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문제 정의
- 상대적으로 적은 영향이 주는 것으로 알려져 있는 시변동성의 경우, 해저 경계면에서의 난류에 의한 부유 물질의 운동과 해저면 자체 유동성 등에 기인 한다. 본 연구는 이러한 해저면 잔향 음의 변동성을 이해하고 나아가 변동성을 억제하여 해저면 산란 신호의 안정성을 확보하고자 하였다.
가설 설정
- 수신 신호를 각기 다른 고유치와 고유벡터를 갖는 신호들의 선형 독립 조합이라 가정하면 기때의 고유치는 수신 신호들에 미치는 가중치이며 고유벡터는 각각의 신호들의 시간적 변동량이다. 본 연구는 고유치 분해 (Eigenvalue Decomposition) 방법 중 方-나인 특이해 분 해(SVD)를 이용하여 식 (2)와 같이 고유치와 고유벡터를 추출하였다.
- 수신 신호를 각기 다른 고유치와 고유벡터를 갖는 신호들의 선형 독립 조합이라 가정하면 이때의 고유치는 수신 신호들에 미치는 가중치이며 고유벡터는 각각의 신호들의 시간적 변동량이다.
제안 방법
- 5초로 50번 반복하여 송수신 하였다. 25° , 38° , 52° 로 입사각을 변화 산란 강도를 측정하였다.
- 25° , 38° , 52° 로 입사각을 변화 시켜 해저면 산란 강도를 측정하였다.
- 능동 소오나에 획득된 잔향음의 변화와 ADCP에 의해 측정된 체적의 산란 강도의 변화를 비교하여 실제 해양에서 체적의 유동성이 잔향음에 미치는 영향을 확인하였다. 이때 사용된 자료는 2001년 5월 동해연안에서 획득한 시간별 잔향음 자료와 ADCP 자료이다.
- 능동 소오나에 획득된 잔향음의 변화와 ADCP에 의해 측정된 체적의 산란 강도의 변화를 비교하여 실제 해양에서 체적의 유동성이 잔향음에 미치는 영향을 확인하였다. 이때 사용된 자료는 2001년 5월 동해연안에서 획득한 시간별 잔향음 자료와 ADCP 자료이다.
- 본 연구는 천해에서의 능동 소오나 운용 시 해상상태의 변동성은 해수면 산란 뿐 아니라 체적과 해저면에도 변동을 가져 을 수 있음을 확인하였다. 또한 실측과 모의를 통해 해저면 산란의 경우 부유 물질의 농도에 따라 산란 강도의 왜곡이 발생함을 관찰 하였다. 아울러 이러한 단주기적 변동성을 자료 행렬의 근사화를 통해 억제하였다.
- 본 연구는 천해에서의 능동 소오나 운용 시 해상상태의 변동성은 해수면 산란 뿐 아니라 체적과 해저면에도 변동을 가져 을 수 있음을 확인하였다. 또한 실측과 모의를 통해 해저면 산란의 경우 부유 물질의 농도에 따라 산란 강도의 왜곡이 발생함을 관찰 하였다. 아울러 이러한 단주기적 변동성을 자료 행렬의 근사화를 통해 억제하였다.
- 부유성 퇴적물이 유동성 등의 기인한 해저면 산란 강도의 변동성을 제거하기 위해 LRA을 이 金하여 그림 6과 같은 표준화된 산란 신호를 획득하였다. 이렇게 획득된 산란 신호를 이용해 해저면의 후방 산란 강도를 계산하여 본 결과, 그림 1에 비해 표준 편차가 크게 감소 하였다（그림 7）.
- 부유성 퇴적물이 유동성 등의 기인한 해저면 산란 강도의 변동성을 제거하기 위해 LRA을 이용하여 그림 6과 같은 표준화된 산란 신호를 획득하였다.
- 실험을 통해 실제 해양에서의 해저면 후방 산란 신호의 변동성을 확인하였으며 그 원인이 파악하고자 실험실에서 부유성 퇴적물의 운동을 모의하여 후방 산란 강도의 변화를 측정하였다.
