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
- 따라서 본 논문에서는 경계면을 구성하는 입도가 가질 수 있는 거칠기의 영향과 이러한 거칠기 영향에 의해 주파수 30 ~ 120 kHz 대역에서 나타나는 반사손실 변화 양상을 주파수 종속성의 관점에서 살펴보고자 한다. 즉 기존 연구의 수조 실험실 실험 결과를 바탕으로 이론적 분석과 개선된 해저면 반사손실 모델의 제시 및 수조 실험 결과와 해상 실험을 통한 검증 등을 통해 입도분포에 의해 나타나는 주파수 종속성을 확인하였다.
- 따라서 본 논문에서는 경계면을 구성하는 입도가 가질 수 있는 거칠기의 영향과 이러한 거칠기 영향에 의해 주파수 30 ~ 120 kHz 대역에서 나타나는 반사손실 변화 양상을 주파수 종속성의 관점에서 살펴보고자 한다. 즉 기존 연구의 수조 실험실 실험 결과를 바탕으로 이론적 분석과 개선된 해저면 반사손실 모델의 제시 및 수조 실험 결과와 해상 실험을 통한 검증 등을 통해 입도분포에 의해 나타나는 주파수 종속성을 확인하였다.
제안 방법
- 음원 신호는 펄스 길이가 5, 10, 20 ms인 정현파 신호를 사용하였고, 2 ~ 3초 간격으로 20회 이상 반복 송신하였다. 경계면으로부터 반사된 신호는 수신기로 수신하여 증폭, 고주파 대역통과 필터 후 사용된 주파수 성분만을 A/D 변환기를 거쳐 저장하였다.
- 고주파 해저면 반사손실 모델인 Mourad 와 Jackson의 모델에 기초하여 신뢰도 95 %의 입도분포와 거칠기에 따른 주파수 종속성이 포함되도록 개선한 HYBRL(HanYang university Bottom Reflection Loss) 모델을 제시하였다. 수조 실험 및 해상 실험을 통하여 사질 퇴적물에서 주파수에 따른 종속성을 확인 하였으며, 모델을 통한 역추정을 통하여 반사손실 모델의 신뢰성을 확인하였다.
- 고주파 해저면 반사손실 모델인 Mourad 와 Jackson의 모델에 기초하여 신뢰도 95 %의 입도분포와 거칠기에 따른 주파수 종속성이 포함되도록 개선한 HYBRL(HanYang university Bottom Reflection Loss) 모델을 제시하였다. 수조 실험 및 해상 실험을 통하여 사질 퇴적물에서 주파수에 따른 종속성을 확인 하였으며, 모델을 통한 역추정을 통하여 반사손실 모델의 신뢰성을 확인하였다.
- Chotiros [6]는 수직 입사 음파를 이용하는 측심기의 음파 반사 연구에서 해저면으로부터 음의 반향을 수층과 퇴적층이 이루는 해저면의 반사로부터 기인한 코히어런트 성분 (coherent component)과 해저면 거칠기의 산란으로부터 기인한 랜덤 성분 (random component)으로 나누었다. 그리고 해저면 거칠기를 가우스 분포로부터 기인한 공간 상관 함수로서 모델화 하였으며 소오나의 빔폭 (beamwidth), 파면 곡률 (wavefront curvature) 및 거칠기의 국소 기울기 (local slope)의 효과를 반영하였다.
- Chotiros [6]는 수직 입사 음파를 이용하는 측심기의 음파 반사 연구에서 해저면으로부터 음의 반향을 수층과 퇴적층이 이루는 해저면의 반사로부터 기인한 코히어런트 성분 (coherent component)과 해저면 거칠기의 산란으로부터 기인한 랜덤 성분 (random component)으로 나누었다. 그리고 해저면 거칠기를 가우스 분포로부터 기인한 공간 상관 함수로서 모델화 하였으며 소오나의 빔폭 (beamwidth), 파면 곡률 (wavefront curvature) 및 거칠기의 국소 기울기 (local slope)의 효과를 반영하였다.
