[논문]부분상관 함수를 이용한 수중방사소음 소음원 기여도 분석

김태형; 최재용; 오준석; 김성용

doi:10.7776/ask.2016.35.2.118

부분상관 함수를 이용한 수중방사소음 소음원 기여도 분석
Contribution analysis of underwater radiation noise source using partial coherence function 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.35 no.2, 2016년, pp.118 - 124

김태형 (국방과학연구소) , 최재용 (국방과학연구소) , 오준석 (국방과학연구소) , 김성용 (국방과학연구소)

초록
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본 논문은 수중 방사소음 발생 시, 부분상관 함수를 이용한 기여도 분석법에 대하여 연구를 수행하였다. 부분상관 함수를 활용한 기여도 분석을 수행할 시, 입력순서의 선정은 정확한 기여도값 도출에 있어 매우 중요하다. 하지만 주파수 상관성분이 존재하는 시스템에 대하여 기여도분석을 실시할 경우, 적절한 입력순서를 선정하기가 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 기여도특성 행렬과 다중상관 함수의 관계를 활용하여 기여도 영역을 나누어 평가하는 기여도 분석 기법을 제시하였다. 제시한 분석법의 검증을 위해 정현파로 구성된 다중입력과 단일 출력을 갖는 시스템을 모델링하였고, 이 시스템에 대하여 기여도 분석을 실시하였다. 그 결과 정확한 기여도값을 도출 할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, contribution analysis method using a partial coherence function is dealt with in the case of underwater radiation noise. When performing the contribution analysis using a partial coherence function, it is important to select the order of system input. But in the case of frequency correlated systems, it is very difficult to properly select the order of system input. In order to solve this problem, the contribution analysis is performed by subdividing the area of contribution using multiple coherence function. And the new contribution analysis method is presented by using the relationship between the contribution characteristic matrix and multiple coherence function. In order to validate the new method, calculation is performed about multi-input / single-output model which is composed of sine waves. The result of calculation shows that it is possible to derive the exact contribution values.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 이전의 연구의 경우, 3개 이상의 입력에 대한 기여도 평가를 함에 있어 계산과정의 어려움이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 이를 일반화하기 위한 계산 알고리즘을 제안하고자 한다.
본 논문에서는 여러 가지 전달경로 분석법 중 부분상관 함수를 이용한 기여도 분석법에 대하여 해당 방법의 문제점을 제시하였다. 그리고 이에 대한 개선 방안을 제시 및 검증 하였다.
본 논문에서는 함정의 구조기인 소음 저감을 위한 전달경로 분석법에 대한 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 Fig. 7과 같은 세 개의 입력과 단일 출력을 갖는 시스템을 예로 들어 세분화된 기여도 평가 방법을 설명하고자 한다. Fig.
본 연구에서는 함정의 수중 방사소음 저감을 위하여 소음· 진동원의 기여도 평가기법에 대한 연구를 수행하였다.
모델링된 시스템의 경우 모든 입력과 출력사이의 전달함수는 1이며, SNR이 15 dB인 백색 잡음을 포함하고 있다. 이러한 시스템에 대하여 앞서 기술한 일반상관 함수를 이용한 기여도 평가법과 부분상관 함수를 이용한 기여도 평가법의 비교 하고자 한다.

가설 설정

2.3절에서 기술한 것과 같은 이유로 입력순서 선정에 대한 어려움이 존재한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 Choi et al.

