Keunhwa Lee;Wooyoung Hong;Jungyong Park;Su-Uk Son;Ho Seuk Bae;Joung-Soo Park
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.43
no.3
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pp.314-323
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2024
Recently, a score-penalty method has been used for the acoustic passive tracking of marine mammals. The interesting aspect of this technique lies in the loss function, which has a penalty term representing the mismatch between the measured signal and the modeled signal, while the traditional time-domain matched-field processing is positively considering the match between them. In this study, we apply the score-penalty method into the depth estimation of a passive target with a known source waveform. Assuming deep ocean environments with uncertainties in the sound speed profile, we evaluate the score-penalty method, comparing it with the time-domain matched field processing method. We shows that the score-penalty method is more accurate than the time-domain matched field processing method in the ocean environment with weak mismatch of sound speed profile, and has better efficiency. However, in the ocean enviroment with strong mismatch of the sound speed profile, the score-penalty method also fails in the depth estimation of a target, similar to the time-domain matched-field processing method.
A logical measure is suggested to estimate an accurate Sound Speed Profile (SSP) for the unusual variation of salinity in the Yellow Sea. Based on National Aeronautics and Space Administration (NASA)'s Aqua and Soil Moisture Active Passive (SMAP) satellite data, this measure identifies the area of temperature inversion effect and expansion of low salinity (<30.5 psu) water. Subsequently, on the area, the Conductivity, Temperature, and Depth (CTD) mounted unmanned maritime system estimates accurate SSP. In order to carry out this measure conveniently, a flow chart is demonstrated in this research. By using this measure which finds the high variational salinity area, the inaccuracy issue for calculating SSP from Expandable Bathy Thermograph (XBT) is expected to be solved.
This paper presents a revised beamforming inversion method for ocean acoustic tomography. In the proposed inversion method, the relation between group velocity and phase velocity that are the characteristics of the waveguide is used for the inversion of perturbed sound speed profile. The group velocity and phase velocity can be expressed as a function of the travel time and arrival angle of the received signals that are analyzed by the beamforming signal processing. This paper illustrates the simulated results of inversion for the fluctuated sound speed profile of the East Korea Sea and we found the applicability of revised beamforming inversion method to range independent ocean.
Na Young-Nam;Kim Young-Gyu;Kim Seongil;Cho Chang Bong;Kim Hyung-Soo;Lee Yonggon;Lee Sung Ho
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.24
no.2E
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pp.46-53
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2005
Agency for Defense Development (ADD) developed the Submarine Acoustic Information Management System (SAIMS Version 1.0) capable of interfacing some submarine sensors in operation and predicting detection environments for sonars. The major design concepts are as follows: 1) A proper acoustic model is examined and optimized to cover wide spectra of frequency ranges for both active and passive sonars. 2) Interfacing the submarine sensors to an electric navigation chart, the system attempts to maximize the applicability of the information produced. 3) The state-of-the-art database in large area is built and managed on the system. 4) An algorithm, which is able to estimate a full sound speed profile from the limited oceanographic data, is developed and employed on the system. This paper briefly describes design concepts and algorithms embedded in the SAIMS. The applicability of the SAIMS was verified through three sea experiments in October 2003-February 2004.
Kim, Kun-Soon;Cheung, Wan-Sup;Kwon, Hyu-Sang;Park, Kyung-Am;Paik, Jong-Seung;Yoo, Seong-Yeon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.7
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pp.924-929
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2000
This paper addresses a new technique of measuring the mean flow velocity over the cross sectional area of the pipe using sound field reconstruction. When fluid flows in the pipe and two plane waves propagate oppositely through the medium, the flow velocity causes the change of wave number of the plane waves. The wave number of the positive going plane wave decreases and that of negative going one increases in comparison to static medium in the pipe. Theoretical backgrounds of this method are introduced in detail and the measurement of mean flow velocity using the sound field reconstruction is not affected by velocity profile upstream of microphones.
