선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 거리독립 잔향음 예측 모델인 천해 고주파 잔향음 모델 (HYREV)를 소개하였다. HYREV는 한국 근해 잔향음 예측에 적합하도록 개발되었으며 주빔에 의한 영향뿐만 아니라 부엽에 의한 해수면/해저면 반사 및 산란 영향까지 고려되었다.
- 본 논문에서는 거리독립 잔향음 예측 모델인 천해 고주파 잔향음 모델 (HYREV)를 소개하였다. HYREV는 한국 근해 잔향음 예측에 적합하도록 개발되었으며 주빔에 의한 영향뿐만 아니라 부엽에 의한 해수면/해저면 반사 및 산란 영향까지 고려되었다.
- 본 논문에서는 다중경로 확장 (Multipath expansion) 모델을 사용하여 고유음선 (eigenray)을 계산, 경계면까지의 음파도달시간과 입사각 및 전달손실을 파악한 후 경계면에서의 산란모델인 복합 거칠기 모델을 이용하여 산란특성을 계산하는 새로운 천해 고주파 잔향음 모델 (HYREV： Hanyang univ. Reverberation model)을 소개한다. HYREV는 구역 산란 모델이며 거리독립 (range independent) 잔향음 예측 모델로 한국 근해 잔향음 예측에 적합하도록 개발되었으며 주엽 (main lobe)에 의한 영향뿐만 아니라 부엽 (side lobe)에 의한 해수면/해저면 반사 및 산란 영향까지 고려되었다.
- 본 논문에서는 다중경로 확장 (Multipath expansion) 모델을 사용하여 고유음선 (eigenray)을 계산, 경계면까지의 음파도달시간과 입사각 및 전달손실을 파악한 후 경계면에서의 산란모델인 복합 거칠기 모델을 이용하여 산란특성을 계산하는 새로운 천해 고주파 잔향음 모델 (HYREV： Hanyang univ. Reverberation model)을 소개한다. HYREV는 구역 산란 모델이며 거리독립 (range independent) 잔향음 예측 모델로 한국 근해 잔향음 예측에 적합하도록 개발되었으며 주엽 (main lobe)에 의한 영향뿐만 아니라 부엽 (side lobe)에 의한 해수면/해저면 반사 및 산란 영향까지 고려되었다.
가설 설정
- 잔향음 예측 모델은 크게 구역 산란 모델 (cell-scattering model)과 포인트 산란 모델 (point-scattering model)로 나눌 수 있다[10]. 구역 산란 모델은 산란체들이 해양 내에 균질 (uniform)하게 분포되어 있다고 가정한 후, 해양을 수많은 산란체들을 포함하고 있는 개개의 구역으로 세분하고 각각의 구역에서 산란된 음압을 시간에 따라 계산한다. 대부분의 잔향음예측 모델들은 구역 산란 모델에 속한다.
제안 방법
- HYREV 모델에서는 체적잔향음을 원하는수심에 따른 체적 잔향음 테이블로 입력시킬 수 있으며 본 모의에서는 수심 7 이와 14 이에 각각 -70 dB와 -65 曲를 사용하여 모의하였다.
- 단상태 고주파 잔향음 측정을 위해 2001년 5월 19일, 강원도 동해시 연안에서 잔향음 실험을 실시하였다. 실험 해역의 평균 수심은 20 m, 해저면은 사질 (sand)로 평균 입자 크기는 2.
- 잔향음 준위를 모의하기 위한 첫번째 단계로 음원과 산란체까지의 고유음선 계산을 통하여 음파도달시간과 입사각, 전달손실을 계산한다. 두번째로는 각각의 산란체 (해수면, 해저면, 체적)로부터의 산란강도를 계산한다. GSM의 잔향음 예측모델에서는 해수면 산란강도는 Chapman과 Harris 실험식을 해저면 산란강도는Lambert's law를 사용하였다.