- 또한 해상 실험에서 나타나는 반사손실의 특성을 이용하여 해저면의 구성 분포를 표 3과 같이 역추정하여 보았다. HYBRL 모델을 사용하여 실험주파수에 대한 반사손실의 기울기와 절편을 최소 제곱 근사법을 이용하여 추출하고, 그 결과를 해상실험결과의 최소 제곱 근사법으로 추출한 절편과 기울기와 비교하였다 (표 3).
- 모델 검증을 위하여 한양대학교 소재 수조와 남해 해상에서 음향 실험을 실시하였다.
- 주파수는 50, 80, 100, 120 kHz로 4개의 사용하였으며, 수평입사각은 25°, 40°, 65°, 80°, 90° 를 주축으로 수평입사각에 대해 주파수별 반사손실을 측정하였다. 송신 신호는 펄스길이 0.3 ms의 정현파를 1초 간격으로 10회씩 반복 송수신하였다.
- 주파수는 50, 80, 100, 120 kHz로 4개의 사용하였으며, 수평입사각은 25°, 40°, 65°, 80°, 90° 를 주축으로 수평입사각에 대해 주파수별 반사손실을 측정하였다. 송신 신호는 펄스길이 0.3 ms의 정현파를 1초 간격으로 10회씩 반복 송수신하였다.
- 수신된 신호는 송수신감도와 거리에 대한 손실을 보정하여 반사손실을 계산하였다
- 고주파 해저면 반사손실 모델인 Mourad 와 Jackson의 모델에 기초하여 신뢰도 95 %의 입도분포와 거칠기에 따른 주파수 종속성이 포함되도록 개선한 HYBRL(HanYang university Bottom Reflection Loss) 모델을 제시하였다. 수조 실험 및 해상 실험을 통하여 사질 퇴적물에서 주파수에 따른 종속성을 확인 하였으며, 모델을 통한 역추정을 통하여 반사손실 모델의 신뢰성을 확인하였다.
- 실험 주파수는 30 ~ 120 kHz 대역의 5개 주파수를 사용하였으며 송신기는 T 128 (30 kHz), TC 2116 (50, 80, 100 kHz) 및 T 38 (120 kHz)이고 수신기는 TC 4014 청음기를 사용하여 해저면 반사신호를 획득하였다. 음원 신호는 펄스 길이가 5, 10, 20 ms인 정현파 신호를 사용하였고, 2 ~ 3초 간격으로 20회 이상 반복 송신하였다. 경계면으로부터 반사된 신호는 수신기로 수신하여 증폭, 고주파 대역통과 필터 후 사용된 주파수 성분만을 A/D 변환기를 거쳐 저장하였다.
- 주파수는 50, 80, 100, 120 kHz로 4개의 사용하였으며, 수평입사각은 25°, 40°, 65°, 80°, 90° 를 주축으로 수평입사각에 대해 주파수별 반사손실을 측정하였다.
- 주파수는 50, 80, 100, 120 kHz로 4개의 사용하였으며, 수평입사각은 25°, 40°, 65°, 80°, 90° 를 주축으로 수평입사각에 대해 주파수별 반사손실을 측정하였다. 송신 신호는 펄스길이 0.
- 따라서 본 논문에서는 경계면을 구성하는 입도가 가질 수 있는 거칠기의 영향과 이러한 거칠기 영향에 의해 주파수 30 ~ 120 kHz 대역에서 나타나는 반사손실 변화 양상을 주파수 종속성의 관점에서 살펴보고자 한다. 즉 기존 연구의 수조 실험실 실험 결과를 바탕으로 이론적 분석과 개선된 해저면 반사손실 모델의 제시 및 수조 실험 결과와 해상 실험을 통한 검증 등을 통해 입도분포에 의해 나타나는 주파수 종속성을 확인하였다.
