음향후방산란신호의 나카가미 확률밀도함수를 이용한 해저퇴적물 분류

복태훈,팽동국,박요섭,공기수,박수철,Bok, Tae-Hoon,Paeng, Dong-Guk,Park, Yo-Sup,Kong, Gee-Soo,Park, Soo-Chul 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.3

해양 탐사에 있어서 해저퇴적물의 물성을 파악하는 것은 해양 연구의 기초 자료로써 활용되고 있다. 이러한 해저퇴적물의 물성을 파악하기 위해서는 시추를 통한 직접적인 방법이 있지만 경제적, 시간적 손실이 크고 공간적인 한계가 있다. 이에 음향 장비를 이용한 해저퇴적물 분류 연구가 활발히 진행 중에 있다. 본 논문에서는 해저 지형 조사 장비의 일종인 음향측심기에 의한 음향 신호의 나카가미(Nakagami) 분포를 분석하여 해저퇴적물의 특성을 분류하는 연구를 수행하였다. 나카가미 변수인 m 값의 변화에 따라 해저퇴적물의 물리적 특성이 달라지는 것을 확인하였고, 이는 해저퇴적물특성 연구의 기초자료로 활용되리라고 여겨진다. The physical properties of a seafloor sediment have been used as a basic data for the ocean survey. Conventional methods such as a coring, a drilling, and a grabbing have been used to explore the physical properties but these methods have a number of shortcomings as it is time consuming, expensive and spatially limited. To overcome these limitations, seafloor sediment classification using acoustic signals has been studied actively. In this paper, we obtained the backscattered signal from the seafloor sediment using an echo sounder which is one kind of seafloor topography equipment. Nakagami probability density function of the backscattered signals from the seafloor sediment was computed and a Nakagami parameter was compared with the physical properties of the seafloor sediment. We have confirmed that Nakagami parameter, m is correlated with the physical properties of a seafloor sediment. This study will be utilized as a basic data of the seafloor sediment research.

High Frequency Ultrasound and Its Applications to Animal and Human Imaging Focusing on Vessel and Blood

복태훈,팽동국,Bok, Tae-Hoon,Paeng, Dong-Guk The Acoustical Society of Korea 2010 韓國音響學會誌 Vol.29 No.e2

In the diagnostic ultrasound (US) transducer technology, the high frequency US(HFUS) transducer over 20 MHz is one of the current issues to be pursued for better resolution with the expense of penetration. HFUS single element transducers and the mechanical scanning systems for imaging are reviewed, and HFUS array transducers are also briefly summarized. HFUS applications such as the human applications in ophthalmology and dermatology and small animal applications for research purposes are reviewed with vascular and blood imaging in this paper.

사운드 마스크 필터를 이용한 수중 과도 신호 추출

복태훈,김주호,팽동국,이종현,배진호,김성일,Bok, Tae-Hoon,Kim, Juho,Paeng, Dong-Guk,Lee, Chong Hyun,Bae, Jinho,Kim, Seongil 한국음향학회 2012 韓國音響學會誌 Vol.31 No.8

수중 과도 신호는 주변 소음과는 구별된다. 과도 신호는 음향학적 특색에 따라 특징들이 다양하기 때문에 데이터베이스화가 요구된다. 이에 본 논문에서는 해양에서 국지적이고 일시적으로 존재하는 과도 신호를 추출하기위해 사운드 마스크 필터링 방법을 활용하였다. 표준 신호를 선택하여 원 음원과의 상호상관관계를 구하였다. 상호상관신호의 포락선에서 최대우도법에 의해 결정된 역치를 사용하여 과도 신호를 위한 사운드 마스크 필터를 구하였다. 사운드 마스크 필터를 활용하여, 수중 소음원에서 바다메기의 과도 신호를 추출하였다. 유사하게, 원 음원에 인위적으로 인공 신호를 추가한 신호에서 동일한 방식으로 바다메기와 인공 신호를 과도 신호로서 추출하였다. 또한 표준신호에 따라서 다르게 추출된 과도신호의 비교를 통해 표준신호 선택의 중요함을 제시하였다. 본 논문에서 제안된 사운드 마스크 필터링 방법은 해양 주변 소음원에서 과도 신호의 데이터베이스 구축에 활용될 수 있고, 특히, 임의의 신호에서 원하는 신호를 추출하는 데에 활용 가능성이 있다. An underwater transient signal is distinguished from an ambient noise. Database for the underwater transient signal is required since the underwater transient signal shows various characteristics depending on acoustic features. In the paper, hence, sound mask-filter was applied to extract the transient signals which exist temporally and locally in the ocean. The standard signal was chosen and cross-correlated with the raw signal. A mask-filter for a transient signal was obtained using the threshold which was decided by the maximum likelihood method in the envelope of the cross-correlated signal. Using the sound mask-filter, the transient signal of a sea catfish {Galeichthys felis (Linnaeus)} was extracted from the underwater ambient noise. Similarly, the man-made signal was added into the noise and it was extracted by the same method. We also have demonstrated the significance of the transient signal through comparing the extracted signals depending on the standard signal. In the results, the proposed method, sound mask-filtering, could be utilized as a database construction of the transient signals in underwater noise. Particularly, this study would be useful to extract the wanted signal from arbitrary signals.

