Abstract
An Acoustic Doppler Current Profiler(ADCP) measures the current velocity and analyzes the degree of turbulence using Doppler effects of ultrasonic waves. Therefore, the autocorrelation or FFT spectrum estimates are obtained for extraction of current velocity in each spatial region. However, if the correlation method does not satisfy the assumption that the return signal spectra are symmetric Gaussian, the large bias errors can occur. Also, the accurate estimation of autocorrelation or FFT spectrum is difficult due to the short acquisition interval when the rapid changes of current velocity occur. Thus, in this paper, the estimation method of the autoregressive spectrum peak is suggested for the accurate current velocity measurement of both symmetric and asymmetric spectra. It is shown that estimation quality can be improved using the suggested method comparing with the conventional methods. Many return signals under the various environment are simulated and the results are compared and analyzed for evaluation of the suggested method.
ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler) 는 초음파의 도플러 효과를 이용하여 수중에서 유속의 측정 및 교란 정도를 분석한다. 따라서 수신되는 각 공간 영역에 대한 속도 정보를 추출하기 위하여 수신 펄스 신호에 대한 자기 상관 함수나 FFT(Fast Fourier Transform) 스펙트럼을 추정한다. 그러나 자기 상관 함수 추정은 수신되는 반사 신호가 가우시안 형태의 대칭적인 도플러 스펙트럼을 가진다는 가정이 필요하며 이러한 조건이 만족 되지 않는 경우 추정치에서의 큰 편향오차가 발생할 수 있다. 또한 유속의 변화가 빠르게 나타나는 경우 신호 획득시간이 짧아 유속을 측정하기 위한 자기 상관 함수 나 FFT 스펙트럼의 정확한 추정이 어렵다. 따라서 본 논문에서는 반사 신호가 대칭형 또는 비대칭형 가우시안 형태의 스펙트럼을 보이면서 상대적으로 짧은 반사 획득 신호인 경우에도 정확한 유속 추정이 가능한 AR(Autoregressive) 스펙트럼 첨두치 추정 방법을 제안하였다. 이러한 방법을 이용하면 기존 방법에 비하여 그 정확도를 개선할 수 있음을 보였다. 제안된 방법의 평가를 위하여 다양한 환경에서의 모의 신호들을 구현하였으며 그 결과들을 비교하고 분석하였다.