초록 ▼

III. 연구개발의 내용 및 범위
해양의 파고 및 파향은 바다를 연구하는 매우 중요한 정보이며, 대부분의 파고측정 장비는 한 지점의 파고만을 측정하며 파향의 측정은 쉽지 않다. 그러므로 영역 (또는 길이방향이나)의 파고 및 파향의 측정을 한 번에 할 수 있는 장비가 필요하다. 그리고 스나미와 같은 해양 재해 등을 예측하기 위해서는 해저의 온도변화를 측정해야 하는데 이러한 감시 시스템의 구축은 수많은 센서의 설치가 필요하다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 센서를 넓은 영역 단위로 설치할 수 있는 방법은 향후 해양발전에 중요한 기

III. 연구개발의 내용 및 범위
해양의 파고 및 파향은 바다를 연구하는 매우 중요한 정보이며, 대부분의 파고측정 장비는 한 지점의 파고만을 측정하며 파향의 측정은 쉽지 않다. 그러므로 영역 (또는 길이방향이나)의 파고 및 파향의 측정을 한 번에 할 수 있는 장비가 필요하다. 그리고 스나미와 같은 해양 재해 등을 예측하기 위해서는 해저의 온도변화를 측정해야 하는데 이러한 감시 시스템의 구축은 수많은 센서의 설치가 필요하다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 센서를 넓은 영역 단위로 설치할 수 있는 방법은 향후 해양발전에 중요한 기술이다.
기존에 개발된 파고계는 아래의 설명과 같이 압력, 초음파, 마이크로파 등 다양한 파고계가 있다.
(1) 압력파고계: 해수면 아래에 설치하여 수온과 해수운동에 의한 압력변화를 측정하고 관측된 자료로부터 파동이론을 적용해 표면파로 변환시켜 파고를 산출하는 계측기로 해수면의 압력 변화를 샘플링 한다. 관측된 자료에서 평균값을 기준으로 압력의 변화 값을 산출한 후, 스펙트럼 방법에 의해 최대파고, 유의파고, 주기 등을 산출한다. 그러나 압력의 변화를 측정하기 때문에 파의 진행방향(파향)을 관측할 수 있다. 이 파고계는 해정 설치되므로 해양에 설치되는 다른 장비들에 비해 선박이나 어로활동으로 인한 유실이 적다. 그리고 유석이 빠른 곳에서는 파향이 변할 수 있기 때문에 압력 전달계수를 고려하여야 하고, 수압 측정값을 수위 값(파고)으로 변환시키는 과정으로 오차가 발생할 수 있다.
(2) 초음파파고계: (ㄱ) 수중발사형 초음파파고계: 해저에 설치된 초음파 빔을 송․ 수파기로부터 발사된 초음파형을 직접 측정한다. 관측은 송․ 수신기로부터 펄스상의 초음파를 연직상방으로 발사하고 대기와의 경계층을 형성하는 해면으로부터 반사되는 파를 수신하여 이에 소요되는 시간을 측정함으로써 해면까지의 거리를 산출한다. 이 파고계는 표면 파형이 직접 관측되며 해저에 성치하기 때문에 어업이나 항해하는 선박으로부터 영향을 받지 않는다. 그러나 수질 조건이 복잡하거나 급변하는 해역, 연안 또는 해안구조물이 인접하여 초음파 신호의 반사가 영향을 받는 곳, 선박의 항해가 빈번한 곳 그리고 강풍에 의해 쇄파 등이 자주 발생하는 곳에는 관측 오차가 발생할 수 있다. 이 계측기는 해저 바닥에 설치하므로 압력파고계와 마찬가지로 수심이 깊은 해역에서는 설치가 어렵다. (ㄴ) 공중발사형 초음파파고계: 초음파 송․ 수신기를 공중에 설치하여 연직하 방향으로 발사한 초음파가 해면에서 반사되는 시간을 측정하는 것이다. 대기 중에서 초음파의 전파속도가 수중에 비해 늦고 온도 변화에 대한 속도 변화를 무시할 수 없기 때문에 온도보정회로가 내장되어 있다. 그리고 바람․ 강수 등 악기상시는 초음파의 신호가 변질 될 가능성이 있다. 측정범위는 15m이며 정확도는 약 10mm, 관측자료는 0.5초 간격으로 수집하여 전송한다. 이 장비는 조석의 변화가 심한 해양환경에서는 운용이 적합하지 않다. 특히 조간대 지역이나 해안가에 설치한 경우에는 파의 회절, 굴절, 반사 등으로 파의 특성이 변형되어 관측될 수 있다.
(3) 레이더파고계: 마이크로파 레이더파고계 Microwave를 이용한 파고계이며 6개의 안테나로 구성되어 있다. 각 안테나는 각각 수평 30°영역에 대해 탐지하므로 총 180°범위를 감지하게 되는 것이다. 안테나로부터 발사된 파는 해면으로부터 반사되어 산란된 신호를 수신하여 해상상태를 감지한다. 이 장비는 해상의 관측 탑에서 파랑 관측을 하기 위하여 개발된 장비로서, 섬이나 연안지역에 설치하기 위해서는 주변의 관측 환경을 최우선적으로 고려하여야 한다. 마이크로파는 수평면을 기준으로 연직 아래쪽으로 10°범위로 빔이 발사되므로 설치고도는 20~100m이고, 전방 180°이네에 장애물이 없어야 한다. 또한, 관측하고자 하는 해역의 수심은 최소 25m 이상을 유지하여야 한다. 마이크로 파장대의 매우 짧은 파를 사용하여 수면의 잔파를 관측하기 때문에 비나 눈의 영향을 받지 않는다. 그러나 해수면이 고요한 수면 상태가 지속되는 경우에는 반사파의 강도가 매우 약해져 잡음이 커질 수 있어, 2.0m/s 이상 바람이 불 때 정확한 파고 관측 값을 얻을 수 있는 특성이 있다.
(4) 영상 레이더파고계: 선박 항해용으로 활용하는 레이더(X-bang)를 이용하는 파랑 감시 시스템으로 레이더에서 감지되는 영상 이미지를 스펙트럼 분석을 하여 유의파고, 파주기 등을 산출한다. 파랑 관측의 최적범위는 레이더와 해수면과의 각도가 1~10°인 곳으로서, 1°이하의 먼 거리 영상은 반사파의 에너지가 약하고 10°이상의 근거리는 너무 많은 파랑이 영상으로 표출되어 레이더 에코가 약하게 나타난다. 이 장비는 제주도 고산에 설치한 것으로 관측 탑의 높이는 3m이며 레이더의 회전 속도는 48회/1분이다. 자료수집 영역에서 검은색 사각부분이 파고계에 의해 관측되는 부분이며 해안으로부터 거리는 1.5km 떨어져 있다. 관측 영역은 780m X 780m의 정방형이다.

