항적의 미세 기포에 의해 산란된 신호의 모의와 실험적 연구

수상선의 흐름에 의해 생성된 다량의 기포는 큰 음향 단면으로 인해 음파 반향을 유발합니다. 입사 음파에 대한 기포의 반응은 음파의 주파수와 기포의 크기에 따라 달라집니다.

또한 흡수단면적은 다음과 같이 표현된다. 마지막으로 분포의 단면은 다음과 같이 표현된다.

먼 파도 구역은 파도가 붕괴되어 주로 해수면의 더 작은 거칠기 형태로 나타나는 영역입니다. 이러한 부피 산란 장치에 의해 발생되는 부피 산란 강도는 선박의 항적 영향이 없을 때 해상 바람에 의해 생성된 작은 기포나 해수 중 부유물에 의해 크게 영향을 받는 것으로 알려져 있습니다. 기포의 양이 많으면 선박의 항적은 기포가 일으키는 공명 현상에 큰 영향을 미칩니다. 수상선의 항적에 의해 생성된 다량의 기포는 해수면 아래에 기포층을 형성하고, 이 기포층에는 다양한 크기의 기포가 존재한다.

해수면 해수면 해수면 산란 강도 산란 강도 산란 강도. 해수면의 이중 반사는 해수면의 거칠기와 해수면 아래 기포의 산란에 의해 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 해수면의 산란력은 주로 해수면에 음파가 입사하는 각도, 음원의 주파수, 바람에 의한 해수면의 거칠기에 따라 달라지는 것으로 알려져 있다. 또한, 해수면에 공기가 많아지면 혼탁으로 인한 기포가 발생하여 해수면의 비산이 발생하는데, 견고함은 다음과 같이 표현할 수 있다[6].

그림 2.1은 항적의 기하학적 형상에 관해 나타내고 있는데, 여기서 보이 는 Near wake영역은 선박의 이동으로 인해 선수파가 깨짐으로서 주로 발 생하는 기포와 난류에 의한 영역이라고 할 수 있다

는 송신기의 방향이고, 는 부피 산란 계수이며 다음과 같이 정의됩니다. 그리고 부피산란강도 는 다음과 같이 표현된다. 전체 볼륨에 대한 수신기의 강도는 다음과 같이 표현됩니다.

여기서 기포의 산란강도 방정식을 이용하면 기포의 최종 체적 이중반사 정도는 다음과 같이 표현된다. SS는 해수면 산란 강도에 대한 Chapman-Harris 실험식으로 다음과 같이 표현할 수 있습니다. 결국 해수면 이중반사레벨은 다음과 같이 쓸 수 있다.

그림에서 체적의 경우 원추형 빔 각도 30°로 해수면에 음파가 입사되면 해수면까지의 체적과 해수면 및 후면에서 반사되는 체적을 계산한다. 각 셀의 산란 강도로. 적분은 모든 것을 고려하여 이루어지며, 해수면의 경우 각 셀의 산란 강도를 고려하여 해수면을 따른 수평 거리에 따라 적분됩니다. 이러한 적분과정을 통해 거리에 따른 이중반사 정도를 시뮬레이션한 결과는 다음과 같다. 위의 거리 대 시간으로부터 시뮬레이션된 이중 반사 레벨을 생성하기 위해 각 지점에서의 거리를 음속으로 나눈 후 각 지점에서의 시간을 계산하고 해당 시간에 대한 이중 반사 레벨을 그립니다. , 그림 2.10과 같이.

시간에 따른 이중 반사 레벨을 시뮬레이션하는 또 다른 방법은 시간에 따른 잔향 신호를 시뮬레이션한 다음 이를 dB 스케일로 변환하는 것입니다. 또한, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 이용하여 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환하는 방법을 사용하였다. 위와 같은 방법으로 시뮬레이션한 수신신호에 미리 계산된 시간에 따른 이중 반사레벨을 곱하면 시간에 따른 잔향신호를 시뮬레이션할 수 있다.

실험 장비에는 그림 4.3과 같이 송수신 센서와 신호 발생기, 송수신 신호의 파형을 모니터링하는 오실로스코프, 수신 신호를 필터링하고 수신 신호를 증폭할 수 있는 아날로그 필터 및 데이터가 포함됩니다. 저장 기능이 있는 를 사용하였습니다.

사진에서 항류로 인한 기포가 없으면 해수면에서 반사된 신호가 먼저 포착되지만, 항류가 있는 경우 반사된 신호보다 먼저 기포에 의해 산란된 신호가 포착되는 것을 볼 수 있습니다. 바다 표면에서. 그리고 그림 4.8은 여기가 없을 때 수신된 신호를 고속 푸리에 변환을 이용하여 주파수 영역으로 변환한 후 평균화하여 dB 스케일로 변환한 스펙트럼 레벨이다. 해양 실험에서 측정된 잔향 신호 데이터와 기포 산란 강도 방정식을 적용하여 시뮬레이션한 이중 반사 모델의 결과를 비교하기 위해, 먼저 기포가 산란된 신호의 이중 반사 수준을 파도에서 측정한다. 실험 당시 해역의 주변 소음 수준을 그래프로 나타내면 그림 4.10과 같다.

그림을 보면 기포에 의해 산란된 신호의 이중 반사 레벨이 해수면 반사 신호 전후의 주변 소음 레벨보다 높게 나타나는 것을 알 수 있습니다. 마지막으로 앞서 얻은 실험 신호의 이중 반사 수준과 시뮬레이션 수치 모델에서 얻은 이중 반사 수준을 비교하면 그 결과는 그림 4.11과 같다. 위 그림에서 해양 실험을 통해 얻은 신호의 이중 반사 수준이 시뮬레이션 수치 모델의 이중 반사 수준과 잘 일치함을 알 수 있습니다.