제안 방법

이를 위해 기여도 영역을 세분화하여 공통의 기여도, 독립기여도로 기여도를 평가하는 방법을 제시하였다. 그리고 서로 상관성분이 존재하는 정현파 신호로 구성된 가상의 다중입력과 단일출력을 갖는 시스템에 대하여 제시한 방법을 검증하였다. 그 결과 각각의 기여도 영역에서 정확한 기여도 값을 도출하는 것을 확인함으로써 제시한 방법의 타당성을 확보 하였다.
본 논문에서는 여러 가지 전달경로 분석법 중 부분상관 함수를 이용한 기여도 분석법에 대하여 해당 방법의 문제점을 제시하였다. 그리고 이에 대한 개선 방안을 제시 및 검증 하였다.
그 결과 각각의 기여도 영역에서 정확한 기여도 값을 도출하는 것을 확인함으로써 제시한 방법의 타당성을 확보 하였다. 또한 3개 이상의 입력이 존재하는 시스템에 대한 기여도 특성행렬 구성 알고리즘을 제안하였다.
본 연구에서는 정현파로 구성된 임의의 다중입력과 단일출력을 갖는 시스템을 모델링 하였고, 이를 Table 1에 나타내었다. 이때 Case2의 Source2의 50 Hz 신호의 경우 Source1에 의하여 영향을 받은 주파수이다.
그 중 부분상관 함수를 이용한 기여도 분석에 있어 입력순서 선정에 따른 기여도 분석결과의 불확실성을 해결하였다. 이를 위해 기여도 영역을 세분화하여 공통의 기여도, 독립기여도로 기여도를 평가하는 방법을 제시하였다. 그리고 서로 상관성분이 존재하는 정현파 신호로 구성된 가상의 다중입력과 단일출력을 갖는 시스템에 대하여 제시한 방법을 검증하였다.
4와 같이 상관성분이 존재하는 시스템의 경우, 상관주파수인 50 Hz에서 Source1과 Source2의 기여도가 모두 높게 평가되는 오류가 발생하였다. 이를 해결하기 위하여 부분상관 함수를 이용한 기여도 평가를 실시하였다. Fig.
제시한 기여도 계산방법을 검증하기 위하여 본 연구에서는 Table 3과 같은 가상의 정현파 신호를 이용하여 3개의 입력과 단일출력을 갖는 시스템을 구성하였다. 그리고 앞서 다중상관 함수에 대한 기여도 특성행렬의 역행렬 계산을 통해 각각 기여도 영역의 기여도를 계산하였고 이를 Fig.

데이터처리

제시한 알고리즘을 사용하여 기여도 특성행렬을 구성한다면 3개 이상의 다중입력에 대한 기여도 분석을 실시할 수 있다.

성능/효과

이를 해결하기 위하여 부분상관 함수를 이용한 기여도 평가를 실시하였다. Fig. 5에서 확인할 수 있듯이 상관주파수인 50 Hz에서 Source1의 기여도가 높고 Source2의 기여도는 낮게 평가되는 것 을 확인 할 수 있었다. 따라서 입력간의 상관성분이 존재할 경우 부분상관 함수를 이용한 기여도 평가가가 적절함을 알 수 있었다.
^[1] 일반적으로 함정 수중 방사소음은 유체기인 소음과 구조기인 소음으로 나눌 수 있다.^[2] 유체기인 소음의 경우 특정속도 이상에서 프로펠러에서 발생하는 캐비테이션으로 인한 소음이 대표적이다. 구조 기인소음은 선체의 굽힘 및 비틀림과 같은 진동모드로 인한 저주파수 소음과 엔진, 펌프 등의 보기류 장비의 진동이 선체 외판을 가진 하여 외판 진동에 의하여 수중으로 방사되는 소음이다.
8에 나타내었다. 각각의 기여도 영역에서 해당 주파수의 기여도가 높게 평가됨을 확인 할 수 있었다. 따라서 제시한 방법의 타당성을 확보하였다.
그리고 서로 상관성분이 존재하는 정현파 신호로 구성된 가상의 다중입력과 단일출력을 갖는 시스템에 대하여 제시한 방법을 검증하였다. 그 결과 각각의 기여도 영역에서 정확한 기여도 값을 도출하는 것을 확인함으로써 제시한 방법의 타당성을 확보 하였다. 또한 3개 이상의 입력이 존재하는 시스템에 대한 기여도 특성행렬 구성 알고리즘을 제안하였다.
5에서 확인할 수 있듯이 상관주파수인 50 Hz에서 Source1의 기여도가 높고 Source2의 기여도는 낮게 평가되는 것 을 확인 할 수 있었다. 따라서 입력간의 상관성분이 존재할 경우 부분상관 함수를 이용한 기여도 평가가가 적절함을 알 수 있었다.
6에 나타내었다. 상관주파수인 50 Hz의 기여도가 Source1이 아닌 Source2의 기여도로 잘못 평가된 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 시스템 입력간의 순서를 정하는 기준은 각각의 입력 간 일반상관 함수를 계산하고 그 값이 큰 순서로 입력 순서를 선정한다.

