• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.1-10
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• 2021

최근 해양 수중 산업의 발전으로 수중 센서 네트워크(UWASN: Underwater Acoustic Sensor Network)에 대한 관심이 증대되고 있다. 수중 센서 네트워크를 효율적으로 운용하기 위해서는 노드 간 전송 충돌을 방지하고 통신 자원을 효율적으로 공유할 수 있는 매체 접속 제어(MAC: Medium Access Control) 프로토콜을 적용하는 것이 매우 중요하다. 하지만 수중 채널은 지상 무선 통신 환경과 달리 좁은 대역폭, 긴 전파 지연 시간, 낮은 전송률 등의 특성을 가지므로 지상 환경에서 개발된 비직교 다중 접속(NOMA: Non Orthogonal Multiple Access)의 노드 페어링 기법을 그대로 적용할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 수중 채널의 특수성을 고려한 수중 음향 센서 네트워크에서의 비직교 다중 접속 다차원 노드 페어링 기법을 제안한다. 기존의 기법들은 노드 페어링 시 채널 품질만을 고려하였다. 기존 기법과 달리 제안 기법에서는 채널 품질 뿐 아니라 노드 간 공평성, 트래픽 부하, 패킷의 나이를 추가로 고려하여 최적의 노드 쌍(node-pair)을 찾는다. 추가적으로, 송신 노드는 실제 경로 손실 대신 노드 쌍 가능 노드 목록(PNL: Pairable Nodes List)을 활용함으로써 노드 페어링 시의 계산 복잡도를 줄인다. 시뮬레이션 결과에 따르면 공평성 요소까지 고려한 제안 기법이 기존 기법 대비 최대 23.8% 전송률 증가, 28% 지연 시간 감소, 공평성은 최대 5.7% 향상됨을 확인할 수 있었다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제11권3호
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• pp.246-252
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• 2018

최근에는 대용량의 데이터를 전송할 수 있는 수중 레이저 통신에 관한 연구가 활발하다. 그러나 수중 레이저 통신은 수중에서 신호의 흡수, 산란 등으로 인한 왜곡에 의해 성능이 감소하며, 이를 보완하기 위하여 채널 부호화 방식을 적용한다. 초기에는 구현이 간단한 RS 부호 및 BCH 부호를 적용하였으나, 거리의 확장, 성능 향상, 해양 채널 환경의 열악성 때문에 강력한 채널 부호화 기술이 요구되었으며, 적용 가능한 부호화 기법들 중 LDPC 부호 방식의 연구가 주목받고 있다. 본 논문에서는 LDPC 부호화 방식과 M-ary PPM 변조 방식을 적용하여 시뮬레이션을 수행하였다. LDPC는 부호어의 크기 N과 M-ary PPM 변조 방식에서 M의 크기, 송수신간의 거리 등에 따라 성능 분석하였으며, 시뮬레이션 결과 M-ary PPM에서 M의 값이 성능을 좌우하는 요소임을 확인하였다.

• 전자공학회논문지
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• 제51권2호
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• pp.182-189
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• 2014

본 논문은 탁도의 영향으로 사용이 제한적인 수중 광학 카메라의 대안으로 수중 영상 소나(imaging sonar)를 사용하여 수중 물체를 인식하여 추종하는 구조를 제안한다. Part 1에서, 영상 소나의 현실적인 성능을 고려한 2차원 인공 표식의 설계 방법과 인식 방법을 제안한다. 특히 영상 소나와 초음파의 특성을 분석하여 피인식성을 극대화 할 수 있는 재료를 선택하였으며, 물체의 모델링이 쉬운 무지향성이며 단순한 외형을 채택하고, 표식으로 사용이 가능한 영역 기반 특징 요소를 포함한 내부 형태를 제안하였다. 또한 제안한 인공 표식을 실시간으로 인식할 수 있는 방법을 제안하였다. 이 방법은 외곽선 추출, 허프-원-검출기에 의한 유사도 및 위치 추정, 형상 행렬의 비교에 의한 표식의 분류하는 알고리즘을 포함하고 있다. 제안한 인공 표식과 인식 알고리즘의 유용함을 DIDSON (영상 소나)를 사용한 수조 실험으로 검증하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.17-23
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• 2020

본 논문에서는 인공섬 형식의 방호공을 구성하는 수중사면에 선박이 충돌하는 경우 발생하는 선박과 지반의 거동을 해석하기 위한 모델을 Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL) 기법을 이용하여 구성하였다. 충돌에서 발생하는 지반의 전단파괴를 포함하는 대변형을 고려하기 위하여 지반과 해수는 Eulerian 영역으로 구성하고 충돌체를 Lagrangian 영역으로 구성되었다. 해석의 효율성을 향상시키기 위해서 mass scali기법을 충돌체의 모델링에 도입하였으며, 지반은 Eulerian영역에서 Eulerian Volume Fraction(EVF)값을 설정하여 구성하였다. 작성된 모델의 적용성을 검증하기 위하여 동적관입앵커에 대한 해석을 수행하였다. 또한 컨테이너선의 외부형상에 따라 고체요소로 모델링된 선수가 수중사면에 충돌하는 경우의 해석을 수행하고, 그 때 발생하는 변위, 속도, 소산에너지 등의 거동을 평가하였다. 그 결과로 매개변수해석에 대한 추가적인 연구 필요성이 도출되었다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2001년도 춘계종합학술대회
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• pp.359-362
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• 2001

