본 연구에서는 신호 대 잡음비가 낮은 미소파괴음 신호에 대한 진원 위치표정 결과의 정확성 향상을 위하여 가변창문함수를 이용한 P파 도달시간 결정 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 기존 P파 도달시간 결정알고리즘과 함께 신호 대 잡음비(SNR)가 각기 다른 가상의 미소파괴음 신호에 적용하여 정확성을 검토하였다. 실험결과 기존 P파 도달시간 결정알고리즘은 SNR이 낮아질수록 결과의 정확성이 낮아지며 특히 SNR이 2.14에서는 모든 알고리즘에서 오류가 발생하였다. 반면에, 제안된 알고리즘은 신호의 분산을 고려한 가변창문함수를 신호에 적용하기 때문에 신호의 주파수특성과 신호의 증폭을 동시에 고려하였다. 따라서 SNR 2.14 이하의 신호에서도 제시된 알고리즘은 정확한 결과를 제시하였다.
본 연구에서는 방사성폐기물처분장에서 발생하는 탄성파와 같이 낮은 신호 대 잡음비로 인하여 P파의 식별이 어려운 신호에 적합한 P파 도달시간 결정 알고리즘에 대한 연구를 수행하였다. 사용된 알고리즘은 임계 전압법, Akaike Information Criterion(AIC), Two step AIC, Hinkley criterion이며 샤프심 압절법에 의하여 생성된 탄성파 신호에 white noise를 적용하여 신호 대 잡음비를 낮추었다. 실험결과 임계전압, AIC, Hinkley criterion 알고리즘의 경우 배경잡음 수준이 증가함에 따라 P파 도달시간의 정확성은 감소하였으나 Two step AIC 알고리즘의 경우 1차적으로 결정된 P파의 도달시간 주변의 신호를 중심으로 특성함수와 AIC 알고리즘을 반복적으로 적용함에 따라 배경잡음 수준에 관계없이 정확한 결과를 나타냈다.
1999년 10월에 수행한 한국 동해 중북부 해역의 토모그래피 실험은 저주파수음원을 블라디보스톡 부근의 대륙붕 해역에 위치시켰고 수직선배열 수신기를 울릉도 부근에 고정시켜 원거리 음향 신호의 변화특성을 파악코저하였다. 음원은 위상 변조된 신호이며 울릉도 부근해역의 수직선배열 수신기를 이용하여 자료를 수집하였다. 수신된 자료에 대해 도달시간 및 그 변화를 파악하였다. 이를 위해 위상 변조된 신호를 복조하였으며 특성을 파악하기 위해 도달시간 확산 및 상관성 분석을 수행하였다. 분석결과 단주기성 변화가 존재하고 있으며 이는 내부파에 의한 매질의 수직 변동에 의한 영향이라 할 수 있다.
본 논문은 여러 음향신호의 도달각에 기반한 실내측 위성능을 분석한다. 도달각 측정을 위해 송출전력이 같은 총성, 벨소리, 그리고 의사충격음을 사용하였다. 음향 신호는 약 32 평방미터의 실험실에서 한 개의 음원 스피커를 통해 송출되고, 두 쌍의 서로 동기가 맞는 배열 마이크를 통해 수신된다. 수신된 음향신호로부터 한 마이크 쌍 사이의 도달지연시간차가 측정되고, 이로부터 도달각이 산출된다. 끝으로, 음원 스피커의 최종 위치는 도달각의 교점으로 결정된다. 본 논문은 설치한 실험환경에서의 참 도달각과 측정 도달각의 평균절대오차와 측위오차의 상보누적분포를 보이고, 이에 대한 성능특성을 분석한다.
수중 이동체의 시험평가 과정에서 정확한 거리 추정은 중요한 요소 가운데 하나이다. 특히, 도달 시간 값을 이용하여 거리를 추정하는 경우 상관 특성 등으로 인해 처프 신호인 Linear Frequency Modulation(LFM)과 같은 신호의 적용성이 높다. 하지만 이동성이 있는 도플러 천이 환경에서는 거리-도플러 커플링 효과로 인하여 측정 오류가 발생할 수 있다. 이에 본 논문에서는 거리-도플러 커플링 효과를 보상하여 도달 시간 값의 측정 오류를 감소시키는 신호를 제시한다. 제안된 신호는 2종류의 LFM 신호를 중첩하여 구성하였으며, 거리-도플러 커플링 효과를 최소화할 수 있다. 시뮬레이션을 통해 제안된 신호가 수중 이동체의 거리 추정에 있어서 거리-도플러 커플링 효과를 보상하여 도달 시간 값의 측정 오류를 줄이는 방법임을 확인하였다.
