KR101216141B1 - 수영체의 접근을 차단하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

수영체의 접근을 차단하는 방법 및 시스템은 시간-반전된 임펄스 응답과 관련된 수중음을 전송한다. 증폭음은 물 속에서 수영하는 물체에 대해 장벽을 형성하기 위하여 충분한 피크 압력 및/또는 임펄스 영역을 포함한다.

Description

수영체의 접근을 차단하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR SWIMMER DENIAL}
본 발명은 음파 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 수영체의 접근을 차단하기 위하여 수중 음파를 이용하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
고가치 자산(High Value Asset; HVA)들을 수중에서 수영체들의 접근을 차단하기 위한 요구가 증가되고 있다. 예를 들어, 고가치 자산(HVA)들은 배, 유전 설치물 및 물을 통하여 접근될 수 있는 다른 설비들을 포함한다.
이러한 요구가 증가하는 것은 두 가지 문제 때문이다. 첫째로, 수중에서 수영하는 사람들이 폭발성이 있는 장비 등을 이용하여 고가치 자산(HVA)의 고장을 유발하는데 대한 두려움이다. 예를 들면, 손해를 가하려는 의도를 가진 테러리스트가 선체에 수중 폭발물을 설치할 수 있다. 둘째로, 어떤 군사적인 설치물이 수중으로부터 스파이의 대상이 될 수 있다. 예를 들면, 잠수함은 형태들과 특성들, 예를 들어, 프로펠러의 형태들과 특성들에 의해 분류되는데, 잠수함이 정박해 있는 동안 수중에서 수영하는 사람들에 의해 감시될 수 있다.
능동/수동적인 수중 음파 탐지기는 수중에서 수영하는 사람들을 포함하는 수중 물체들을 관찰하고 구분할 수 있다. 그러나 수중에서 수영하는 사람들을 단지 관찰하고 구분하는 것만으로는 수중에서 수영하는 사람들이 고가치 자산(HVA)에 접근하는 것을 막을 수 없다.
알려진 바와 같이, 고피크 압력과 저주파수를 가지는 수중음파는 수중음파의 주파수 및 피크 압력에 기초하여 수영하는 사람, 특히 수중에서 수영하는 사람에게 불안 및 혼란을 야기시키고, 무기력하게 하거나 손해를 입힐 수 있다. 고피크 압력과 저주파수를 가지는 수중음파는 수중에서 수영하는 사람들의 청각에 영향을 미칠 뿐 아니라, 내부 장기에 영향을 미치거나 고통 및 파열을 유발할 수 있다.
또한, 수중 동물들은 큰 수중음파에 영향을 받는다. 예를 들면, 군함에 사용되는 능동적인 수중 음파 탐지기는 일부 수중 동물들을 무력하게 하거나 생명을 빼앗아갈 수 있기에 충분한 피크 압력의 저주파수 음파를 생성할 수 있다.
따라서 본 발명은 수영하는 사람들의 접근으로부터 수중 또는 수면에 있는 고가치 자산(HVA)을 보호하기 위해 수영체들의 접근을 금지시키는데 사용될 수 있는 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 수중음 발생기를 포함한다. 상기 수중음 발생기는 고음의 압력 레벨에서 수중음 발생기로부터 떨어져 있는 일정 위치에 고피크 압력 및/또는 고임펄스 영역을 가지는 증폭음을 제공하고, 반면에 다른 위치에 음 피크 압력(sound peak pressure) 및/또는 임펄스 영역(impulse area)들을 최소화하는 일정 파형을 전송할 수 있다. 증폭음은 특정 위치에서 수영하는 사람들에게 불안 및 혼란을 야기시키거나 무기력하게 하며 손해를 가할 수 있으나, 다들 위치에서의 사람들 또는 수중 동물들에게는 전혀 위험을 야기시키지 않을 만큼 충분히 낮은 음 피크 압력을 가진다. 그러므로 증폭음은 수영체들이 고가치 자산(HVA)에 접근하는 것을 금지시키고, 반면에 수중 생물들에게는 위협이 되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미리 결정된 위치에 증폭음을 제공하는 시스템은 전기적 임펄스 신호를 제공하는 임펄스 신호 발생기를 포함한다. 제1 음파 투사기는 상기 임펄스 신호 발생기와 접속되고 제1 위치 및 제2 위치 중에서 선택된 어느 하나의 위치에 배치되며 상기 전기적 임펄스 신호에 따라 음파 임펄스 신호를 전송하며, 상기 음파 임펄스 신호는 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 진행하는 음이 두 개의 다중 경로(multipath)를 거쳐 도달하는 시간차(time difference)보다 더 작은 시간 구간을 가진다. 