천해 음향채널에서 시계열 신호모의를 통한 음파전달 특성 연구

Abstract

해양에서 음파가 전파될 때, 해양환경 변화에 따른 수신 신호 특성을 광대역 시계열(Time series) 신호 모의를 통해 살펴보았다. 이를 위해 포물선 방정식(PE; Parabolic equation) 알고리즘으로부터 구해진 음장(Sound field)과 음원의 스펙트럼의 곱을 역푸리에 변환(IFFT; Inverse discrete fourier transform)을 통하여 해양환경 변화에 따른 시계열 신호의 채널 특성을 분석하였다. 음파전달에 영향을 미치는 환경적 요소(Environmetal parameter)는 수직음속기울기, 해수면, 해저면의 물리적 특성과 퇴적층 등이 있으며, 그 외에도 음원과 수신기의 거리, 수심 변화, 음원의 주파수 등도 음파전달에 영향을 미치게 된다. 이러한 환경적 요소 중 경계면 영향은 심해보다 천해가 크기 때문에 천 해에서의 음파전달 양상이 더 복잡하다. 천해에서의 음원과 수심기의 수심변화는 수신신호에 있어서 심해보다 상대적으로 더 큰 변화를 가져온다. 신호 모의를 위한 해양환경은 우리나라 남해를 기준으로 하였으며, 음원과수신기의 거리를 100 m 부터 200,000 m 까지 변화시키면서 신호 모의를 하였다.; Broadband time series simulation is presented to analyze the characteristics of received signals with the variation of the ocean environment. PE(Parabolic Equation) based model which has been known to perform well for low frequencies is used for analyzing the channel characteristics of the time series. For each eigenray, the travel time, phase shift, attenuation, reflection and transmission loss are found to construct a frequency domain transfer function. The receiver time series is the inverse Fourier transform (IFFT) of the production of the source spectrum and transfer function. The time series at is obtained by constructing a frequency domain transfer function from the eigenray. The variation of the sound field is caused by the environmental parameters which are sound speed profile, water depths, wind speed, bottom sediment type, sub-bottom layer, distance of the source and receiver, source depth, and frequency. Specially, sound propagation in shallow water is more affected by the boundary interaction with the location of the source and receiver. Time series are simulated with the variation of the distance of source and receiver (100 m . 200,000 m) in the shallow water (the southern part of Korea).