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 거리종속 환경에서의 탐지거리 변화에 대한 연구를 수치실험을 통해 수행하였다. 수치실험에 사용된 환경은 거리에 따라 수심이 변하는 경사진 환경과, 거리와 수심이 0m인 지점이 중심부이고, 거리와 수심이 증가 할수록 외부로 향하면서 음속이 상대적으로 작아지는 난수성 소용돌이 환경이다.
- 본 연구에서는 거리종속 환경인 해저면이 경사진 환경과 난수성 소용돌이 환경에서의 탐지거리를 계산하여 환경의 차이에 따른 탐지거리의 변화를 수치실험을 통해 확인하였다. 경사진 환경에서는 표적이 위치하는 곳의 수심이 소나가 위치하는 곳의 수심보다 상대적으로 깊은, 즉 소나에서 표적을 향할 때 수심이 깊어지는 내리막경사보다 반대로 소나에서 표적을 향할 때 수심이 얕아지는 오르막경사에서의 탐지거리가 상대적으로 큰 결과를 확인하였다.
가설 설정
- 본 논문에서는 σ를 8dB로 가정하여 수치실험을 수행하였다 [1][5].
제안 방법
- (1)에서 계산한 전달손실을 이용하여, FM이 50~70dB 일 때 소나의 수심별 탐지거리를 계산하였다. 주파수 600Hz에서 표적이 20m 수심에 존재할 때, 오르막경사에서의 결과가 그림 5 (a), (b), 내리막경사에서의 결과가 그림 5 (c), (d)이다.
- 수치실험에 사용된 환경은 거리에 따라 수심이 변하는 경사진 환경과, 거리와 수심이 0m인 지점이 중심부이고, 거리와 수심이 증가 할수록 외부로 향하면서 음속이 상대적으로 작아지는 난수성 소용돌이 환경이다. 경사진 환경은 수심이 450~2200m 인 한국 동해안의 실제 수심과 음속분포를 사용하여, 소나에서 표적 방향으로 수심이 얕아지는 오르막경사 환경과 반대로 수심이 깊어지는 내리막경사 환경, 두 환경에서의 탐지거리를 비교하였다. 소용돌이 환경은 걸프해협에서 나타나는 중규모 난수성 소용돌이 (mesoscale warm eddy)의 수심과 음속분포 [2]를 간략화 하여, 소용돌이의 중심부에 표적이 존재할 때 소용돌이의 외부에 있는 소나에서 탐지하는 경우와 반대로 소용돌이의 외부에 존재하는 표적을 중심부에 있는 소나에서 탐지하는 경우, 두 경우의 탐지거리를 비교하였다.
- 경사진 환경은 수심이 450~2200m 인 한국 동해안의 실제 수심과 음속분포를 사용하여, 소나에서 표적 방향으로 수심이 얕아지는 오르막경사 환경과 반대로 수심이 깊어지는 내리막경사 환경, 두 환경에서의 탐지거리를 비교하였다. 소용돌이 환경은 걸프해협에서 나타나는 중규모 난수성 소용돌이 (mesoscale warm eddy)의 수심과 음속분포 [2]를 간략화 하여, 소용돌이의 중심부에 표적이 존재할 때 소용돌이의 외부에 있는 소나에서 탐지하는 경우와 반대로 소용돌이의 외부에 존재하는 표적을 중심부에 있는 소나에서 탐지하는 경우, 두 경우의 탐지거리를 비교하였다. 주파수는 임의로 상대적인 저주파 (50Hz)와 고주파 (600Hz)를 사용하였고, 표적이 해수면 부근에 있는 경우 (20, 25m)와 상대적으로 깊은 수심에 있는 경우 (100m)에 대하여 수심 450m까지의 탐지거리를 계산하였다.
