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동해 묵호항 근처에서의 난류세기인자에 따른 음향수신신호의 위상분산 추정
Estimation of Phase Variance of Acoustic Signals Depending on Turbulence Strength Near the Mukho Port in the East Sea of Korea 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.28 no.4, 2009년, pp.328 - 335  

김정훈 (한국해양연구원 해양생물자원부 수산음향분야) ,  복태훈 (제주대학교 해양과학대학 해양정보시스템공학과) ,  팽동국 (제주대학교 해양과학대학 해양정보시스템공학과) ,  심태보 (숭실대학교 정보통신전자공학부) ,  김영규 (국방과학연구소) ,  박정수 (국방과학연구소)

초록
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음향수신신호의 위상은 매질에 대한 정보를 포함하고 있기 때문에 위상 변동을 연구하는 것은 매질에 대한 연구와 동반 되어야 한다. 또한 SAS (Synthetic Aperture Sonar)나 수중통신 등의 신호처리 시 수신신호의 위상변동 보정이 필요하다. 본 연구에서는 미세구조 난류에 의한 수신신호의 위상분산을 고찰하였다. 국지적으로 등방성이고 균질한 난류 환경 하에서 난류세기인자를 구하였고 음파 전달경로에 따라 난류세기가 미치는 영향을 고려하여 위상분산을 계산하였다. 난류세기 계산에 필요한 CTD자료와 ADCP자료는 묵호항 근처에 설치된 부표에서 획득하였으며 음파 전달경로는 Bellhop알고리즘을 이용한 음선 모델을 사용하였다. 결과적으로 난류세기인자는 주로 수온과 유속의 변화에 의해 결정되었으며 수신신호의 위상분산에 영향을 주었다. 이러한 위상분산은 소나 운용에 고려되어야 할 사항으로 여겨진다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Phase variance of the acoustic signals has to be investigated with the research of the medium, because the phase of the acoustic signals carries the information of the medium. The phase compensation of the received signals is required for the signal processing of SAS (Synthetic Aperture Sonar) and u...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • Case 3의 경우는 음선이 난류세기가 약한 수심 70 m 이하만을 통과하기 때문에 위상분산 또한 작게 나타나고 70 m 이하의 난류세기는 시간에 따라 변동이 작기 때문에 위상분산 역시 시간에 따른 변동이 크지 않다. 1 m 수심간격의 CTD 자료는 7월 3일의 자료만을 가지고 있으므로 좀 더 많은 자료의 분석을 위해 같은 정점의 부표 시스템에서 얻은 CTD (SBE 37, Sea-Bird Electronics, Inc., USA)자료를 이용하여 3개월 동안의 자료를 분석하고자 한다. 하지만 미세구조 난류는 1 m 이하의 크기를 가정 하였기 때문에 CTD자료의 수심간격이 1 m 이하인 것을 사용하는 것이 적합하나 부표시스템의 CTD는 5, 20, 40, 60, 120 m에서만 측정되기 때문에 수심간격이 넓은 단점이 있다 (그림3 (b)).
  • 본 논문에서는 동해 묵호항 근처 해역에서 음파전달시 미세구조 난류로 인한 수신신호 위상분산을 예측하였다. 첫째로 CTD와 ADCP 자료를 이용하여 난류세기를 구하였는데 난류세기 계산시 내부파 영향의 운동에너지 소멸율을 유속구조의 영향의 운동에너지 소멸율로 대체하는 방법을 제안하였다.
  • 본 논문에서는 해양에서 음파전달 시에 미세구조 난류 세기가 변함에 따른 수신신호 위상분산을 추정하였다. 먼저 미세구조 난류세기에 유속의 영향을 고려하는 새로운 식을 제안하였고 음파전달 시 위상과의 상관성을 설명하였다.
  • 입력변수 중 중요하게 여겨지는 수온구조와 염분구조는 시간에 따라 변화하므로 자료가 많아 표현하지 않았고 음선 경로 또한 시간에 따라 변화하므로 7월 3일 11시에 세가지 경우의 음선 경로만을 나타내었다(그림 5). 세가지 경우로 나누어서 음선을 추적한 이유는 각각의 음선 경로가 표층과 바닥에서 반사되는 경우와, 표층을 지나지만 수면에 반사되기 전에 굴절되고 바닥에서는 반사되는 경우, 그리고 표층을 지나지 않고 굴절되고 바닥에 반사되는 경우의 위상분산을 비교하기 위해서이다.

가설 설정

  • 부표에 설치된 ADCP는 300 kHz의 주파수를 이용하여 수심 120 m까지 4 m 간격으로 측정되었고 기간은 5월부터 7월까지 10분마다 측정된 자료 중 7월 3일의 자료를 이용하였다. 모의 실험에서는 정점의 최대수심을 100 m로 하였고 2 km범위에서 수심 별 난류세기가 동일하다고 가정하여 정점에서 2 km떨어진 지점의 위상분산을 예측하였다. 또한 4 m 수심간격의 유속구조는 1 m 간격으로 linear interpolation을 수행하였다.
  • 본 논문에서 사용된 운동점성계수(ν)는 10-3m2s-1을 가정하였다 [15].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
위상 변동을 연구하는 것은 매질에 대한 연구와 동반 되어야 하는 이유는? 음향수신신호의 위상은 매질에 대한 정보를 포함하고 있기 때문에 위상 변동을 연구하는 것은 매질에 대한 연구와 동반 되어야 한다. 또한 SAS (Synthetic Aperture Sonar)나 수중통신 등의 신호처리 시 수신신호의 위상변동 보정이 필요하다.
위상분산은 소나 운용에 고려되어야 할 사항으로 여겨지는 근거가 무엇인가? 난류세기 계산에 필요한 CTD자료와 ADCP자료는 묵호항 근처에 설치된 부표에서 획득하였으며 음파 전달경로는 Bellhop알고리즘을 이용한 음선 모델을 사용하였다. 결과적으로 난류세기인자는 주로 수온과 유속의 변화에 의해 결정되었으며 수신신호의 위상분산에 영향을 주었다. 이러한 위상분산은 소나 운용에 고려되어야 할 사항으로 여겨진다.
본논문에서 음파 전달경로로 사용한 모델은? 국지적으로 등방성이고 균질한 난류 환경 하에서 난류세기인자를 구하였고 음파 전달경로에 따라 난류세기가 미치는 영향을 고려하여 위상분산을 계산하였다. 난류세기 계산에 필요한 CTD자료와 ADCP자료는 묵호항 근처에 설치된 부표에서 획득하였으며 음파 전달경로는 Bellhop알고리즘을 이용한 음선 모델을 사용하였다. 결과적으로 난류세기인자는 주로 수온과 유속의 변화에 의해 결정되었으며 수신신호의 위상분산에 영향을 주었다.
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