- 잔향음 준위를 모의하기 위한 첫번째 단계로 음원과 산란체까지의 고유음선 계산을 통하여 음파도달시간과 입사각, 전달손실을 계산한다. 두번째로는 각각의 산란체 (해수면, 해저면, 체적)로부터의 산란강도를 계산한다. GSM의 잔향음 예측모델에서는 해수면 산란강도는 Chapman과 Harris 실험식을 해저면 산란강도는Lambert's law를 사용하였다.
- 또한 미서 공기방울의 공진운동에 의한 산란 영향을 고려하기 위히서 천해에서 공기방울 개체수를 최 등国의 방법으로 예츠한 후 Crowther[2이의 공진운동하는 공기방울들에 의한 4란모델을 이용하여 산란강도를 예측하였다.
- 모델의 정확성을 검증하기 위하여 2001년 5월 강원도 동해시 연안에서 실시된 잔향음 측정 신호와 비교하였으며 또한 GSM의 잔향음 예측모델과 비교분석하였다.
- 모델의 정확성을 검증하기 위하여 2001년 5월 강원도 동해시 연안에서 실시된 잔향음 측정 신호와 비교하였으며 또한 GSM의 잔향음 예측모델과 비교분석하였다.
- 본 모델에서 체적 산란은 원하는 수심에 따라 테이블로 체적 산란 강도를 입력함으로써 체적 잔향음을 계산하게 프로그래밍되었다.
- 본 모델에서 체적 산란은 원하는 수심에 따라 테이블로 체적 산란 강도를 입력함으로써 체적 잔향음을 계산하게 프로그래밍되었다.
- 사용된 송신기의 송신 감도는 165 dB re 1µPa/V at 1 m, 3 dB 빔폭은 15도였으며 빔패턴은 그림 2와 같다. 음원 신호는 70 kHz 정현파 신호로 펄스 길이는 1 ms, 2 ms, 10 ms로 변화시키면서 측정하였고 각각의 펄스길이에 대해 3초 간격으로 30회씩 반복 송신하였다. 이때 수신 신호는 송신기와 같은 위치에 설치되어진 TC 4014 청음기에 의해 수신되었으며 사용 주파수 대역에서의 수신감도는 -186 dB re 1V/µPa at 1 m 였다.
- 음원 신호는 70 虹iz 정현파 신호로 펄스 길이는 1 ms, 2 ms, 10 ms로 변화시키면서 측정하였고 각각의 펄스길이에 대해 3초 간격으로 30회씩 반복 송신하였다.
- 이렇게 계산된 각각의 잔향음 준위를 동일 시간대역에서 음압강도 합산 (intensity sum) 함으토써 총 잔향음 준위를 계산한다.
- 또한 BPT와 BPR은 송/수신 빔패턴이다. 이렇게 계산된 각각의 잔향음 준위를 동일 시간대역에서 음압강도 합산 (intensity sum)함으로써 총 잔향음 준위를 계산한다. 다음 단계에서는 펄스 길이만큼씩의 시간 범위 내의 모든 잔향음 준위들을 음압강도 합산한다 (그림 1).
- 잔향음 준위를 모의하기 위한 첫번째 단계로 음원과 산란체까지의 고유음선 계산을 통하여 음파도달시간과 입사각, 전달손실을 계산한다. 두번째로는 각각의 산란체 (해수면, 해저면, 체적)로부터의 산란강도를 계산한다.
- 측정 해역의 수심별 음속 구조를 파악하기 위해 잔향음 측정 시간 동안 4번에 걸쳐 CID를 이용하여 수심별 수온과 염분을 측정하였다.
- 실험시의 해상풍은 남동풍이 었으며 풍속은 11~14 knot로 시간에 따라 증가하는 양상을 보였다. 측정 해역의 수심별 음속 구조를 파악하기 위해 잔향음 측정 시간 동안 4번에 걸쳐 CTD를 이용하여 수심별 수온과 염분을 측정하였다. 이때 수심별 음속 구조를 계산해 본 결과, 음의 기울기를 갖고 있었으며 시간에 따른 변화는 거의 나타나지 않았다.
