동해북부에서 관측한 수평 선배열의 배열이득 변동성

손수욱(Su-Uk Son),박정수(Joung-Soo Park),한주영(Jooyoung Hahn),김원기(Won-Ki Kim),조창봉(Chang-Bong Cho) 한국소음진동공학회 2017 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.4

Simulation of acoustic waves horizontal refraction using a three-dimensional parabolic equation model

나영남,손수욱,한주영,이근화,Na, Youngnam,Son, Su-Uk,Hahn, Jooyoung,Lee, Keunhwa The Acoustical Society of Korea 2022 韓國音響學會誌 Vol.41 No.2

In order to examine the possibility of horizontal simulations of acoustic waves on the environments of big water depth variations, this study introduces a 3-dimensional model based on the pababolic equation. The model gives approximated solutions by separating the cross- and non cross-terms in the equation. Assuming artificial bathymetry (25 km × 4 km) with a source frequency 75 Hz, the simulations give clear horizontal refractions on the transmission loss distributions. The degree of refractions shows non-linear increase along the propagating range and proportional increase with water depth along the cross range. Another simulations with the real bathymetry (25 km × 8 km) also give clear horizontal refractions. The horizontal distributions present little difference with the depth resolution variations of the same data source because the model gives interpolations over the depth data before simulations. Meanwhile, the horizontal distributions show big difference with those of different data sources.

서해 천해환경에서 단상태 해저면 후방산란강도 측정

손우주,손수욱,최지웅,조성호,정섬규,Son, Wuju,Son, Su-Uk,Choi, Jee Woong,Cho, Sungho,Jung, Seom-Kyu 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.6

한국해양과학기술원과 한양대학교가 2013년 5월 서해 경기만 남부의 연안해역에서 공동으로 수행한 해양음향 실험에서 주파수 6 ~ 14 kHz에 대한 해저면 후방산란강도 측정이 실시되었다. 실험해역의 지질 환경 특성은 다중빔 음향측심기, 스파커, 그랩을 이용하여 조사되었으며, 이로부터 정밀 해저지형 및 해저면 하부지층 구조, 표층 퇴적물 구성성분에 대한 자료를 획득하였다. 본 논문에서는 수평입사각 $28^{\circ}{\sim}69^{\circ}$에 대한 해저면 후방산란강도 결과를 도출하여 람베르트 법칙(Lambert's law) 및 APL-UW 산란 모델과 비교하였다. 또한 실험해역의 해양물리/지형학적 특성을 고려하여 해저면 후방산란 특성에 영향을 미치는 지음향 인자들에 대한 토의를 수행하였다. Measurements of bottom backscattering strengths in a frequency range of 6-14 kHz were made on the shallow water off the southern Gyeonggi Bay in Yellow Sea in May 2013, as part of the KIOST-HYU joint acoustics experiment. Geological surveys for the experimental area were performed using multi-beam echo sounder, sparker system, and grab sampling to investigate the bottom topography, sub-bottom profile and composition of surficial sediment, respectively. In this paper, the backscattering strengths as a function of grazing angle (in range of $28^{\circ}{\sim}69^{\circ}$) were estimated and compared to the predictions obtained by Lambert's law and APL-UW scattering model. Finally, the effects of geoacoustic parameters corresponding to the experimental area on the backscattering strengths are discussed.

거제 인근해역에서 측정된 중주파수 음향 해저면 반사 신호를 이용한 표층 해저면 두께 추정

권혁종,최지웅,손수욱,조성호,한주영,박정수,박경주,Kwon, Hyuckjong,Choi, Jee Woong,Son, Su-Uk,Cho, Sungho,Hahn, Jooyoung,park, Joung-Soo,Park, Kyeongju 한국음향학회 2016 韓國音響學會誌 Vol.35 No.6

천해 환경에서 수평입사각에 따른 음향반사 신호 측정 실험을 2015년 10월 거제 인근 해역에서 실시하였다. 본 논문에서는 수평입사각 $9{\sim}14^{\circ}$ 범위에서 측정된 중주파수 4 ~ 8 kHz의 표층 해저면 반사 신호와 하부 퇴적층 반사신호의 도달시간 차이를 이용하여 표층 퇴적층의 두께를 역으로 추정하였다. 실험 해역의 지질 정보는 한국지질자원 연구원에서 제공한 실험 해역의 평균입도범위인 $8{\sim}10{\phi}$를 사용하였다. 두 다중경로의 도달시간 차이를 이용하여 추정한 표층 퇴적층의 두께는 4 ~ 7 m이며, 한국해양과학기술원이 제공한 실험 해역 인근의 천부지층탐사기를 이용한 하부 퇴적층 분석 결과와 비교하였다. Measurements of bottom loss as a function of grazing angle (in range of $9{\sim}14^{\circ}$) at a frequency range of 4 ~ 8 kHz were conducted on an experimental site off Geoje island in October 2015. Geoacoustic inversion of the surficial sediment thickness is performed using the arrival time difference between the surficial layer and the sub-bottom layer reflected signal. To invert the thickness of surficial sediment, we used the grain size of $8{\sim}10{\phi}$ obtained by KIGAM (Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources). The thickness of the surficial sediment was estimated to be 4 ~ 7 m. Finally, this inversion result was compared with the geoacoustic observation conducted by the KIOST (Korea Institute of Ocean Science & Technology) using sub-bottom profiler.

