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[국내논문] 수중에서의 도파관 불변성을 이용한 가상 음원 배열 기반의 다양한 거리 방향으로의 강인한 집속
Robust variable range focusing with a virtual source array using the waveguide invariant in underwater 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.36 no.1, 2017년, pp.23 - 29  

변기훈 (한국해양과학기술원-한국해양대학교 해양과학기술전문대학원) ,  김재수 (한국해양대학교 해양공학과)

초록
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가상 음원 배열 개념은 시역전 처리에 시지연 빔조향 기법을 적용함으로써 가상 음원 배열로부터 나아가는 방향에 해당하는 선택된 위치에 음원 없이도 음파의 시 공간적 집속을 수행하는 방법이다. 하지만 가상 음원 배열 개념을 이용한 시역전 처리 방법은 가상 음원 배열에 해당하는 임계각 및 근거리를 벗어나는 범위로의 음파 집속이 불가능하다는 제약 조건이 따른다. 본 논문에서는 이러한 제약 조건을 해결하기 위해, 도파관 불변성 이론을 가상 음원 배열 개념에 적용하여 집속 음장의 수평 방향으로의 이동을 통해 임계각 및 근거리를 벗어나는 구간으로의 음파 집속 방법에 대한 연구를 수행하였다. 수치 실험의 결과를 통해 본 연구의 타당성을 검증하였으며, 기존의 가상 음원 배열 개념의 제약 조건에 관계없이 선택된 위치에서의 강인한 음파 집속 성능의 결과를 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A concept of a VSA (Virtual Source Array) is the method for an acoustic spatio-temporal focus at a selected location in the outbound direction with respect to the VSA without the need of a probe source as combines a TRP (Time-Reversal Processing) and time-delay and beam-steering. However, in TRP usi...

주제어

#시역전 처리   #가상 음원 배열   #도파관 불변성   #시지연 빔조향  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 이러한 제약 조건들을 해결하기 위해 도파관 불변성 이론[14-16]을 VSA 개념에 적용하여 임계각 및 근거리 범위를 벗어나는 구간으로의 음파 집속에 대한 연구를 수행하였다.

가설 설정

  • 2와 같은 Pekeris 도파관에서의 VSA 개념에 대한 수치 실험 결과이며, TRM으로부터 재 전파되는 신호의 전달 과정을 스냅샷을 통해 나타낸 것이다. 여기에서 TRM은 10 m에서 80 m까지 등 간격으로 27개, VSA는 40 m에서 79 m까지 등 간격으로 27개의 센서로 구성 되며, 음속은 1,500 m/s로 가정한다. 또한, 수치 실험 에서 사용된 신호는 펄스 길이 12 ms의 Hanning 창 함수 및 주파수 450 ~ 550 Hz의 밴드 폭을 가지는 chirp 신호를 모의하였으며, 그림 오른쪽의 컬러바는 집속되는 음장의 정규화된 세기를 나타낸다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
시역전 처리를 통한 음파의 집속의 효율성이 저하되는 한계점을 해결하기 위해 제안된 방법은? 이러한 제약 조건을 부분적으로 해결하기 위해 Walker et al.[8]은 시역전 처리에 가상 음원 배열(Virtual Source Array, VSA) 개념을 도입하여 천해 환경에 대해 음원이 존재하지 않는 위치로의 음파 집속에 관한 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 TRM과 VSA라고 정의되는 선 배열 사이에서 동기화된[8-10] 신호들에 시지연 빔 조향 기법을 적용하는 원리이며, 시지연이 적용된 신호들을 TRM에서 재 전파함으로써 VSA에서의 일차 집속 이후, VSA로부터 나아가는 방향에 해당하는 임계각 θc 및 근거리 범위 내에서 원하는 지점으로의 이차 집속을 구현하는 방법이다.
가상 음원 배열은? 가상 음원 배열 개념은 시역전 처리에 시지연 빔조향 기법을 적용함으로써 가상 음원 배열로부터 나아가는 방향에 해당하는 선택된 위치에 음원 없이도 음파의 시 공간적 집속을 수행하는 방법이다. 하지만 가상 음원 배열 개념을 이용한 시역전 처리 방법은 가상 음원 배열에 해당하는 임계각 및 근거리를 벗어나는 범위로의 음파 집속이 불가능하다는 제약 조건이 따른다.
시역전 처리를 통한 음파의 집속의 조건은? [1,2] 이와 같이 수중에서의 시역전 처리를 통한 효율적인 음파의 집속은 수중통신, 잔향음 제거 및 표적 반향음 증대 등 다양한 분야에서 적용되어진다.[3-7] 하지만 시역전 처리를 통한 음파의 집속의 경우 집속하고자 하는 위치에 반드시 음원이 존재해야 하는 조건이 따른다.[1,2,8] 이러한 조건에 의해, 해저면 근처의 표적 탐지와 같이 음원을 배치하기 어려운 환경에서는 시역전 처리를 통한 음파의 집속 효율성이 크게 저하됨을 알 수 있다.
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참고문헌 (17)

  1. W. A. Kuperman, W. S. Hodgkiss, and H. C. Song, "Phase conjugation in the ocean: Experimental demonstration of an acoustic time-reversal mirror," J. Acoust. Soc. Am. 103, 25-40 (1997). 

  2. W. S. Hodgkiss, H. C. Song, and W. A. Kuperman, "A long-range and variable focus phase-conjugation experiment in shallow water," J. Acoust. Soc. Am. 105, 1597-1604 (1998). 

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  16. S. Kim, W. A. Kuperman, W. S. Hodgkiss, H. C. Song, G. F. Edelmann, and T. Akal, "Robust time reversal focusing in the ocean," J. Acoust. Soc. Am. 114, 145-157 (2003). 

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  17. M. B. Porter, "The KRAKEN normal mode program," SACLANT Undersea Research Centre. 1992. 

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