본 논문에서는 음파가 다중 경로를 통하여 수신되는 경우 음파의 도달시간을 보다 정확하게 파악하기 위한 방법으로 웨이브렛 패킷을 기반으로 한 신호 처리 기법을 제안하였다. 그 식별 성능 분석을 위해 제안된 방법과 기존의 정합 필터 방법을 모의 실험하였고, 또한 실측 신호에 대해 적용하여 비교 및 분석하였다. 그 결과 제안된 웨이브렛 패킷 기반의 신호처리 방법이 정합 필터 방법을 적용한 경우보다 많은 도달 시간을 식별하였고, 기존의 정합 필터 방법으로 식별하기 어려운 다중경로 환경에서의 도달시간을 보다 효율적으로 추정할 수 있는 가능성을 확인하게 되었다.
해수의 물리적 성질 변화에 의한 수중음속 변화는 수중음파 전파에 커다란 영향을 미친다. 매질변동에 의한 음파 전파경로 변동특성, 즉 음파 도달시간 변동에 의한 매질변위량 추정으로 해양을 탐사하는“해양음향 토모그라피”를 운용하기 위하여 비균질 매질에서의 음파 전파경로 파악이 우선이다. 수심이 일정한 비균질한 매질에서의 음파 전파경로를 파악하기 위해 파동방정식의 해를 Ray theory에 의거 ray path를 구하고 송,수신기 사이를 연결하는 eigenray 정보를 얻었다. 음원의 주파수가 400Hz($\pm$25Hz), pulse length가 20ms인 LFM pulse를 사용하였다. 이 음원을 동해의 최소음속층에서 송,수신하였을 경우 음원에서 150Km 떨어진 수신기에 도달한 신호는 평균음속분포 일 때 보다 약 66ms 정도 빨리 도착한다. 또한 Eigenray 정보에 의거 모의된 수신신호는 토모그라피 운용을 위한 필수 조건인 ray path의 식별, 안정성, 그리고 분해능을 만족한다. 또한 모의 수신신호 음파 도달시간 변동 분석으로 송,수신기 사이의 매질 변동을 파악 할 수 있다.
동맥계에서 맥파의 전달속도는 혈관의 긴장도에 따라 결정된다. 동맥혈관의 긴장도는 혈압에 의존적이며 순간적인 혈압의 증가에 따른 혈관긴장도의 변화는 순환기계의 질병을 야기할 수 있다. 본 연구에서는 말초맥파를 이용한 동맥 긴장도 평가 방법의 유용성을 밝히기 위하여 말초맥파 도달시간을 체위에 따라 측정하고, 체위 변화에 따른 정수압 변화와 말초맥파도달시간의 관계를 관찰하였다. 말초맥파도달시간의 측정은 심전도의 QRS파 피크로부터 말초에서 나타나는 광전용적맥파의 최대기울기점까지 시간을 측정하였다. 생체 신호를 아날로그-디지털 변환하여 PC에서 매번 심장주기마다 맥파도달시간을 분석하였으며 결과는 스플라인 보간법을 사용하여 그래프로 결과를 제시하였다. 소프트웨어는 C++을 사용하여 windows 환경에서 운용하였다. 앙아위에서 말초맥파도달시간은 233.38$\pm$1.84 ms이었으며 서있는 자세에서는 226.77$\pm$2.16 ms로 유의하게 감소하였다. 앙아위의 자세에서 손을 수직으로 들어올림에 따라 말초맥파도달시간은 각도에 비례하여 증가하는 특성을 보였다. 이러한 실험결과는 말초맥파도달시간이 동맥계의 일시적인 압력 변화에 매우 민감하게 반응하는 것을 제시하였으며, 고혈압 및 동맥경화가 있는 환자에서 예후를 판단하는 방법으로 유용하게 사용될 것이라 사료된다.
본 논문에서는 해양음향 토모그래피를 위한 개선된 빔형성 역산 기법을 제안한다. 제안된 역산 기법은 음속 구조 역산을 위해 음파도파관의 특성을 나타내는 군속도와 위상속도의 상관성을 이용한다. 군속도와 위상속도는 수신 신호의 도달시간 및 도달각에 의해 계산 가능하며, 이를 위해 빔형성 신호처리를 사용하여 수신신호의 도달시간 및 도달각 분석을 수행한다. 본 논문에서는 제안된 알고리즘을 사용한 동해 음속구조 역산모의 결과를 서술하였으며, 연구 결과 제안된 빔형성 해양음향 토모그래피 역산 방법을 사용해 동해의 음속 구조 역산이 가능함을 확인할 수 있다.
본 논문에서는 해양에서 다중경로를 통하여 수신되는 음파의 도달시간을 정확히 파악하기 위한 방법을 제시하였다. 음파 도달 시간을 파악하기 위한 방법으로는 정합 필터 방법 및 웨이브렛 방법을 도입하였으며 각각 모의 수신신호 및 실관측 수신신호에 대해 적용하여 식별 성능을 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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