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문제 정의
- 본 논문에서는 함정의 수동소나에 수신되는 소나 신호를 모의함에 있어 음선의 도달 시간에 대한 테일러 급수를 이용하는 방법을 제안하고 정확한 해법과 비교하였다. 비교 결과 1차 항까지 고려한 테일러 근사 보다는 2차 항까지 고려한 테일러 근사가 해양 환경에 적합했으며, 오차 한계를 계산한 결과 함정 소나 시뮬레이터에 충분히 적용 가능함을 확인했다.
- 본 연구에서는 이와 같은 단점을 극복하기 위해 특정 위치의 센서에 대한 음파 전달 정보와 신호를 안다고 가정할 때, 인접 위치의 센서에서의 신호를 근사적으로 계산하는 방법을 제안한다. 이 방법을 이용하면 기존의 방법에 비해 각 센서에 대한 음파 전달 모델의 모의 횟수를 크게 줄일 수 있기 때문에 총 계산시간에서 이득을 볼 수 있다.
가설 설정
- 3(a)는 실험환경을 공중에서 해수면 쪽으로 바라본 평면도이다. Fig. 3(a)처럼 광대역 소음[8]을 발생하는 송신기가 10 m의 수심을 유지하며 15노트의 속도로 직선기동을 하며 이동한다고 가정한다.
- [6]동해환경과 유사한 수중음속을 사용하였고 그 외의 해양환경은 두 번째 예제와 동일하다. 송신기는 수심 10 m에 위치하고 수신기는 수심 20 m에 위치해 있다고 가정한다. Fig.
- 수중음향에서 널리 통용되는 2차원 축대칭 해양 환경에서 청음기의 역할을 하는 단일센서가 (r, z)의 위치에 존재한다고 가정한다. 이때 수중의 소음원으로부터 청음기의 역할을 하는 단일센서까지의 주파수 영역 전달함수는 음선이론을 이용하여 아래와 같이 표현된다.
- 본 연구에서는 (r0, z0)를 기준점으로 하는 테일러 급수를 적용하여 (r, z)의 위치에서의 음장 P(r, z, w)를 근사했다. 음장은 음선의 크기, 위상, 도달시간으로 구성되는데 음선의 크기와 위상은 수동 소나의 개구면상에서 크게 변하지 않는다고 가정했다. 실제로 인접 센서에 수신되는 음장은 대부분의 경우 기준 센서에 수신되는 음장과 동일한 음선궤적을 갖고 있기 때문에 음선의 위상은 동일하다 생각할 수 있으며, 음선의 크기는 대략 소나의 개구면 크기에 의존하여 변화가 발생할 수 있으나 수중에서 전체 음선의 전달 거리를 고려하면 무시해도 될 만한 양이다.
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