- 하지만 본 논문에서는 한국 동해에서 관측된 난수성 소용돌이에 대한 정보부족으로 걸프해협에서 관측된 중규모의 난수성 소용돌이 환경 [2]을 이용하여 수치실험을 수행하였다. 수치실험을 위해 실제 관측된 소용돌이의 1/4 타원을 발췌하여 반경이 약 85km인 소용돌이를 가정하였으며, 거리는 125km, 수심은 우리나라 실정에 맞게 1/2로 축소시켜 450m까지의 탐지거리를 계산하였다. 수치실험을 통해 소용돌이의 중심부에 표적이 존재하는 경우, 즉 소용돌이의 내부에 있는 표적을 소용돌이의 외부에 있는 소나에서 탐지하는 경우 (이하 내부)와 반대로 소용돌이의 바깥쪽에 있는 표적을 중심부에 있는 소나에서 탐지하는 경우 (이하 외부)의 탐지거리를 계산해 그 차이를 비교하였다.
- 수치실험을 위해 실제 관측된 소용돌이의 1/4 타원을 발췌하여 반경이 약 85km인 소용돌이를 가정하였으며, 거리는 125km, 수심은 우리나라 실정에 맞게 1/2로 축소시켜 450m까지의 탐지거리를 계산하였다. 수치실험을 통해 소용돌이의 중심부에 표적이 존재하는 경우, 즉 소용돌이의 내부에 있는 표적을 소용돌이의 외부에 있는 소나에서 탐지하는 경우 (이하 내부)와 반대로 소용돌이의 바깥쪽에 있는 표적을 중심부에 있는 소나에서 탐지하는 경우 (이하 외부)의 탐지거리를 계산해 그 차이를 비교하였다. 그림 10에 소용돌이 환경을 거리와 수심에 대한 음속으로 나타내었다.
- 그림 2에서 거리 0km에 표적이 있으면 오르막경사 환경이, 거리 60km에 표적이 있으면 내리막경사 환경이 된다. 이러한 환경에서 표적의 수심이 알려진 경우와 알려지지 않은 경우, 두 가지 경우에 대하여 표적의 수심이 20m, 100m 일 때, 주파수 50Hz, 600Hz를 사용하여 수심 450m까지의 탐지거리를 계산하였다.
- 주파수는 임의로 상대적인 저주파 (50Hz)와 고주파 (600Hz)를 사용하였고, 표적이 해수면 부근에 있는 경우 (20, 25m)와 상대적으로 깊은 수심에 있는 경우 (100m)에 대하여 수심 450m까지의 탐지거리를 계산하였다. 전달손실 (TL, Transmission Loss)의 계산에 있어서는 거리종속 해석 모델인 RAM을 사용하였는데 [3], 먼저 거리독립 환경에서 KRAKENC의 결과와 비교하여 RAM을 검증한 후 거리종속 환경에 적용하였다.
- 주파수 600Hz, 50Hz에서 표적이 20m, 100m에 존재할 경우, 오르막경사와 내리막경사에서의 전달손실을 계산하였다. 오르막과 내리막경사의 정의는 소나, 즉 수신기의 입장에서 정의되었으므로, 표적, 즉 음원이 오르막 경사에서는 낮은 수심에, 그리고 내리막경사에서는 깊은 수심에 위치하고 있다.
- 소용돌이 환경은 걸프해협에서 나타나는 중규모 난수성 소용돌이 (mesoscale warm eddy)의 수심과 음속분포 [2]를 간략화 하여, 소용돌이의 중심부에 표적이 존재할 때 소용돌이의 외부에 있는 소나에서 탐지하는 경우와 반대로 소용돌이의 외부에 존재하는 표적을 중심부에 있는 소나에서 탐지하는 경우, 두 경우의 탐지거리를 비교하였다. 주파수는 임의로 상대적인 저주파 (50Hz)와 고주파 (600Hz)를 사용하였고, 표적이 해수면 부근에 있는 경우 (20, 25m)와 상대적으로 깊은 수심에 있는 경우 (100m)에 대하여 수심 450m까지의 탐지거리를 계산하였다. 전달손실 (TL, Transmission Loss)의 계산에 있어서는 거리종속 해석 모델인 RAM을 사용하였는데 [3], 먼저 거리독립 환경에서 KRAKENC의 결과와 비교하여 RAM을 검증한 후 거리종속 환경에 적용하였다.
- 탐지거리 계산 알고리듬을 적용하여 경사진 환경과 소용돌이 환경에서 표적의 수심이 알려진 경우와 알려지지 않은 경우로 나누어 전달손실과 탐지거리를 계산하였다.