원통 구조에서 공간 콘볼루션을 이용한 상호 방사 임피던스 계산

복태훈,이잉,팽동국,이종길,신구균,조치영,Bok, Tae-Hoon,Li, Ying,Paeng, Dong-Guk,Lee, Jong-Kil,Shin, Ku-Kyun,Joh, Chee-Yong 한국음향학회 2010 韓國音響學會誌 Vol.29 No.1

공간 콘볼루션을 이용하여 원통형 구조에서 진동체 사이의 상호 방사 임피던스를 계산하였다. 본 계산 방식은 평면 배열을 공간 콘볼루션에 의해 원통 구조로 변환하고 이에 대한 상호 방사 임피던스를 계산하는 것으로서 정확한 형태의 원통형 배플을 고려하지는 못하지만 계산 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다. 본 논문에서 제안하는 공간 콘볼루션 방식에 의한 계산 결과를 기존의 4중 적분 방식에 의한 계산 결과와 비교하여 계산 방식에 대한 오차를 분석하였고, 또한 배열 구조에서 발생하는 오차를 분석하기 위해 평면 배열에서의 결과와 비교하였다. 앞의 두 가지 형태의 비교를 통하여 본 계산 방식에 대한 오차를 확인하였고, 아울러 오차 범위 내에 있는 구간에서는 공간 콘볼루션에 의한 원통 구조라 할 지라도 제한적으로 사용할 수 있음을 확인하였다. The mutual radiation impedance was calculated using the spatial convolution in the cylindrical structure. The Cartesian coordinate was transformed into the cylindrical coordinate using the spatial convolution for the cylindrical array structure. This method cannot consider the cylindrical baffle, but can reduce the computation time. The error for not considering the cylindrical baffle was analyzed by the comparison of the spatial convolution method with the quadruple integration method in the cylindrical structure. The mutual radiation resistance in the cylindrical structure was compared with the one in the planar baffle. Based on two kinds of the comparison, we presented the error of the suggesting method in this paper, confirming that the spatial convolution method could be applied to compute the mutual radiation impedance in the cylindrical structure at certain conditions.

선체 통신망을 위한 디지털 음향 통신

복태훈(Tae-Hoon Bok),김주호(Juho Kim),이재일(Jaeil Lee),배진호(Jinho Bae),이종현(Chong Hyun Lee),팽동국(Dong-Guk Paeng) 한국소음진동공학회 2012 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.4

인체 요골동맥과 경동맥의 혈액에코박동지수

복태훈(Tae-Hoon Bok),콩치(Qi Kong),남권호(Kweon-Ho Nam),최재철(Jay Chol Choi),팽동국(Dong-Guk Paeng) 한국비파괴검사학회 2012 한국비파괴검사학회지 Vol.32 No.5

