• 한국음향학회지
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• 제15권2호
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• pp.72-78
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• 1996

본 논문에서는 2차원 양방향 포물선 방정식 법과 푸리에 변환을 이용하여 3차원 굴절현상 및 3차원 후방 산란파를 포함하는 $2\frac12$차원 문제를 푸는 방법에 대해 다루었다. 여기서 $2\frac12$ 차원 문제란 2차원적 해양환경 하에 3차원적 음원이 존재할 경우를 의미한다. 2차원 양방향 포물선 방정식법은 수치기법으로 깊이 방향과 수평거리 방향에 대해 각각 Galerkin법과 Crank-Nicolson법을 사용하며 수직 불연속 경계면에 의한 후방 산란파를 포함한 수평거리 의존 문제에 대해 유용한 해를 제공한다. 2차원 해양환경에서는 파수 k가 종 또는 횡 수평거리 방향과 깊이 방향에 대한 함수이므로 3차원 Helmholtz방정식 법을 이용해 스펙트럴 해를 구하여 다시 푸리에 역변환하면 최종 해를 구할 수 있다. 본 연구방법의 정확성을 시험하기 위해서 계단형 해저면을 갖는 간단한 해양환경에서 계산을 수행해 보았으며 대한해협의 특정지역에서의 3차원적 음파전달 특성을 살펴보았다.

• 한국음향학회지
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• 제32권6호
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• pp.455-471
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• 2013

능동소나는 일반적으로 천해에서 존재하는 표적을 탐지하기 위해 사용된다. 신호가 송신되고 표적으로부터 반향되어 되돌아올 때, 표적 반향신호는 다중경로, 거친 해저면 또는 해수면에 의한 산란 그리고 음속구조에 의한 굴절과 같은 다양한 음파전달 특성에 의해 왜곡 되어 수신되며, 이는 표적 탐지를 어렵게 만든다. 그러므로 능동소나의 운용성능 체계에서 표적 신호 모의 시 음파전달 특성을 고려하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 단상태 능동소나 시스템을 고려하였으며, 표적 반향, 잔향음 그리고 주변소음은 각각 시계열 함수로 모의되었다. 마지막으로 전체 수신 신호를 모의하기 위해 위 신호들을 합하였다. 표적의 특징(형태, 위치, 자세각 등)을 반영한 3차원 대표반향점 모델은 음원과 표적 사이에 각각의 다중경로를 고려하여 표적 반향 신호를 모의하였다. 본 논문의 결과는 표적 신호 모의 시 직접파만을 고려한 알고리즘의 결과와 비교하였다.

• 한국음향학회지
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• 제25권8호
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• pp.395-402
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• 2006

능동-소나를 이용하여 수중표적을 탐지하는데 있어 소나탐지 성능은 잔향음에 많은 제한을 받는다. 해상풍은 해양에서 기포 형성에 중요한 역할을 한다. 그리고 기포는 유효한 산란체로서 잔향음에 기여한다. 본 연구에서는 중주파수 선저 고전형 능동소나를 운용 시 풍성기포가 음파전달에 미치는 영향을 연구하였다. 주파수 5, 7.5, 10kHz에 대해 기포층을 고려한 음원수심 3, 5, 10m에서의 능동 신호초과비 (Active Signal Excess:ASE)를 계산하였다. 해수면 부근의 음속변화는 해수면 잔향음 준위를 증가시키며, 능동 신호초과비를 변화시킨다 풍속이 10m/s에서 해수면 부근의 최대 탐지거리가 3km 이상 감소하였다. 그 원인은 풍성기포에 의한 해수면 방향으로의 굴절로 분석되었다.

• 한국음향학회지
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• 제28권4호
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• pp.328-335
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• 2009

음향수신신호의 위상은 매질에 대한 정보를 포함하고 있기 때문에 위상 변동을 연구하는 것은 매질에 대한 연구와 동반 되어야 한다. 또한 SAS (Synthetic Aperture Sonar)나 수중통신 등의 신호처리 시 수신신호의 위상변동 보정이 필요하다. 본 연구에서는 미세구조 난류에 의한 수신신호의 위상분산을 고찰하였다. 국지적으로 등방성이고 균질한 난류 환경 하에서 난류세기인자를 구하였고 음파 전달경로에 따라 난류세기가 미치는 영향을 고려하여 위상분산을 계산하였다. 난류세기 계산에 필요한 CTD자료와 ADCP자료는 묵호항 근처에 설치된 부표에서 획득하였으며 음파 전달경로는 Bellhop알고리즘을 이용한 음선 모델을 사용하였다. 결과적으로 난류세기인자는 주로 수온과 유속의 변화에 의해 결정되었으며 수신신호의 위상분산에 영향을 주었다. 이러한 위상분산은 소나 운용에 고려되어야 할 사항으로 여겨진다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
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• 한국음향학회 1996년도 제11회 수중음향학 학술발표회 논문집 11th Underwater Acoustics Symposium Proceedings
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• pp.69-75
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• 1996

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.

• 한국음향학회지
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• 제39권1호
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• pp.8-15
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• 2020

본 논문에서는 채널 시변동성에 강인한 송수신 모델을 제안하고, 송신기의 특성을 반영한 디지털 변조 신호를 프레임 동기화 기법을 통해 수신 신호의 성능을 향상시킨다. 제안하는 동기화 기법을 통해 송신기와 수신기 사이의 프레임 시점의 불일치 및 음파 지연에 의해 발생되는 정도가 큰 타이밍 오차를 복구한다. 수중환경 채널 및 수중음향통신을 위한 타이밍 및 위상 동기화 성능 확인을 위해 경상북도 문경시에 위치한 경천호에서 호수실험을 수행하였으며, 제안하는 프레임 동기화 기법을 적용하였다. 수신기가 고정 상태인 경우는 처음에 예상했던 프레임 시작 위치와 프레임 동기 이후 변동이 거의 없었으나 이동 중일 때는 다중 경로 전달 과정으로 인한 인접 신호 사이의 간섭으로 인하여 프레임의 시작 위치가 프레임 동기화이후 보정이 되는 것을 확인 할 수 있었다.