- 표적의 수심이 알려진 경우에, 주파수 600Hz, 50Hz 를 사용하여 표적이 25m, 100m 수심에 존재할 때의 전달손실과 탐지거리를 계산하였다.
- 표적의 수심이 알려진 경우와, 표적의 분포를 모르는 경우를 분류하여 임의의 수심에서 탐지거리를 구하는 알고리듬을 기존의 문헌을 참고하여 정리하였다 [4].
- 표적의 수심이 알려진 경우의 전달손실과 탐지거리를 계산하여 주파수 600Hz, 50Hz, 표적이 존재하는 수심 20m, 100m의 순서로 정리하였다.
- 이렇듯 음속분포가 달라짐으로 인해 난수성 소용돌이는 음파의 전달경로에 큰 영향을 주어 수중표적 탐지 및 음향을 이용한 해양탐사 등에도 중요한 작용을 하게 된다 [11]. 하지만 본 논문에서는 한국 동해에서 관측된 난수성 소용돌이에 대한 정보부족으로 걸프해협에서 관측된 중규모의 난수성 소용돌이 환경 [2]을 이용하여 수치실험을 수행하였다. 수치실험을 위해 실제 관측된 소용돌이의 1/4 타원을 발췌하여 반경이 약 85km인 소용돌이를 가정하였으며, 거리는 125km, 수심은 우리나라 실정에 맞게 1/2로 축소시켜 450m까지의 탐지거리를 계산하였다.
- 한국 동해안의 실제 수심과 음속분포를 이용하여 표적이 위치하는 곳의 수심이 소나가 위치하는 곳의 수심보다 상대적으로 얕은 즉, 소나에서 표적을 향할 때 수심이 얕아지는 오르막경사 (Upslope) 환경과, 반대로 소나에서 표적을 향할 때 수심이 깊어지는 내리막경사 (Downslope) 환경에서의 탐지거리를 수치실험을 통해 비교하였다. 그림 1은 수치실험에 사용된 동해안의 여름음속분포이고, 그림 2는 거리에 따른 수심을 나타내고 있다.
대상 데이터
- 그림 1은 수치실험에 사용된 동해안의 여름음속분포이고, 그림 2는 거리에 따른 수심을 나타내고 있다. 그림 1의 동해안 여름 음속분포는 한국해양자료센터 (KODC, Korea Oceanographic Data Center)에서 최근 20년간 관측된 자료를 국방과학연구소에서 재구성한 자료이다 [7]. 그림 2의 수심정보는 국립 지구물리학 자료센터 (NGDC, National Geophysical Data Center)에서 획득한 자료로서 [8], 위도는 약 37⁰, 경도는 약 129.
- 본 논문에서는 거리종속 환경에서의 탐지거리 변화에 대한 연구를 수치실험을 통해 수행하였다. 수치실험에 사용된 환경은 거리에 따라 수심이 변하는 경사진 환경과, 거리와 수심이 0m인 지점이 중심부이고, 거리와 수심이 증가 할수록 외부로 향하면서 음속이 상대적으로 작아지는 난수성 소용돌이 환경이다. 경사진 환경은 수심이 450~2200m 인 한국 동해안의 실제 수심과 음속분포를 사용하여, 소나에서 표적 방향으로 수심이 얕아지는 오르막경사 환경과 반대로 수심이 깊어지는 내리막경사 환경, 두 환경에서의 탐지거리를 비교하였다.
데이터처리
- 주파수 600Hz에서 표적의 수심이 알려지지 않은 경우의 탐지거리를 계산하여 그림 9에 오르막경사 환경과 내리막경사 환경을 비교하였다. 표적의 수심이 알려진 경우와 동일하게 해수면 부근을 제외한 대부분의 수심에서 오르막경사 환경의 탐지거리가 크다.
