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문제 정의
- 또한 산란효과를 고려하기 위해 일반적으로 사용하는 음장의 분해와 수평 입사각의 변화에 의한 산란강도를 계사하는 것은 PE 모델로는 불가능하기 때문에 본 논문에 서는 이 문제를 산란이 일어나는 곳에서 총 음장 (total field)에 의한 영향을 포함하되 수평입사각에는 독립인 산란함수와 소오나 방정식을 이용해서 해저면 잔향음을 계산하고자 한다［8］.
- 본 논문에서는 천해 양상태 저주파 잔향음 모델 (LHYREV-B)을 제안하였다. LHYREV-B 모델은 천해에서 저주파 잔향음 예측에 적합하도록 개발되었으며, 잔향음 신호뿐만 아니라 수신신호의 파형까지 모의할 수있도록 고려되었다.
제안 방법
- II장에서 제안한 알고리즘을 설명하고, III 장에서는 모델을 검증하기 위해서 2001년 8월 서해중부 해역에서 실시한 잔향음 실측자료와 비교하였으며, 또한 제안한 모델의 해저면 특성 변화에 따른 민감성에 대해서도 확인하였다. 마지막으로 IV장에서 결론을 도출하였다.
- II장에서 제안한 알고리즘을 설명하고, Ⅲ 장에서는 모델을 검증하기 위해서 2001년 8월 서해중부해역에서 실시한 잔향음 실측자료와 비교하였으며, 또한제안한 모델의 해저면 특성 변화에 따른 민감성에 대해서도 확인하였다.
- 따라서 본 논문에서는 천해에서 저주파수 음파전달을 정확하고 빠르게 계산할 수 있는 PE 모델을 이용하여 광대역 주파수 영역에서의 전달손실을 예측하고, 시간영역 에서의 계산을 위해 역 퓌리에 합성 (Inverse Fourier synthesis)을 이용 시간영역에서의 음장을 계산한다.
- 따라서 본 논문에서는 천해에서 저주파수 음파전달을 정확하고 빠르게 계산할 수 있는 PE 모델을 이용하여 광대역 주파수 영역에서의 전달손실을 예측하고, 시간영역 에서의 계산을 위해 역 퓌리에 합성 (Inverse Fourier synthesis)을 이용 시간영역에서의 음장을 계산한다.
- 또한 산란효과를 고려하기 위해 일반적으로 사용하는 음장의 분해와 수평 입사각의 변화에 의한 산란강도를 계사하는 것은 PE 모델로는 불가능하기 때문에 본 논문에 서는 이 문제를 산란이 일어나는 곳에서 총 음장 (total field)에 의한 영향을 포함하되 수평입사각에는 독립인 산란함수와 소오나 방정식을 이용해서 해저면 잔향음을 계산하고자 한다［8］.
- 모든 환경변수는 같은 상태에서 서해 실험해역 인근에서 많은분포를보이는 점토 (clay), 미사 (silt)에서의 잔향음 준위를 모델의 입력 자료인 모래 (sand)와 비교했扌. 또한 해저면의 거칠기를 변화시켜 가면서 잔향음 준위의 변화양상을 확인했다.
- 환경변화의 따른 切胡 모델의 변화양상을 확인 하기 위해 동일한 해양 환경에서 표 2와 같이 퇴적층의 성질 및 해저면의 거칠기를 변화시켜 가면서 신호를모의 했다. 모든 환경변수는 같은 상태에서 서해 실험해역 인근에서 많은분포를보이는 점토 (clay), 미사 (silt)에서의 잔향음 준위를 모델의 입력 자료인 모래 (sand)와 비교했扌. 또한 해저면의 거칠기를 변화시켜 가면서 잔향음 준위의 변화양상을 확인했다.
- 환경변화의 따른 切胡 모델의 변화양상을 확인 하기 위해 동일한 해양 환경에서 표 2와 같이 퇴적층의 성질 및 해저면의 거칠기를 변화시켜 가면서 신호를모의 했다. 모든 환경변수는 같은 상태에서 서해 실험해역 인근에서 많은분포를보이는 점토 (clay), 미사 (silt)에서의 잔향음 준위를 모델의 입력 자료인 모래 (sand)와 비교했扌. 또한 해저면의 거칠기를 변화시켜 가면서 잔향음 준위의 변화양상을 확인했다.
- 모델을 검증하기 위한 실험 시 사용된 음원이 MK-61 SUS (signals underwater sound) 이기 때문에 그림 2와같이 먼저 MK-61 SU居의 파형을 모의했다. 모의된 파형에 일정대역에 대한음원준위를곱한후, 일정 대역에서의 신호를 모의하기 위해서 대역통과 필터인 버터워쓰 (Butterworth) 필터를 통과시킨 파형을 사용했다. 이때 음원은 역 퓌리에 변환 (inverse Fourier tramsfomg을 통해 주파수영역에서 계산함으로 계산량을줄일 수 있으며, 주파수 영역에서의 곱은 시간영역에서의 콘볼루션 (convolution)과 같으므로 음원을 곱하는 것은 창함수 (window function) 와 같은 효과를 가진다.
