SSBL 방식과 핑거동기 방식을 조합한 바이오텔레메터리 방식의 개발 (2) -시스템의 정도 평가 - Development of Biotelemetry Method by Combining the SSBL Method and the Pinger Synchronizing Method (2) - Evaluation for Precision of System -원문보기
SPB방식과 시스템을 수조실험에서 검증하였다. 이상의 연구 성과를 정리하면 다음과 같다. 1) 핑거와 비슷한 펄스를 하이드로폰으로부터 발생시켜 수파기의 협빔과 광빔의 양빔 모드의 위상빔어레이 중심간 거리를 보정하여 전후, 좌우의 위상빔에 대한 위치측정 정도를 비교, 분석하였다. 측정위치오차는 협빔 모드의 전후위상빔에서 6.4cm, 좌우위상빔에서 6.3cm로 위치측정 정도는 고정도 이었으며, 광범 모드에서는 각각 24cm, 23cm로 협빔 모드보다 위치측정 정도는 4 배 정도 낮았다. 2) 핑거를 이미 계산된 위치로 이동시켜 핑거동기방식에 의한 거리정보와 SSBL 방식에 의한 방위정보를 자동, 연속으로 측정하였으며, 핑거동기 방식에 의한 핑거의 측정거리, SSBL. 핑거동기 바이오텔레메터리 방식에 의한 핑거의 측정위치, 핑거의 측정이동속도를 구해 기존의 값과 비교하여 새롭게 개발한 방식과 시스템의 유효성을 검증하였다. 핑거동기 방식에 의해 구한 핑거의 측정거리 오차는 1.8cm, SSBL. 핑거동기 바이오텔레메터리 방식에 의해 구한 핑거의 측정위치 오차는 7.7cm로 고정도로 측정이 기능하였으며, 핑거의 측정이동속도는 기존의 값에 대체적으로 일치하였다.
SPB방식과 시스템을 수조실험에서 검증하였다. 이상의 연구 성과를 정리하면 다음과 같다. 1) 핑거와 비슷한 펄스를 하이드로폰으로부터 발생시켜 수파기의 협빔과 광빔의 양빔 모드의 위상빔어레이 중심간 거리를 보정하여 전후, 좌우의 위상빔에 대한 위치측정 정도를 비교, 분석하였다. 측정위치오차는 협빔 모드의 전후위상빔에서 6.4cm, 좌우위상빔에서 6.3cm로 위치측정 정도는 고정도 이었으며, 광범 모드에서는 각각 24cm, 23cm로 협빔 모드보다 위치측정 정도는 4 배 정도 낮았다. 2) 핑거를 이미 계산된 위치로 이동시켜 핑거동기방식에 의한 거리정보와 SSBL 방식에 의한 방위정보를 자동, 연속으로 측정하였으며, 핑거동기 방식에 의한 핑거의 측정거리, SSBL. 핑거동기 바이오텔레메터리 방식에 의한 핑거의 측정위치, 핑거의 측정이동속도를 구해 기존의 값과 비교하여 새롭게 개발한 방식과 시스템의 유효성을 검증하였다. 핑거동기 방식에 의해 구한 핑거의 측정거리 오차는 1.8cm, SSBL. 핑거동기 바이오텔레메터리 방식에 의해 구한 핑거의 측정위치 오차는 7.7cm로 고정도로 측정이 기능하였으며, 핑거의 측정이동속도는 기존의 값에 대체적으로 일치하였다.
The new biotelemetry method and system that the installation and the treatment of equipment is convenient and the instantaneously detailed position of the fish attached the pinger is able to track comparatively easily had been developed, an availabilities of it were verified in water tank by using h...
