수중 트랜스듀서는 진동하는 물체위에 설치되어 다양한 외부 소음원이 유입되는 환경에 노출되어 있다. 외부 소음원으로는 선체 진동. 프로펠러 소음, 그리고 유동 유기 소음들을 들 수 있고, 트랜스듀서의 실제 작동시 이들의 레벨이 상당히 높아서 센서의 정확한 작동에 장애가 되고 있다. 본 논문에서는 외부 소음원에 무관한 고 정밀, 저 소음 특성을 지닌 음향센서를 개발하기 위하여 유한요소법 (FEN)을 사용하여 소음 전달 특성을 분석하고, air pocket과 음향 감쇠층의 다양한 조합으로 이루어진 구조를 개선한 음향센서의 설계 및 내소음성 평가를 하였다. 또한 사용한 음향 감쇠층의 최적 물성을 제시하고자 한다. 그 결과 센서 측면 하단부에 소음원이 위치할 경우 가장 큰 잡음 신호로 작용하며, 구조를 변경한 결과 기존 음향센서에 비해 55% 이상 내 소음성을 증진 시켰다. 그리고 음향 감쇠층의 최적 음향 임피던슨는 1 Mrayl 이하 혹은 4mrayl 이상으로 분석되었다.

This paper introduces an analysis of the non-axisymmetric mode due to in-plane vibration of an annular type piezoelectric actuator using FEM(Finite Element Method). The actuator is used as stator of ultrasonec motor. The freqrency charecterisrics and non-axisymmetric mode of the annular piezoelectric acruator are considered at a steady-state condition. The non-axisymmetric mode is occured by two sinusodial voltage sources with $\pi$/2 phase difference on the time domain. The resonant frequency of non-axisymmetric of non-axisymmetric mode is 60.358 kHz and 59.880 kHz for calculation and measurement, respectivly. The error was 0.8% between calculation and measurement. The revolution of the non-axisymmetric mode for actuator is analized at a period of exciting voltage sources using annimation. It is confirmed that the actuator has an usefulness as the stator of ultrasonic motor and the preposed method has a properity.

다수의 신호를 동시에 사용하는 경우에 나타나는 광대역 신호나 센서의 수와 형성하고자 하는 빔의 수가 많은 경우를 다루기 위해서는 주파수 영역 기법이 필요하다. FFT를 사용하는 낮은 샘플링 주파수에서도 시간 영역에서의 보간 방법보다 빠르게 정확한 시간 지연을 줄 수 있어 코히어런트 신호처리가 가능하다. 또한 특정 센서가 불량인 경우 보정이 상대적으로 용이하다는 장점을 가진다. 여러 가지 주파수 영역 빔형성 기법 중 계산량과 저장 용량면으로 효율적인 방법은 CZT와 FIR interpolation 방법이다. 또한, 공액 빔을 형성할 경우에는 Goertzel의 알고리듬을 이용하는 방법도 효율적이다.

예인형 선배열 소나에서 기존의 선배열 빔형성 기법을 적용하면 예인함 기동시 선배열 형상 변형에 의해 심각한 성능 저하 현상이 나타난다. 이러한 문제 해결을 위해 센서배열 변형을 고려한 견실한 빔형성 기법은 선배열 형상 추정을 위해 칼만필터를 이용한 형상 추정기법을 이용하고, 변형보상 빔형성을 위해 선배열 세그먼트 기울기 추정값을 이용하는 변형보상 빔형성 알고리즘을 제안하였다. 제안된 기법을 기존의 빔형성 기법을 적용하여 시뮬레이션에 의해 제안된 기법의 보상성능을 입증 하였다.

수동 소나 시스템에서 표적을 탐지, 식별하는데 가장 중요한 인자는 표적에서 발생되는 토날 신호 성분이다. 수중의 주변잡음과 표적소음이 복합된 환경하에서 표적의 토날 신호성분을 정확히 추출하는데는 신호 탐지 준위 설정이나 주변 잡음의 변화에 의해 어려움이 있다. 본 논문에서는 ASM 신경망을 이용하여 신호 탐지 준위 설정이나 주변잡음의 변화에 강인한 음향 표적의 토날 신호 탐지 방식을 제안한다. 모의 시뮬레이션 및 실제 표적 신호에 적용하여 우수한 토날 신호 탐지 성능을 보인다.

