[논문]3차원 포물선방정식을 이용한 음파의 수평굴절 모의

나영남; 손수욱; 한주영; 이근화

doi:10.7776/ask.2022.41.2.131

3차원 포물선방정식을 이용한 음파의 수평굴절 모의
Simulation of acoustic waves horizontal refraction using a three-dimensional parabolic equation model 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.41 no.2, 2022년, pp.131 - 142

나영남 (Maritime Technology Research & Development Institute, Agency for Defense Development) , 손수욱 (Maritime Technology Research & Development Institute, Agency for Defense Development) , 한주영 (Maritime Technology Research & Development Institute, Agency for Defense Development) , 이근화 (Department of Defense Systems Engineering, Sejong University)

초록
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본 연구에서는 동해 수심변화가 큰 해양환경 하에서 음파의 수평굴절 모의 가능성을 고찰하고자 포물선방정식 기반의 3차원 모델을 도입한다. 이 모델은 상관항과 비상관항을 분리함으로써 근사적 해를 제공한다. 가상 수심분포(25 km × 4 km)에 대해 주파수 75 Hz인 음원을 가정하여 모의한 결과는 전달손실의 수평분포 상 분명한 수평굴절을 보인다. 이 굴절 정도는 전파 거리에 비선형적으로 증가하고 횡방향 수심 경사도에 비례하여 증가한다. 실제 수심분포(25 km × 8 km)에 대한 모의 결과도 이러한 수평굴절을 잘 보인다. 수평굴절은 동일 자료 내에서는 해상도별로 수평음장분포가 크게 변하지 않는데, 이는 모델이 모의 전 수심자료에 대해 내삽을 하기 때문이다. 반면, 수심자료 종류가 다를 경우 수평음장 분포는 크게 달라진다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to examine the possibility of horizontal simulations of acoustic waves on the environments of big water depth variations, this study introduces a 3-dimensional model based on the pababolic equation. The model gives approximated solutions by separating the cross- and non cross-terms in the equation. Assuming artificial bathymetry (25 km × 4 km) with a source frequency 75 Hz, the simulations give clear horizontal refractions on the transmission loss distributions. The degree of refractions shows non-linear increase along the propagating range and proportional increase with water depth along the cross range. Another simulations with the real bathymetry (25 km × 8 km) also give clear horizontal refractions. The horizontal distributions present little difference with the depth resolution variations of the same data source because the model gives interpolations over the depth data before simulations. Meanwhile, the horizontal distributions show big difference with those of different data sources.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. (Color available online) An example of bathymetry section in the East Sea of Korea.
그림 Fig. 2. (Color available online) Input parameters to the model in the simulation region. (left & center) sound speed profiles in water column, (right) geoacoustic properties in bottom sediment.
그림 Fig. 3. (Color available online) Simulation results for inverse 'V' shape (up) with winter SSP and 'V' shape (down) bathymetry with summer SSP for slopes +/- 5.7°.
그림 Fig. 4. (Color available online) Simulation results with wedge shaped bathymetry of variable slopes and winter SSP. 'DD' denotes the depth difference between the minimum and maximum.
그림 Fig. 5. (Color available online) Simulation results for wedge shaped bathymetry with variable slopes and summer SSP. 'DD' denotes the depth difference between the minimum and maximum.
그림 Fig. 6. (Color available online) Simulation results comparison between the approximation [Eq. (6)] (up) and the full solution [Eq. (3)] (down) for bathymetry slopes +/- 11.3° of inverse 'V' shape with winter SSP and 'V' shape with summer SSP.
그림 Fig. 7. (Color available online) Selected bathymetry distributions of different data sources in a region of depths 100 m ~ 1,300 m: (up) KTOPO, (down) ETOPO1.
그림 Fig. 8. (Color available online) Transmission loss distributions with different data sources in a region of depths 100 m ~ 1,300 m: (up) KTOPO, (down) ETOPO1.
그림 Fig. 9. (Color available online) Selected bathymetry distributions of different data resolutions in a region of depths 100 m ~ 1,300m with the KTOPO: (up) not interpolated, (down) interpolated.
그림 Fig. 10. (Color available online) Transmission loss distributions with different data resolutions in a region of depths 100 m ~ 1,300 m with the KTOPO.
그림 Fig. 11. (Color available online) Transmission loss distributions at four receiver depths (Zr = 100 m/200 m/400 m/800 m) in a region of depths 300 m ~ 2,200 m with the ETOPO1.
그림 Fig. 12. (Color available online) Transmission loss distributions on a continental slope in a region of depths 300 m ~ 2,200 m with the KTOPO. (up) source at Ys = 1 km, (down) source at Ys = 2 km.
그림 Fig. 13. (Color available online) Transmission loss distributions with variable filtering coefficients (Alpha) where the source is located at Ys = 2 km, Zs = 100 m. (up) Alpha = 8, (down) Alpha = 2.

참고문헌 (12)

F. B. Jensen, W. A. Kuperman, M. B. Porter, and H. Schmidt, Computational Ocean Acoustics, 2nd ed (Springer, NY, 2011), pp. 1-612.
K. Lee, "A study on the 3D low-frequency acoustic propagation model for the development of an integrated ocean surveillance system," ADDR-415-193072, The 3rd year final Rep., 2019.
K. Lee, W. Seong, and Y. Na, "Three-dimensional Cartesian parabolic equation model with higher-order cross-terms using operator splitting, rational filtering, and split-step Pade algorithm," J. Acoust. Soc. Am. 146, 2041-2049 (2019).

상세보기
K. Lee, W. Seong, and Y. Na, "Split-step Pada' solver for three-dimensional Cartesian acoustic parabolic equation in stair-step representation of ocean environment," J. Acoust. Soc. Am. 146, 2050-2057 (2019).
Y. Lin and T. F. Duda, "A higher-order split-step Fourier parabolic equation sound propagation solution scheme," J. Acoust. Soc. Am. 132, EL61-EL-67 (2012).

상세보기
K. B. Smith, "Convergence, stability, and variability of shallow water acoustic predictions using a split-step Fourier parabolic equation model," J. Comput. Acoust. 9, 243-285 (2001).
D. Yevick and D. Thomson, "A hybrid split-step/finite- difference PE algorithm for variable-density media," J. Acoust. Soc. Am. 101, 1328-1335 (1997).

상세보기
K. Lee and W. Seong, "Full 3D one-way parabolic equation algorithm" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 25, 67-68 (2006).
K. Lee and W. Seong, "The perfectly matched layer applied to the split-step Pade PE solver in an ocean waveguide," J. Acoust. Soc. Kr. 25, 131-136 (2006).
Y. Zhnag, J. Cohen, and J. D. Owens, "Fast trigonal solvers on the GPU," Proc. 15th ACM SIGPLAN Symp. on PPoPP. 127-136 (2010).
K. Stowe, Ocean Science, 2nd Ed (John Wiley & Sons, NY, 1983), pp. 1-673.
Y. Na, S. U. Son, and Y. Hahn, "The development results on the submarine acoustic information management system (SAIMS3)," ADDR-415-201878, The 3rd year Rep., 2020.

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