- 따라서 본 논문에서는 경계면을 구성하는 입도가 가질 수 있는 거칠기의 영향과 이러한 거칠기 영향에 의해 주파수 30 ~ 120 kHz 대역에서 나타나는 반사손실 변화 양상을 주파수 종속성의 관점에서 살펴보고자 한다. 즉 기존 연구의 수조 실험실 실험 결과를 바탕으로 이론적 분석과 개선된 해저면 반사손실 모델의 제시 및 수조 실험 결과와 해상 실험을 통한 검증 등을 통해 입도분포에 의해 나타나는 주파수 종속성을 확인하였다.
- 사각형 표시는 해당 주파수별 반사손실로서 해저면의 유동성은 없으나. 해상 실험선의 유동성을 고려하여 20 회 이상 반복 송수신 결과의 평균과 표준편차를 동시에 표시한 것이며 점선은 주파수 증가에 따른 반사손실의 변화 양상을 최소 제곱 근사법(Least square method)을 사용하여 살펴본 것이다. 정점 A와 D의 퇴적물은 니질로서 주파수에 따른 변화가 없으며 반사손실의 표준편차 또한 매우 자다.
대상 데이터
- 수조 실험을 위해 수조바닥에 두께 0.5 m의 사질 퇴적물로 채웠으며 수층과 이루는 경계면은 평탄하게 조성하였으며, 입도분석으로 측정된 지음향 인자는 표 1과 같다[11].
- 수조 실험을 위해 수조바닥에 두께 0.5 m의 사질 퇴적물로 채웠으며 수층과 이루는 경계면은 평탄하게 조성하였으며, 입도분석으로 측정된 지음향 인자는 표 1과 같다[11].
- 실험 주파수는 30 ~ 120 kHz 대역의 5개 주파수를 사용하였으며 송신기는 T 128 (30 kHz), TC 2116 (50, 80, 100 kHz) 및 T 38 (120 kHz)이고 수신기는 TC 4014 청음기를 사용하여 해저면 반사신호를 획득하였다. 음원 신호는 펄스 길이가 5, 10, 20 ms인 정현파 신호를 사용하였고, 2 ~ 3초 간격으로 20회 이상 반복 송신하였다.
- 해상 실험은 2003년 5월 19 〜 25일 기간 중 남해해역(거제도 ~ 대마도)에서 실험을 실시하였다. 실험은 6개 정점에 대해 CTD (SBE 911)를 이용하여 음속 구조를 획득하고 피스톤 코어를 이용하여 해저 퇴적물의 시료를 채취한 후 입도분석으로 해저면의 지음향 자료를 획득하였다. 실험 해역의 수심은 40 〜 110 m 였으며 기간 중 해상상태는 파고 0.
- 해상 실험 6개 실험 정점 (ST. A ~ F)의 입도분석 결과를 그림 6 및 표 2에 나타냈으며, 정점 F의 경우 피스톤 코어로 샘플을 획득하지 못하여 한국지질자원연구원(KIGAM)의 해저퇴적물 분포도에 따른 입도분포를 사용하였다[12].
- 해상 실험은 2003년 5월 19 〜 25일 기간 중 남해해역(거제도 ~ 대마도)에서 실험을 실시하였다. 실험은 6개 정점에 대해 CTD (SBE 911)를 이용하여 음속 구조를 획득하고 피스톤 코어를 이용하여 해저 퇴적물의 시료를 채취한 후 입도분석으로 해저면의 지음향 자료를 획득하였다.
- 해상 실험은 2003년 5월 19 〜 25일 기간 중 남해해역(거제도 ~ 대마도)에서 실험을 실시하였다. 실험은 6개 정점에 대해 CTD (SBE 911)를 이용하여 음속 구조를 획득하고 피스톤 코어를 이용하여 해저 퇴적물의 시료를 채취한 후 입도분석으로 해저면의 지음향 자료를 획득하였다.
