초록 ▼

광학분야에서 처음 발표된 시계열반전거울 (Time-Reversal Mirror, 이하 TRM)의 개념이 최근 수중음향분야에 활발하게 적용되고 있는 국제적인 추세에 맞추어 수중음향분야의 기초과학, 산업분야 및 군사분야의 응용에 필요한 적응 TRM의 기반 기술과 개념을 정립하고자 하며, 구체적으로는 수중에서 통신에 사용되는 적응 자기등화(adaptive self-equalization)에 대한 알고리듬을 개발하는 데에 목적이 있다.
기존의 TRM에 대한 이론과 적응성을 결합한 적응 시계열반전거울(Adaptive TRM, 이하 AT

광학분야에서 처음 발표된 시계열반전거울 (Time-Reversal Mirror, 이하 TRM)의 개념이 최근 수중음향분야에 활발하게 적용되고 있는 국제적인 추세에 맞추어 수중음향분야의 기초과학, 산업분야 및 군사분야의 응용에 필요한 적응 TRM의 기반 기술과 개념을 정립하고자 하며, 구체적으로는 수중에서 통신에 사용되는 적응 자기등화(adaptive self-equalization)에 대한 알고리듬을 개발하는 데에 목적이 있다.
기존의 TRM에 대한 이론과 적응성을 결합한 적응 시계열반전거울(Adaptive TRM, 이하 ATRM)은 본 연구제안자에 의해 확립된 내용으로 수중에서의 표적탐지와 통신분야에서 많은 가능성을 제시하고 있다. 본 연구에서는 이 이론을 수중통신에 적용하기 위해 수중음향 전파모델을 사용하여 ATRM을 적용하고자 한다.
이를 위해서 연구내용은 크게 다음과 같은 4가지 부분으로 나눌 수 있다. 즉, TRM 및 ATRM 이론 자체에 대한 내용, 해양에서의 음파전달에 관한 내용, 그리고 해양에서의 수중통신에의 응용에 대한 이론 정립, 그리고 시뮬레이션을 통한 해양에서의 실험적인 검증 부분 등이다.
검증을 위한 시뮬레이션에서는 통신에 대한 기본적인 알고리듬인 PSK를 사용하며, 해양에서의 음파전달시에 발생되는 다중경로, 산란, 반사, 감쇄, 등의 현상은 수 중음향 전달모델로 널리 알려진 KRAKEN을 거리독립환경에서 사용하여 구현한다.
이렇게 발생된 신호는 ATRM 이론에 근거하여 적절한 신호로 변화되어 자기등화가 되는 신호를 구하는데 이용된다. 이러한 구성요소를 결합하면, 시뮬레이션을 통해서 자기등화가 없는 통상적인 방법으로 수신한 경우와 ATRM을 사용하여 수신된 신호의 오수신확률을 계산하여 개발된 알고리듬을 검증하게 된다.
목표로 제시했던 기존의 (1) TRM이론, (2) 수중음향 전파모델, 그리고 (3) 통신의 기본 알고리듬은 BPSK(Binary Phase Shift Key)를 사용하여 수중통신에 대한 알고리 듬을 개발하였다. 이 과정에서, (4) 광대역으로 확장하는 작업과 함께 (5) TRM을 이용한 수중통신 알고리듬의 개발을 완료하였다. (6) 또한, 적응성을 도입하여 ATRM(ATRM, Adaptive Time-Reversal Mirror)을 수중음향 통신에 이용할 수 있는 알고리듬을 개발하고 시뮬레이션을 통하여 검증하였다. ATRM을 수중음향 통신에 적용하여 동시에 다중 위치에서 자기등화(self-equalization)되는 알고리듬을 시험적으로 적용하여 예상된 결과를 얻어 국제학술회의(미국음향학회)에서 2편의 논문을 발표하고, SCI급 학술지(미국음향학회지, The Journal of the Acoustical Society of America)에 발표(2004년 2월)하였다. 본 과제의 연구결과는 수중음향 환경에서 수중 통신에 적용된 결과를 포함하였으나, 개발된 이론은 다른 분야에서도 활발하게 적용할 수 있다. 예를 들면, 초음파 의료장비와 같은 일반 산업장비의 환경에서도 이 이론이 적용될 수 있다.

Abstract ▼

The purpose of this research proposal is to develop a self-equalized underwater communication system at multiple locations based on the Time-Reversal Mirror (TRM).
The underwater acoustic environment is probably the most challenging communication channel because of the distortion of the propagati

The purpose of this research proposal is to develop a self-equalized underwater communication system at multiple locations based on the Time-Reversal Mirror (TRM).
The underwater acoustic environment is probably the most challenging communication channel because of the distortion of the propagating signal, which is caused by multiple propagation paths, bottom and surface scattering, diffraction, refraction, ambient noise, and mostly frequency and mode dispersions. This is why the underwater communication is limited to the short range. One of the way to overcome this limitation, we need the realtime information on the ocean environment, which is not usually possible. Another realistic method is to use the adaptive method to self-equalize the signal at the receiving locations.
The TRM has been demonstrated to self-equalize the underwater communication channel without a priori information on the underwater acoustic environment. In this research, an adaptive concept is introduced to self-equalize the communication channel at multiple receiving locations in the ocean.
In order to develop the desired realtime self-equalizing algorithm, the following four different interdisciplinary areas are utilized, which are the theory on the Adaptive Time-Reversal Mirror(ATRM), the propagation model in the ocean environment, the basic communication algorithm, and the verification of the algorithm via numerical simulation.
The theory on the ATRM has been studied and published by the author recently. The underwater sound propagation is modeled based on the KRAKEN, which are well known in the underwater acoustic community. As for the basic communication algorithm, the PSK will be used. Finally, the new algorithm based on ATRM will be developed and verified through the simulation utilizing the related elements of models mentioned above.
The theory on ATRM, commucation theory and sound propagation model are combined to form an innovative underwater communication algorithm. The final outcome of this research enables the long-range underwater communication through the realtime and adaptive self-equalization. The developed algorithm can also be used not only in underwater communication but also in the detection of the underwater target such as submarine, as well as in the commercial areas of NDT(Non-Destructive Test) and ultra-sound medical imaging devices.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...7
• 3. 결과 및 고찰...20
• 4. 결론...20
• 5. 인용문헌...21