수중 청음기는 상기 음파 임펄스 신호에 대응하여 수중 청음 신호를 제공하기 위해 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 중에서 선택되지 않은 어느 하나의 위치에 배치된다. 상기 시스템은 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치까지 시간-반전된 음파 임펄스 응답에 따라 시간-반전 버전의 수중 청음 신호를 제공하는 파형 처리기를 더 포함한다. 제2 음파 투사기는 상기 제1 위치에 배치되어 상기 시간-반전 버전의 수중 청음 신호에 따라 음파 신호를 전송한다. 상기 제2 위치에서의 음(sound)은 상기 제2 위치와 근접하게 떨어진 위치에서의 음보다 더 큰 피크 압력(peak pressure) 및 더 큰 임펄스 영역(impulse area) 중에서 적어도 하나 이상을 가진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 미리 결정된 위치에 증폭음을 제공하는 방법은 전기적 임펄스 신호를 제공하는 단계, 상기 전기적 임펄스 신호에 따라 음파 임펄스 신호를 제1 위치 및 제2 위치 중에서 선택된 어느 하나의 위치에 전송하며, 상기 음파 임펄스 신호는 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 진행하는 음이 두 개의 다중 경로를 거쳐 도달하는 시간차보다 더 작은 시간 구간을 가지는 단계, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 중에서 선택되지 않은 위치의 상기 음파 임펄스 신호로부터 음압을 입력받는 단계, 상기 입력된 음압에 따라 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치까지의 음파 임펄스 응답을 결정하는 단계, 상기 음파 임펄스 응답을 시간-반전시키는 단계 및 상기 시간-반전된 음파 임펄스 응답에 따라 상기 제1 위치에 음파 신호를 전송하는 단계를 포함하고, 상기 제2 위치에서의 음(sound)은 상기 제2 위치와 근접하게 떨어진 위치에서의 음보다 더 큰 피크 압력(peak pressure) 및 더 큰 임펄스 영역(impulse area) 중에서 적어도 하나 이상을 가진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 미리 결정된 위치에 증폭음을 제공하는 시스템은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 진행하는 음이 두 개의 다중 경로를 거쳐 도달하는 시간차보다 더 작은 시간 구간을 가지는 음파 임펄스 신호를 따라 상기 제1 위치와 제2 위치 사이의 음파 임펄스 응답을 예측하고 시간-반전된 상기 음파 임펄스 응답을 제공하는 파형 처리기를 포함한다. 또한, 상기 시스템은 상기 제1 위치에 배치되어 상기 시간-반전된 음파 임펄스 응답에 따라 음파 신호를 전송하는음파 투사기를 포함하고, 상기 제2 위치에서의 음(sound)은 상기 제2 위치와 근접하게 떨어진 위치에서의 음보다 더 큰 피크 압력(peak pressure) 및 더 큰 임펄스 영역(impulse area) 중에서 적어도 하나 이상을 가진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 미리 결정된 위치에 증폭음을 제공하는 방법은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 진행하는 음이 두 개의 다중 경로를 거쳐 도달하는 시간차보다 더 작은 시간 구간을 가지는 음파 임펄스 신호를 따라 상기 제1 위치와 제2 위치 사이의 음파 임펄스 응답을 예측하는 단계, 상기 음파 임펄스 응답을 시간-반전하는 단계 및 상기 시간-반전된 음파 임펄스 응답에 따라 음파 신호를 상기 제1 위치에 전송하는 단계를 포함하고, 상기 제2 위치에서의 음(sound)은 상기 제2 위치와 근접하게 떨어진 위치에서의 음보다 더 큰 피크 압력(peak pressure) 및 더 큰 임펄스 영역(impulse area) 중에서 적어도 하나 이상을 가진다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 파형 처리기를 포함하는 수영체의 접근을 차단하는 시스템의 개념도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 파형 처리기를 더 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 1c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파형 처리기를 포함하는 수영체의 접근을 차단하는 시스템의 개념도이다.
