수평입사각에 따른 중주파수 해저면 반사손실을 이용한 지음향 인자 역산

Abstract

최근 심해에서 천해로 수중음향의 적용이 증가함에 따라 이 음전달에 미치는 영향에 대한 연구의 중요성이 증가하고 있다. 해저면 특성에 관한 연구는 퇴적 샘플을 직접 채취하여 분석함으로써 가능하지만 비용과 시간이 많이 요구되며, 본래의 환경에서 분석할 수 없다는 제한 요소가 있다. 이러한 제한 요소를 보완하기 위해 음향 신호를 이용한 해저면 특성에 대한 간접적인 연구가 국내외로 활발하게 진행 중이다. 2008년 10월 동해항 인근 해역에서 6, 8, 10 kHz의 주파수 특성을 가진 음원과 수직 선배열 수신기(VLA)를 이용하여 수평입사각(26° ~ 83°)에 따른 해저면 반사손실을 측정하였다. 획득된 해저면 반사손실 중에서 낮은 수평입사각(26° ~ 50°)만을 이용하여, 수층과 다중 경계면을 고려한 레일리 반사계수 모델(Rayleigh reflection coefficient model)을 통해 해저면 지음향 인자들의 역 추정을 시도하였다. 이를 위하여 시뮬레이션 테크닉의 일종인 유전자 알고리즘을 사용하였고, 바틀렛 기법을 이용하여 역산 인자들의 민감도를 파악하였으며, 최소 자승법을 이용하여 구성된 목적함수를 바탕으로 민감도에 따른 지음향 인자 역산을 수행하였다. 또한 해상 실험에서 발생될 수 있는 오차(DGPS오차에 의한 수평입사각 오차, DGPS오차에 의한 전달손실 오차, 시스템 오차)들에 대한 고려를 통하여 각 데이터마다 가중치를 부여하는 방법으로 지음향 인자들의 역 추정을 수행하였다. 본 논문에서는 해상 실험에서 발생될 수 있는 오차들을 충분히 고려하여 역산을 수행함으로써 좀 더 정확한 결과를 얻을 수 있고, 수평입사각에 따른 해저면 반사손실을 이용하여 해저면 특성에 대한 역 추정이 가능한 것을 확인하였다.