- 실험지역의 평균수심은 76 m을 사용했지만 산란모델을 위한 국부적인 경계면 거칠기 (locally small scale relief)는 실험자료의 부족으로 인해 평균 0.1 “을가지도록 확률적으로 처리했다.
- 해저저질의 특성 등 환경변수 및 시스템변수는 표 1과같으며, 수평적인 변이 (lateral variability)가 거의 없는 지역이다. 실험지역의 평균수심은 76 m을 사용했지만 산란모델을 위한 국부적인 경계면 거칠기 (locally small scale relief)는 실험자료의 부족으로 인해 평균 0.1 “을가지도록 확률적으로 처리했다. 음원은 광대역 신호를 분석하기 위해서 AK-6IS負를 사용했으며, 폭파수심은 18也으로 고정했다.
- 본 논문에서 잔향음 준위를 모의하기 위해 사용된 알고 리즘은 그림 ［에 나타나있다. 첫 번째 단계는 전달손실 모델을 통해서 음원에서 각각의 산란체 그리고 산란체에서 수신기까지의 수심방향의 해 (depth equation)를 광대 역에서 계산한다. 여기에서 구해진 각각의 수심방향의 해는 거리 해 (radial equation)와 곱해짐으로써 음압을 계산한다.
- 해저수심이 거의 일정한 천해의 해양환경에서 음파전 달에 미치는 음속구조 및 해저지질의 영향을 파악하기 위해서 양상태 저주파 잔향음 실험을 2001년 8월 서해 중부해역에서 실시하였다. 실험해역의 위치는 그림 3과같이 서해중부해역이다.
- 환경변화의 따른 切胡 모델의 변화양상을 확인 하기 위해 동일한 해양 환경에서 표 2와 같이 퇴적층의 성질 및 해저면의 거칠기를 변화시켜 가면서 신호를모의 했다. 모든 환경변수는 같은 상태에서 서해 실험해역 인근에서 많은분포를보이는 점토 (clay), 미사 (silt)에서의 잔향음 준위를 모델의 입력 자료인 모래 (sand)와 비교했扌.
- 환경변화의 따른 切胡 모델의 변화양상을 확인 하기 위해 동일한 해양 환경에서 표 2와 같이 퇴적층의 성질 및 해저면의 거칠기를 변화시켜 가면서 신호를모의 했다. 모든 환경변수는 같은 상태에서 서해 실험해역 인근에서 많은분포를보이는 점토 (clay), 미사 (silt)에서의 잔향음 준위를 모델의 입력 자료인 모래 (sand)와 비교했扌.
대상 데이터
- 모델을 검증하기 위한 실험 시 사용된 음원이 MK-61 SUS (signals underwater sound) 이기 때문에 그림 2와같이 먼저 MK-61 SU居의 파형을 모의했다. 모의된 파형에 일정대역에 대한음원준위를곱한후, 일정 대역에서의 신호를 모의하기 위해서 대역통과 필터인 버터워쓰 (Butterworth) 필터를 통과시킨 파형을 사용했다.
- 모델을 검증하기 위한 실험 시 사용된 음원이 MK-61 SUS (signals underwater sound) 이기 때문에 그림 2와같이 먼저 MK-61 SU居의 파형을 모의했다. 모의된 파형에 일정대역에 대한음원준위를곱한후, 일정 대역에서의 신호를 모의하기 위해서 대역통과 필터인 버터워쓰 (Butterworth) 필터를 통과시킨 파형을 사용했다.
- 음원은 광대역 신호를 분석하기 위해서 AK-6IS負를 사용했으며, 폭파수심은 18也으로 고정했다. 신호의 수신을 위해서 B&K8101 수신 기를 사용하였으며, 분석주파수 대역 50-150 压에서의 수신감도는 -184.3 이다. 청음기에 수신된 신호는 KH 3940 필터를 통해 대 역 통과 필터링 후 B&K2636증폭기를 통해 증폭, 수신되었으며 이 신호는 哄레코더에 저장되 었다.
- 해저수심이 거의 일정한 천해의 해양환경에서 음파전 달에 미치는 음속구조 및 해저지질의 영향을 파악하기 위해서 양상태 저주파 잔향음 실험을 2001년 8월 서해 중부해역에서 실시하였다. 실험해역의 위치는 그림 3과같이 서해중부해역이다.
데이터처리
- 모의된 LffiKE片B모델을 검증하기 위하여 실측신호와 비교하였다. 그림 7은 乙HYREV-B 모델과 실측신호의 파형 (waveform)을 비교한 것이다.
- 모의된 LffiKE片B모델을 검증하기 위하여 실측신호와 비교하였다. 그림 7은 乙HYREV-B 모델과 실측신호의 파형 (waveform)을 비교한 것이다.