본 논문에서는, 두 나이군의 인체 요골동맥과 경동맥에서 초음파 혈액 영상을 측정하여 혈액에코박동지수를 분석했고, 또한 뇌졸중 환자와 대조군의 요골동맥과 경동맥에서 초음파 혈액 영상을 측정하여 혈액에코박동지수를 비교했다. 요골동맥의 혈액에코박동지수는 젊은 세대와 나이 많은 세대가 각각 0.13±0.11, 0.16±0.03로 유사한 반면, 경동맥에서는 각각 0.70±0.21, 0.32±0.01로 젊은 세대에서 더 높게 나타났고, 피험자 별로 더 높은 분산을 보였다. 뇌졸중 환자와 대조군의 혈액에코박동지수는 요골동맥(0.22±0.02, 0.16±0.03)과 경동맥(0.35±0.02, 0.32±0.01) 모두 환자군에서 더 높게 나타났다. 이와 유사하게, 섬유소원 농도 역시 요골동맥과 경동맥 모두 대조군(264±38, 257±43 mg/dl)보다 환자군(336±61, 340±126 mg/dl)에서 더 높게 나타났다. 본 연구의 결과는 향후 적혈구 응집과 뇌졸중의 상관성에 대한 초음파 연구의 가능성을 제시하고 있으며, 적혈구 응집의 생체 내 측정은 임상학적으로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. In the present paper, the ultrasound blood images were measured at both the human radial artery(RA) and common carotid artery(CCA), depending on the age, and the pulsatility index of blood echogenicity(PIBE) was analyzed. In addition, the ultrasound blood images were measured at both RA and CCA of both the stroke patients and the control group, and PIBE was compared. PIBE of RA for the young group was similar with that for the old group (0.13±0.11 and 0.16±0.03). PIBE of CCA for the young group, however, was larger than that for the old group (0.70±0.21 and 0.32±0.01), and was more variable depending on the subject. Similarly, the fibrinogen concentrations of the patients (336±61 and 340±126 mg/dl) were more than that of the control group (264±38 and 257±43 mg/dl), for both RA and CCA. The results indicate the possibility of the ultrasonic test on the correlation between erythrocyte aggregation and stroke, and it is expected that the in-vivo EA measurement would be clinically useful.

제주도 서부 해역의 저염수층을 고려한 수중통신 성능

복태훈(Tae-Hoon Bok),김주호(Juho Kim),이종현(Chong-Hyun Lee),배진호(Jinho Bae),팽동국(Dong-Guk Paeng),방익찬(Ig Chan Pang),이종길(Jongkil Lee) 大韓電子工學會 2011 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.48 No.1

해양에서의 음속은 수온, 염분, 압력에 의한 실험식으로 계산되며 해양에서의 평균 염분은 약 34 psu(practical salinity unit)로 수심이나 수평 거리에 따른 변화가 대부분 수 psu 이하이기 때문에 음속에 크게 영향을 미치지 못한다. 그러나 최근 여름철에 중국 양쯔강 범람에 의해서 24 psu 정도의 저염수가 제주 서부 해역으로 유입되는 사례가 발생하고 있으며 이 저염수는 음속에 영향을 미친다. 본 논문에서는 이러한 환경 변화가 수중통신에 미치는 영향을 분석하였다. 즉, 저염수로 인한 음속구조의 변화를 계산하였고, 저염수층 내에서 송수신 수심과 전달거리를 바꿔가며 음파 전달 경로를 모의하여 통신 채널을 추정하였으며, BPSK(Binary phase shift key) 변조방식을 이용하여 비트 오류율을 계산하였다. 동일한 실험 조건하에 저염수가 없는경우의 성능을 비교하여, 저염수가 통신 성능에 어떠한 영향을 미치는가에 대해 분석하였다. 저염수는 수심 약 20 m까지의 표층부에서 음속의 기울기를 양의 기울기로 변화시켜 음파 채널을 형성하였고, 표층부에서 대부분의 송수신 신호의 비트 오류율을 감소시키는 경향을 확인하였다. 본 논문의 저염수에 의한 수중 통신 성능에 미치는 영향을 분석한 결과는 정확한 해양 통신 및 탐지 성능분석을 하기 위해서는 해양환경의 변화를 고려하는 것이 매우 중요하다는 것을 시사한다. 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.

수중 초음파를 이용한 적조 플랑크톤의 후방산란 특성

김은혜,복태훈,나정열,팽동국,Kim Eunhye,Bok Tae-hoon,Na Jungyul,Paeng Dong-Guk 한국음향학회 2005 韓國音響學會誌 Vol.24 No.8

수중 초음파 (5, 10, 15 MHz)를 사용하여 적조 플랑크톤 Cochlodinium polykrikoides (식물 플랑크톤, 편모조류)의 후방산란 특성을 파악하기 위한 음향 실험을 실시하였다 적조 산란체의 적조주의보 (300 cells/a) 보다 적은 양의 개체 수 변화를 탐지하였고, 개체군 밀도와 후방 산란신호와의 상관관계를 시간영역에서와 주파수 영역에서 확인하였다. 또한, fluid-sphere model[1]을 이용한 이론적인 체적 산란강도를 계산하여 실측 체적 산란강도와 비교한 결과가 잘 일치하였다. Laboratory measurements were performed in a uni-algae medium Cochlodinium polykrikoides (Phytoplankton, dinoflagellates) using an Underwater Ultrasound $(5\~15\;MHz)$ to study Characteristics of Acoustic Backscattering of Harmful algae. In an effort to detect the harmful algal scatterers with population density of less than 300 cells/ml that corresponds to the precaution stage of red tide, backscattered signals from various scatterer-density samples were obtained and analyzed. Correlations between volume backscattering strength (Sv) and population density (cells/ml) of scatterers in the medium have been investigated. Comparison of Volume Backscattering Strengths calculated with the fluid-sphere model [1] and the measured values showed an agreement.