본 논문에서는 시변 주파수를 추정하기 위한 방법으로 기존의 시간 가중 칼만 추정기법에 변형된 Huber함수를 적용하여 충격성 잡음환경 하에서도 강인한 칼만추정기법을 제안하였다. 기존의 시간 가중 칼만 추정기법은 오차가 정규분포를 가진다고 가정된 상태에서는 적합한 파라메타 추정을 할 수 있지만 충격성 잡음이 존재하는 경우에는 수렴속도나 시변적응능력에서의 성능저하가 나타난다. 제안된 알고리듬은 영향함수 측면에서 충격성 잡음에 의해 생기는 오차의 크기를 제한함으로써 기포나 인위적인 충격성 잡음환경 하에서도 시변 주파수 추정을 할 수 있으며 알고리듬의 타당성은 모의실험을 통해 보였다.

해양에서 내부파 (internal wave)는 수직적으로 밀도가 크게 다른 두 층의 경계면에서 생성되는데, 일반적으로 경계면은 수온약층 (thermocline)에 해당된다. 본 연구에서는 간단한 단주기(하나의 주기만을 갖는)내부파를 가정하고 이 내부파에 의해서 야기될 수 있는 저주파 (100-400 HZ) 전파손실의 변동 정도를 모델링을 통해 추정하였다. 내부파의 파장은 1Km이고 진폭은 25m이며 수심 50-100m 사이에 존재하는 것으로 가정하였다. 전파손실 계산은 PE (parabolic equation) 기법을 도입한 모델을 이용하였다.수층의 두께는 2000m로 균일하고 퇴적층 및 기반암층의 두께는 각각 500m로 가정하였다. 모델링 결과 단주기 내부파의 1 파장이 진행하는 동안 고정된 수신 깊이별로 20km 거리에서 10 dB 이상의 큰 변동이 야기 될 수 있음을 확인하였다. 이는 내부파 내에서 큰 굴절을 변화로 인한 음파의 산란 때문으로 볼 수 있다. 실제 해양에서는 내부파가 단주기 파동 형태로 나타나기 보다는 여러 주기의 파동이 중첩되어 나타나므로 정확한 내부파 영향을 추정하기 위해서는 보다 실제에 가까운 내부파를 모델링할 필요가 있다.

동해의 경우 강한 극전선이 존재하여 복부해역과 남부해역의 음속구조는 커다란 차이를 보이고 있다. 이러한 해역에서 평균음속구조를 구하여 표준해양을 설정할 경우 음파 전파경로의 차이가 커지게 된다. 따라서 이러나 해역에서 해양음향 토모그래피를 이용한 해양탐사를 수행하기 위해서는 해역별로 다른 음속구조를 가지는 표준해양의 설정이 필요하며 이를 근거로 음파의 전파경로 및 음속구조를 표준해양으로 설정하여 수온 및 수중음속의 변동량을 역추정하는 방법을 이용하고 있다. 본 연구에서는 인위적인 극전선을 설정하고 해역별 특징을 갖는 표준해양을 설정하여 음파 도달시간의 기준을 설정하고 음속구조의 역추정을 수행하여 기존의 해양음향 토모그래피에 의한 해양탐사 방법과 비교하였다. 그 결과 기존의 해양음향 토모그래피를 이용한 역추정에서는 전선의 형태를 재현하기 위해서 여러 개의 음원과 수신기가 필요하였으나 거리종속 표준해양을 이용할 경우 그 수가 줄어도 가능하고 평균오차고 작아지는 결과를 얻었다.

천해에서 얻은 잔향음신호를 역추정 알고리즘으로 분석하여 자료수집 당시의 환경 변수인 해상풍의 세기와 해저면의 상태를 추정하는 방법에 대하여 기술하였다. 소오나 시스템과 잔향음신호 수집 당시의 환경 자료를 알고 있다면 음원에서 방사된 음파가 해수면에 처음 도달하는 시간과 수평입사각을 multipath eigenray model에 의해서 계산할 수 있고 이 정보를 이용하여 수신된 잔향음 신호를 분석하여 해수면에 의한 산란잔향음 준위와 시간을 계산할 수 있다. 해수면 후방산란강도는 수평입사각, 음원의 주파수, 해상풍의 세기 등에 의해 특징지어지며 계산된 잔향음 준위로부터 소오나 방정식을 이용하여 후방산란강도를 알아낼 수 있다. 이 후방산란강도를 입력자료로 하여 Method of Small Perturbation이론과 Chapman과 Harris가 유도한 실험식을 사용하여 입력된 값과 일치할 때까지 후방산란강도를 계산하여 이때의 환경변수를 찾아내었다. 한편 해저면 잔향음신호는 표준화된 후방산란강도값들의 PDF를 만들어 그 분포양상을 분석하였다. 본 논문에서 사용된 알고리즘의 검증을 위해서는 보다 다양한 환경하에서 실시된 많은 음향괸측자료를 필요로 한다.