- 해저면 구성 성분의 평균입도에 따라 실트 (。= 7, 4> = ~ log2 입자직경)), 세립질 사질 3 = 4), 조립질 사질 3 = 2)로 구분하여 모의하였다.
- 그림 9는 동일한 해양환경에서 해저면 구성 성분의 변화에 따른 잔향음 준위 예측 신호이다. 해저면 구성 성분의 평균입도에 따라 실트 （Φ= 7, Φ=- log2 입자직경））, 세립질 사질 (Φ=4）, 조립질 사질 (Φ=2）로 구분하여 모의하였다. 해수면 풍속 변화와는 달리 해저면 구성 성분을 변화시켰을 경우 해저면 산란이 우세한 잔향음 신호의 뒷부분 （0.
대상 데이터
- 단상태 고주파 잔향음 측정을 위해 2001년 5월 19일, 강원도 동해시 연안에서 잔향음 실험을 실시하였다. 실험 해역의 평균 수심은 20 m, 해저면은 사질 (sand)로 평균 입자 크기는 2.05Φ였다. 실험에 사용된 송신기는 TC 2116으로써 수심 18 m에 삼각지지대를 이용하여 설치하였으며 지향각은 해수면 방향, 5도로 고정, 설치운용하였다.
- 05Φ였다. 실험에 사용된 송신기는 TC 2116으로써 수심 18 m에 삼각지지대를 이용하여 설치하였으며 지향각은 해수면 방향, 5도로 고정, 설치운용하였다.사용된 송신기의 송신 감도는 165 dB re 1µPa/V at 1 m, 3 dB 빔폭은 15도였으며 빔패턴은 그림 2와 같다.
- 실험에 사용된 송신기는 TC 2116으로써 수심 18 이에 삼각지지대를 이용하여 설치하였으며 지향각은 해수면 방향, 5도로 고정 , 설치운용하였다.
데이터처리
- 모의된 HYREV 모델을 검증하기 위하여 GSM 잔향음 모델 및 실측 신호와 비교하였다. 그림 7(a)는 펄스길이가 1 ms 경우의 비교 결과이다.
- 모의된 HYREV 모델을 검증하기 위하여 GSM 잔향음 모델 및 실측 신호와 비교하였다. 그림 7(a)는 펄스길이가 1 ms 경우의 비교 결과이다.
이론/모형
- 두번째로는 각각의 산란체 (해수면, 해저면, 체적)로부터의 산란강도를 계산한다. GSM의 잔향음 예측모델에서는 해수면 산란강도는 Chapman과 Harris 실험식을 해저면 산란강도는Lambert's law를 사용하였다. 그러나 해수면 모델인 Chapman과 Harris의 모델은 저주파 산란 실험에서 유도된 모델로써 고주파에 적용 시 많은 차이를 나타내는 것으로 알려져 있으며 해저면 산란 모델인 Lambert's law는 평면입사각 (grazing angle)에 따른 산란 강도만을 고려하므로 저질에 따른, 또한 퇴적층의 불규칙성에 따른 특성은 고려하지 못하는 단점이 있다.
- 두번째로는 각각의 산란체 (해수면, 해저면, 체적)로부터의 산란강도를 계산한다. GSM의 잔향음 예측모델에서는 해수면 산란강도는 Chapman과 Harris 실험식을 해저면 산란강도는Lambert's law를 사용하였다. 그러나 해수면 모델인 Chapman과 Harris의 모델은 저주파 산란 실험에서 유도된 모델로써 고주파에 적용 시 많은 차이를 나타내는 것으로 알려져 있으며 해저면 산란 모델인 Lambert's law는 평면입사각 (grazing angle)에 따른 산란 강도만을 고려하므로 저질에 따른, 또한 퇴적층의 불규칙성에 따른 특성은 고려하지 못하는 단점이 있다.