수중통신시스템은 과거 AM, FM 변ㆍ복조방식을 이용한 아날로그시스템이 개발되어 왔고, 최근에는 디지털 하드웨어 기술의 발전으로 디지털 변ㆍ복조 방식을 이용한 디지털통신시스템이 개발 이용되고 있다. 수중통신에 있어서 손실, 배경 잡음, 다중경로 등의 해양 환경 특성을 극복하는 것은 신뢰성 있는 통신 환경을 이룩하는데 중요하다. 특히 해면과 해저로 경계 지워진 천해 환경에서 다중경로에 의한 영향은 수중통신시스템의 성능을 좌우하는 중요한 요소 중의 하나이다. 이런 다중경포의 통신채널은 일반적으로 수지 채널과 수평채널로 구분 짓고 있으며, 수직채널은 직접 파와 반사 파의 경로차이가 크고, 수평채널은 직접 파와 반사 파의 경로차이가 수지채널에 비해 상대적으로 적게 나타난다. 본 논문에서는 수치모의 실험을 통해 세 가지 디지털 변ㆍ복조 방식인 FSK, BPSK, DPSK의 수직ㆍ수평 다중경로 통신채널에 대한 성능을 비교 검토하였다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.73-83
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• 2013

본 연구에서는 수중 환경에서의 교전급 모의를 위한 분산 시뮬레이션 시스템에서 모니터링 시스템을 설계 및 구축한다. 국방 분야에서 모델링 및 시뮬레이션(M&S)을 통한 검증은 비용, 시간, 및 노력의 측면에서 효율적인 접근 방법으로 주목되어 왔으며, 무기체계의 도입의 각 단계에서 시뮬레이션 기반의 획득(Simulation-Based Acquistion : SBA)이 필수 프로세스로 지정되었다. 그러나 복잡한 전장 환경을 전반적으로 묘사하는 방대한 시뮬레이션 시스템의 개발은 많은 자원을 요구한다. 따라서 이미 개발된 한정적인 목적을 갖는 시뮬레이터들을 조합하여 새로운 시뮬레이션 시스템을 구축하는 분산 시뮬레이션 시스템을 통해 시스템의 개발에 투입되는 비용 및 시간의 절약이 가능하다. 분산 시뮬레이션 시스템 중 High-Level Architecture(HLA)는 미국 표준으로 지정되었고, 이것을 구현한 Run-Time Infrastructure(RTI)는 미들웨어로서 효율적인 분산 시뮬레이션 시스템의 구축을 도와준다. 본 연구의 핵심 목적은 HLA/RTI 기반의 수중 교전 모의 시뮬레이션 시스템에서 수행 목적에 적합한 모니터링 요소를 도출하고, 그 체계 및 표현 방안을 설계하여 시뮬레이션을 분석하는 시스템의 구현에 있다.

• 한국음향학회지
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• 제41권4호
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• pp.410-418
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• 2022

터보 부호화 같은 반복 부호에서 채널 신뢰도 추정은 시변하는 수중 음향 채널에서 성능 향상을 위한 중요한 요소로서, 부정확한 채널 신뢰도 추정은 오히려 성능을 더욱 악화시킨다. 따라서 본 논문에서는 시변 수중 음향 채널에서 부호화율 1/3을 가지는 터보 부호화된 Frequency Shift Keying(FSK) 신호의 최적의 채널 신뢰도 추정 방식을 분석하였다. 추정(Estimation Bit Error Rate, E-BER) 알고리즘은 복호된 데이터를 재부호화시켜 수신된 신호와의 차이를 산정하는 방식이며, 채널 신뢰도의 변화에 따른 E-BER을 구하여 최적의 채널 신뢰도를 결정할 수 있다. 성능 분석을 위해 문경의 호수에서 거리 300 m ~ 500 m의 이동성 실험을 하였으며, 데이터를 복호하지 못하는 패킷에 대해 최적의 채널 신뢰도를 추정하여 적용한 결과, 모두 복호하였음을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제40권3호
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• pp.183-191
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• 2021

