• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.251-257
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• 2021

수동소나를 운용하는 수중 플랫폼은 임무수행을 위해 표적의 위치정보를 획득해야 한다. 동해와 같이 해저면 반사파가 존재하는 환경에서는 다중경로로 수신한 신호 간 도달시간 차이를 이용하여 표적의 위치를 추정할 수 있다. 본 논문에서는 다중경로 음파전달 환경에서 수동소나 운용 시 도달시간차이를 이용한 확장칼만필터(EKF: Extended Kalman Fileter, 이하 EKF) 기반의 표적 위치 추정 기법을 제안한다. 기존의 표적기동분석(TMA: Target Motion Analysis, 이하 TMA)은 위치추정에 필요한 측정치를 장시간 누적해야하며 자함의 기동상태에 대한 제약이 있어 한정된 상황에서만 활용할 수 있다. 제안하는 방법은 표적에 대한 다중경로 음파전달로 인한 신호 간 도달시간 차이와 방위 정보를 측정치로 하는 확장칼만필터를 사용한다. 이 방법은 자함 기동과 측정치 누적 시간에 관계없이 표적 위치추정이 가능한 장점이 있다. 제안 기법의 성능 분석을 위해 표적의 거리와 수심에 따른 시뮬레이션을 반복 수행하여 거리에 따른 위치추정 오차와 수심에 따른 위치추정 오차를 분석하였다. 또한 거리에 따른 도달시간차이와 수심에 따른 도달시간차이를 분석하여 위치추정 오차와의 상관관계를 분석하였다.

• 한국음향학회지
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• 제43권1호
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• pp.29-38
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• 2024

정합장처리(Matched Field Processing, MFP)는 음파전달 예측을 기반으로 음원의 거리와 심도를 추정하는 기법이다. 그러나 주파수가 높아지면 음파전달 예측의 부정확성이 증가하여 음원위치 추정이 어렵다. 최근에 제안된 차주파수 정합장처리(Frequency-difference Matched Field Processing, FD-MFP)는 고주파 신호의 자기상관으로부터 추출한 차주파수 곱을 적용함으로써 음속의 오정합 등이 있어도 강인하다고 알려졌다. 본 논문에서는 수평선배열센서에서 차주파수 정합장처리의 성능을 알아보기 위하여, 동해의 환경에서 시뮬레이션을 수행하였다. 장거리 탐지가 가능한 해저면반사(Bottom Bounce, BB)와 수렴구역(Convergence Zone, CZ)이 발생하는 영역에서 위치추정 결과를 분석하였다. 수평선배열센서의 차주파수 정합장처리의 위치추정 정확도는 회절음장과 음속의 오정합에 의해 기존의 정합장처리에 비해 유사하거나 낮아졌다. 시뮬레이션으로부터 차주파수 정합장처리가 기존의 정합장처리보다 오정합에 강인하다는 명확한 결과는 볼 수 없었다.

• 한국음향학회지
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• 제43권4호
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• pp.445-454
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• 2024

소나를 이용한 수중 표적 탐지를 위해서는 해양환경 및 소나 특성이 반영된 탐지성능 분석이 수행되어야 한다. 수동 및 단상태 소나의 탐지성능 모델링은 해양환경을 고려하더라도 비교적 신속하게 수행될 수 있다. 하지만 양상태 및 다중상태 소나의 경우 수동 및 단상태 소나에 비해 계산 측면에서 높은 복잡성과 연산량이 요구되기 때문에 국내외에서는 음속구조나 해저지형과 같은 해양환경을 고려하지 않거나 단순화된 형태로 양상태 및 다중상태 탐지성능 분석이 수행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 동해 울릉분지 해역에서의 음파전달 특성 분석을 통해 잔향음과 해양환경이 양상태 탐지 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 수평 방위 해상도 변화 및 소음제한환경 가정 여부에 따른 탐지성능 모델링을 수행하였다. 이로부터 소나운용 수심이 최소음속층에 가까워질수록 해저지형의 영향이 줄어들며 잔향음 제한환경은 비교적 근거리에서만 형성된다는 것을 관찰하였다. 이러한 경향은 단순화하여 계산한 탐지성능 모델링의 결과와 정교하게 계산된 양상태 탐지성능 모델링 결과의 비교를 통해서도 확인 가능하였다.