도 1d는 도 1c에 도시된 파형 처리기를 더 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 1e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파형 처리기를 포함하는 수영체의 접근을 차단하는 시스템의 개념도이다.
도 1f는 도 1e에 도시된 파형 처리기를 더 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 음원 발생 지점(POO)과 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)가 배치된 위치 사이의 다양한 음의 경로를 나타내는 개념도이다.
도 3a는 도 2의 음원 발생 지점(POO)에서 발생되고 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)에 도착하는 음파 임펄스 신호와 관련된 음의 도달 시간 및 진폭을 나타내는 표이다.
도 3b는 도 3a의 음의 도달과 관련된 시간-반전된 신호를 나타내는 표이다.
도 4a는 도 2의 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)에서 발생된 도 3b의 시간-반전된 파형이 도 2에 도시된 각각의 음의 경로를 따라 특정 위치(도 2의 음원 발생 지점(POO))에 도달하는 음의 도달을 나타내는 표이다.
도 4b는 특정 위치에서 도 4a의 음의 합계를 나타내는 표이다.
도 5는 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)로부터 전송된 원거리에 맞춰진 제1 시간-반전된 신호의 범위에 대한 음압 레벨(SPL)을 나타내는 제1 곡선과 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)로부터 전송된 근거리에 맞춰진 제2 시간-반전된 신호의 범위에 대한 SPL을 나타내는 제2 곡선의 시뮬레이션의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 5의 시뮬레이션에서 사용된 시간 영역에서의 제1 시간-반전된 파형 및 제2 시간-반전된 파형을 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 5의 시뮬레이션에서 사용된 주파수 영역에서의 제1 시간-반전된 파형 및 제2 시간-반전된 파형을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 위치에서 비교적 높은 음압 레벨을 가지는 증폭음을 발생하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 특정 위치에서 비교적 높은 음압 레벨을 가지는 증폭음을 발생하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다.
본 발명에 따른 수영체의 접근을 차단하는 시스템을 설명하기 전에, 몇 가지 사전 개념 및 용어들을 설명하기로 한다. 여기서 사용된 "임펄스 신호"라는 용어는 완전한 임펄스 신호일 필요 없이 사실적인 임펄스 전기적 신호 또는 음파 신호를 설명하는 데 사용된다. 알려진 바와 같이, 완전한 임펄스 신호는 아주 짧은 시간 구간을 가진다. 여기에서의 상기 임펄스 신호들은 아래에서 설명되는 일정한 시간 구간 및 구체적인 진폭 특성을 가진다. 상기 임펄스 신호는 싱크 함수의 진폭 특성을 가지는 신호, 가우스 함수의 진폭 특성을 가지는 신호 및 짧은 구간의 사인 곡선에 한정되지 않는다.
여기서 사용된 "임펄스 응답(impulse response)"이라는 용어는 임펄스 신호에서의 매질 응답을 설명하는 데 사용된다. 예를 들면, 아래에서 설명한 바와 같이, 바다에서의 두 개의 위치 사이의 상기 임펄스 응답은 한 위치에서 임펄스 신호를 전송하고 다른 위치에서 결과 신호를 수신함으로써 결정될 수 있다.
여기서 사용된 "임펄스 영역(impulse area)"이라는 용어는 임펄스 신호의 진폭 특성에 대응하는 곡선의 영역을 설명하는 데 사용된다. 곡선의 영역은 피크 압력의 레벨로부터 주위음, 예를 들어, 바다의 주위음 레벨까지로 결정된다. 그러므로 상기 임펄스 영역은 임펄스 신호에 관계되는 피크 압력과 임펄스 신호의 시간폭 및 음량 모두에 관계되는 것을 설명될 수 있다. 도 3a 및 도 3b와 관련하여, 구간(즉, 상기 임펄스 신호의 폭)이 가장 넓은 진폭을 가지는 다중 경로의 도달들과 관련된 가장 작은 다중 경로 시간 이격(multipath time separation)을 초과하지 않는다는 것을 설명할 수 있다.
