• 한국음향학회:학술대회논문집
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• 한국음향학회 1996년도 제11회 수중음향학 학술발표회 논문집 11th Underwater Acoustics Symposium Proceedings
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• pp.33-36
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• 1996

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.

• 한국음향학회지
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• 제27권3호
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• pp.140-148
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• 2008

본 연구에서는 물리광학법 (physical optics)과 푸리에 변환 (Fourier transform)을 바탕으로 잠수함과 같이 크고 형상이 복잡한 수중표적의 시간영역 음파 후방산란 신호를 모의하기 위한 수치해석방법을 구현하였다. 키르코프-헬름홀쯔 적분식 (Kirchhoff-Helmholtz integral equation)에 키르코프 근사이론 (Kirchhoff approximation)을 적용하여 유도한 물리광학법을 바탕으로 수중표적의 후방산란 음파에 대한 주파수 응답을 계산하였으며, 시간영역 신호모의를 위해 구해진 주파수응답에 고속 역푸리에 변환 (inverse fast Fourier transform)을 취하였다. 입사 음파의 직접조사 면적을 산정하기 위한 적응 삼각형 빔 방법과 다중반사 효과를 고려하기 위한 가상면 개념을 도입하였다. 평면 음파가 정사각형 평판에 수직으로 입사하는 경우에 대한 수치해석 결과를 시간영역 물리광학법에 근거한 해석해와 비교하여 본 연구에서 구현한 수치해석방법의 정확성을 검증하였으며, 반구형 원통모델에 대한 수치모의 결과를 측정결과와 비교하여 본 연구방법이 거울반사 (specular reflection) 효과가 우세한 경우에 유효한 해를 제공할 수 있으나 작은 표적에 대해서는 오차를 줄 수 있음을 확인하였다. 또한, 이상화된 잠수함 모델에 대한 수치해석을 통해 실제 수중표적에 대한 시간영역 후방산란 해석으로의 적용 가능성을 확인하였다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
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• 한국음향학회 2004년도 추계학술발표대회논문집 제23권 2호
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• pp.437-440
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• 2004

HMS(Hull Mounted Sonar) 운용 시 수중음속구조의 영향에 의한 음파가 경계면(해저면, 해수면)의 반사를 통해서 근거리 음영구역(short range shadow zone)을 발생시킨다(그림 1). 따라서 본 논문에서는 다양한 수중음파탐지 무기체계 가운데 특히 단상태 (monostatic) 조건일 때 HMS에 의해 발생하는 근거리 음영구역을 최소화하는 방안을 연구하였다. 즉, 2차원 수중공간 (수심-거리)에서 빔형성기법 (beamforming)을 이용한 HMS Vertical Scanning (HMS Verscan) 기법을 제안하여 수치 실험을 수행하였다. 수치실험을 위해 HMS 운용환경에 근접한 고주파 음선모델(BELLHOP)과 잔향음 모델(HYREV)을 이용하였다. 그 결과 HMS Verscan 기법은 수평방향의 음파방사에 의해 주로 발생하는 근거리 음영구역으로 해저반사를 통하여 음파를 전달시켰고, 근거리 음영 구역에 숨어있는 표적의 탐지가능성을 높였다. 또한 실제 산란환경을 고려한 수치실험 결과에서도 부분적으로 표적이 탐지가 됨으로써 HMS Verscan 기법의 근거리 음영구역의 감소효과를 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제22권8호
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• pp.652-659
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• 2003

사질로 이루어진 평탄한 경계면에서 수평입사각 (25°, 40°, 65°, 80°)에 따른 고주파(40∼120 kHz) 반사손실 측정 실험을 수조 내에서 수행하였다. 5×5×5 m 크기의 수조는 바닥을 두께가 0,5m 이고 평균입도가 0.5 ø인 사질 퇴적물로 채웠으며 퇴적층 경계면은 평탄하게 조성하였다. 측정된 주파수별 수평입사각에 따른 반사손실은 고주파 해저면 반사손실 모델인 APL-UW 모델 (Mourad & Jackson, 1989)과 비교하였다. 60 kHz 이하 주파수의 경우 모델과 실측치가 거의 일치하였으나 70 kHz 이상의 경우에는 주파수가 증가함에 따라 2∼3dB씩 증가하는 결과를 보였다. 70 kHz 이상의 경우 모델과 실측치 간의 차이는 모델에서 다루지 않는 거칠기 (입도)의 수직 크기 때문이며 고주파로 갈수록 산란이론의 레일리 인자 (Rayleigh parameter)의 값이 증가하여 거칠기에 의한 산란효과를 포함하기 때문이다. 따라서 평탄한 해저면일지라도 사질과 수층으로 이루어진 경계면에서의 반사손실모델은 입도분포의 신뢰구간 내에서 갖는 거칠기 영향에 의한 주파수의 종속성을 고려하여야한다.

• 한국수산과학회지
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• 제43권4호
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• pp.380-385
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• 2010

Several theoretical acoustic scattering models were applied to estimate the target strength (TS) for assessing the biomass of zooplankton, to overcome the difficulty of direct measurements. Acoustical scattering characteristics of copepods were estimated using three theoretical models, and the application of the models was evaluated for four frequencies of a scientific echo sounder. The scattering directivity by the body shapes of copepods at 200 kHz and 420 kHz was significantly affected by TS patterns. Averaged TS, however, were similar at higher frequencies. Consequently, a low frequency model, such as a truncated fluid sphere model, provides a good acoustical biomass estimation. The regressions of TS and 30 logL were < $TS_{200\;kHz}$ >= 30logL-118.4 ($R^2=0.716$) and < $TS_{420 kHz}$ > =30 logL-108.8 ($R^2=0.758$), respectively.

