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천해에서 내부파로 인해 생성되는 잔향음에 의한 허위표적 신호 발생 가능성
Possibility of False Target Signals Induced by Reverberation Due to Internal Waves in Shallow Water 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.34 no.2, 2015년, pp.98 - 107  

이성춘 (한양대학교 해양융합과학과 해양음향연구실) ,  김선효 (한양대학교 해양융합과학과 해양음향연구실) ,  최지웅 (한양대학교 해양융합과학과 해양음향연구실) ,  강돈혁 (한국해양과학기술원) ,  박정수 (국방과학연구소) ,  박경주 (해군사관학교)

초록
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능동소나 시스템에서 천해 내부파에 의한 잔향음으로부터 유도될 수 있는 허위 표적 신호의 발생 가능성에 대하여 연구하였다. 내부파로부터 굴절된 하향 음선은 강한 해저면 잔향음 신호를 발생시켜 허위 표적 신호를 야기한다. 음원으로부터 송출된 음파는 3차원적으로 전파하므로, 2차원(r-z) 뿐만 아니라 수평방향에 대해서도 고려되어야 한다. 솔리톤(soliton)으로 구성된 내부파 모델링은 음원과 솔리톤간 거리 및 솔리톤의 수평폭과 같이 다양한 조건에서 수행되었다. 음원은 가변심도소나(VDS: Variable Depth Sonar)를 가정하여 모의 환경에서의 최소음속층에 위치시켰고, 음선 기반의 잔향음 모델을 이용하여 시간에 따른 잔향음 준위를 모의하였다. 결과적으로 음원과 솔리톤간 거리 및 솔리톤의 수평폭에 따라 여러 개의 허위표적 신호가 동시에 PPI(Plan Position Indicator) 전시기에 나타날 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is investigated that there exists the possibility of the false target signals induced by reverberation in an active sonar system due to the internal waves in shallow water. The rays down-refracted from the internal waves may generate strong bottom-reverberation signals, which can result in false ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 내부파가 언제 어디서 어떠한 형태로 발생할지 예측이 어렵고, 수직 · 수평적인 수온구조를 동시에 측정 하기에는 많은 제약이 따르기 때문에 실제 해양에서 내부파가 음파에 미치는 영향을 확인하는 연구 수행은 현실적으로 매우 어렵다. 따라서 본 논문에서는 내부파 환경을 생성하여 수평입사각별로 음파전달 특성 및 잔향음 준위를 모의하고 내부파에 의한 능동소나 시스템에 나타날 수 있는 잔향음 특성을 분석하고자 하였다.
  • 본 논문은 특정 환경에서 정확한 내부파 수치모델링을 수행하는 것보다 전체적인 내부파 특성에 따른 잔향음을 양상을 확인하는 것을 목표로 하였다. 따라서 내부파의 일반적 특성을 잘 포함하고 쉽게 모의 가능한 가우시안 분포를 이용한 내부파 모델링을 수행한 후, 이로 인해 발생할 수 있는 잔향음의 특징을 확인하고, 능동소나 시스템에서 허위표적으로 전시될 수 있는 가능성을 확인하였다.
  • 본 논문은 하계 내부파가 존재하는 천해 해양환경 에서 능동소나 시스템에 나타날 수 있는 허위표적 가능성을 확인하기 위해, 음선이론 기반의 잔향음 모델을 이용하여 음선추적 및 잔향음을 모의하였다. 내부파가 언제 어디서 어떠한 형태로 발생할지 예측이 어렵고, 수직 · 수평적인 수온구조를 동시에 측정 하기에는 많은 제약이 따르기 때문에 실제 해양에서 내부파가 음파에 미치는 영향을 확인하는 연구 수행은 현실적으로 매우 어렵다.

