음향컬러를 이용한 수중 쉘 표적의 음향 산란 특성 관찰

Abstract

수중의 표적은 입사된 음파로 인해 표적 주변에 산란장을 형성한다. 실린더와 같이 길이 방향으로 형상이 달라지는 표적은 입사파와 측정 위치 사이의 각도에 따라 산란장이 더 큰 변화를 나타낸다. 이러한 산란장을 표현하는 방법으로 음향컬러(Acoustic color plot)을 이용한다.[1,2] 음향컬러의 x축은 주파수, y축은 입사파와 수신 위치 사이의 각도 또는 broadside로부터 회전된 표적의 각도를 나타낸다. 수중에서 표적 주변의 산란장을 관찰하여 표적을 식별하는 연구가 Fischell에 의해 수행되었으나 밴드폭이 2kHz인 신호를 이용하여 방향에 따른 산란 크기만을 비교하였다.[3,4] 본 연구에서는 수조에서 알루미늄 쉘 구와 알루미늄 쉘 실린더의 음향 산란을 8채널의 배열을 이용하여 측정하고 음향컬러로 나타내어 주파수와 측정각도에 따른 특성을 관찰하였다. 사용된 신호는 1-50 kHz의 LFM(Linear frequency modulation)신호 이며, 그림 1, 그림 2와 같이 설치되어 표적에 입사되는 신호와 산란되는 신호를 계측하였다. 쉘 구는 외반경 20.5 cm, 두께 2 cm의 알루미늄으로 제작되어, 내부는 공기로 채워져 있다. 쉘 실린더는 길이 150 cm, 외반경 31 cm, 두께 1.1 cm의 알루미늄으로 제작되어 공기로 채워져 있다. 수조 실험을 통해 계측된 음향컬러는 그림 3, 그림 4와 같이 계측되었다. 그림 3은 8채널의 배열로 계측된 쉘 구의 음향컬러이고 그림 4는 실린더를 broadside(0°)에서 end-cap(90°)으로 회전하며 측정한 음향컬러이다. 음향컬러에서 계측 각도에 따라 주파수 특성이 달라지는 것을 관찰하였으며, 알루미늄 쉘 구와 쉘 실린더의 식별에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 선박해양플랜트연구소의 주요사업