- 퇴적물의 부유를 모의하기 위해 그림 4와 같이 126kHz 센서의 주엽(main lobe)이 수조 벽면을 향하도록 하고 설치하고 센서와 벽면 사이에 모래를 부유 시켜 벽면의 후방산란 강도의 변화를 측정하였으며 부유 물질의 양을 정량적으로 측정하기 위해 신호의 송신 전에 부유물질이 포함되어 있는 물을 채수를 한 후 0.45 μm 필터를 통해 단위 l 당 부유 물질의 농도를 측정하였다.
- 퇴적물의 부유를 모의하기 위해 그림 4와 같이 126kHz 센서의 주엽（main lobe）이 수조 벽면을 향하도록 하고 설치하고 센서와 벽면 사이에 모래를 부유 시켜 벽면의 후방산란 강도의 변화를 측정하였으며 부유물질의 양을 정량적으로 측정하기 위해 신호의 송신 전에 부유물질이 포함되어 있는 물을 채수를 한 후 0.45例 필터를 통해 단위 e 당 부유 물질의 농도를 측정하였다. 일반적으로 100kHz에 영향을 미치는 부유물질의 농도는 강하구나 연안에서 100mg/e 이상으로 알려져 있다[7].
대상 데이터
- 이때 사용된 자료는 2001년 5월 동해연안에서 획득한 시간별 잔향음 자료와 ADCP 자료이다. 능동소오나의 사용 주파수는 90kHz, ADCP의 주파수는 1.2MHz, 해상풍의 속도는 11시경에는 5-6knot에서 1시경에는 15-16knot로 증가하였으며 능동 소오나는 수심 20m해역의 18m에 설치하였다. 그림 3에서와 같이 해상풍의 속도가 증가 하면서 ADCP의 평균 반향 강도（average echo intensity）와 능동 소오나의 잔향음 준위가 모두 증가함을 보이며 또한, 해수면 산란뿐 아니라 체적에 의한 산란까지도 영향을 주고 있음을 알 수 있다.
- 이때 사용된 자료는 2001년 5월 동해연안에서 획득한 시간별 잔향음 자료와 ADCP 자료이다. 능동소오나의 사용 주파수는 90kHz, ADCP의 주파수는 1.2MHz, 해상풍의 속도는 11시경에는 5-6knot에서 1시경에는 15-16knot로 증가하였으며 능동 소오나는 수심 20m해역의 18m에 설치하였다. 그림 3에서와 같이 해상풍의 속도가 증가 하면서 ADCP의 평균 반향 강도（average echo intensity）와 능동 소오나의 잔향음 준위가 모두 증가함을 보이며 또한, 해수면 산란뿐 아니라 체적에 의한 산란까지도 영향을 주고 있음을 알 수 있다.
- 본 연구에서 사용된 실측 해양 자료는 2000년 8월 동해 덕산항 연안에서 획득된 자료이다. 이때 사용 주파수는 126kHz, 펄스 길이 0.
- 능동 소오나에 획득된 잔향음의 변화와 ADCP에 의해 측정된 체적의 산란 강도의 변화를 비교하여 실제 해양에서 체적의 유동성이 잔향음에 미치는 영향을 확인하였다. 이때 사용된 자료는 2001년 5월 동해연안에서 획득한 시간별 잔향음 자료와 ADCP 자료이다. 능동소오나의 사용 주파수는 90kHz, ADCP의 주파수는 1.
- 능동 소오나에 획득된 잔향음의 변화와 ADCP에 의해 측정된 체적의 산란 강도의 변화를 비교하여 실제 해양에서 체적의 유동성이 잔향음에 미치는 영향을 확인하였다. 이때 사용된 자료는 2001년 5월 동해연안에서 획득한 시간별 잔향음 자료와 ADCP 자료이다. 능동소오나의 사용 주파수는 90kHz, ADCP의 주파수는 1.
이론/모형
- 수신 신호를 각기 다른 고유치와 고유벡터를 갖는 신호들의 선형 독립 조합이라 가정하면 기때의 고유치는 수신 신호들에 미치는 가중치이며 고유벡터는 각각의 신호들의 시간적 변동량이다. 본 연구는 고유치 분해 (Eigenvalue Decomposition) 방법 중 方-나인 특이해 분 해(SVD)를 이용하여 식 (2)와 같이 고유치와 고유벡터를 추출하였다. 자료 행렬 Y에 대해 특이해 분해를 수행하면 식(2)와 같이 세 개의 각기 다른 행렬의 곱으로 표현이 가능하다.