The new biotelemetry method and system that the installation and the treatment of equipment is convenient and the instantaneously detailed position of the fish attached the pinger is able to track comparatively easily had been developed, an availabilities of it were verified in water tank by using hydrophone and pinger. First of all, the receiving system for biotelemetry was calibrated so as to measure tracking of high precision or wide detection range. In the next place, the precision at narrow and wide beam array of receiving system by using hydrophone was investigated and the actual position was compared with measured hydrophone position. The mean standard deviations of the position by narrow beam array of receiving system were 6.4em in phase beam of fore-aft pair and 6.3em in starboard-port pair, and the wide beam array were 24em and 23em respectively. The precision of distance, position, and velocity at narrow beam array of receiving system by using pinger were investigated and the actual values were compared with measured values. The distance from receiving system to pinger was measured by the pinger synchronizing method, angle of direction of pinger was detected by the super short base line (SSBL) method. The three dimensional position of pinger to the receiving system was measured by combining of two kinds of methods (SPB method), the velocity of pinger was obtained with a differential of the three dimensional positions. The mean standard deviations of the distance by pinger synchronizing method in narrow beam array of receiving system was 1. 8 em, that of the position by SPB method was 7.7cm.
The new biotelemetry method and system that the installation and the treatment of equipment is convenient and the instantaneously detailed position of the fish attached the pinger is able to track comparatively easily had been developed, an availabilities of it were verified in water tank by using hydrophone and pinger. First of all, the receiving system for biotelemetry was calibrated so as to measure tracking of high precision or wide detection range. In the next place, the precision at narrow and wide beam array of receiving system by using hydrophone was investigated and the actual position was compared with measured hydrophone position. The mean standard deviations of the position by narrow beam array of receiving system were 6.4em in phase beam of fore-aft pair and 6.3em in starboard-port pair, and the wide beam array were 24em and 23em respectively. The precision of distance, position, and velocity at narrow beam array of receiving system by using pinger were investigated and the actual values were compared with measured values. The distance from receiving system to pinger was measured by the pinger synchronizing method, angle of direction of pinger was detected by the super short base line (SSBL) method. The three dimensional position of pinger to the receiving system was measured by combining of two kinds of methods (SPB method), the velocity of pinger was obtained with a differential of the three dimensional positions. The mean standard deviations of the distance by pinger synchronizing method in narrow beam array of receiving system was 1. 8 em, that of the position by SPB method was 7.7cm.
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제안 방법
1) 핑거와 비슷한 펄스를 하이드로폰으로부터 발생시켜 수파기의 협빔과 광빔의 양빔 모드의 위상 빔 어레이 중심간 거리를 보정하여 전후, 좌우의 위상빔에 대한 위치측정 정도를 비교, 분석하였다. 측정위치 오차는 협빔 모드의 전후위상빔에서 6.
SPB방식과 시스템을 수조실험에서 검증하였다. 이상의 연구 성과를 정리하면 다음과 같다.
, 1994)을 응용하여 시스템을 설계, 제작하였다. 개발한 바이오텔레메터리 방식은 선박으로부터 어류(핑거)의 3차원 위치 계측이 가능하도록 핑거동기 방식에 의해 계측한 거리정보와 super short base line (SSBL) 방식에 의해 계측한 방위정보를 조합하였다. 이 방식을 SSBL·핑거동기 바이오텔레메터리 (SSBL and pin ger synchronizing biotelemetry : SPB) 방식이라고 하였다.
협빔 모드에서는 검지빔폭이 29º이고, 수파기에 대해 하이드로폰을 거리 5m 떨어뜨려 설치하였기 때문에 수파기의 지향성 주축으로부터 상하, 좌우방향으로 각각 1m밖에 계측할 수 없었다. 광빔 모드에서는 검지빔폭이 76º로 넓은 폭을 측정할 수 있지만, 수파기의 설치한 수심이 2.64m이기 때문에 필요 없는 반사나 잔향 등의 영향을 고려하여 수파기의 지향성 주축으로부터 상하, 좌우방향으로 각각 L5m 까지 측정하였다.
2m의 간격으로 일단 실험대를 정지시켜 신호수록 후에 다음의 위치로 이동시켜 측정위치를 연속으로 얻을 수 없었다. 기록에서 누락된 다음의 거리와 위치는 누락된 시간동안의 펄스반복 수를 계산하여 구하였다.
기준위치는 하이드로폰의 위치를 수파기의 협빔 모드의 중심(협빔 모드에서 전후, 좌우의 위상차가 0°가 되는 곳)에 맞추어 놓고, 수파기에 대한 하이드로폰의 최초의 위치로서 이용하여 그로부터 하이드로폰의 상하, 좌우방향의 위치 (rh1, rh2, ...)에 있는 거리 (rs1, rs2, ...)와 위치각도 (θs1, θs2, ...)를 실험대 위치 제어장치로부터 읽어 구하였다. 측정위치는 하이드로폰을 상하, 좌우방향으로 0.