Kim, Juho;Bok, Tae-Hoon;Paeng, Dong-Guk;Pang, Ig-Chan;Lee, Chongkil
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.32
no.1
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pp.1-13
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2013
Salinity does not generally affect sound speed because it shows very small variations in the ocean. However, low salinity water appears in the Western Sea of Jeju Island every summer so that sound speed and sound propagation can change near sea surface. We calculated Sound Speed Profile (SSP) using vertical profiles of temperature and salinity, which were averaged over years of normal salinity and low salinity (<28 psu) from 30 years (1980~2009) at 3 sites of Korea Oceanographic Data Center (KODC). As a result, sound speed variation by low salinity alone was -5.36 m/s at sea surface and -1.35 m/s at 10m depth for low salinity environments. Gradient of SSP was positive down to 5 m depth due to decrease of sound speed near surface, leading formation of haline channel. Simulation of acoustic propagation using a ray model (Bellhop) confirmed the haline channel. Haline channel has formed 4 times while hydrostatic channel controlled by only pressure has formed 9 times for 30 years. The haline channel showed larger critical angles of rays than hydrostatic channel. Haline channel was also formed at some sites among 20 measurement sites in low salinity water mass which appeared on August $1^{st}$ 2010.
Sound propagation in shallow water changes from spherical spreading to cylindrical spreading, depending on boundary conditions, and this point is defined as a transition point of the sound propagation condition. Theoretically, the transition point can be estimated using the transmission loss as a function of source-receiver range. In this paper, the transmission loss curve in a Pekeris waveguide is predicted using a parabolic-equation based acoustic propagation model and using this transmission loss curve, the range from the source of the transition point is estimated, which is compared to the critical distance calculated using the sound speed ratio of water to sediment. In addition, the effects of the sound speed profile and source depth change on the transition point are investigated. Finally, the transition point is estimated using the transmission loss data measured during the period of the SAVEX15 (Shallow Water Acoustic Variability EXperiment 2015) conducted 65 km southwest of Jeju Island in May 2015, and it is compared to the ocean environmental parameters to understand the properties of sound propagation in the experimental area.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.18
no.5
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pp.1061-1066
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2014
Transmission characteristics of the sound propagation is very complicate and sparse in shallow water. To increase the performance of underwater acoustic communication system, lots of channel estimation technique has been proposed. In this paper, we proposed the channel estimation based on LMS(Least Mean Square) algorithm which has faster convergence speed than conventional sparse-aware LMS algorithms. The proposed method combines $L_p$-norm LMS with soft decision process. Simulation was performed by using the sound velocity profile which acquired in real sea trial. As a result, we confirmed that the proposed method shows the improved performance and faster convergence speed than conventional methods.
An edge tone is the discrete tone or narrow-band sound produced by an oscillating free shear layer, impinging on a rigid surface. In this paper, we present a 2-D edge tone to predict the frequency characteristics of the discrete oscillations of a jet-edge feedback cycle, using the finite difference lattice Boltzmann method (FDLBM). We use a modified version of the lattice BGK compressible fluid model, adding an additional term and allowing for longer time increments, compared to a conventional FDLBM, and also use a boundary fitted coordinates system. The jet is chosen long enough in order to guarantee the parabolic velocity profile of the jet at the outlet, and the edge consists of a wedge with an angle of ${\alpha}$ = 23. At a stand-off distance, the edge is inserted along the centerline of the jet, and a sinuous instability wave, with real frequency, is assumed to be created in the vicinity of the nozzle and propagates towards the downstream. We have succeeded in capturing very small pressure fluctuations, resulting from periodical oscillations of a jet around the edge. The pressure fluctuations propagate with the speed of sound. Its interaction with the wedge produces an non-rotational feedback field, which, near the nozzle exit, is a periodic transverse flow, producing the singularities at the nozzle lips.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.48
no.1
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pp.16-24
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2011
The sound speed of seawater can be calculated by the empirical formula as a function of temperature, salinity and pressure. It is little affected by salinity because the average salinity is 34 psu and varies within a few psu seasonally and spatially in the ocean. Recently, low-salinity water of 24 psu flows into the western sea area of Jeju Island due to the flood of the Yangtze River in China during summer, affecting sound speed profile. In this paper, it was analyzed how environmental changes affected to the underwater communication - the sound speed of low-salinity water was calculated, and the communication channel was estimated by the simulated acoustic rays while the transmitting and receiving depth and the range were varied with and without the low-salinity layer. And The BER (Bit error rate) was calculated by BPSK(Binary phase shift key) modulation and the effects of the low-salinity water on the BER was investigated. The sound speed profile was changed to have positive slope by the low-salinity layer at the sub-surface up to 20 m of depth, forming acoustic wave propagation channel at the sub-surface resulting in the decrease of most of the BER Consequently, this paper suggests that it is important to consider changes of the ocean environment for correctly analyzing the underwater communication and the detection capability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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