여기서 사용된 "증폭음(amplified sound)"은 증폭음 영역과 근접하게 떨어진 위치에서 발생되는 음(sound)보다 더 큰 피크 압력(peak pressure) 및/또는 더 큰 임펄스 영역(impulse area)을 가지는 영역(또한, 증폭 영역 또는 증폭음 영역)에서 발생한 음을 말한다.
여기서 사용된 음원 발생 지점(Point Of Origin; POO)은 음파 임펄스 신호가 발생된 수중 위치를 설명하는 데 사용된다. 상기 음파 임펄스 신호는 수중의 제1 위치와 제2 위치 사이의 음파 전송 함수(임펄스 응답)를 결정하는 데 사용될 수 있다. 상기 제1 위치는 고피크 압력 음파 투사기(High-Peak-Pressure-Acoustic Projector; HPAP)의 위치에 대응하고, 상기 제2 위치는 증폭음이 발생한 특정 위치에 대응한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 음원 발생 지점(POO)은 제2 위치, 즉 상기 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)로부터의 음이 증폭되는 특정 위치이고, 상기 음파 임펄스 신호는 상기 음원 발생 지점(POO)으로부터 제1 위치, 즉 상기 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)의 위치로 전송된다. 본 발명의 일 실시예는 도 1a과 관련하여 설명된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 음원 발생 지점(POO)은 제 1 위치, 즉 상기 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)의 위치이고, 상기 음파 임펄스 신호는 상기 음원 발생 지점(POO)으로부터 증폭음이 제공되는 특정 위치인 제2 위치로 전송된다.
위에서 언급한 실시예들에서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 음파 전송 함수를 결정하기 위해, 음파 임펄스 신호는 음원 발생 지점(POO)에서 발생된다. 음원 발생 지점(POO)은 상기 제1 위치 또는 상기 제2 위치가 될 수 있다.
음원 발생 지점(POO)에 배치된 저피크 압력 음파 투사기가 저피크 압력 음파 임펄스 신호를 발생시키는 것으로 아래에서 설명되더라도, 다른 실시예에서는 음원 발생 지점(POO)에 배치된 상기 저피크 압력 음파 투사기가 또한, 고피크 압력 음파 임펄스 신호를 발생시키는 것으로 이해될 수 있다.
고피크 압력 음파 투사기(HPAP)가 고피크 압력 음을 발생시키는 것으로 아래에서 설명되더라도, 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)가 저피크 압력 음을 발생시킨다면 그 결과 증폭음은 특정 위치에서 발생할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 파형 처리기를 포함하는 수영하는 물체의 접근을 차단하는 시스템의 개념도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수영체의 접근을 차단하는 시스템(10)은 수중에서 수영하는 사람(21)이 배(48)와 같은 고가치 자산(HVA)에 접근하는 것을 방지할 수 있다. 시스템(10)은 비교적 고피크 압력 시간-반전된 음파 신호(34)를 수중(12)에 전송할 수 있는 제1 위치(41)의 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)(42)와 접속된 파형 처리기(44)를 포함한다. 본 실시예에서, 고피크 압력 음파 투사기(42)는 파형 처리기(44)와 케이블(36)에 의해 접속된다.
시간-반전된 음파 신호(34)의 구체적인 특성은 도 3a 내지 도 4b, 도 6 및 도7에서 더 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 여기서 충분히 설명하면, 시간-반전된 음파 신호(34)는 음파 투사기(42)에 의해 수중(12)으로 투사될 때, 고피크 압력 음파 투사기(42)와 떨어져 있는 제2(특정) 위치(31)에 수신된 음의 피크 압력 및/또는 임펄스 영역이 비교적 높으며, 반면에 제2(특정) 위치(31)와 근접하게 떨어진 다른 위치에서 수신된 음의 피크 압력 및/또는 임펄스 영역은 비교적 낮은 특성을 가진다.
또한, 시스템(10)은 파형 처리기(44)와 접속된 제1 위치(41)의 수중 청음기(40)를 포함한다. 본 실시예에서, 수중 청음기(40)는 파형 처리기(44)와 케이블(38)에 의해 접속된다.