본 연구에서는 고정도 계측이 가능하도록 대상의 위치를 명확하게 알 수 있는 수조에서 하이드로폰을 이용하여 시작시스템의 보정을 하였으며, 그 시스템의 위치측정 정도를 비교, 분석하였다. 또한 SPB 방식과 시스템의 유효성과 성능을 파악하기 위하여 핑거를 이용하여 거리, 위치 및 속도를 측정하여 기준 값과 비교하는 검증실험을 하였다.
처음에 실험대에 부착한 핑거의 위치는 수파기의 협빔 모드의 중심에 맞추어 놓고 수파기와의 거리는 5m 되도록 하였다. 실험대를 상하, 좌우 방향으로 각각 1m 씩, 전후 방향으로 5m~7m 이동시키며 핑거동기 방식에 의한 거리정보와 SSBL 방식에 의한 방위정보를 자동, 연속으로 수록하여 보다 실제적인 실험을 하였다.
위치측정 정도를 조사하였다. 위상빔 어레이 중심간 거리의 설계치는 실제 수파기의 제조과정이나 소자의 음향, 기계특성 등에 의해 오차가 발생하여 위치측정 정도에 큰 영향을 미치기 때문에 먼저, 시스템의 보정을 행하여 그 보정치를 이용하여 전후, 좌우 위상빔에 대한 하이드로폰의 기준위치와 측정위치의 측정정도를 비교, 분석하였다. 하이드로폰에 의한 실험 상황의 모식도는 Fig.
이러한 문제를 해결하기 위해 항주하는 선박에 의해 넓은 범위의 추적이 가능하며, 장비의 설치 및 취급이 간편하고, 어류의 순간적인 상세한 추적이 가능한 새로운 바이오텔레메터리 방식을 개발하였으며(박·占澤, 2003), 바이오텔레메터리 음향계의 설계방법(朴·占澤, 2002)과 스프리트빔 방식 개량어군탐지기의 송수파기 설계방법(占澤 et al., 1994)을 응용하여 시스템을 설계, 제작하였다. 개발한 바이오텔레메터리 방식은 선박으로부터 어류(핑거)의 3차원 위치 계측이 가능하도록 핑거동기 방식에 의해 계측한 거리정보와 super short base line (SSBL) 방식에 의해 계측한 방위정보를 조합하였다.
핑거에 의한 검증실험은 수파기의 협빔 모드에 대해 실시하였다. 실험대를 상하방향으로 이동시키는 동안에는 실험대를 정지하지 않고도 연속으로 핑거 음을 수록할 수 있었다.
핑거에 의한 검증실험은 하이드로폰 대신에 핑거를 실험대에 부착하여 협빔 모드에서 실시하였다. 사용한 핑거의 사양은 Table 1과 같다.
하이드로폰에 의한 기초실험은 수파기의 협빔과 광빔의 양빔 모드에 대해 실시하였다. 협빔 모드에서는 검지빔폭이 29º이고, 수파기에 대해 하이드로폰을 거리 5m 떨어뜨려 설치하였기 때문에 수파기의 지향성 주축으로부터 상하, 좌우방향으로 각각 1m밖에 계측할 수 없었다.
하이드로폰에 의한 실험에서는 전후, 좌우의 위상빔 어레이 중심간 거리의 보정을 하였으며, 광빔 모드와 협빔 모드의 전후, 좌우 위상빔에 대한 하이드로폰의 위치측정 정도를 조사하였다. 위상빔 어레이 중심간 거리의 설계치는 실제 수파기의 제조과정이나 소자의 음향, 기계특성 등에 의해 오차가 발생하여 위치측정 정도에 큰 영향을 미치기 때문에 먼저, 시스템의 보정을 행하여 그 보정치를 이용하여 전후, 좌우 위상빔에 대한 하이드로폰의 기준위치와 측정위치의 측정정도를 비교, 분석하였다.
