The Journal of the Acoustical Society of Korea (한국음향학회지)

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Waveguide invariant-based source-range estimation in shallow water environments featuring a pit

웅덩이가 있는 천해 환경에서의 도파관 불변성 기반의 음원 거리 추정

  • 변기훈 (한국해양대학교 해양과학기술융합학과) ;
  • 김동현 (한국해양대학교 수중운동체특화연구센터) ;
  • 변성훈 (선박해양플랜트 연구소)
  • Received : 2024.05.23
  • Accepted : 2024.07.03
  • Published : 2024.07.31
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Abstract

Matched-Field Processing (MFP) is a model-based approach that requires accurate knowledge of the ocean environment and array geometry (e.g., array tilt) to localize underwater acoustic sources. Consequently, it is inherently sensitive to model mismatches. In contrast, the waveguide invariant-based approach (also known as array invariant) offers a simple and robust means for source-range estimation in shallow waters. This approach solely exploits the beam angles and travel times of multiple arrivals separated in the beam-time domain, requiring no modeling of the acoustic fields, unlike MFP. This paper extends the waveguide invariant-based approach to shallow water environments featuring a shallow pit, where the waveguide invariant is not defined due to the complex bathymetry. An in-depth performance analysis is conducted using experimental data and numerical simulations.

수중 음원 위치를 추정하기 위한 음향 모델 기반의 정합장 처리 방법은 해양 환경과 수신 배열 기울기에 대한 정확한 정보를 필요로 하므로, 음향 모델 불일치에 매우 민감하다. 반면, 도파관 불변성(배열 불변성) 기반의 음원 거리 추정 방법은 빔-시간 영역에서 분리된 다중경로 신호의 빔각도와 상대적 도달 시간 정보만을 활용하므로 음향 모델이 필요 없는 강인한 거리 추정 방법을 제공한다. 본 논문에서는 도파관 불변성 기반 음원 거리 추정 방법을 얕은 웅덩이가 있는 천해 환경으로 확장하였다. 실제 해상실험 데이터와 수치 시뮬레이션 결과를 통해 해당 환경에서의 수중 음원 거리 추정 성능을 분석하였다.

Keywords

Acknowledgement

(변기훈, 변성훈) 이 논문은 2024년도 정부(방위사업청)의 재원으로 국방기술진흥연구소의 지원을 받아 수행된 연구임(KRIT-CT-23-026, 미래 기술 적응형 통합수중감시 특화연구센터)[90 %]. (김동현) 이 논문은 2023년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구 사업임(No. RS-2023-00271645)[10 %].

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