기포/난류항적 산란신호의 모델링 이론과 실험적 검증 = Modeling and Experimental Verification of Scattered Signal from Ship/Turbulence Wake

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As a part of the development of wake detection, the acoustic reverberation model is required for the simulation of the wake detector. Wake is separately divided to the ship wake by surface vessel and the turbulence wake by underwater vessel.
In this thesis, a reverberation model for the wake detection is presented. In case of the ship wake, the reverberation model consists of the acoustic scattering model due to the distribution of the micro-bubbles and the kinematic model for the moving active sonar. And, in case of the turbulence wake, the spectral spreading due to the acoustic doppler effect from moving scatterers is included in the reverberation model. In order to verify the developed reverberation model, a series of sea experiment was executed in September 2007 to obtain the spatial-temporal distribution of a bubble clouds and, acoustic water-tank experiment was executed in October 2007 to observe the scattering signals from the turbulence region. The measured signals were analyzed and compared with the simulated signals.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 = 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구 내용 및 방법 = 2
• Ⅱ. 기포산란 항적 = 4
• 2.1 항적탐지 = 4
• 2.1.1 항적의 정의 = 4
• 2.1.2 기포항적의 음향산란 = 5
• 2.1.3 이론적 배경 = 7
• 2.2 운동학적 모델 = 12
• 2.2.1 고정 좌표계와 국부 좌표계 = 12
• 2.2.2 오일러 좌표 변환 = 13
• 2.3 음향학적 모델 = 15
• 2.3.1 체적 잔향음 = 17
• 2.3.2 해수면 잔향음 = 23
• 2.3.3 해수면 반사 = 27
• 2.4 기포항적 음향산란신호의 모델링 = 28
• 2.4.1 알고리듬 = 28
• 2.4.2 신호모의 = 30
• 2.5 음향학적 및 운동학적 모델의 모의수치실험 = 31
• 2.5.1 음향학적 모델 : 균일 분포(homogeneous distribution) = 32
• 2.5.2 음향학적 모델 : 가우시안 정규분포(gaussian distribution) = 34
• 2.5.3 운동학적 모델 = 36
• 2.6 기포항적 음향산란신호의 획득 = 38
• 2.6.1 2006년 12월 한국해양대학교 1차 해상실험 = 39
• 2.6.2 2007년 9월 한국해양대학교 2차 해상실험 = 41
• 2.7 획득신호의 분석 = 45
• 2.7.1 2006년 12월 한국해양대학교 1차 해상실험 = 45
• 2.7.2 2007년 9월 한국해양대학교 2차 해상실험 = 46
• 2.8 자료동화를 통한 알고리듬 검증 = 53
• Ⅲ. 난류유동 항적 = 58
• 3.1 항적탐지 = 58
• 3.1.1 항적의 정의 = 58
• 3.1.2 난류항적의 음향산란 = 58
• 3.1.3 이론적 배경 = 59
• 3.2 음향학적 모델 = 61
• 3.2.1 체적 잔향음 = 61
• 3.3 난류항적 음향산란신호의 모델링 = 62
• 3.3.1 알고리듬 = 62
• 3.3.2 신호모의 = 63
• 3.4 음향학적 모델의 모의수치실험 = 64
• 3.4.1 난류항적이 없는 경우 = 64
• 3.4.2 원통형 난류항적(cylinderical turbulence region) = 65
• 3.5 난류항적 음향산란신호의 획득 = 67
• 3.5.1 2007년 10월 음향수조실험 = 68
• 3.5.2 획득신호의 분석 = 69
• 3.6 모의신호와 실측신호의 특성 = 71
• 3.6.1 신호 특성 비교 = 71
• Ⅳ. 결론 = 72
• 참고문헌 = 73