해상 환경을 고려한 수상함 항적 모델 연구

배호석,김원기,손수욱,김우식,박정수,Bae, Ho Seuk,Kim, Won-Ki,Son, Su-Uk,Kim, Woo-Shik,Park, Joung-Soo 한국군사과학기술학회 2021 한국군사과학기술학회지 Vol.24 No.1

The ship wake generated by rotation of the propeller yields changes of characteristics of sound wave such as attenuation and scattering. To develope a battle field environment simulator for military purposes, it is very important to understand acoustical properties of ship wake. Existing research results have limitations in direct application because they performed under simple conditions or model ships were applied. In this study, we developed a ship wake generation model based on the ship's geometric wake distribution theory. The model can provide spatial distribution and void fraction with various marine environments as well as ship size. Through the developed model, geometric distribution features of ship wake according to the ship's maneuvering conditions were successfully simulated. In addition, changes of the bubble void fraction with time at any location within the battle field environment were identified. Therefore, the developed model is expected to be used in the development of a simulator to measure the acoustic characteristics of the ship wake.

음원과 수신기 사이에 교차 산란단면적을 이용한 양상태 잔향음 모의

오래근,김선효,손수욱,최지웅,박정수,신창홍,안명환,이범직,Oh, Raegeun,Kim, Sunhyo,Son, Su-Uk,Choi, Jee Woong,Park, Joung-Soo,Shin, Changhong,Ahn, Myonghwan,Lee, Bum Jik 한국음향학회 2017 韓國音響學會誌 Vol.36 No.1

소나 운용에서 잔향음은 수중 표적 탐지의 제한요소이기 때문에 정확한 예측이 중요하다. 최근에는 단상태소나 연구에서 공간적으로 송수신기의 위치가 다른 양상태 소나에 대한 연구로 확장되고 있는 추세이다. 양상태 잔향음을 모의하기 위해서는 양상태 음파전달, 양상태 산란강도 및 산란단면적 등에서 단상태와 다른 복잡한 계산이 요구된다. 전 세계적으로 양상태 잔향음에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있지만 잔향음을 예측하는데 중요한 요소인 양상태 산란단면적을 정확하게 계산하는 방법에 대한 연구는 미비하다. 본 논문에서는 거리 독립 환경의 양상태 잔향음모의에서 두 원의 교차되는 면적을 응용하는 새로운 산란단면적 계산 방법을 제안한다. 최종적으로 본 논문의 양상태 산란단면적 계산 방법으로 모의된 잔향음 준위는 기존에 제안되었던 방법들의 예측값과 비교되며 2013년 5월에 수행된 해상 실험의 측정값과 비교를 수행하였다. It is important to predict accurately reverberation level, which is a limiting factor in underwater target detection. Recently, the studies have been expanded from monostatic sonar to bistatic sonar in which source and receivers are separated. To simulate the bistatic reverberation level, the computation processes for propagation, scattering strength, and scattering cross section are different from those in monostatic case and more complex computation processes are required. Although there have been many researches for bistatic reverberation, few studies have assessed the bistatic scattering cross section which is a key factor in simulate reverberation level. In this paper, a new method to estimate the bistatic scattering cross section is suggested, which uses the area of intersection between two circles. Finally, the reverberation levels simulated with the scattering cross section estimated using the method suggested in this paper are compared with those estimated using the methods previously suggested and those measured from an acoustic measurements conducted in May 2013.

한국 천해 수온구조에서의 능동소나 성능 특성 연구

김원기,배호석,손수욱,한주영,박정수,Kim, Won-Ki,Bae, Ho Seuk,Son, Su-Uk,Hahn, Jooyeong,Park, Joung-Soo 한국군사과학기술학회 2021 한국군사과학기술학회지 Vol.24 No.5

It is obvious that understanding the effects of shallow water environment of Korea is very important to guarantee the optimal performance of active sonar such as monostatic and bistatic sonar. For this reason, in this paper, we analyzed the detection performance characteristics for various depth deployments of sonar in summer, winter and water temperature inversion environments, which environments are frequently observed in shallow water of Korea such as the Yellow sea. To analyze only effects of water temperature structures on target detection performance, we applied range independent conditions for bottom, sea surface and water temperature characteristics. To understand the characteristics of detection performance, we conducted transmission loss and signal excess modeling. From the results, we were able to confirm the characteristics of detection performance of active sonar. In addition, we verified that operation depth of transmitter and receiver affects the detection performance. Especially in the water temperature inversion environment, it was confirmed that the shadow zone could be minimized and the detection range could be increased through bistatic operation.

