• 한국음향학회지
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• 제43권4호
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• pp.455-465
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• 2024

천해역에서 효과적인 거리추정 방법으로 알려진 배열 불변성은 도파관 불변성으로 요약될 수 있는 이상적인 도파관 내에서의 광대역 확산 특징을 기반으로 개발되었으며, 배열 기울기가 존재하는 상황에서도 배열 기울기와 거리를 동시에 추정할 정도로 강인하다. 최근에는 도파관 불변성의 각도 종속성을 완전히 고려할 수 있도록 확장되었다. 하지만, 거리-종속 환경에 대해 거리-독립 환경의 배열 불변성 기법을 적용한다면, 해저 지형 오정합에 의해 거리추정오차가 발생하게 된다. 본 논문에서는 이러한 거리추정 오차를 상응 거리 개념을 도입하여 해석하고자 한다. 거리-종속 환경에서의 수치 시뮬레이션 수행과 해상 실험 데이터를 통해 거리추정의 오차와 상응 거리 사이의 관계를 입증하였다.

• 한국음향학회지
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• 제43권4호
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• pp.466-475
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• 2024

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.

• 한국음향학회지
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• 제28권3호
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• pp.208-212
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• 2009

지면파는 해저면 음속이 깊이에 따라 일정할 경우 해저면 음속으로 진행하는 음파로 일반적으로 모드분산으로부터 설명된다. 모드분산은 도파관의 기하학적 구조에 의한 음파의 반사 및 굴절에 의해 발생되므로 본 논문에서는 지면파를 음선이론에 기초하여 모의하였다. 지면파는 일련의 선두파들의 조합으로써 해석될 수 있으므로 [Choi와 Dahl, J. Acoust. Soc. Am. 119, 3660-3668 (2006)], 음선 접근법을 이용하여 시간영역에서 여러 경로로 전파되는 선두파들의 채널 임펄스 응답과 선두파 신호의 컨볼루션을 취하여 지면파를 모의한다. 모의된 지면파는 광대역 시간영역 포물선 방정식 기법을 이용하여 모의된 지면파와 비교, 검증된다.

• 한국음향학회지
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• 제29권7호
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• pp.448-457
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• 2010

단면의 형상이 길이방향으로 일정한 무한길이 도파관 구조물 (waveguide structures)에 대한 진동 및 파동전파 특성은 도파관유한요소법 (waveguide finite element method, WFEM)을 이용해 효과적으로 해석할 수 있다. 도파관유한요소법은 2차원 단면만을 FE 모델링하여 해석하므로 모델의 크기가 작고 연산시간이 짧다는 장점이 있다. 도파관 구조물이 외부 유체와 연성된 경우, 원통형 실린더 또는 파이프와 같이 단면의 형상이 단순한 경우에는 이론적 해석을 수행할 수 있다. 반면 복잡한 형상의 단면을 가진 도파관구조물이 유체와 연성된 경우에는 수치해석 방법이 요구된다. 외부 유체와 연성된 도파관 구조물은 외부 유체와 도파관유한요소 (WFE)를 연성시켜 해석하는 수치해석 방법을 고려할 수 있다. 본 논문에서는 외부 유체 모델링에 경계요소 (Boundary Element)를 도입하고 이를 도파관유한요소와 연성시킨 WFE/BE 방법을 소개한다. 이 방법의 적용 예로써 단순형상의 파이프에 대해 외부 유체의 유/무에 따른 분산선도와 가진점 모빌리티 (point mobility)를 구하고 이를 이론해석 결과와 비교하였다. 또한 WFE/BE 방법을 이용해 파이프에서 외부 유체로 방사되는 음향파워를 구하고 접수 유/무에 따른 영향을 살펴보았다.

• 한국음향학회지
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• 제29권5호
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• pp.314-324
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• 2010

도파관 (waveguide structures)에 지지구조 또는 균열과 같은 국부적 불연속이 존재하는 경우, 도파관을 따라 전파되는 파동은 이러한 국부적 불연속으로 인해 반사가 발생한다. 빔과 같이 단면의 형상이 단순한 도파관에서는 국부적 불연속에 의한 저주파수 대역 반사 및 투과 특성을 스펙트럴요소(spectral element, SE)와 유한요소(finite element, FE)를 연결한 스펙트럴요소/유한요소법 (SE/FE method)으로 해석 할 수 있다. 그러나 도파관의 단면 형상이 복잡하거나 또는 고주파수 대역 해석에서는 빔 이론에 근거한 스펙트럴 요소를 이용하는 것이 부적합하다. 본 논문에서는 고주파수 대역 파동 반사 및 투과 특성 해석을 위해 스펙트럴요소 대신 스펙트럴수퍼요소 (spectral super element, SSE)를 도입하고, 이를 유한요소와 결합시킨 SSE/FE 방법을 제안한다. 이 방법은 도파관 모델링에 스펙트럴 수퍼요소를 이용하므로 레일과 같이 단면의 형상이 복잡한 도파관의 고주파수 대역 해석에 적합하다. 본 논문에서는 SSE/FE 해석에 필요한 반무한 SSE(semi-infinite spectral super element)에 대한 정식화를 먼저 수행하고, 이를 FE로 모델링한 국부적 불연속 구간과 연결하여 SSE/FE 모델을 구성하였다. 이 방법의 적용 예로써 단순 형상의 국부적 결함이 존재하는 철로 레일에 대하여 고주파수 대역 파동반사 및 투과계수를 계산하고 그 결과를 살펴보았다. 또한, 입사된 파워가 보존되어야 한다는 조건을 이용해 SSE/FE 방법의 수치오차를 추정하였다.

