고주파 레이더를 활용한 무동력 선박 추적 실험

Abstract

연안에서 무동력 상태의 미식별 선박 출현 시 고주파레이더의 해수유동 자료를 기반으로 선박의 이동경로를 예측하고, 선제적 대응 지원을 위한 목적으로 무동력 선박 실험을 진행하였다. 무동력 실험은 한국해양과학기술원(KIOST)에서 제주 북부해역을 관측 중인 13MHz 고주파레이더(HF radar)의 해수 유동 관측 영역 내의 제주-추자도 중간 지점에서 수행되었다. 실제 유향,유속 관측을 위하여 선박 하부에 유향유속계(RCM)를 탑재하여 관측을 진행하였으며 선박에 장착된 유속계에서 관측된 유속 벡터는 관측지점에서 발생하는 실제 흐름벡터와 선박 진행 벡터의 합과 같으므로 선박 위치정보를 통하여 관측 결과에서 제거하여 실제 유향 유속을 산출하였다. 또한 고주파 레이더 유속 성분의 추가적인 비교검증을 위하여 무동력 선박 외에 2개의 표류체(Drifter)를 투하하였으며, 선박에 탑재한 기상 센서(Airmar社의 220wx)에서 풍향 풍속을 관측하여 풍속에 대한 표류속도의 비율(Leeway rate)를 산정하였다. 계산된 Leeway rate를 고주파 레이더 유속장에 적용하여 해수 유동장 내에서 표류체 출현 시 그 이동경로를 계산하고 본 연구에서 사용된 표류체의 이동경로와 비교하였다. RCM에서 관측된 최소 유속은 18.37cm/s이고, 최고 유속은 60.5cm/s, 그리고 평균 유속은 29.8cm/s로 나타났다. 유향의 경우 관측 초기에는 북서향(약 350도)이 우세하였고, 후반에는 북동향(약 43도)계열이 우세하였다. 평균 유향은 36.9도로 나타났다. 레이더의 최소 유속은 18.9cm/s, 최고 유속은 41.5cm/s 그리고 평균 유속은 26.8cm/s로 나타났으며 실험기간동안 북동향 계열이 우세하였고, 평균 유향은 72.2도로 나타났다. 이를 통해 Leeway speed는 U=0.04*풍속+0.11로 계산되었으며 이는 풍속의 평균 6.1% 비율(Leeway rate), Leeway angle은 풍향에 대해 약 8.6도 오른쪽으로 편향하는 경향으로 산정되었다. 이를 레이더에 적용한 결과 실제 선박 이동경로와 유사한 이동경로를 보였으며 본 실험에서 산정된 6.1% Leeway rate는 배수용적이 적은 소형선박들에서 5~7 % 범위를 보이는 기존 연구 결과와 유사하였다. 향후 정밀한 실험 결과를 도출하기 위해서는 선박에 미치는 바람 방향의 정밀 모니터링과 더불어 다양한 풍압 환경에 대한 추가적인 장기 실험이 요구된다.