Abstract ▼

Ocean wave and wave direction of the ocean is very important to study the ocean, in general, commercial equipment measures only one point. Therefore, equipment measured on several points at the same time is needed. In order to solve these problems, the optical fiber sensor as the appropriate sensor

Ocean wave and wave direction of the ocean is very important to study the ocean, in general, commercial equipment measures only one point. Therefore, equipment measured on several points at the same time is needed. In order to solve these problems, the optical fiber sensor as the appropriate sensor can be used to measure used on land in several areas. In this study, using the basic OTDR system, we set the measurement system. Using a tank, we also obtain from the OTDR measurement data. The inverse scattering algorithms develope using the Schur algorithm for the identification of the ocean wave, wave direction and water depth.
- BMI 720 model is selected through the survey of OTDR equipments.
- Using EXPO OTDR and 1550nm single-mode fiber optic, the measurement system to measure the ocean wave is set.
- Structure is proposed to increase the sensitivity of the fiber bending loss according to the weight for structure fabrication.
- According to the weight, the fiber bending and scattering losses are measured.
- Layer Peeling algorithm is developed for calculating loss of the reflection coefficients and the scattering parameters.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 보고서 요약서 ... 2
• 요약문 ... 3
• I. 제목 ... 3
• II. 연구개발의 목적 및 필요성 ... 3
• III. 연구개발 내용 및 범위 ... 5
• IV. 연구개발 결과 ... 11
• IV. 연구개발 결과의 활용계획 ... 18
• SUMMARY ... 19
• CONTENTS ... 20
• 목차 ... 21
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 22
• 제1절 연구의 개요 ... 22
• 제2절 연구의 필요성 및 중요성 ... 24
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 26
• ▷ 해양통신 시스템 ... 26
• ▷ 수중 음향센서 ... 26
• ▷ U-마린로봇(수중통신로봇) 개발 ... 26
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 28
• 제1절 연구내용 및 결과 ... 28
• 제3절 결론 ... 52
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 53
• 가. 연구개발 수행 진도율 ... 53
• 나. 연구개발 목표의 달성도 ... 53
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 55
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 56
• 제1절 국내·외 연구동향 ... 56
• 제2절 본 과제의 응용 분야에 대한 연구동향 ... 56
• 제7장 참고문헌 ... 59
• 끝페이지 ... 59