- HYREV 모델에 사용된 해저면 산란 모델 또한 복합 거칠기 모델을사용하였다. 해저면 모델은 해수면 복합 거칠기 모델이 제시된 후 Jackson et al [17,18]에 의해서 확장되었다.
- 잔향음 모델 개발에 있어서 가장 중요한 부분이 경계면 산란 예측이다. HYREV 모델에서는 경계면 산란 모델로 복합 거칠기 모델을 사용하였다. 해수면 복합 거칠기 모델은 McDaniel과 Gorman[16]에 의해서 제시되었다.
- HYREV 모델에서는 경계면 산란 모델로보합 거칠기 모델을 사용하였다.
- HYREV에서 사용된 고유음선을 계산하기 위한 모델로 다중경로 확장 모델을 사용하였다. 다중경로 확장 방법은 음장을 정상모드 (normal mode)와 유사하게 아래와 같이 표현한다[10].
- 그러므로 HYREV는 해수면 산란강도 예측 모델로 McDaniel과 Gorman[16]에 의해서 개발된 복합 거칠기 모델을 해저면은Jackson et al.[17,18]에 의해서 개발된 복합 거칠기 모델을 이용하였다. 다음 단계로는 아래의 소나방정식에 각각의 파라메터를 대입하므로써 잔향음 준위를 계산한다.
- 그러므로 HYREV는 해수면 산란강도 예측 모델로 NfclXniel과 GornHn[16]에 의해서 개발된 복합 거칠기 모델을 해저면은 Jackson 泌 以 [17, 18]에 의해서 개발된 복합 거칠기 모델을 이용하였다.
- 이 모델은 해수면 거칠기 중 음파산란에 가장 큰 영향을 미치는 파수인 Bragg's law를 만족하는 파수를 사용하여 섭동(puturbation) 모델을 이용, 상대적으로 고주파 파랑에 대한 산란을 모의한 후 저주파파랑에 따른부분 입사각 (local grazing angle)의 변화 및 암영효과를 보정하였다. 또한 미세 공기방울의 공진운동에 의한 산란 영향을 고려하기 위해서 천해에서 공기방울 개체수를 최 등[4]의 방법으로 예측한 후 Crowther[20]의 공진운동하는 공기방울들에 의한 산란모델을 이용하여 산란강도를 예측하였다. 해수면 후방산란은 경계면에 의한 해수면 후방산란 단면적과 공기방울에 의한 후방산란 단면적을 결합하여 예측한다.
- 02초 이내의 신호는 부엽에 의한 해수면 잔향음 신호로써 GSM 결과에서는 예측하지 못하였으나 HYREV 모델 결과에서는 정확히 예측하였다. 부엽에 의한 신호 파악은 고유음선 (eigenray) 모델의 결과인 고유음선 정보를 이용하여 파악하였다. 고유음선 정보에는 송신각 및 경계면입사각, 도달시간, 전달손실 등의 정보를 포함하고 있으므로 송신각과 도달시간을 비교하여 각각의 도달시간이 해당하는 음선이 주/부엽에 의한 잔향음 신호임을 파악할 수 있다.
- 이 모델은 해수면 거칠기 중 음파산란에 가장 큰 영향을 미치는 立수인 Bragg's law를 만족하는 파수를 사용하여 섭동 (jurturbation) 모델을 이용, 상대적으로 고주파 파랑에 대 有산란을 모의한후 저주파 파랑에 따른 부분 입사각 (local grazing angle)의 변화 및 암영효과를 보정하였다.