• 소음진동
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• 제9권3호
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• pp.600-606
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• 1999

본 논문은 길이 방향에 따라 단면적이 감소하는 경로와 증가하는 경로 2개가 존재할 경우 길이 방향에 따른 단면적 변화율과 경로의 길이에 의하여 특정 주파수에서 음파의 위상이 반대되는 현상이 발생하여 전달 경로 하단에서 해당 주파수의 소음이 상쇄되는 현상을 규명하였다. 단면적 변화를 고려한 1차 파동 방정식을 적용하여 매우 간단한 해석적인 해를 구하였으며, 원형 덕트 내의 속이 빈 콘 형상의 단면적 변화를 적용하여 실험적으로 검증하였다. 질량 효과에 의하여 필터링 주파수는 1, 2차 모드에서는 이론보다 더 낮은 주파수에서 결정되나, 3차 이상 고차 모드에서는 이론식으로 그 해당 주파수를 예측할 수 있다. 본 연구의 결과는 좁은 공간에서 덕트의 특정 소음의 주파수를 제거하여 음질을 개선할 필요가 있는 경우 이를 덕트 내부에 적용하는 콤팩트한 필터로 적용할 수 있다.

• 한국통신학회논문지
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• 제37C권12호
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• pp.1328-1336
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• 2012

수중 음향통신 환경에서는 지상 RF 통신에 비하여 제한된 대역폭, 높은 페이딩효과, 높은 수중음파 전달지연과 같은 제약이 있다. 본 논문에서는 이러한 수중 음향통신의 제약을 극복하여 효과적인 대규모 수중감시시스템의 구축을 가능케 하는 계층적 네트워크 구조를 제안한다. 제안하는 네트워크구조는 수중센서, 클러스터헤드, 수중/해상 싱크 및 수중무인기를 포함하며, 패킷의 전송성공률을 최대화하고 센서노드의 전력소모를 최소화시키기 위하여 복수의 수중무인기를 이용한 하이브리드 형태의 데이터라우팅을 제공한다. 즉, 클러스터 내부에서 클러스터멤버들은 Tree구조기반 라우팅을 사용하여 클러스터헤드에게 데이터를 전송하며, 궤도 이동을 하는 수중무인기는 클러스터헤드로부터 병합된 센싱데이터를 수집하고 Store-carry-forward 방식으로 싱크노드에게 데이터를 전달한다. 수중무인기의 최장 궤도이동 시간을 최소화하기 위하여 Integer Linear Programming 기반의 알고리즘이 사용된다. 시뮬레이션을 이용한 성능분석을 통하여 제안하는 수중센서네트워크 구조가 기존의 Gradient 기반 라우팅과 Geographical Forwarding 방식에 비해 높은 전송성공율과 낮은 전력소모를 획득할 수 있음을 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.24-24
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• 2021

자연하천 바닥 경계층 내에서는 복잡한 난류 구조가 형성되며 이들은 하상에 강한 모멘텀을 전달한다. 바닥 부근에 분포하는 유사 입자들은 경계층 내에서 발생한 난류 흐름으로부터 모멘텀을 전달받아 소류사 혹은 부유사 형태로 이송되게 되며, 이러한 유사 이송 과정을 역학적으로 설명하기 위해서는 경계층 내 유체 흐름에 대한 이해가 선행되어야한다. 경계층 내 난류 흐름 특성이 유사 입자의 움직임에 미치는 영향에 대해 분석하기 위해서는 바닥 경계층 내 고해상도 유속 자료와 유사 움직임을 동시에 포착할 수 있는 기술이 요구된다. 하지만 현재까지 수행된 대부분의 선행 연구들은 점 유속을 측정할 수 있는 음파 도플러 유속계 (Acoustic Doppler Velocimetry) 혹은 2차원 입자 영상 유속계를 활용하였으며, 이들은 복잡한 3차원 난류 흐름 특성을 분석하기에는 한계가 있다. 본 연구의 목적은 실험실 실험을 통해 바닥 경계층 내 3차원 난류 흐름이 유사 이송에 미치는 영향에 대해 조사하는 것이다. 본 연구에서는 유사 주변에서의 고해상도 3차원 흐름 유동장 및 순간적인 유사 움직임에 대해서는 합성 개구 (synthetic aperture) 기반의 3차원 입자 영상 유속계 및 입자 추적 유속계를 활용하여 취득하였다. 취득된 흐름 유동장을 기반으로 레이놀즈 전단응력을 산정하였으며 이를 통해 유체가 하상에 미치는 모멘텀의 크기를 파악하였다. 복잡한 난류 흐름 구조에 대해서는 팔분원 분석 (octant analysis)을 통해 구분했으며, 유사가 움직이는 순간의 유속장을 기반으로 유사 이송을 발생시키는 지배적인 난류 흐름 특성에 대해 규명하였다. 본 연구는 바닥 경계층 내 복잡한 3차원 난류 흐름과 유사 입자의 움직임을 동시에 분석함으로써 기존에 수행되어왔던 선행 연구들의 한계점을 극복하고 보다 명확한 유사 이송의 발생 원인에 대해 분석했다는 점에 의의가 있다.