사이드 스캔 소나 영상에서 수중물체 자동 탐지를 위한 컨볼루션 신경망 기법 적용

김정문,최지웅,권혁종,오래근,손수욱,Kim, Jungmoon,Choi, Jee Woong,Kwon, Hyuckjong,Oh, Raegeun,Son, Su-Uk 한국음향학회 2018 韓國音響學會誌 Vol.37 No.2

본 논문은 사이드 스캔 소나 영상을 컨볼루션 신경망으로 학습하여 수중물체를 탐색하는 방법을 다루었다. 사이드 스캔 소나 영상을 사람이 직접 분석하던 방법에서 컨볼루션 신경망 알고리즘이 보강되면 분석의 효율성을 높일 수 있다. 연구에 사용한 사이드 스캔 소나의 영상 데이터는 미 해군 수상전센터에서 공개한 자료이고 4종류의 합성수중물체로 구성되었다. 컨볼루션 신경망 알고리즘은 관심영역 기반으로 학습하는 Faster R-CNN(Region based Convolutional Neural Networks)을 기본으로 하며 신경망의 세부사항을 보유한 데이터에 적합하도록 구성하였다. 연구의 결과를 정밀도-재현율 곡선으로 비교하였고 소나 영상 데이터에 지정한 관심영역의 변경이 탐지성능에 미치는 영향을 검토함으로써 컨볼루션 신경망의 수중물체 탐지 적용성에 대해 살펴보았다. In this paper, we have studied how to search an underwater object by learning the image generated by the side scan sonar in the convolution neural network. In the method of human side analysis of the side scan image or the image, the convolution neural network algorithm can enhance the efficiency of the analysis. The image data of the side scan sonar used in the experiment is the public data of NSWC (Naval Surface Warfare Center) and consists of four kinds of synthetic underwater objects. The convolutional neural network algorithm is based on Faster R-CNN (Region based Convolutional Neural Networks) learning based on region of interest and the details of the neural network are self-organized to fit the data we have. The results of the study were compared with a precision-recall curve, and we investigated the applicability of underwater object detection in convolution neural networks by examining the effect of change of region of interest assigned to sonar image data on detection performance.

음향 탐지 성능 분포도 기반에서 함정 최적탐색패턴에 관한 연구

천민기,김선효,최지웅,최철우,손수욱,박정수,Cheon, Minki,Kim, Sunhyo,Choi, Jee Woong,Choi, Cheolwoo,Son, Su-Uk,Park, Joungsoo 한국군사과학기술학회 2017 한국군사과학기술학회지 Vol.20 No.3

The goal of this study is simulation of optimal search pattern of ships based on performance surface which are reflected underwater environmental. The process is as follows. First, temporal and spatial environmental database are extracted in complex environment and input hull mounted SONAR system parameters. The environmental database and SONAR system parameters are substituted to SONAR equations, and calculate signal excess, detection probability, detection range. And then, the performance surface, which can be used to provide operational insight of SONAR detection performance, are pictorialized. Finally, optimal search pattern of ships are simulated using genetic algorithm based on performance surface. And then, we certify optimal search pattern in various ways.

해저면 반사신호의 선 배열 소나 방위 오차 해석

오래근,구본성,김선효,송택렬,최지웅,손수욱,김원기,배호석,Oh, Raegeun,Gu, Bon-Sung,Kim, Sunhyo,Song, Taek-Lyul,Choi, Jee Woong,Son, Su-Uk,Kim, Won-Ki,Bae, Ho Seuk 한국음향학회 2018 韓國音響學會誌 Vol.37 No.6

선 배열 소나는 배열 이득으로 인해 단일 소나에 비해 상대적으로 음압이 낮은 표적 신호일 경우에도 방위 추정이 가능한 장점이 있다. 하지만 선 배열 소나에서는 표적의 방향을 나타내는 표적 방위각과 음파의 다중경로에서 발생되는 수직각의 영향으로 방위 오차가 발생하며 이로 인해 수신 신호로부터 표적 방위를 추정하는데 어려움이 존재한다. 수중의 음파 전달 환경에 의해 발생하는 다중경로는 각 경로별로 상이한 수직각을 가지므로 이러한 특성이 선배열 소나의 방위 추정에 미치는 영향에 대해 고려할 필요가 있다. 본 논문에서는 선 배열 소나에서 다중경로의 영향으로 인해 발생하게 되는 방위 오차를 확인하며 해저면 반사 경로에서 수직각에 의한 오차를 모의하여 환경에 따른 방위 오차의 차이를 분석한다. 또한 추정된 방위각에서 거리에 따라 방위 오차를 고려한 예상 표적 방위선을 도출한다. The Line array sonar consisting of several hydrophones increases array gain and improves the performance for detecting the direction of the target compared to single hydrophone. However, line array sonar produces the bearing error that makes it difficult to determine the bearing of incoming source signal due to the relation between bearing angle of target and vertical angle of multipath signals. Vertical angles of multipath are varied with the geometry of receiver and target and various underwater environments, therefore it is necessary to consider the bearing error to estimate accurately the bearing of the target. In this study, acoustic modelling was performed to understand the effect of multipath signals on the target signal. The errors of bearing angle estimated from the bottom bounced signals are calculated with several environment. In addition, the expected bearing line, as a function of source-receiver range, compensated for the bearing error is predicted from the estimated bearing angle.