후속연구

본 연구에서는 가상의 정현파 신호 시스템에 대하여 제시한 방법을 적용하였으나, 향후 실선에 대하여 해당 방법을 이용한 기여도 평가를 실시 및 재검증 할 예정이다. 실선 시험에 대한 검증 여부에 따라 본 논문에서 제시한 소음·진동 기여도 평가방법을 활용하여 함정의 구조기인소음에 적용한다면 효율적인 수중방사 소음 저감이 가능 할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 가상의 정현파 신호 시스템에 대하여 제시한 방법을 적용하였으나, 향후 실선에 대하여 해당 방법을 이용한 기여도 평가를 실시 및 재검증 할 예정이다. 실선 시험에 대한 검증 여부에 따라 본 논문에서 제시한 소음·진동 기여도 평가방법을 활용하여 함정의 구조기인소음에 적용한다면 효율적인 수중방사 소음 저감이 가능 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	함정 수중방사소음은 어떤 요소인가 ?	함정 수중방사소음은 함정의 피아식별 및 자체 소나 운용에 있어 매우 중요한 요소이다. 따라서 함정의 수중 방사소음 저감을 위한 많은 연구가 수행 되고 있다.
	함정 수중 방사소음은 어떻게 나뉘는가 ?	따라서 함정의 수중 방사소음 저감을 위한 많은 연구가 수행 되고 있다.[1] 일반적으로 함정 수중 방사소음은 유체기인 소음과 구조기인 소음으로 나눌 수 있다.[2] 유체기인 소음의 경우 특정속도 이상에서 프로펠러에서 발생하는 캐비테이션으로 인한 소음이 대표적이다.
	부분상관 함수를 다루는 부분에서 불확실성을 해결하기위해 제시된 방법은 ?	그 중 부분상관 함수를 이용한 기여도 분석에 있어 입력순서 선정에 따른 기여도 분석결과의 불확실성을 해결하였다. 이를 위해 기여도 영역을 세분화하여 공통의 기여도, 독립기여도로 기여도를 평가하는 방법을 제시하였다. 그리고 서로 상관성분이 존재하는 정현파 신호로 구성된 가상의 다중입력과 단일출력을 갖는 시스템에 대하여 제시한 방법을 검증하였다.

참고문헌 (6)

H. S. Han and K. H. Lee, "Estimation of the underwater radiated noise of a naval vessel using hull vibration" (in Korean), Trans. KSNVE, 23, 394-400 (2013).

원문보기 상세보기
H. S. Han and K. Y. Choi, "Analysis of reducing tonal noise of the gas turbine generator in order to reduce underwater radiated noise of a naval vessel" (in Korean), Trans. KSNVE, 19, 1329-1337 (2013).
D. de Klerk and D.J. Rixen, "Component transfer path analysis method with compensation for test bench dynamics," MSSP, 24, 1693-1710 (2010).
D. de Klerk and A Ossipov, "Operational transfer path analysis : theory, guidelines and tire noise application," MSSP, 24, 1950-1962 (2010).
H. S. Kim, S. G. Park, K. H. Kang, J. Y. Lee, and J. E. Oh, "The analysis of noise contribution about drum washer under dehydrating condition using multi-dimensional spectral analysis" (in Korean), Trans. KSNVE, 17, 1056-1063 (2007).

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K. S. Choi, W. B. Jung, H. S. Han, and M. S. Kim, "Noise-source identification of evaporator using partial coherece function" (in Korean), Trans. KSNVE, 19, 347-354 (2009).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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