- 해수면 복합 거칠기 모델은 McDaniel과 Gorman[16]에 의해서 제시되었다. 이 모델은 해수면 거칠기 중 음파산란에 가장 큰 영향을 미치는 파수인 Bragg's law를 만족하는 파수를 사용하여 섭동(puturbation) 모델을 이용, 상대적으로 고주파 파랑에 대한 산란을 모의한 후 저주파파랑에 따른부분 입사각 (local grazing angle)의 변화 및 암영효과를 보정하였다. 또한 미세 공기방울의 공진운동에 의한 산란 영향을 고려하기 위해서 천해에서 공기방울 개체수를 최 등[4]의 방법으로 예측한 후 Crowther[20]의 공진운동하는 공기방울들에 의한 산란모델을 이용하여 산란강도를 예측하였다.
- 이때 수신 신호는 송신기와 같은 위치에 설치되어진 TC 4014 청음기에 의해 수신되었으며 사용 주파수 대역에서의 수신감도는 -186 dB re 1V/µPa at 1 m 였다. 청음기에 수신된 신호는 KH 3940 필터를 통해 대역 통과 필터링되어진 후 B&K 2610 증폭기를 통해 증폭, 수신되었으며 이 신호는 다시 'Heterodyning' 기법을 이용하여 70 kHz를 1 kHz로 대역변위 (band-shift)시켜 SONY 레코더의 DAT 테잎에 저장되었다. DAT 테잎에 저장된 신호는 16 bit NI DAQ 보드를 통해 12 ksamples/s로 A/D 변환하였다 (그림 3).
- 해수면 복합 거칠기 모델은 MbDaniel과 GormanC16]에 의해서 제시되었다.
- HYREV 모델에서는 경계면 산란 모델로 복합 거칠기 모델을 사용하였다. 해수면 복합 거칠기 모델은 McDaniel과 Gorman[16]에 의해서 제시되었다. 이 모델은 해수면 거칠기 중 음파산란에 가장 큰 영향을 미치는 파수인 Bragg's law를 만족하는 파수를 사용하여 섭동(puturbation) 모델을 이용, 상대적으로 고주파 파랑에 대한 산란을 모의한 후 저주파파랑에 따른부분 입사각 (local grazing angle)의 변화 및 암영효과를 보정하였다.
성능/효과
- HYREV는 한국 근해 잔향음 예측에 적합하도록 개발되었으며 주빔에 의한 영향뿐만 아니라 부엽에 의한 해수면/해저면 반사 및 산란 영향까지 고려되었다. HYREV 모델에 의한 모의 잔향음 신호와 GSM 잔향음 모의 신호, 실측 잔향음 신호를 비교한 결과 GSM 잔향음 신호는 실측치에 비해 비교적 낮은 잔향음 준위를 나타내는 반면, HYREV 결과는 실측치와 비교적 잘 일치하였다. 또한 해양 환경을 변화시키면서 잔향음 신호를 모의한 결과, HYREV 모델은 비교적 환경 변화에 잘 적응하였다.
- HYREV는 한국 근해 잔향음 예측에 적합하도록 개발되었으며 주빔에 의한 영향뿐만 아니라 부엽에 의한 해수면/해저면 반사 및 산란 영향까지 고려되었다. HYREV 모델에 의한 모의 잔향음 신호와 GSM 잔향음 모의 신호, 실측 잔향음 신호를 비교한 결과 GSM 잔향음 신호는 실측치에 비해 비교적 낮은 잔향음 준위를 나타내는 반면, HYREV 결과는 실측치와 비교적 잘 일치하였다. 또한 해양 환경을 변화시키면서 잔향음 신호를 모의한 결과, HYREV 모델은 비교적 환경 변화에 잘 적응하였다.
- HYREV 모델에 의한 모의 잔향음 신호와 GSM 잔향음 모의 신호, 실측 잔향음 신호를 비교한 결과 GSM 잔향음 신호는 실측치에 비해 비교적 낮은 잔향음 준위를 나타내는 반면, HYREV 결과는 실측치와 비교적 잘 일치하였다. 또한 해양 환경을 변화시키면서 잔향음 신호를 모의한 결과, HYREV 모델은 비교적 환경 변화에 잘 적응하였다. 모델의 정확한 검증과 보완을 위해서는 다양한 해양환경에서 측정된 잔향음 신호와 의 비교 분석이 필요하며 추후 거리 종속 잔향음 모델 및 양상태 잔향음 모델로 업그레이드되어야 할 것이다.