동해 중부 연안(수심: 200 m)에서 해수 중 주위잡음을 측정하는 동안 태평양 흰줄무늬 돌고래(pacific white-sided dolphin, 학명: Lagenorhynchus obliquidens)의 발생음을 수신하였으며 그 음향 특성을 분석하였다. 그 결과 얻어진 결론을 요약하면 다음과 같다. 첫째, 돌고래 발생음의 파형은 임펄스의 형태로서 그것의 전체 길이는 0.25~60.50 ms였고, 처음에 음(-)의 방향으로 작은 진폭을 보였으며, 그 후 작은 진폭으로 빠르게 감쇠진동하고 있는 형태를 나타내었다. 둘째, 돌고래 발생음의 주파수 스펙트럼은 약 18~90kHz의 광범위한 성분을 포함하고 있었다. 셋째, 돌고래 발생음의 스펙트럼 레벨 피크는 주파수 범위 35~55 kHz에서 나타났으며, 이것은 돌고래의 발생음이 없는 경우 해수 중 주위잡음의 레벨에 비하여 약 30~40 dB 높게 나타났다.

A numerical study of a two-dimensional acoustic field is carride ort for a spinning vortex pair located neat a wall to investigate the effect of the wall from the spinning quadrupole source in unsteady vortical flows. Based on the known incompressible flow field, the perturbed compressible acoustic terms derived from the Euler equations are calculated. Non-reflecting boundary conditions on the free field and the solid boundary conditions are developed for a generalized curvilinear coordinates system to investigate the effect of a curced wall. It is concluded that the sound generated by the quadrupole sources of unsteady vortical flows in the presence of a flat wall or a circular cylinder can be calculated by using the source terms of hydrodynamic flow fluctuations in both near and far acoustic fields simultaneously.

수중음파전달 모델은 benchmark 시험을 통해 정확도, 적용범위, 계산시간 등의 성능을 평가받는다. 본 논문에서는 analytic 모델, 정상 모드 모델(normal mode model), 포물선 방정식 모델(parabolic equation model), 가우시안 빔 모델(Gaussian beam model), 스펙트럼 모델(spectral model) 등 거리의존 모델에 대해 benchmark 시험을 수행하였으며, benchmark 시험은 다음과 같은 세 가지 거리의존 해양환경으로 나누어 실시했다 : 1) 해수면과 해저면이 Dirichlet 경계조건인 이상 쐐기 문제(ideal wedge problem), 2) 해수면은 앞서 말한 Dirichlet 경계조건이나 해저면은 전달 손실이 있는 손실 통과 해저면 쐐기 문제(penetrable lossy bottom wedge problem), 3) 해수면은 앞서 말한 Dirichlet 경계조건이고 해저면은 Neumann 경계조건으로 서로 평행이면 음파전달 속도가 거리방향 의존인 경우, 경우 1은 anaytic 모델을 사용하고 경우 2는 정상 모드 모델, 포물선 방정식 모델, 스펙트럼 모델을 사용하였으며, 경우 3에 대해서는 가우시안 빔 모델과 포물선 방정식 모델을 사용하였다.

40-100m 수심에 평탄한 모래층으로 구성된 구성된 친해를 1/1,000모형으로 축소시킨 무향수조내에서 Pekeris 모델에 대한 normal mode 관측실험을 점수신기로 수행하였다. 무향수조에 사용된 쐐기형 흡음재가 50kHz이상에서 20-25dB의 반향음 감쇠율을 가지므로 해서 이 수조가 해양과 유사한 조건을 갖게 되었으며, 실험에 사용된 점수신기는 B&K의 8130 수중청음기에 음향중심으로부터 조그만 크기의 사각형 틈을 제외하고 pressure-release 물질을 씌움으로써 얻을 수 있었다. 이 실험을 통해 얻은 결과들을 종합해 보면 연속모드의 피적분함수가 cut-off로부터 멀어지면 불연속모드의 합으로만 된 이론식과는 대략 수심의 10배 이내에서 다소 차이를 보일 뿐 전 관측거리에서 실험결과와 비교적 잘 일치하고 있다. 그러나 연속모드의 공진이 cut-off에 가까워 질수록 가상모드가 음향에 미치는 역할이 증대되어 근거리에서는 불연속모드의 합으로만 된 이론식과 큰 차이가 날 뿐만 아니라 영향이 미치는 거리가 수심의 수십배까지 증가함을 볼 수 있다. 특히 불연속모드의 개수가 2개이고 cut-off로부터 아주 가까운 가상모드가 존재할 경우, 가상모드가 수심의 60배 가까운 거리까지 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.