특정 위치(31)의 임펄스 신호 발생기(24)는 저피크 압력 음파 투사기(28)와 접속된다. 임펄스 신호 발생기(24)는 제2 위치(31)의 음원 발생 지점(POO)과 제1 위치(41)의 고피크 압력 음파 투사기(42) 사이의 음파 전송 함수를 결정하는데 사용되는 저피크 압력 음파 임펄스 신호(30)를 제공하는 전기적 임펄스 신호를 발생할 수 있다.
임펄스 신호 발생기(24)는 부표(float)(20) 상에 배치될 수 있으며, 부표(20)는 예를 들어, 케이블(22)과 닻(16)에 의해 바다 바닥(32)에 고정될 수 있다. 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 전송기(18)는 임펄스 신호 발생기(24)와 접속되며, 무선 주파수 신호(19)를 배(48)에 전송한다. 배(48)의 무선 주파수 수신기(46)가 무선 주파수 신호(19)를 수신한다.
시간-반전된 음파 신호(34)의 특성들은 제2(특정) 위치와 고피크 압력 음파 투사기(42)가 배치되는 제1 위치(41) 사이의 음파 전송 함수(임펄스 응답)에 따라 결정된다.
전송 함수(임펄스 응답) 일반적으로 상호적이며, 즉 특정 위치(31)에서 발생되고 제1 위치(41)(수중 청음기(40)에 의해)에서 수신되는 음의 전송 함수는 제1 위치(41)에서 발생되고 제2(특정) 위치(31)에서 수신된 음의 전송 함수와 동일한 특성을 보인다. 그러므로 본 실시예에서의 전송 함수는 특정 위치(31)에 배치된 저피크 압력 음파 투사기(28)인 음원 발생 지점(POO)에서 저피크 압력 음파 임펄스 신호(30)를 발생하고 제1 위치(41)에서 수중 청음기(40)가 결과음을 수신함으로써 결정된다.
전송 함수 및 대응하는 시간-반전된 음파 신호(34)는 수학적으로 설명될 수 있다. 저피크 압력 음파 투사기(28)에 의해 제2 위치(31)에서 발생된 신호를 제1 위치(41)에서(수중 청음기(40)로) 수신된 음압 레벨은 다음 수학식 1에 의해 주어진다.
[수학식 1]
Figure 112006078093366-pct00001
상기 수학식 1에서, F(f)는 저피크 압력 음파 투사기(28)로부터 발생된 저피크 압력 음파 임펄스 신호(30)이고, z는 고피크 압력 음파 투사기(42)의 깊이이며, zs는 저피크 압력 음파 투사기(28)의 깊이이다. rn은 저피크 압력 음파 투사기(28)과 고피크 압력 음파 투사기(42)(즉, 수중 청음기(40)) 사이의 수평 거리이다. t는 시간이고, H는 저피크 압력 음파 투사기(28)로부터 고피크 압력 음파 투사기(42)(즉, 수중 청음기(40))까지의 음의 전파에 관한 전송 함수(임펄스 응답)이다.
다른 방향으로, 즉 고피크 압력 음파 투사기(42)에서 고피크 압력 음파 투사기로부터 수평 거리 rk만큼 떨어져 있는 임의의 지점으로 전파되는 음의 음압 레벨은 다음 수학식 2에 의해 주어진다.
[수학식 2]
Figure 112006078093366-pct00002
상기 수학식 2에서,
Figure 112006078093366-pct00003
(z,zs,rk,f)는 고피크 압력 음파 투사기로부터 발생된 새로운 소스 신호이고,
Figure 112006078093366-pct00004
(z,zs,rk,f)는 고피크 압력 음파 투사기로부터 임의의 지점인 (z,zs,rk)까지의 전송 함수이다.
고피크 압력 음파 투사기(42)로부터 발생된
Figure 112006078093366-pct00005
(z,zs,rk,f) 신호는 다음 수학식 3에 의해 주어진다.