데이터처리
- 또한 해상 실험에서 나타나는 반사손실의 특성을 이용하여 해저면의 구성 분포를 표 3과 같이 역추정하여 보았다. HYBRL 모델을 사용하여 실험주파수에 대한 반사손실의 기울기와 절편을 최소 제곱 근사법을 이용하여 추출하고, 그 결과를 해상실험결과의 최소 제곱 근사법으로 추출한 절편과 기울기와 비교하였다 (표 3). 절편(a)은 평균입도의 영향을 기울기(b)는 구성 물질의 분포에 영향을 나타낸다.
- HYBRL 모델을 사용하여 실험주파수에 대한 반사손실의 기울기와 절편을 최소 제곱 근사법을 이용하여 추출하고, 그 결과를 해상실험결과의 최소 제곱 근사법으로 추출한 절편과 기울기와 비교하였다 (표 3).
- 수조실험 결과는 그림 5와 같이 주파수별(50, 80, 100, 120 kHz) 반사손실을 수평입각에 따라 나타낸 것으로 HYBRL 모델과 비교하였다. 해저면 입도분석결과 그림 5(a)는 수조 내의 퇴적물의 분포로 평균 입도 0.
- 수조실험 결과는 그림 5와 같이 주파수별(50, 80, 100, 120 kHz) 반사손실을 수평입사각에 따라 나타낸 것으로 HYBRL 모델과 비교하였다.
성능/효과
- 모델의 예측치는 해저면의 영향을 주고있는 입도의 분포 내에 중앙값(Median)을 나타내고 있으며, 음영부분은 해저면의 영향을 잘 표현하고 있으며, 구간 내에서 해저면의 모델의 평균입도 예측치와 지음향 자료의 결과 정점 D에서는 차이를 보이나, 나머지 정점에서는 입도분석 결과와 유사한 결과를 보이고 있다. 따라서 모델이 해저면의 신호 응답 특성을 잘 반영하고 있음을 확인하였다.
- 모델의 예측치는 해저면의 영향을 주고있는 입도의 분포 내에 중앙값(Median)을 나타내고 있으며, 음영부분은 해저면의 영향을 잘 표현하고 있으며, 구간 내에서 해저면의 모델의 평균입도 예측치와 지음향 자료의 결과 정점 D에서는 차이를 보이나, 나머지 정점에서는 입도분석 결과와 유사한 결과를 보이고 있다. 따라서 모델이 해저면의 신호 응답 특성을 잘 반영하고 있음을 확인하였다.
- 반사손실에 영향을 주는 최소 입도와 최대 입도는 표 3과 같이 예측되었으며, 그림 8에서와 같이 음영 구간으로 그 영향을 보이고 있다. 모델의 예측치는 해저면의 영향을 주고있는 입도의 분포 내에 중앙값(Median)을 나타내고 있으며, 음영부분은 해저면의 영향을 잘 표현하고 있으며, 구간 내에서 해저면의 모델의 평균입도 예측치와 지음향 자료의 결과 정점 D에서는 차이를 보이나, 나머지 정점에서는 입도분석 결과와 유사한 결과를 보이고 있다. 따라서 모델이 해저면의 신호 응답 특성을 잘 반영하고 있음을 확인하였다.
- 반사손실에 영향을 주는 최소 입도와 최대 입도는 표 3과 같이 예측되었으며, 그림 8에서와 같이 음영 구간으로 그 영향을 보이고 있다. 모델의 예측치는 해저면의 영향을 주고있는 입도의 분포 내에 중앙값(Median)을 나타내고 있으며, 음영부분은 해저면의 영향을 잘 표현하고 있으며, 구간 내에서 해저면의 모델의 평균입도 예측치와 지음향 자료의 결과 정점 D에서는 차이를 보이나, 나머지 정점에서는 입도분석 결과와 유사한 결과를 보이고 있다. 따라서 모델이 해저면의 신호 응답 특성을 잘 반영하고 있음을 확인하였다.