• 한국음향학회:학술대회논문집
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• 한국음향학회 2001년도 추계학술발표대회 논문집 제20권 2호
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• pp.163-166
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• 2001

초음파를 이용하여 인체 조직의 특성을 알아내는 방법은 매우 광범위하게 응용되어 오고있다. 그 중에서 초음파를 발생시킨 후 반사되어 되돌아오는 신호를 측정하여 그 감쇠 정도로부터 조직의 특성을 추정하는 방법이 많이 사용되고 있다. 이러한 감쇠현상은 발생된 초음파가 조직 내에서 흡수 또는 산란현상을 거치면서 주파수가 변이를 일으키기 때문에 발생한다. 따라서, 조직의 감쇠 특성을 알아내기 위해서, 주파수의 함수로 근사할 수 있는 감쇠 계수(attenuation coefficient)를 이용하여 시간에 따라 달라지는 주파수 변화를 추정한다. 그러나, 기존의 Ah(Auto-Regressive) 모델을 통한 시간영역 및 주파수 영역에서의 추정 방법을 사용하면 잡음이 존재하는 상황에서 시변 신호를 추정하는데 성능이 많이 저하된다. 본 논문에서는 이러한 단점을 보완하기 위해서, 가변 망각 인자와 재귀적인 TLS(Total Least Squares) 방법을 사용하여 시간에 따라 변하는 신호를 정확하게 추정하고 잡음환경에도 강인한 알고리듬을 제안하였다. 또한, 제안된 알고리듬은 추정 성능을 향상시킬 뿐 아니라 감쇠정도의 강약에 관계없이 망각인자의 값을 적응적으로 변화시켜 동작하는 장점을 가진다.

• 한국음향학회지
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• 제41권4호
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• pp.468-479
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• 2022

수중에서 능동소나를 이용하여 표적을 탐지하기 위하여, 송신음이 표적에 반사된 반향을 수신함으로써 표적의 위치를 감지한다. 이때 산란체로부터의 잔향이 발생하며, 이는 표적 반향의 탐지를 방해하게 된다. 효과적인 표적 탐지를 위해 자기회귀 모델기반의 백색화 기법이나 주성분역산 등의 잔향 제거 기법이 연구된 바 있으며, 최근에는 비음수 행렬 분해 기반의 기법이 고안되었다. 비음수 행렬 분해 기반의 잔향 제거 기법은 기존의 기법에 비해 향상된 성능을 보여주지만, 송수신기의 위치 및 거리에 의한 감쇠 등이 고려되지 않았다. 본 논문에서는, 양상태 소나에서 지속파 송신 파형을 사용하는 경우에 대하여 수신기의 방향성과 그에 관련된 도플러, 그리고 거리에 대한 감쇠 등의 전처리를 통해 성능을 개선하였다. 본 연구에서 고안된 시스템의 성능을 확인하기 위하여 잔향 모델을 이용한 시뮬레이션을 수행하였다, 시뮬레이션 결과 1 %의 낮은 오탐지율에서 기존의 비음수 행렬 분해 기법 대비 10 % ~ 40 %의 탐지율 성능 향상이 있음을 확인하였다.

• 수산해양기술연구
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• 제51권3호
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• pp.405-413
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• 2015

Acoustic target strength (TS) measurement and theoretical acoustic scattering models were applied to estimate the TS for assessing the fish biomass. TS measurement was made of ex situ sailfin sandfish Arctoscopus japonicus at 70 and 120 kHz, and then compared to backscatter model prediction. The live sandfish was tethered in seawater using monofilament lines. Measurements were made versus incidence angle, $-50^{\circ}$ to $50^{\circ}$ relative to dorsal aspect directions. Distorted wave Born approximation (DWBA) model was used to calculated TS pattern. The TS values of sandfish (body length: 16.2 cm) at 70 and 120 kHz were -66.94 dB and -64.45 dB, respectively, and were about 20 dB lower than TS of other fishes in Korea waters. These TS levels were distributed within the range of the theoretical TS. Ex situ measurement and theoretical TS may be applied to improve acoustical detection and biomass estimation of the sandfish, and is necessary to measure with various lengths.

• 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.

• 수산해양기술연구
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• 제48권4호
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• pp.487-494
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• 2012

Acoustical backscattering characteristics of Japanese anchovy can be estimated by Kirchhoffray mode model (KRM model) due to estimate exact body and swim-bladder shape of the fish, the samples were rapidly frozen by dry-ice and alcohol. X-ray photos for ventral and lateral direction for 6 samples were taken and the 3D coordinates of the body swim-bladder were estimated by digitizing from the photos. The angles between the axis of body and swim-bladder were about $9^{\circ}$ at 38kHz and $7^{\circ}$ at 120kHz, 200kHz. General formula of TS and BL estimated were < $TS_{38kHz}$ >=20logBL-67.3, < $TS_{120kHz}$ >=20logBL-66.6, < $TS_{200kHz}$ >=20logBL-67.0. As a result, we confirmed KRM model is very useful to estimate TS (Target Strength) for design of experiment and it also can be applied to estimate the abundance of Japanese anchovy distributed by 2 frequency difference method in the survey area.