5ms로 짧게 하였다. 하이드로폰으로부터 소형 핑거 음과 비슷한 펄스를 송신시켜 신호발생기의 트리거 시각과 수파기로 수신한 시각으로부터 하이드로폰까지의 거리를 구하였다. 또한, SSBL 방식의 각 위상빔 어레이로 수신한 신호의 전후 위상차 δx와 좌우 위상차 δy로부터 수파기에 대한 하이드로폰의 위치각도 θ를 다음 식을 이용하여 구하였다.
대상 데이터
실험은 수심 10m, 폭 10m, 길이 10m의 구면파 수조에서 하였다. 실험 장치 및 계측 시스템은 Fig.
데이터처리
결과의 해석에는 보정한 위상빔 어레이의 중심간의 거리 d를 이용하여 핑거동기 방식에 의한 측정거리, SPB방식에 의한 측정위치, 핑거의 측정이동속도를 구해 실험대의 제어장치로부터 읽은 값과 비교하여 SPB 방식과 시스템의 유효성을 검증하였다.
위치측정 정도를 비교, 분석하였다. 또한 SPB 방식과 시스템의 유효성과 성능을 파악하기 위하여 핑거를 이용하여 거리, 위치 및 속도를 측정하여 기준 값과 비교하는 검증실험을 하였다.
이론/모형
하이드로폰으로부터 소형 핑거 음과 비슷한 펄스를 송신시켜 신호발생기의 트리거 시각과 수파기로 수신한 시각으로부터 하이드로폰까지의 거리를 구하였다. 또한, SSBL 방식의 각 위상빔 어레이로 수신한 신호의 전후 위상차 δx와 좌우 위상차 δy로부터 수파기에 대한 하이드로폰의 위치각도 θ를 다음 식을 이용하여 구하였다.
전후 위상차 δx와 좌우 위상차 δy는 4분 샘플링 상호관계법을 이용하였다. 4분 샘플링 상호관계법에 의해 δx와 δy는
성능/효과
2) 핑거를 이미 계산된 위치로 이동시켜 핑거동기 방식에 의한 거리정보와 SSBL 방식에 의한 방위정보를 자동, 연속으로 측정하였으며, 핑거동기 방식에 의한 핑거의 측정거리, SSBL·핑거동기 바이오텔레메터리 방식에 의한 핑거의 측정위치, 핑거의 측정이동속도를 구해 기존의 값과 비교하여 새롭게 개발한 방식과 시스템의 유효성을 검증하였다. 핑거동기 방식에 의해 구한 핑거의 측정거리 오차는 1.
양빔 모드에 대한 보정전 보정후의 전후, 좌우의 d는 Table 2와 같다. d를 보정하기 전에는 협빔과 광빔의 양빔 모드에서 위치각의 오차는 모두 컸지만, d의 보정에 의해 협빔 모드에서는 오차가 대폭 개선되었으며, 광빔 모드에서는 협빔 모드보다 효과가 적음을 알 수 있었다. 이것은 하이드로폰의 중심을 협빔 모드에 맞추어 측정하였으며, 광빔 모드에서는 측각정도지수(π)가 작고, 어레이 소자가 적기 때문에 수파기의 제조과정에서 문제가 생길 가능성이 있기 때문으로 생각된다.
수면이 0m이기 때문에 상방향으로 이동시킬 때가 부, 하방향으로 되돌릴 때가 정의 값으로 표시되어 있다. 실험대의 상하방향의 속도는 제어할 수없고, 승강 장치가 3단으로 되어있어 실제의 이동속도의 변동이 커서 명확한 검증을 할 수 없었지만 대체적인 이동속도 1~2cm/s 에 가까운 값을 얻을 수있었다.
측정위치 오차는 협빔 모드의 전후위상빔에서 6.4cm, 좌우위상빔에서 6.3cm로 위치측정 정도는 고정도 이었으며, 광빔 모드에서는 각각 24cm, 23cm로 협빔 모드보다 위치측정 정도는 4배 정도 낮았다.
시스템의 유효성을 검증하였다. 핑거동기 방식에 의해 구한 핑거의 측정거리 오차는 1.8cm, SSBL·핑거동기 바이오텔레메터리 방식에 의해 구한 핑거의 측정위치 오차는 7.7cm로 고정도로 측정이 가능하였으며, 핑거의 측정이동속도는 기존의 값에 대체적으로 일치하였다.
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