수중 탐지 시스템 구축

본 절에서는 다중대역 신호를 이용하여 매설물체를 탐지하고 가시화하여 대략적인 형상을 확인한다. 음파는 거리와 흡음계수에 따른 전달 손실을 가진다.

이때, 흡음계수는 주파수에 대한 함수로 표현가능하며, 일반적으로 주파수가 높을수록 저주파와 비교하여 상대적으로 큰 흡음계수를 가진다. 이와 같은 현상은 공극을 가지는 해저 퇴적물에서도 유사하게 나타난다. 그러므로 해저 퇴적층 내 매설물체 탐지에는 저주파 대역의 신호가 적합하며, 다중대역 신호를 사용함으로써 깊이에 따른 고 해상도 정보를 취득 가능하다.

매설물체 탐지를 위해 Benthowave 사의 BII-7541 과 BII-7013 트랜스듀서 배열을 이용하여 22.5~30kHz, 80~90kHz, 207.5~215kHz 의 다중대역 Chirp 신호를 생성하였다. 여기서, 22.5~30kHz 는 식 (2.1)에서 = 185 , = 207.5kHz ,

= 215 일 때 생성되는 파라메트릭 배열 현상에 의한 차 주파수 신호이다.

전체적인 신호 송수신 시스템은 2. 2 절의 그림 2-6 과 같으며, DSP Board 와 Power Amlifier 는 PXI-1042Q 와 Benthowave 사의 BII-5002, BII-2101, BII-6002 로 구성된 증폭기로 대체되었다. 또한 신호 수신을 위한 마이크로폰은 TC-4013(Teledyne

그림 2- 12. 다중대역 신호 생성 및 수신을 위한 센서 배열

Reson) 하이드로폰 배열로 대체된다. 그림 2-12 는 다중대역 Chirp 신호 생성을 위한 트랜스듀서 배열과 신호 수신을 위한 하이드로폰 배열을 보여 준다.

주파수 대역에 따른 매설물체 탐지 성능 평가와 물체의 형상 가시화를 위해 자갈에 의해 매설된 알루미늄 철판과 스테인레스 파이프에 대한 C-scan 실험을 진행하였다. 실험은 다중경로 수신과 바닥 반사를 최소화하기 위해 벽면에 100T 두께의 흡음재와 바닥면에 70T 폴리에스테르 재질의 삼각뿔이 부착된 1× 0.85 × 1 [m] (가로 × 세로 × 높이) 수조에서 진행되었다. 이때, 센서와 퇴적

그림 2- 14. 차 주파수 신호 처리 예시

그림 2- 13. 매설물체 C-scan 탐지 실험 구성

13 은 매설물체 탐지 실험 구성을 보여준다. 그림 2-13 에서 탐지 가능 영역(Detection area)은 Scanning 을 위한 센서 치구 및 Linear guide 에 의한 C-scan 가능 영역을 의미한다.

파라메트릭 배열에 의한 차 주파수 신호는 비선형 현상에 의해 간접적으로 생성되는 신호로 직접 방사신호와 비교하여 일정 거리 진행되어야 안정된 음압을 갖는다. 그러므로 차 주파수 신호를 이용한 단 거리 내 반사신호 수신은 어려움이 있다. 본 논문에서는 이를 보완하기 위해 N 개의 차 주파수 신호 펄스의 평균을 취하여 단 거리 반사신호 수신의 성능을 개선하였다. C-scan 실험을 위한 펄스 개수 N 은 10 개로 설정하였다. 그림 2-14 는 10ms 펄스 길이를 가지는 22~30kHz 의 차 주파수 신호의 처리 예시를 보여준다.