- 본 논문에서 사용하는 주파수 대역 (30 ~ 120 kHz)의 경우 해저 퇴적물의 감쇠손실 a(a=kf'' , k는 상수, f는 주파수 (kHz), '' 은 주파수의 지수)는 20 ~ 60 dB/m이며 매질 내로 투과 현상이 현저히 낮다.
- 실험은 6개 정점에 대해 CTD (SBE 911)를 이용하여 음속 구조를 획득하고 피스톤 코어를 이용하여 해저 퇴적물의 시료를 채취한 후 입도분석으로 해저면의 지음향 자료를 획득하였다. 실험 해역의 수심은 40 〜 110 m 였으며 기간 중 해상상태는 파고 0.5 m 이내로 매우 양호하였다. 음향장비는 정선 후 수심 10 m에 설치하여 해저면과 수직지향 시켰다 (그림 4).
- 실험은 6개 정점에 대해 CTD (SBE 911)를 이용하여 음속 구조를 획득하고 피스톤 코어를 이용하여 해저 퇴적물의 시료를 채취한 후 입도분석으로 해저면의 지음향 자료를 획득하였다. 실험 해역의 수심은 40 〜 110 m 였으며 기간 중 해상상태는 파고 0.5 m 이내로 매우 양호하였다. 음향장비는 정선 후 수심 10 m에 설치하여 해저면과 수직지향 시켰다 (그림 4).
- 5 ∅의 입자가 굵은 사질 퇴적물이며, 퇴적물의 입도분포에 따라 신뢰구간 50 %와 95 %가 갖는 HYBRL 모델 결과는 그림 5(b)와 같이 두개의 음영으로 나타나며 이것은 실험에 사용된 사질 퇴적물의 입도에 의해 나타날 수 있는 반사손실의 편차와 주파수에 의한 영향을 나타내는 것이다. 실험에서 수층과 퇴적층 간의 반사손실 측정 실험 결과가 주파수 및 수평입사각의 증가에 따라 경계면을 음향학적으로 거칠게 인식한 결과임을 확인할 수 있다. 전체 입도분포 중 95 % 신뢰구간에 해당하는 - 1.
- 그러나 정점 B, C, E, F의 퇴적물은 사질로서 주파수에 비례하여 반사손실이 증가하며 평균에 대한 편차도 니질보다 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 해상실험의 결과는 수조실험을 통해 관측된 사질 퇴적물에서 의 반사손실의 주파수 종속성 나타내고 있으며, HYBRL의 모델이 갖는 주파수 의존성을 잘 반영하고 있다.
- 그러나 정점 B, C, E, F의 퇴적물은 사질로서 주파수에 비례하여 반사손실이 증가하며 평균에 대한 편차도 니질보다 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 해상실험의 결과는 수조실험을 통해 관측된 사질 퇴적물에서 의 반사손실의 주파수 종속성 나타내고 있으며, HYBRL의 모델이 갖는 주파수 의존성을 잘 반영하고 있다.
후속연구
- 그러나 현재 모델의 해상검증실험이 90 ° 의 수직 입사각에서 이루어졌는데, 모델의 정확성 향상을 위해 다양한 수평입사각에 대해 다양한 퇴적환경에서 검증이 이루어져야 할 것이다.
- 그러나 현재 모델의 해상검증실험이 90 ° 의 수직 입사각에서 이루어졌는데, 모델의 정확성 향상을 위해 다양한 수평입사각에 대해 다양한 퇴적환경에서 검증이 이루어져야 할 것이다.
- 이러한 결과는 해저면 분류 등의 연구를 위해 매우 중요한 인자가 될 수 있으며, 기존의 소나성능 예측을 위한 음파 전달 모델에 포함된 반사손실 모델의 보완에도 이용될 수 있을것으로 기대한다.
- 이러한 결과는 해저면 분류 등의 연구를 위해 매우 중요한 인자가 될 수 있으며, 기존의 소나성능 예측을 위한 음파 전달 모델에 포함된 반사손실 모델의 보완에도 이용될 수 있을것으로 기대한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.