황해에 투하된 기상청 무인해양관측기기인 Array for Real-time Geostrophic Oceanography(ARGO) 플로트 12기 중 황해 중앙부에서 약 10개월간 자율적으로 이동하며 2일 주기로 심도별 수온, 염분을 측정한 1개의 플로트를 대상으로 수온, 염분과 수중음속의 시계열 변화를 관찰하였다. 그 결과 동계 표층음파통로가 전체심도에 걸쳐 형성 후 수온약층이 발달되는 4월부터 그 두께가 축소하면서 수중음파통로가 형성됨을 알 수 있었다. 또한, 표층음파통로가 지속되는 중 단기간 형성된 수온역전의 영향으로 음파통로에서의 음선경로가 수온역전이 발생하지 않을 때 보다 해수면 반사가 증가되어 나타났다. 천해에서 성공적으로 자료를 수집한 ARGO 플로트의 운용사례를 바탕으로 장기간 관측이 가능한 무인 플랫폼을 황해 중앙부에 집중 운용하여 주변 환경요소를 포함한 수온역전 및 음파통로의 규모변화를 관찰한다면 음파전달 손실 예측이 용이할 것으로 기대된다.

• 한국음향학회지
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• 제43권4호
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• pp.383-390
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• 2024

수중 이동체의 방사소음을 측정하는 경우 이동체와 수신기 사이의 거리 정보가 중요한 요소이지만 수중에서는 Global Positioning System(GPS)를 사용할 수 없기 때문에 대체 수단이 필요하다. 대체 수단으로써 별도의 음향신호를 이용하여 도달 시간, 도달 시간 차 및 도달 주파수 차 등을 추정하여 거리를 측정한다. 하지만 채널 환경에 의해 오류가 발생하며, 이러한 특이값들은 연속적으로 거리를 측정함에 있어서 장애 요인이 된다. 본 논문에서는 거리 정보를 측정하는 과정에서 발생한 특이값들을 제거하기 위하여 사후 처리로써 V-곡선 형태의 함수로 곡선 적합하여 오류를 감소시키는 방법을 제안한다. 제안한 방법의 성능검증을 위해 모의, 호수 및 해상실험을 수행하였다. 호수실험 결과에서는 Root Mean Square Error(RMSE) 관점에서 약 85 % 정도로 거리 추정 오차가 감소하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권6호
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• pp.785-795
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• 2018

국제해사기구는 선체부착생물의 위험성을 인식해서 2011년 '선체부착생물에 의한 외래위해종 이동 저감을 위한 관리 및 제어 가이드라인'을 공표하였고, 향후 이를 강제화하기 위한 국제 협약을 계획하고 있다. 본 연구에서는 향후 강제화 될 국제협약에 효과적으로 대응하기 위해 선체부착생물관리 관련 선도국 사례를 소개하고 수중제거에 대한 환경 위해성 평가 기법에 대해서도 알아보았다. 선체부착생물관리 관련해서 선도국인 호주와 뉴질랜드는 수중제거 시나리오 의거해 수행한 생물 및 화학 위해성 평가를 근간으로 선체부착생물관리규제안을 마련하였다. 자국 정부의 특별한 규정이 없는 대부분의 유럽 국가들은 국제해사기구의 선체부착생물 규정에 따라 수중제거를 수행하는 것으로 확인되었다. 우리나라인 경우 선체부착생물에 대한 국내법은 존재하지 않고, 해양 생태계법에 의거해서 약 17종의 해양생태게교란생물만 지정해서 관리하고 있다. 선박 선체에 대한 수중제거는 외래생물 확산 및 수생 환경으로의 화학 물질 방출을 수반하므로, 생물학적 위해성평가와 화학적 위해성평가를 별개로 수행한 후 이 둘의 평가를 종합하여 수중제거 수용 여부를 판단하였다. 생물학적 위해성평가는 수중제거과정에서 외래생물 유입에 영향을 미치는 핵심요소를 기반으로 40 code의 수중제거 시나리오 작성하고 위해성우선순위(Risk Priority Number, RPN) 점수를 산정하였다. 화학적 위해성평가는 수중제거 시 용출되는 구리(Copper) 농도를 기준으로 MAMPEC(Marine Antifoulant Model to Predict Environmental Concentrations) 모델 프로그램을 사용하여 PEC(Predict Environmental Concentration) 값과 PNEC(Predict No Effect Concentration) 값을 산출하였다. 최종적으로 PEC/PNEC 비의 값이 1 이상이면 화학적 위해성이 높음을 의미한다. R/V 이어호가 부산감천항에서 수중제거를 수행한다는 가정하에 위해성평가를 시범 실시한 결과, 생물학적 위해성은 RPN이 <10,000 이어서 저위험으로 판단되었으나, PEC/PNEC 비의 값이 1 이상으로 화학적 위해성이 높아 최종적으로 수중제거가 불가능한 것으로 평가되었다. 따라서 우리나라도 선도국 사례를 참조해서 수중제거기술을 개발하고 또한 국내 항만 현실에 맞는 선체부착생물규제 국내법을 제정해야 할 필요가 있을 것이다.