- 본 연구는 고유치 분해(Eigenvalue Decomposition) 방법 중 히나인 특이해 분해(SVD)를 이용하여 식 (2) 와 같이 고유치와 고유벡터를 추출하였다.
- 시 변동성 신호의 표준화를 위해서는 행렬 근사화 기법 중 하나인 Low rank approximation(LRA)을 이용하였다.
- 시변동성 신호의 표준화를 위해서는 행렬 근사화 기법 중 하나인 Low rank approximation^ RA)을 이용하였다. 능동 소오나에 수신되어진 신호는 식 (1)과 같이 송신 신호와 운용해역의 환경 인자들의 코볼루션으로 표현된다.
성능/효과
- 210）인 모래로 구성 되어 있었 으며 주엽（main lobe）에 의한 해저면 산란 신호의 변동성을 비교하기 위해 부엽 （side lobe）의 방향에 고정 표적을 설치하여 二 양상을 비교한 결과 해저면 신호는 표적의 신호에 비해 큰 변화 양상을 보였다（그림 1）. 각각의 수신 신호를 입사각에 따른 후방 산란 강도를 계산 해 본 결과, 후방 산란 강도의 변동성이 존재하고 있음을 확인 하였으며 입사각이 낮은 각에서 더 많은 변동성을 보였다（그림 2）. 입사각의 크기가 작을수록 후방 산란 강도는 상대적으로 낮은 값을 갖으므로 해저면 근처에서의 유동성의 영향이 더 크게 나타나기 때문이다.
- 각각의 수신 신호를 입사각에 따른 후방 산란 강도를 계산해 본 결과, 후방 산란 강도의 변동성이 존재하고 있음을 확인하였으며 입사각이 낮은 각에서 더 많은 변동성을 보였다(그림 2).
- 그림 3에서와 같이 해상풍의 속도가 증가 하면서 ADCP의 평균 반향 강도（average echo intensity）와 능동 소오나의 잔향음 준위가 모두 증가함을 보이며 또한, 해수면 산란뿐 아니라 체적에 의한 산란까지도 영향을 주고 있음을 알 수 있다. 결과적으로 해상풍에 의한 해양의 유동성이 천해에서는 잔향음 준위에 커다란 영향을 주고 있음을 확인하였다.
- 본 연구는 천해에서의 능동 소오나 운용 시 해상상태의 변동성은 해수면 산란 뿐 아니라 체적과 해저면에도 변동을 가져 을 수 있음을 확인하였다. 또한 실측과 모의를 통해 해저면 산란의 경우 부유 물질의 농도에 따라 산란 강도의 왜곡이 발생함을 관찰 하였다.
- 본 연구는 천해에서의 능동소오나 운용 시 해상상태의 변동성은 해수면 산란뿐 아니라 체적과 해저면에도 변동을 가져올 수 있음을 확인하였다.
- 부유성 퇴적물이 유동성 등의 기인한 해저면 산란 강도의 변동성을 제거하기 위해 LRA을 이 金하여 그림 6과 같은 표준화된 산란 신호를 획득하였다. 이렇게 획득된 산란 신호를 이용해 해저면의 후방 산란 강도를 계산하여 본 결과, 그림 1에 비해 표준 편차가 크게 감소 하였다（그림 7）.
- 부유성 퇴적물이 유동성 등의 기인한 해저면 산란 강도의 변동성을 제거하기 위해 LRA을 이 金하여 그림 6과 같은 표준화된 산란 신호를 획득하였다. 이렇게 획득된 산란 신호를 이용해 해저면의 후방 산란 강도를 계산하여 본 결과, 그림 1에 비해 표준 편차가 크게 감소 하였다（그림 7）.
후속연구
- 아울러 이러한 단주기적 변동성을 자료 행렬의 근사화를 통해 억제하였다. 향후 LRA과 같은 근사화 기법을 이용하여 단주기적 시변동성의 제거는 물론 근사치와 실측치 사이의 잔차(residual value)를 통한 시변동성의 역산 기법으로 활용이 가능하다.
- 아울러 이러한 단주기적 변동성을 자료 행렬의 근사화를 통해 억제하였다. 향후 LRA과 같은 근사화 기법을 이용하여 단주기적 시변동성의 제거는 물론 근사치와 실측치 사이의 잔차(residual value)를 통한 시변동성의 역산 기법으로 활용이 가능하다.
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