여름철 제주 서부해역의 저염분수로 인한 음속변화와 음파채널 형성

김주호,복태훈,팽동국,방익찬,이종길,Kim, Juho,Bok, Tae-Hoon,Paeng, Dong-Guk,Pang, Ig-Chan,Lee, Chongkil 한국음향학회 2013 韓國音響學會誌 Vol.32 No.1

일반적으로 해양에서는 염분이 크게 변하지 않기 때문에 염분변화로 인한 음속변화는 무시할 수 있다. 그러나 제주 서부 해역에서는 매년 여름 저염분수의 영향으로 염분이 낮아지는 현상이 발생하여 표층 음속의 변화가 발생한다. 해양자료센터의 자료를 이용하여 제주 서부해역 세 정점에서의 30년(1980~2009) 자료 중 28 psu 이하의 저염분수가 발생한 해와 그렇지 않은 해의 수직분포를 각각 평균하여 음속분포를 구한 후에 수온과 염분에 의한 음속 변화를 분석하였다. 그 결과 저염분수 환경에서 염분에 의한 음속 변화는 표층에서 -5.36 m/s, 수심 10 m에서 -1.35 m/s 인 것으로 나타났다. 또한 표층 음속 감소로 인해 수심 약 5 m까지의 음속 수직 분포가 양(+)의 기울기를 갖게 되어 표층 염분채널이 형성되었으며 벨홉(Bellhop)모델을 이용한 음파전달 모의실험을 통해 이를 확인하였다. 30년간 표층채널 발생 동향을 분석한 결과 혼합층에서 압력에 의해 발생하는 정수채널은 9회, 저염분에 의해 발생하는 염분 채널은 5회로 나타났으며 염분 채널이 발생한 경우는 정수 채널에 비해 음선 임계각이 크게 나타나는 것으로 확인되었다. 또한 2010년 8월 1일 제주 서부해역에 발생하였던 저염분수의 공간적 분포를 측정한 자료에서도 일부 정점에서 염분채널이 형성되었다. 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.

동해 묵호항 근처에서의 난류세기인자에 따른 음향수신신호의 위상분산 추정

김정훈,복태훈,팽동국,심태보,김영규,박정수,Kim, Jung-Hun,Bok, Tae-Hoon,Paeng, Dong-Guk,Shim, Tae-Bo,Kim, Young-Kyu,Park, Joung-Soo 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.4

음향수신신호의 위상은 매질에 대한 정보를 포함하고 있기 때문에 위상 변동을 연구하는 것은 매질에 대한 연구와 동반 되어야 한다. 또한 SAS (Synthetic Aperture Sonar)나 수중통신 등의 신호처리 시 수신신호의 위상변동 보정이 필요하다. 본 연구에서는 미세구조 난류에 의한 수신신호의 위상분산을 고찰하였다. 국지적으로 등방성이고 균질한 난류 환경 하에서 난류세기인자를 구하였고 음파 전달경로에 따라 난류세기가 미치는 영향을 고려하여 위상분산을 계산하였다. 난류세기 계산에 필요한 CTD자료와 ADCP자료는 묵호항 근처에 설치된 부표에서 획득하였으며 음파 전달경로는 Bellhop알고리즘을 이용한 음선 모델을 사용하였다. 결과적으로 난류세기인자는 주로 수온과 유속의 변화에 의해 결정되었으며 수신신호의 위상분산에 영향을 주었다. 이러한 위상분산은 소나 운용에 고려되어야 할 사항으로 여겨진다. Phase variance of the acoustic signals has to be investigated with the research of the medium, because the phase of the acoustic signals carries the information of the medium. The phase compensation of the received signals is required for the signal processing of SAS (Synthetic Aperture Sonar) and underwater communication. In this paper, the phase variance of the acoustic signals was studied depending on the micro-scale-turbulence of ocean. The turbulence strength of the locally isotropic and homogeneous turbulence was calculated, and the phase variance affected by the turbulence strength was computed along the ray paths. The CTD and ADCP data were acquired from a buoy system near the Mukho port in the East Sea of Korea and the ray paths were calculated by the Bellhop algorithm. As a result, the turbulence strength was mainly determined by the variation of temperature and flow speed, changing the phase variance of the received signals. Hence, we thought the phase variance should be considered in the sonar operating system.