh reflection model due to inhomogeneity of the bottom. Accordingly, the US Navy predicts sound wave propagation by applying the empirical formula-based High Frequency Bottom Loss (HFBL) model. In this study, the measurement and analysis of transmission loss was conducted using mid-frequency (2.3 kHz, 3 kHz) in the shallow water of the East Sea in summer. BELLHOP eigenray tracing output shows that only sound waves with lower grazing angle than the critical angle propagate long distances for several kilometers or more, and the difference between the predicted transmission loss based on the Rayleigh reflection model and the measured transmission loss tend to increase along the propagation range. By comparing the Rayleigh reflection model and the HFBL model at the high grazing angle region, the bottom province, the input value of the HFBL model, is estimated and BELLHOP transmission loss with HFBL model is compared to measured transmission loss. As a result, it agrees well with the measurements of transmission loss.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. (Color available online) Rayleigh reflection bottom loss (solid lines) by mean grain size and HFBL bottom loss (dashed lines) by MGS bottom classes versus grazing angle.
그림 Fig. 2. (Color available online) R/V Cheonghae ship track (black solid line) and mooring locations of VLA (white circle).
그림 Fig. 3. Experimental layout. (a) Sound speed profile of the water column measured by XBT (b) eigenray tracing results from source-receiver range of 4,500 m. Black square indicates the sound source.
표 Table 1. List of transmitted signal information.
그림 Fig. 4. (Color available online) Comparison of transmission loss measurements (T1, T2, T3) and regression curve (black solid line). The black circle, blue diamond, red star represent the values measured at the water depth of 9 m, 26 m, 49 m, respectively. The Black arrows indicate direction of movement of the source according to the signal type.
그림 Fig. 5. (Color available online) Comparison of transmission loss measurements and simulation result using Rayleigh reflection model (blue solid line) and another simulation result using HFBL2 (magenta dashed line): source depth was 25 m and receiver depth was 49 m.
그림 Fig. 6. (Color available online) HFBL bottom loss (dashed lines) by MGS bottom classes and Rayleigh reflection bottom loss (solid red line) versus grazing angle.

참고문헌 (18)

R. J. Urick, Principles of Underwater Sound 3rd ed (McGrawHill, New York, 1983), pp. 172-182.
B. Katsnelson, V. Petnikov, and J. Lynch, Fundamentals of Shallow Water Acoustics (Springer Science & Business Media, New York, 2012), pp. 1-16.
A. D. Waite, Sonar For Practising Engineers 3rd ed (Spon Press, New York, 2003), pp. 43-49.
D. Tang, F. S. Henyey, Z. Wang, K. L. Williams, D. Rouseff, P. H. Dahl, J. Quijano, and J. W. Choi, "Midfrequency acoustic propagation in shallow water on the New Jersey shelf: Mean intensity," J. Acoust. Soc. Am. 124, EL85 (2008).

상세보기
H. Kwon, J. W. Choi, and B. Kim, "Estimation of a transition point of sound propagation condition using transmission loss data measured in SAVEX15" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 37, 1-11 (2018).
J. W. Choi and P. H. Dahl, "First-order and zerothorder head waves, their sequences, and implications for geoacoustic inversion," J. Acoust. Soc. Am. 119, 3660-3668 (2006).

상세보기
H. Kwon, J. W. Choi, W -H. Ryang, S.-U. Son, and S.-K. Jung, "Measurements of mid-frequency bottominteracting signals and geoacoustic inversion in Jinhae Bay, Southeast Korea," J. Acoust. Soc. Am. 145, 1205 (2019).

상세보기
J. W. Choi and P. H. Dahl, "Mid-to-high-frequency bottom loss in the East China Sea," IEEE J. Ocean Eng. 29, 262-397 (2004).
H. La and J. W. Choi, "8-kHz bottom backscattering measurements at low grazing angles in shallow water," J. Acoust. Soc. Am. 127, 160-165 (2010).

상세보기
Y. G. Yoon, C. Lee, J. W. Choi, S. Chom, S. Oh, and S. K. Jung, "Measurements of mid-frequency bottom loss in shallow water of the yellow sea" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 34, 423-431 (2015).

원문보기 상세보기
F. Jensen, W. Kuperman, M. Porter, and H. Schmidt, Computational Ocean Acoustics 2nd ed (American Institute of Physics, New York, 1993), pp. 14-15, 40-46.
Richard P. Hodges, Underwate Acoustics: Analysis, Design and Performance of Sonar (A John Wiley and Sons, Ltd, Publication, Chichester, 2011), pp. 114-116.
M. B. Porter, "The BELLHOP Manual and User's Guide:PRELIMINARY DRAFT," Heat, Light, and Sound Research, Inc., 2011.
H. Medwin and C. S. Clay, Fundamentals of Acoustical Oceanography 1st ed (Academic press, San Diego, 1998), pp. 17-27.
C. L. Pekeris, GSA Memoirs, Propagation of Sound in the Ocean,https://pubs.geoscienceworld.org/books/book/33/chapter/3786458/, (Last viewed May 21, 2021).
G. V. Frisk and J. F. Lynch, "Shallow water waveguide characterization using the Hankel transform," J. Acoust. Soc. Am. 76, 205-216 (1984).

상세보기
D. R. Del Balzo, C. Feuillade, and M. M. Rowe, "Effects of water-depth mismatch on marched-field localization in shallow water," J. Acoust. Soc. Am. 83, 2180-2185 (1988).

상세보기
M. J. Buckingham and E. M. Giddens, "On the acoustic field in a pekeris waveguide with attenuation in the bottom half-space," J. Acoust. Soc. Am. 119, 123-142 (2006).

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증