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수중음향 연구를 위한 고분해 해저 특성 탐사기술의 발전(Advances in high-resolution seafloor characterization in support of high-frequency underwater acoustics studies)

전문가 제언: □ 해저 퇴적물에 대한 물리적 성질 및 음향학적 자료를 얻기 위하여 가장 보편적으로 이용하는 것은 소위 ground truthing에 의한 방법이다. 이 방법은 시추기(corer)나 채니기(grab)를 이용하여 직접 해저에서 시료를 채취하여 실험실에서 분석하는 방법과 다이버, 수중 비디오, 카메라 등을 이용하여 직접 해저를 조사하거나 촬영하여 해저 퇴적물을 밝혀내는 것으로 연구 지역의 선정된 시료 채취 정점의 결과만을 알 수 있는 단점이 있다. 이에 대하여 퇴적물 시료의 직접적인 채취와 분석을 최소화 할 수 있는 퇴적물 원격 분류 기술의 필요성이 대두되었다. 고해상도 탄성파 탐사장비가 주로 해저 퇴적층을 원격 연구하는 방법으로 널리 이용되고 있으며, 자료처리 기술의 발달로 해저 층에서 반사된 신호의 반사를 비교적 정확하게 측정할 수 있게 되었다. 광대역 주파수 변조 신호를 음원으로 사용하는 chirp sonar는 해양 표층 퇴적물을 조사하는데 이용되고 있다. 최근에는 소형선박의 음향 측심기를 이용하여 반사된 음향 신호를 간단한 하드웨어 및 소프트웨어를 이용 처리함으로써 천해지역의 표층 퇴적물을 실시간으로 분류하는 시도가 캐나다 및 유럽 등에서 시도되고 있으며, 미국에서는 퇴적물의 조직은 물론 음향 및 물성까지도 유추할 수 있는 시스템을 갖추고 주파수 별로 퇴적물의 특성을 구분하는 연구를 활발히 수행하고 있다.

□ 본 글은 수십에서 수백 KHz대의 고주파 군용 및 민간용 수중음향 원격탐지 시스템의 성능을 정확하게 예측하기 위한 기술의 개발 및 시험에 관한 것이다. 고주파 수중음향 원격 탐지를 위해서는 해저 퇴적물에 의한 산란과 침투에 관한 지식이 절대적으로 필요하다. X-레이 컴퓨터 단층촬영(CT)을 이용하여 밀리미터 단위로 고주파 수중 음향 체적산란 모델링에 필요한 해저 표면 코어의 특성을 알 수 있게 되었다. 해저로부터의 전방 및 후방 산란, 표면 퇴적물 안에서의 음향전파 및 임계 이하의 그레이징 각에서의 묻혀진 물체의 탐지 시험에서 침투가 강해지는 특정한 물결모양 표면 거칠기의 높이와 파장과 같은 계수들의 범위를 결정, 임계 범위를 정해야 되는 것을 알게 되었다. 이를 위하여, 저렴한 디지털 카메라와 PC를 이용한 사진계측 기술 그리고 디지털 영상처리 기술을 이용하여 신속하게 높은 분해능의 2차원 해저 거칠기를 얻을 수 있게 되었다. 또한 자동화가 쉽게 가능하게 되어 해저 음향 특성의 장시간에 걸친 변화 연구가 가능하게 되었으며, 거칠기의 동적 변화에 대한 이해도 가능하게 되었다.

저자: Lyons, AP; Pouliquen, E
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