- 모델의 입력 파라메터인 수심에 따른 체적 산란강도는 본 실험과 함께 이루어진 체적 잔향음 자료를 이용하였으며 실험 해역에서는 -70 dB에서 -60 dB의 범위로 해수면에 근접할수록 약간 증가하는 경향을 보이고 있으며 전체적으로 비교적 높은 체적 산란강도를 나타내었다 (그림 5)[21].
- HYREV 모델에서는 체적 잔향음을 원하는 수심에 따른 체적 잔향음 테이블로 입력시킬 수 있으며 본 모의에서는 수심 7 m와 14 m에 각각 -70 dB와 -65 dB를 사용하여 모의하였다. 모의 결과0.8초 부근에서 체적 잔향음이 약간 우세한 구간이 있으나 전체적으로 해수면과 해저면 잔향음에 비해서 미약하게 모의되었다.
- HYREV 모델에서는 체적 잔향음을 원하는 수심에 따른 체적 잔향음 테이블로 입력시킬 수 있으며 본 모의에서는 수심 7 m와 14 m에 각각 -70 dB와 -65 dB를 사용하여 모의하였다. 모의 결과0.8초 부근에서 체적 잔향음이 약간 우세한 구간이 있으나 전체적으로 해수면과 해저면 잔향음에 비해서 미약하게 모의되었다.
- 실험시의 해상풍은 남동풍이 었으며 풍속은 11~14 knot로 시간에 따라 증가하는 양상을 보였다. 측정 해역의 수심별 음속 구조를 파악하기 위해 잔향음 측정 시간 동안 4번에 걸쳐 CTD를 이용하여 수심별 수온과 염분을 측정하였다.
- 실험시의 해상풍은 남동풍이 었으며 풍속은 U-14 knot 로 시간에 따라 증가하는 양상을 보였다.
- 4초 이후）이 변화한다. 전체적으로 평균 입도가 커질수록 잔향음은 증가하는 경향을 보이고 있으나 평균 입도가 작을 경우 입도 증가에 따른 잔향음 준위 증가폭 보다 평균 입도가 클 경우 입도 증가에 따른 잔향음 준위 증가폭이 훨씬 크게 모의된다.
- 4초 이후）이 변화한다. 전체적으로 평균 입도가 커질수록 잔향음은 증가하는 경향을 보이고 있으나 평균 입도가 작을 경우 입도 증가에 따른 잔향음 준위 증가폭 보다 평균 입도가 클 경우 입도 증가에 따른 잔향음 준위 증가폭이 훨씬 크게 모의된다.
- 전체적으로 풍속이 증가할수록 또한 해저면 거칠기가 증가할수록 HYREV모델에 의해서 모의된 잔향음은 증가하는 경향을 보인다.
후속연구
- 또한 해양 환경을 변화시키면서 잔향음 신호를 모의한 결과, HYREV 모델은 비교적 환경 변화에 잘 적응하였다. 모델의 정확한 검증과 보완을 위해서는 다양한 해양환경에서 측정된 잔향음 신호와 의 비교 분석이 필요하며 추후 거리 종속 잔향음 모델 및 양상태 잔향음 모델로 업그레이드되어야 할 것이다.
- 또한 해양 환경을 변화시키면서 잔향음 신호를 모의한 결과, HYREV 모델은 비교적 환경 변화에 잘 적응하였다. 모델의 정확한 검증과 보완을 위해서는 다양한 해양환경에서 측정된 잔향음 신호와 의 비교 분석이 필요하며 추후 거리 종속 잔향음 모델 및 양상태 잔향음 모델로 업그레이드되어야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.