• 정보와 통신
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• 제33권8호
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• pp.52-62
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• 2016

해양에서 음파를 사용하여 수중통신을 시도할 경우 해양매질은 음향 도파관(acoustic waveguide)의 역할을 하게 되고, 이 경우 해양환경의 변동성과 그에 따른 음파와 매질의 간섭에 의해 수중통신 채널의 변동성이 발생한다. 수중음향 채널은 대역 제한 채널이면서 잔향음 제한 채널이고 강한 도플러 변이 채널이므로 수신된 통신 신호는 육상통신에 비해 심한 인접 심볼간 간섭(intersymbol interference)과 위상변이를 가지게 된다. 따라서 수중통신을 시도함에 있어 이러한 해양환경 변동성과 그에 따른 수중음향 채널 변동에 대한 충분한 고려가 필요하다. 본 논문은 수중통신 시스템 구성에 도움을 줄 수 있도록 수중통신 채널에 영향을 미치는 해양 매질의 기본적 특성에 대해 소개하고 수중통신 채널과의 상관성 및 환경 변동성에 따른 통신채널의 변동성에 대해 소개하고자 한다.

• 한국음향학회지
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• 제25권5호
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• pp.239-245
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• 2006

시계열반전처리는 시간과 공간영역 동시에 집속을 수행할 수 있는 효과적인 방법으로 증명되어 왔으며, 시간영역에서의 집속 특성은 수중음향통신에서 광범위하게 이용되고 있다. 최근에는 해양도파관에서 동시 다중 집속이 적응 시계열 반전처리에 의해 구현되었다. 본 연구에서 적응 시계열반전처리에 의한 동시 다중 집속은 다중 수신을 위한 수중음향 통신 알고리즘으로 확장되며, 개발된 알고리즘은 수치실험과 실 데이터를 통해 다중 수신 위치에 동시에 자기등화가 가능함을 보였다.

• 한국음향학회지
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• 제25권6호
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• pp.305-311
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• 2006

본 논문에서는 성층화된 천해 음향도파관 환경에서 빔-시간 강도 패턴을 이용한 음원 거리추정 기법인 배열 불변성 이론에 대한 성능을 분석하였다. 기존의 수중음원 위치추적 방법으로 잘 알려진 정합장 처리, 음향도파관 불변성 추정법 등에 비해 계산량을 절감 할 수 있고, 배열 이득을 충분히 활용할 수 있는 이점을 가진다. 또한, 기타 간섭 신호원의 영향을 크게 받지 않는 상황에서는 수중 환경에 대한 자세한 사전정보가 요구되지 않는다. 기존의 수중 음원 위치 추정법들에 비해 간단하고 순간적인 음원의 거리 추정이 가능한 배열 불변성 방법의 성능을 분석하기 위해 모의 음파 전달 음장을 이용한 시뮬레이션을 수행하였다. 광대역을 가지는 수중 충격성 음원에 대하여 SNR 에 따른 거리 추정 결과를 나타내었고 고주파 신호의 다중경로 전파 현상을 억제시키기 위해 공간 스무딩 기법을 적용하였다. 거리추정 성능을 분석한 결과, SNR 10dB의 환경에서 20% 내의 오차율을 보였다.

• 한국음향학회지
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• 제24권2호
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• pp.87-96
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• 2005

해양환경에서 정합장처리를 통해 음원위치를 추정할 경우 실측신호의 음장과 복제음장 사이에 각종 매개변수의 오정합이 발생하여 상관값의 저하와 함께 음원 위치추정 결과에 바이어스를 발생시킨다. 본 논문에서는 정합장처리를 이용한 음원 위치추정에서 해양환경 및 시스템 오정합 매개변수로 인한 바이어스와 상관값의 변화 그리고 민감도에 대해서 고찰하였다. 이를 위해 Pekeris 해양 도파관에서 수치실험을 수행하였으며, 그 결과 매개변수 오정합이 음원 위치에서의 바이어스와 상관값의 감소를 발생시켰다. 또한 매개변수 민감도 평가를 통해 배열의 경사와 수심, 해저면 수심과 해저층의 음속이 민감도가 높음을 확인 할 수 있었다.

• 한국음향학회지
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• 제22권8호
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• pp.645-651
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• 2003

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.