성능/효과
- 그림 13 (a), (b)는 표적의 수심이 25m 일 때, 그림 13 (c), (d)는 표적의 수심이 100m 일 때의 결과이다. (1)의 전달손실에서 외부 환경이 내부 환경보다 음파가 상대적으로 멀리 전달되는 경향을 확인할 수 있듯이, 탐지거리 역시 외부환경에서의 결과가 크게 나타나고 있다. FM이 66dB 일 때, 표적의 수심이 25m 일 때는 외부에서의 탐지거리가 수심에 따라서 25km까지 큰 결과를 확인할 수 있고, 표적이 100m에 존재할 경우에는 수심에 따라 10km까지 상대적으로 큰 결과를 나타내고 있다.
- (1)의 전달손실에서 외부 환경이 내부 환경보다 음파가 상대적으로 멀리 전달되는 경향을 확인할 수 있듯이, 탐지거리 역시 외부환경에서의 결과가 크게 나타나고 있다. FM이 66dB 일 때, 표적의 수심이 25m 일 때는 외부에서의 탐지거리가 수심에 따라서 25km까지 큰 결과를 확인할 수 있고, 표적이 100m에 존재할 경우에는 수심에 따라 10km까지 상대적으로 큰 결과를 나타내고 있다. 또한 내부 환경에서는 항상 표적이 존재하는 수심에서의 탐지거리가 최대가 되지만, 외부 환경에서는 다른 수심에서의 탐지거리가 최대가 되는 경우도 존재한다.
- 600Hz에서와 동일하게 외부 환경에서의 탐지거리가 상대적으로 큰 결과를 나타내고 있다. FM이 66dB 일 때, 표적이 25m 수심에 존재할 때는 수심에 따라서 7km까지, 표적이 100m 수심에 존재할 때는 12km까지도 탐지거리가 증가함을 확인할 수 있다. 또한 내부 환경에서는 표적의 수심에 관계없이 표적이 존재하는 수심에서의 탐지거리가 최대가 되지만, 외부 환경에서는 다른 수심에서의 탐지거리가 최대가 되는 경우도 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서는 거리종속 환경인 해저면이 경사진 환경과 난수성 소용돌이 환경에서의 탐지거리를 계산하여 환경의 차이에 따른 탐지거리의 변화를 수치실험을 통해 확인하였다. 경사진 환경에서는 표적이 위치하는 곳의 수심이 소나가 위치하는 곳의 수심보다 상대적으로 깊은, 즉 소나에서 표적을 향할 때 수심이 깊어지는 내리막경사보다 반대로 소나에서 표적을 향할 때 수심이 얕아지는 오르막경사에서의 탐지거리가 상대적으로 큰 결과를 확인하였다. 이는 내리막경사 환경의 경우, 표적 부근에서는 모든 수심에 대하여 음파가 전달되고 거리가 증가해도 계속적으로 해저면에 의한 영향을 받는 반면, 오르막경사 환경의 경우 표적 부근에서는 음파가 전달되는 수심의 영역이 상대적으로 적고, 거리가 증가할수록 해저면의 영향을 적게 받는데 기인한 결과라 할 수 있다.
- 이러한 결과는 내부의 경우 표적 부근의 음속차이가 상대적으로 크기 때문에 음파가 급격하게 굴절되고 따라서 해저면에 의한 감쇠영향을 많이 받는 반면, 외부의 경우에는 표적 부근의 음속차이가 내부에 비해 상대적으로 작기 때문에 해저면에 의한 감쇠영향을 상대적으로 적게 받는데 따른 결과로 해석할 수 있다. 또한 거리독립 환경에서 항상 표적이 존재하는 수심의 탐지거리가 최대가 되는 것과 달리, 거리종속 환경에서는 표적이 존재하는 수심 이외의 다른 수심에서의 탐지거리가 최대가 되는 경우도 존재함을 확인할 수 있었다.
- FM이 66dB 일 때, 표적이 25m 수심에 존재할 때는 수심에 따라서 7km까지, 표적이 100m 수심에 존재할 때는 12km까지도 탐지거리가 증가함을 확인할 수 있다. 또한 내부 환경에서는 표적의 수심에 관계없이 표적이 존재하는 수심에서의 탐지거리가 최대가 되지만, 외부 환경에서는 다른 수심에서의 탐지거리가 최대가 되는 경우도 확인할 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.