• 한국음향학회지
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• 제34권6호
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• pp.432-443
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• 2015

코히런스 분석은 두 수신신호의 유사성을 분석하는 방법으로, 수중음향에서는 음파의 시간 및 공간 특성을 나타낼 수 있는 유용한 분석 방법이다. 본 논문에서는 한국해양과학기술원과 한양대학교가 공동으로 수행한 해양음향 실험의 일부로, 3개의 수중청음기로 구성된 수직선배열센서를 이용하여 수중에서 주변 소음을 측정하였다. 조사선 발전기가 작동할 때와 정지했을 때, 총 두 가지 경우에 대하여 주변 소음이 측정되었고 각각에 대한 코히런스 분석을 수행하였다. 조사선 발전기가 작동하는 경우의 코히런스 결과는 조사선 발전기 소음의 전달 손실을 고려하여 계산된 방향 밀도함수를 이용한 코히런스 결과와 비교되며, 조사선 발전기가 정지한 경우인 주변 소음의 코히런스 결과는 해수면 소음원, 해저면 구성성분 및 원거리 선박 소음이 반영된 코히런스 모델 결과와 비교, 분석되어진다.

• 한국음향학회지
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• 제31권8호
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• pp.523-531
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• 2012

최근 친 환경 발전에 관한 관심이 높아지면서 태양광, 풍력, 조력, 조류 발전에 대한 수요가 점차 증가되고 있다. 이러한 친 환경 발전 방식 중 조석운동에 의한 해수의 흐름을 이용하는 조류발전은 지형적 특성에 의해 강한 조류가 발생하는 지역에서만 사용할 수 있는 특수한 발전 방식이다. 울돌목 해역은 조류 발전이 가능한 매우 강한 조류가 형성되는 지역으로 다른 지역의 해역과 구분되는 특별한 환경을 제공한다. 하지만, 해양에서의 인간의 활동은 수중소음을 야기하여 해양환경에 큰 영향을 미친다. 최근에는 환경영향평가의 중요성이 대두되면서 발전소 가동 시의 소음 특성 분석 및 전파양상 예측에 대한 필요성이 증가하고 있다. 본 연구는 조류발전소의 수중소음 특성을 측정하고 울돌목 해역으로의 전파양상을 모델링 하였다.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.139-146
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• 2018

수중음향통신은 자원 및 지질탐사, 무인잠수정을 이용한 수중탐지 등 산업, 과학, 군사 분야에 다양하게 이용될 수 있으며 최근 들어 미국을 비롯한 선진국을 중심으로 활발하게 연구되고 있다. 그러나 수중음향통신은 지상에서의 무선통신과 달리, 느린 음파 전달속도로 인한 전송대역의 제한과 다중경로에 의한 심볼간 간섭과 이로 인한 심각한 신호왜곡 등의 치명적인 문제점을 갖는다. 본 논문에서는 이러한 문제점 중, 다중경로에 의한 심볼간 간섭을 제거하기 위한 방법으로 단일반송파 전송방식을 사용하는 주파수영역등화(FDE) 기법과 다중반송파 전송방식을 사용하는 직교주파수분할다중화 기법(OFDM)을 수중음향통신 채널에 적용하여 그 성능과 수중통신에서의 적용성 여부를 판단하였다. 이를 위해 모의된 수중채널을 바탕으로, SC-FDE와 OFDM 방식의 성능을 SER 관점에서 비교하였다. 수중채널은 벨홉모델을 이용하여 모의하였으며, 모의실험 결과, SC-FDE는 OFDM에 비해 $10^{-3}SER$ 기점을 기준으로 약 5dB 이상의 SNR 이득이 발생하였다. 모의실험 결과를 통해, SC-FDE가 수중 음향통신에 효율적으로 적용 가능한 시스템임을 보였다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제30권1호
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• pp.11-20
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• 2021

최근 수중 무인 체계가 대두됨에 따라 핵심 기반 기술인 장거리 수중통신기술 및 고속 수중채널모델링 기술이 많은 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 고속 수중채널모델링을 수행하기 위한 고속 음파전달모델을 제안하여, 정량적인 성능 분석을 통해 제안 기술의 적용 가능성을 살펴보았다. 수층에서의 파동 전파를 모사하기 위하여 고차 유한 차분 기법을 사용하였으며, 범용 그래픽 프로세서를 이용한 영역 분할 기법을 적용하여 여러 개의 그래픽 프로세서 병렬 처리를 통해 연산 속도를 향상시켰다. 제안한 기법은 반무한 매질에서의 해석해와의 비교 및 파선법에 기반한 VirTEX 모델을 이용한 결과와의 비교를 통해 그 타당성을 검증하였다. 최종적으로 수치예제를 통해 고속 수중채널 모델링 기법의 정량적인 연산 성능을 분석하였다. 개발모델의 연산 성능 향상 정도를 정량적으로 분석한 결과 그래픽 프로세서 수가 증가함에 따라 연산 속도가 선형에 가깝게 빨라지는 것을 확인하였다. 연산 영역의 크기가 2배로 증가할 때와 주파수가 2배로 증가할 때 계산 시간은 각각 2배와 8배로 증가하였다. 본 논문을 통해 제안한 고속 수중채널모델 기술은 해양무인체계의 수중통신기술 개발을 위한 수중통신 채널모델 및 분석 툴로 탑재되어 국방력 강화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.