한국음향학회지 (The Journal of the Acoustical Society of Korea)

  • 제25권7호
  • /
  • Pages.346-355
  • /
  • 2006
  • /
  • 1225-4428(pISSN)
  • /
  • 2287-3775(eISSN)
한국음향학회 (The Acoustical Society of Korea)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

L-자형 선배열을 이용한 지음향학적 인자 역산 및 음원 위치 추정

Geoacoustic Inversion and Source Localization with an L-Shaped Receiver Array

  • 김경섭 (서울대학교 조선해양공학과) ;
  • 이근화 (서울대학교 조선해양공학과) ;
  • 김성일 (국방과학연구소) ;
  • 김영규 (국방과학연구소) ;
  • 성우제 (서울대학교 공과대학 조선해양공학과)
  • 발행 : 2006.10.31
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

본 논문에서는 동해 천해 영역에서 예인 음원과 L-자형 수신 선배열을 이용한 해상 실험(MAPLE IV)을 통해 수집된 신호 자료에 대해 정합장처리를 이용한 지음향 역산 및 음원 위치 추정을 수행하였다. L-자 형태의 수신 선배열은 수직 선배열과 해저면에 수평으로 놓여진 수평 선배열로 구성되어 있으며, 음원은 협대역 다중 주파수 성분을 가지는 저주파 연속 음원이 예인되었다. 역산 목적함수는 선배열 수신 신호벡터 처리 방식에 따라 다음과 같이 Bartlett 프로세서를 기반으로 한 세 가지 형태 - (1) 수직 및 수평선배열 자료 전체를 하나의 신호 벡터로 상관 처리할 경우, (2) 수직 및 수평선배열 각각에 대한 결과를 비상관 평균할 경우, (3) 수직 및 수평선배열 상호간의 상관 관계만을 이용할 경우- 를 사용하고 그 결과들을 수직 및 수평 선배열 신호를 단독으로 사용할 경우의 결과들과 함께 비교하였다. 역산 결과의 타당성을 확인하기 위해 역산 과정에서 사용한 각 프로세서와 역산된 지음향 인자를 이용하여 낮은 신호 대 잡음비를 갖는 주파수 성분에 대해 음원 위치 추정을 수행하고 성능을 비교하였다.

Acoustic data from a shallow water experiment in the East Sea of Korea (MAPLE IV) is Processed to investigate the Performance of matched-field geo-acoustic inversion and source localization. The receiver array consists of two legs as in an L-shape. one vertical and the other horizontal lying on the seabed. Narrowband multi-tone CW source was towed along a slightly inclined bathymetry track. The matched-field geo-acoustic inversion includes comparisons between three processing techniques. all based on the Bartlett processor as; (1) the coherent processing of the data from the full array, (2) the incoherent Product of each output from both the horizontal and vertical arrays, and (3) the cross correlation between the horizontal and vertical arrays. as well as processing each array leg separately. To verify the inversion results. matched-field source localization for low level source signal components were performed using the same Processors used at the inversion stage.

