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논문 상세정보

서해 천해환경에서 단상태 해저면 후방산란강도 측정

Measurements of Monostatic Bottom Backscattering Strengths in Shallow Water of the Yellow Sea

초록

한국해양과학기술원과 한양대학교가 2013년 5월 서해 경기만 남부의 연안해역에서 공동으로 수행한 해양음향 실험에서 주파수 6 ~ 14 kHz에 대한 해저면 후방산란강도 측정이 실시되었다. 실험해역의 지질 환경 특성은 다중빔 음향측심기, 스파커, 그랩을 이용하여 조사되었으며, 이로부터 정밀 해저지형 및 해저면 하부지층 구조, 표층 퇴적물 구성성분에 대한 자료를 획득하였다. 본 논문에서는 수평입사각 $28^{\circ}{\sim}69^{\circ}$에 대한 해저면 후방산란강도 결과를 도출하여 람베르트 법칙(Lambert's law) 및 APL-UW 산란 모델과 비교하였다. 또한 실험해역의 해양물리/지형학적 특성을 고려하여 해저면 후방산란 특성에 영향을 미치는 지음향 인자들에 대한 토의를 수행하였다.

Abstract

Measurements of bottom backscattering strengths in a frequency range of 6-14 kHz were made on the shallow water off the southern Gyeonggi Bay in Yellow Sea in May 2013, as part of the KIOST-HYU joint acoustics experiment. Geological surveys for the experimental area were performed using multi-beam echo sounder, sparker system, and grab sampling to investigate the bottom topography, sub-bottom profile and composition of surficial sediment, respectively. In this paper, the backscattering strengths as a function of grazing angle (in range of $28^{\circ}{\sim}69^{\circ}$) were estimated and compared to the predictions obtained by Lambert's law and APL-UW scattering model. Finally, the effects of geoacoustic parameters corresponding to the experimental area on the backscattering strengths are discussed.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
소나 성능을 저해
천해 해양환경에서 소나 성능을 저해하는 요소는?
소나를 운용 시에 잔향음

천해 해양환경에서 소나를 운용 시에 잔향음은 소나 성능을 저해하는 요소로 작용한다. 특히 천해 해양환경은 다양한 요인들에 의해 시공간적으로 변동하기 때문에 그 해양환경 특성을 정확히 파악하고 잔향음을 예측하는 것이 중요하다.

거칠기 스펙트럼 결과
해저면 거칠기 스펙트럼 결과를 무엇을 이용하여 도출했나
정밀해저지형 자료

본 논문에서는 다중빔음향측심기를 이용하여 획득한 정밀해저지형 자료로부터 해저면 거칠기 스펙트림 인자(γ, ω2) 평가를 시도하였다. 해저면 후방산란 실험이 수행된 해역의 정밀해저지형 자료는 0.

잔향음
잔향음이란?
해양 경계면 및 체적 내의 불균질한 특성으로 인해 산란되어 수신기에 되돌아오는 신호의 시간에 따른 합으로 정의

특히 천해 해양환경은 다양한 요인들에 의해 시공간적으로 변동하기 때문에 그 해양환경 특성을 정확히 파악하고 잔향음을 예측하는 것이 중요하다. 잔향음은 해양 경계면 및 체적 내의 불균질한 특성으로 인해 산란되어 수신기에 되돌아오는 신호의 시간에 따른 합으로 정의되며, 그 발생 원인으로는 해수면 거칠기와 해수면 하부에 형성된 기포층에 의해 발생하는 해수면 잔향음, 해저 경계면 및 하부체적의 불균질성에 의한 해저면 잔향음, 어군․플랑크톤 등과 같은 체적 산란체에 의해 산란되는 체적 잔향음으로 구분할 수 있다.[1] 특히 해저면의 해양환경은 퇴적물의 물리적 특성(음속, 밀도, 감쇠계수 등), 해저 경계면 거칠기 스펙트럼, 해저면 하부체적의 비균질성, 지층구조 등의 다양성을 가지고 있기 때문에 해저면 후방산란 특성을 이해하고 해석하기 위해서는 음향학적인 실험 뿐만이 아니라 해저면 해양환경 특성에 대한 조사가 함께 이루어져야 한다.

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참고문헌 (9)

  1. R. J. Urick, Principles of Underwater Sound 3rd ed., (McGraw-Hill, NewYork, 1983) pp. 237-238. 
  2. S. Cho, D. Kang, C. -K. Lee, S. -K. Jung, J. W. Choi, and S. Oh, "Overview of results from the KIOST-HYU joint experiment for studying on acoustic propagation in shallow geological environment" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 34, 411-422 (2015). 
  3. R. L. Folk, "The distinction between grain size and mineral composition in sedimentary-rock nomenclature," J. Geology 62, 344-359 (1954). 
  4. R. E. Francois and G. R. Garrison, "Sound absorption based on ocean measurements: Part II: Boric acid contribution and equation for total absorption," J. Acoust. Soc. Am. 72, 1879-1890 (1982). 
  5. H. La and J. W. Choi, "8-kHz bottom backscattering measurements at low grazing angles in shallow water," J. Acoust. Soc. Am. 127, EL160-165 (2010). 
  6. N. C. Makris, "The effect of saturated transmission scintillation on ocean acoustic intensity measurements," J. Acoust. Soc. Am. 100, 769-783 (1996). 
  7. K. V. Mackenzie, "Bottom reverberation for 530- and 1030-cps sound in deep water," J. Acoust. Soc. Am. 33, 1498-1504 (1961). 
  8. D. R. Jackson and M. D. Richardson, High-Frequency Seafloor Acoustics, (Springer, New York, 2006) pp. 171-175, 182-192, 237-238. 
  9. D. Tang, "Fine-scale measurements of sediment roughness and subbottom variabililty," IEEE J. Oceanic Eng. 29, 929-939 (2004). 

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