• 한국음향학회지
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• 제43권1호
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• pp.138-144
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• 2024

본 논문에서는 잠수함 양상태 표적강도 해석을 위한 양상태-단상태 변환 기법을 제안하였다. 이 기법은 송신 음원이 수중 표적면에 의해 산란된 후 수신자에 도달하는 음파 전달 경로 길이를 산정하고, 이에 상응하는 가상 산란면을 생성함으로써, 수중 표적의 표적강도 문제를 양상태에서 단상태로 변환하는 방법이다. 변환된 단상태 표적강도 문제는 기 정립된 단상태 표적강도 수치 해석 기법을 활용하여 양상태 표적강도를 평가한다. 표적강도 표준모델로 활용되고 있는 BeTTSi에 대한 양상태 표적강도 해석을 수행하였으며, 그 결과는 경계 요소법과 키르히호프 근사에 의한 해석 결과와 비교하여 제안된 해석 기법의 신뢰성과 잠수함 표적강도 평가 도구로서의 실무 활용성을 확인하였다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
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• 한국음향학회 1999년도 학술발표대회 논문집 제18권 2호
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• pp.161-164
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• 1999

본 논문에서는 표적 추적 시스템에서 센서 어레이에 입사되는 표적신호에 대한 센서 출력 신호간의 지연시간 추정(TDE:Time Delay Estimation)을 위해 백색상호 상관법(CSP:Cross-Power Spectrum Phase Analysis)을 이용한다. 그러나 음파의 다중경로 전달특성 및 배경잡음의 영향으로 인해 CSP계수는 많은 클러터(Clutter)를 포함하게 되고 결국 방위 추정 오차의 요인이 된다. 따라서 센서 어레이 중심좌표를 기준으로 대칭 배열된 센서쌍(Pair)에 대한 CSP계수를 동기가산 하여 실제 표적 방향 이외의 방향정보를 제거하는 방법을 제안한다. 시간에 따라 각도를 변침하는 표적에 대한 표적기동분석 (BOTMA:Bearings Only Target Motion Analysis)을 위해 매 관측시간마다 동기가산을 행한 CSP결과를 누적하여 방위각 궤적을 형성하였을 때 시간 Window에 따라 약간의 차이는 있지만 약 10dB의 궤적 추적 성능을 확인하였다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
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• 한국음향학회 2000년도 하계학술발표대회 논문집 제19권 1호
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• pp.291-294
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• 2000

가속 주행하는 차량의 소음을 줄이기 위해서는 각 소음원의 기여도를 파악하는 것이 필요하다. 본 논문에서는, 가속 주행하는 차량의 배기 토출 소음을 ISO362에서 규정한 음압 측정 지점에서 예측하기 위하여, 시간 영역에서 근접장 배기 토출 소음을 예측할 수 있는 시뮬레이션 프로그램 'WAVE'와 움직이는 음원의 방사 모델을 이용하였다. 가속 주행중 차량의 소음원에 의한 음파의 전달은 도플러효과와 시간 지연이 발생하며, 이를 고려하여 정지된 지점에서의 소음레벨을 예측하였으며, 배기 토출 소음의 예측을 통하여 가속주행소음에 대한 기여도와 그 소음 특성을 파악할 수 있다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
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• 한국음향학회 2004년도 춘계학술발표대회 논문집 제23권 1호
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• pp.155-160
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• 2004

배열센서를 사용한 표적의 위치 추정은 레이다 및 소나에서 잘 알려진 문제이다. 최근에 Lee 등은 1 차원 수평 선배열 센서만을 사용하여 다중경로를 통해 들어오는 신호로부터 표적의 3 차원 위치를 추정하였다. 그러나 이 알고리즘에서 수중에서의 음속은 수심에 관계없이 일정하다고 가정하였기 때문에 음속이 수심에 따라 다양하게 변화하는 실제 수중환경에서는 그 추정성능이 현저히 저하된다. 따라서 본 논문에서는 표적의 거리, 깊이, 방위각으로 구성되는 3 차원 위치 추정을 위해 비균일 음속환경에서의 음파전달모델(ray propagation model)을 이용한 ML 기법(maximum likelihood estimation)을 적용하였으며 일정한 음속을 가정한 Lee 기법의 추정치를 초기값으로 한 탐색을 통해 ML 기법의 연산량을 감소시켰다.