키워드

참고문헌

  1. A. Tolstoy. Matched Field Processing for Underwater Acoustics (World Scientific, Singapore, 1993)
  2. O. Diachock, A. Caiti, P. Gerstoft, and H. Schmidt. eds. Full Field Inversion Methods in Ocean and Seism-Acoustics (Kluwer, Dordrecht, 1995)
  3. C. Park, W. Seong, and P. Gerstoft, 'Geoacoustic inversion in time domain using ship of opportunity noise recorded on a horizontal towed array,' J. Acoust. Soc. Am., 117 (4), 1933-1941, 2005 https://doi.org/10.1121/1.1862574
  4. M. Siderius, P. L. Nielsen, and P. Gerstoft, 'Range-dependent seabed characterization by inversion of acoustic data from a towed receiver array,' J. Acoust. Soc. Am. 112, 1523-1535, 2002 https://doi.org/10.1121/1.1502264
  5. L. T. Fialkowski, T. C. Yang, K. Yoo, E. Kim, and D. K. Dacol, 'Consistency and reliability of geoacoustic inversion with a horizontal line array,' J. Acoust. Soc. Am. 120 (1), 231-246, 2006 https://doi.org/10.1121/1.2208453
  6. D. P. Knobles, R. A. Koch, L. A. Thompson, K. C. Focke, and P. E. Eisman 'Broadband sound propagation in shallow water and geoacoustic inversion,' J. Acoust. Soc. Am. 113, 205-222, 2003 https://doi.org/10.1121/1.1521930
  7. R. A. Koch and D. P. Knobles, 'Geoacoustic inversion with ships as sources.' J. Acoust. Soc. Am. 117 (2), 626-637, 2005 https://doi.org/10.1121/1.1848175
  8. D. Tollefsen, M. J. Wilmut, and N. R. Chapman, 'Estimates of geoacoustic model parameters from inversion of horizontal and vertical line array data,' IEEE J. Oceanic Eng. 30 (4), 764-772, 2005 https://doi.org/10.1109/JOE.2005.862127
  9. D. Tollefsen, S. E. Dosso, and M. J. Wilmut, 'Matched-field geoacoustic inversion with a horizontal array and low level source,' J. Acoust. Soc. Am. 120 (1), 221-230, 2006 https://doi.org/10.1121/1.2205132
  10. N. O. Booth, A. T. Abawi, P. W. Schey, and W. S. Hodgkiss, 'Detsctability of low-level broad-band signals using adaptive matched field processing with vertical aperture arrays, ' IEEE J. Ocean. Eng. 25 (3), 296-313, 2000 https://doi.org/10.1109/48.855260
  11. P. Pignot and N. R. Chapman, 'Tomographic inversion of geoacoustic properties in a range dependent shallow-water environment,' J. Acoust. Soc. Am. 110 (3), 1338-1348, 2001 https://doi.org/10.1121/1.1388000
  12. M. Nicholas, J. S. Perkins, G. J. Orris, L. T. Fialkowski, and G. J. Heard, 'Environmental inversion and matched-field tracking with a surface ship and an L-shaped receiver array,' J. Acoust. Soc. Am. 116(5), 2891-2901, 2004 https://doi.org/10.1121/1.1802755
  13. R. Matthew, S. Barlee, N. R. Chapman, and M. J. Wilmut, 'Geoacoustic model parameter estimation using a bottom-moored hydrophone array,' IEEE J. Oceanic Eng. 30 (4), 773-783, 2005 https://doi.org/10.1109/JOE.2005.862574
  14. 김경섭, 박철수, 성우제, '협대역 신호를 이용한 천해환경 지음향 역산 및 정합장처리', 한국음향학회 학술대회 논문집 23 (2). 385-388. 2004
  15. 김경섭, 성우제, 박철수, 김성일, '전달손실 비교를 통한 지음향적 인자 역산과 정합장처리' ,한국음향학회지 24 (6), 325 333, 2005
  16. 김성일, 김영규, 박정수, 도경철, 나정렬, 오택환, 성우제. 박철수 외 19명 , 'MAPLE(Matched Acoustic Properties and Localization Experiment),' 한국음향학회 학술대회 논문집 23 (2), 377-380, 2004
  17. S. Kim, J. Park, Y. Kim, E. Kim, Y. Kim, M. Park, and Y. Na, 'Source localization using an L-shaped array in shallow water,' proceedings of WESPAC 9, 2006
  18. E. K. Westwood, 'Broadband matched field source localization,' J. Acoust. Soc. Am. 91 (5), 2777-2789, 1992 https://doi.org/10.1121/1.402958
  19. E. K. Westwood, ORCA version 1.0 user's guide, Applied Research Laboratory (Univ. of Texas, 1998)
  20. L. Ingber, 'Very fast simulated reannealinu,' Math. Comput. Modeling, 12 (8), 967-993, 1989 https://doi.org/10.1016/0895-7177(89)90202-1
  21. Z. Michalopoulou, 'Robust multi tonal matched-field inversion: A coherent approach,' J. Acoust. Soc. Am. 104 (1), '163-170, 1998 https://doi.org/10.1121/1.423954
  22. S. L. Tantum and L. W. Nolte, 'On array design for matched-field processing: J. Acoust. Soc. Am. 107. 2101-7111 2000 https://doi.org/10.1121/1.428492