가설 설정

  • 4. Definition of horizontal incident angle, range from source to soliton, and the horizontal width of soliton.
  • 솔리톤은 일반적으로 패킷 형태로 전파하는데, 첫 번째 솔리톤의 파장과 진폭이 가장 우세하고 뒤따르는 솔리톤의 파장과 진폭은 점차 감소하는 경향을 가지는 것으로 알려져 있다.[12] 본 논문에서는 단순화된 환경에서 내부파의 영향을 극대화하기 위해 첫 번째 솔리톤이 음파 전달에 가장 큰 영향을 미친다고 가정하였으며, 따라서 단일 솔리톤을 고려하여 음파전달 양상에 따른 잔향음을 모의하였다.
  • 이 때 약 75 dB의 최대 잔향음 준위를 보이는 것으로 모의된다. 모의 시 수심에 따른 체적산란강도는 전 수심에 대하여 -100 dB로 일정하다고 가정하였다. 이에 따라 솔리톤 반응 이전 시간에는 60dB 이하의 체적 잔향음이 발생하지만, 솔리톤과 반응 후의 시간에 고준위의 해저면 잔향음이 생성되는 현상을 확인할 수 있다.
  • 본 논문에서는 Reference[7]에서와 같이 음원이 최소음속층에 존재한다고 가정하였으며, 수직빔폭 역시 동일한 ±6°를 사용하였다.
  • 는 수심에 따른 음속의 분산을 나타낸다. 솔리톤의 파장은 동해에서 가장 빈번히 발생하는 단주기(short-period)내부파를 가정해 400 m로 설정하였다.[6]
  • 여기서 H0는 솔리톤의 기준폭으로 본 논문에서는 400 m로 가정하였다.
  • 여기서 R0 는 음원과 솔리톤 간 기준거리로 본 논문에서는 3000m로 가정하였다. 음원과 솔리톤 간의 거리변화와 더불어 수평입사각이 증가함에 따라 음선이 진행하는 방향에서의 솔리톤의 수평폭 또한 증가하게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
내부파로부터 굴절된 하향 음선은 무엇을 야기합니까? 능동소나 시스템에서 천해 내부파에 의한 잔향음으로부터 유도될 수 있는 허위 표적 신호의 발생 가능성에 대하여 연구하였다. 내부파로부터 굴절된 하향 음선은 강한 해저면 잔향음 신호를 발생시켜 허위 표적 신호를 야기한다. 음원으로부터 송출된 음파는 3차원적으로 전파하므로, 2차원(r-z) 뿐만 아니라 수평방향에 대해서도 고려되어야 한다.
음원으로부터 송출된 음파는 어떻게 전파하는가? 내부파로부터 굴절된 하향 음선은 강한 해저면 잔향음 신호를 발생시켜 허위 표적 신호를 야기한다. 음원으로부터 송출된 음파는 3차원적으로 전파하므로, 2차원(r-z) 뿐만 아니라 수평방향에 대해서도 고려되어야 한다. 솔리톤(soliton)으로 구성된 내부파 모델링은 음원과 솔리톤간 거리 및 솔리톤의 수평폭과 같이 다양한 조건에서 수행되었다.
솔리톤으로 구성된 내부파 모델링을 음원과 솔리톤간 거리 및 솔리톤의 수평폭과 같이 다양한 조건에서 수행한 결과는? 음원은 가변심도소나(VDS: Variable Depth Sonar)를 가정하여 모의 환경에서의 최소음속층에 위치시켰고, 음선 기반의 잔향음 모델을 이용하여 시간에 따른 잔향음 준위를 모의하였다. 결과적으로 음원과 솔리톤간 거리 및 솔리톤의 수평폭에 따라 여러 개의 허위표적 신호가 동시에 PPI(Plan Position Indicator) 전시기에 나타날 수 있음을 확인하였다.
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참고문헌 (14)

  1. C. R. Jacson and J. R. Apel, "An Atlas of oceanic Internal Solitary-like Waves and their Properties," Office of Naval Research Code 322 Po, 1-36 (2004). 

  2. B. H. Choi, W. J. Sung ,and J. S. Park, "The Effect of Internal Waves on Acoustic Propagation" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 19, 46-52 (2000). 

  3. J. M. Park and J. Y. Na, "Characteristic of Reverberation due to Internal wave in Shallow water" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. Suppl. 2(s) 17, 147-150 (1998). 

  4. Y. N. Na, J. S. Park, M. S. Jung, and J. H. Choi, "Mode Interference of Acoustic Waves Due to Internal Waves in Shallow Water" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. Suppl. 2(s) 17, 147-150 (1998). 

  5. S. H. Lee, B. J. Choi, and W. J. Jeong, "Internal Waves and Surface Mixing Observed by CTD and Echo Sounder in the mid-eastern Yellow Sea" (in Korean), J. Korean Society of Oceanography, 18, 1-12 (2013). 

  6. B. W. Han, S. H. Lim, K. J. Park, and S. I. Kim, "Physical Characteristics of Internal waves and the Effect of Short Depression Internal Wave on Acoustic Transmission in the East Sea" (in Korean), J. Korea Institute of Military Science and Technology, 12, 37-43 (2009). 

  7. F. S. Hanyey and D. J. Tang, "Reverberation clutter induced by nonlinear internal waves in shallow water," J. Acoust. Soc. Am. 134, 289-293, (2013). 

  8. M. Schafer and M. Coran, "Submarine Hunting in Shallows," in Proc. UDT, MAST and COE Conference, 1-4 (2009). 

  9. B. Katsnelson, V. Petnikov, and J. Lynch, Fundamentals of shallow water acoustics (Springer, Chichester, 2012), pp. 239-266. 

  10. W. Alpers, H. W. Chen, and L. Hock, "Observation of Internal Waves in the Andaman Sea by ERS SAR," IEEE, 4, 1518-1520 (1997). 

  11. J. W. Choi, K. S. Yoon, J. Y. Na, J. S. Park, and Y. N. Na, "Shallow water high-frequency reverberation model" (in Korean), J. Acoust. Soc, Kr. 21, 671-678 (2002). 

  12. J. Zhou and X. Zhang, "Resonant interaction of sound wave with internal solitons in the coastal zone," J. Acoust. Soc. Am. 90, 2042-2054 (1991). 

  13. D. M. Etter, Engineering problem Solving with Matlab (Prentice Hall, New Jersey, 1993), pp. 121-155. 

  14. M. B. Porter and H. P. Bucker, "Gaussian beam tracing for computing ocean acoustic fields," J. Acoust. Soc. Am. 82, 1349-1359 (1987). 

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