이론/모형
- PE 모델은 바로 이 수심방향의 해를 구하는 과정이다. 庭mw-3 모델에서 사용된 전달손실 모델은 UMPE (University of Miami PE) 모델을 사용했으몌7], 이 모델을 이용해서 수심방향의 해를 계산하였다. 그리고 거 리 해는 식 ⑸를 이용해서 皿时모델에서 계산 수심방 향의 해와 곱함으로써 광대 역 주파수영역 음압 (pressure) 을 계산하였다.
- 경계면에서 산란이 일어나는곳의 총음장에 의한 영향을 받는 수평 입사각에 독립 인 산란함수를 만들기 위해서 , 십동이론 (perturbation theory)을 이용하여 양방향 전달손실 (two-way transmission)과 같은 개념인 잔향손실 (Ieverberation loss)의 개념을 도입한다.
- 경계면에서 산란이 일어나는곳의 총음장에 의한 영향을 받는 수평 입사각에 독립 인 산란함수를 만들기 위해서 , 십동이론 （perturbation theory）을 이용하여 양방향 전달 손실 （two-way transmission）과 같은 개념인 잔향손실（Ieverberation loss）의 개념을 도입한다.해저면에 의한 잔향손실 R烏（「0）은 앙방향 전달손실과 산란함수로 이루어져있으며, 식 ⑹과 같다.
- 양상태 산란함수를 계산시 , 양상태 입사면적을 계산하는 것은 수평입사각뿐만 아니라 산란각과 양상태각（bistatic angle）을 계산해야 한다. 양상태 입사면적을 계산하기 위해서 본논문에서는Cox의 방법을사용했다［9］. Cox의 방법에서 양상태 입사면적 （AQ은 다음과 같이 주어진다.
- 양상태 산란함수를 계산시 , 양상태 입사면적을 계산하는 것은 수평입사각뿐만 아니라 산란각과 양상태각（bistatic angle）을 계산해야 한다. 양상태 입사면적을 계산하기 위해서 본논문에서는Cox의 방법을사용했다［9］. Cox의 방법에서 양상태 입사면적 （AQ은 다음과 같이 주어진다.
성능/효과
- LHYREV-B 모델은 천해에서 저주파 잔향음 예측에 적합하도록 개발되었으며, 잔향음 신호뿐만 아니라 수신신호의 파형까지 모의할 수있도록 고려되었다. LHYREV-B 모델에 의해 모의된 파형 및 잔향음 신호와 실측 파형 및 잔향음 신호와 비교한 결과 비교적 잘 일치하였다. 또한 여러 가지 환경 변화를잘 반영한다는 것도 확인할 수 있었다.
- LHYREV-B 모델에 의해 모의된 파형 및 잔향음 신호와 실측 파형 및 잔향음 신호와 비교한 결과 비교적 잘 일치하였다. 또한 여러 가지 환경 변화를잘 반영한다는 것도 확인할 수 있었다.
- 이때 수심 별 음속구조를 계산, 그림 4와 같이 고유음선 추적 (Eigenray tracing)을 수행한 결과, 음파는 해저 면과 상호작용을 하며 수신기에 수신되 며 따라서 수신된 신호는 거의 해저면 잔향음의 영향을 받는다는 것을 알수 있었다.
- 이때 수심 별 음속구조를 계산, 그림 4와 같이 고유음선 추적 (Eigenray tracing)을 수행한 결과, 음파는 해저 면과 상호작용을 하며 수신기에 수신되 며 따라서 수신된 신호는 거의 해저면 잔향음의 영향을 받는다는 것을 알수 있었다.
- 그림 10은 해저 면의 거 칠기 에 따른 잔향음 준위를 모의한 것이다. 해저면의 거칠기가 산란강도의 함수이기 때문에 해저면의 거칠기가 커질수록 산란강도가 커지면서 잔향음 준위는 커진다는 것을 확인할 수 있다.
- 그림 10은 해저 면의 거 칠기 에 따른 잔향음 준위를 모의한 것이다. 해저면의 거칠기가 산란강도의 함수이기 때문에 해저면의 거칠기가 커질수록 산란강도가 커지면서 잔향음 준위는 커진다는 것을 확인할 수 있다.
후속연구
- 따라서 더 효과적 인 모델 검증을 위해서는 실험시 수십 초까지 신호를 구별할 수 있도록 수신기의 신호이득을 조정해서 수신해야 할 것이다.
- 따라서 더 효과적 인 모델 검증을 위해서는 실험시 수십 초까지 신호를 구별할 수 있도록 수신기의 신호이득을 조정해서 수신해야 할 것이다.
- 전체적으로 환경 변화에 대해서 모델이 잘반영한다는 것을 확인할 수 있었으나 추후 검증을 위해서는 다양한 환경하에서 실험이 요구된다.
- 전체적으로 환경 변화에 대해서 모델이 잘반영한다는 것을 확인할 수 있었으나 추후 검증을 위해서는 다양한 환경하에서 실험이 요구된다.
- 특히 3차원적인 해저 지형에 의한 영향을 고려하기 위해, 탈평면 (out-of-plane)에 의한 효과를 고려할 수 있는 전달손실 모델을 도입해야 하며, 본 논문에서 고려하지 않은 해수면 잔향음 모델을 연구해야 한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.