여수만에서 양방향 음향 토모그래피 기법을 이용한 해수유동 분석

Abstract

음향 토모그래피 기법은 수층에서 음파가 전파될 때, 매질의 음속장 변화에 따른 음파 도달시간의 변화 특성을 근거로 해수의 물리적 성질(수온, 유속, 음속 등)을 역추정하는 분석기법이다. 이러한 음향 토모그래피 기법을 이용하여 여수만에서 해수유동을 관측하기 위한 양방향 토모그래피 실험이 2021년 9월과 11월, 총 2회에 걸쳐 수행되었다. 두 송·수신기 사이의 수평거리는 2021년 9월에 수행된 첫 번째 측정에서 약 3.3 km, 2021년 11월의 두 번째 측정에서 약 3.9 km였다. 실험 해역은 대형 선박이 자주 항행하는 선박 통행로에 위치했으며, 연안에서 중간 해역으로 이동하면서 수심이 다소 깊어지는 해저 지형을 가지고 있었다. 본 연구에서 사용된 음원 신호는 반송 주파수 4kHz의 12차 M-시퀀스를 사용하였으며, 라운드 로빈(round-robin) 방식을 이용하여 S1과 S2에서 순차적으로 음원 신호를 송신하였다. 상대 정점에서 수신한 신호는 음원 신호와의 정합필터(matched filter)를 통해 시간 해상도와 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)가 높은 채널 임펄스 응답(channel impulse response)으로 계산되었으며, 이를 이용하여 두 정점간의 음파 도달 시간 차이 및 유속을 계산하였다. 음향 토모그래피를 이용하여 역으로 추정된 유속은 현장에서 ADCP를 이용하여 직접 관측한 유속과 비교·검증되었다.