[수학식 3]
Figure 112006078093366-pct00006
상기 수학식 3에서, H*(z,zs,rn,f)는 전송 함수 H(z,zs,rk,f)의 복소 공액(complex conjugate)이며, F*(f)는 저피크 압력 음파 투사기(28)로부터 최초 발생된 소스 신호 F(f)의 복소 공액이다.
Figure 112006078093366-pct00007
(z,zs,rn,f)는 저피크 압력 음파 투사기(28)로부터 발생되고 고피크 압력 음파 투사기(42)가 위치한 수중 청음기(40)에서 수신되는 소스 신호 F(f)의 시간-반전된 신호로 이해될 수 있다.
저피크 압력 음파 투사기(28)가 어떤 저피크 압력 음파 임펄스 신호(30), 즉 F(f),를 발생시킬 수 있다는 것을 알아야 한다. 그러나, 저피크 압력 음파 투사기(28)로부터 전송된 저피크 압력 음파 임펄스 신호(30)가 임펄스 신호인 경우에만, 고피크 압력 및/또는 고임펄스 영역 및 감소된 피트 압력 및/또는 감소된 임펄스 영역을 갖는 희망 위치(즉, 특정 위치(31))에 증폭음을 발생시킬 것이다.
고피크 압력 음파 투사기(42)로부터 발생된 특정한 시간-반전된 음파 신호(34)가 특정 위치(31)에 특정 고피크 음압 레벨 및/또는 특정 고임펄스 영역을 생기게 한다. 그러나 특정 지역(31)의 공간적 범위는 비교적 작다. 즉, 증폭음은 작은 영역에서만 존재하므로, 인간이나 수중 동물에게 피해를 줄 가능성은 줄어든다. 이러한 특성들을 생기게 하는 시간-반전된 음파 신호(34)는 제2(특정) 위치(31)와 고피크 압력 음파 투사기(42)가 배치된 제1 위치(41) 사이의 시간-반전된 버전의 전송 함수이다. 임펄스 응답(또는 동등하게 전송 함수)은 저피크 압력 음파 임펄스 신호(30)를 발생하고 수중 청음기(40)가 그 음파 신호를 수신함으로써 결정될 수 있다.
음파 임펄스 신호(30)에 응답하여 수중 청음기(40)에서 수신된 음파 신호는 도 2에 관하여 아래에서 설명할 음파 임펄스 신호(30)의 다양한 반사(다중 경로) 방향을 따르는 직진 신호를 포함하고, 그것들은 원하는 임펄스 응답을 함께 형성한다. 시간-반전된 음파 신호(34)의 성질은 도 3a 내지 도 4b에서 더 명확하게 설명하게 될 것이다.
상기 언급한 임펄스 응답(전송 함수)을 결정하기 위하여, 아주 짧은 구간을 가지는 완벽한 임펄스를 발생시키는 것은 실질적, 물리적으로 거의 불가능하다. 그러나 싱크 함수의 일반적인 진폭 특성을 가지는 대역 제한 펄스 함수가 임펄스에 가깝게 사용될 수 있다. 이는 당업자가 시간 영역에서의 임펄스와 대응되는 주파수 영역은 무한대의 대역폭을 가지는 특정한(즉, 일정한) 주파수 스펙트럼이라고 이해하고 있을 것이다. 또한, 당업자는 주파수 스펙트럼이 대역 제한되기 위하여 특정 주파수 스펙트럼이 주파수 영역에서 필터 된다면, 시간 영역에서의 결과 신호는 싱크 함수가 된다는 것도 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 대역 제한된 특정 주파수 스펙트럼에 대응되는 싱크 함수는 거의 임펄스로 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 싱크 함수 음파 임펄스는 1㎑ 이하, 예를 들어 250㎐ 정도의 주파수에서 대역 제한된 특정 주파수 스펙트럼과 일치하도록 발생된다.
그러므로 동작 중에, 임펄스 신호 발생기(24)는 저피크 압력 음파 임펄스 신호(30)를 생산하기 위한 저피크 압력 음파 투사기(28)를 구동하는데 사용하기 위해 하나 이상의 전기적 싱크 함수(또는 일반적으로 임펄스 신호)들을 발생한다. 다양한 음파 경로들로 수중(12)에서 전파된 음파 임펄스 신호(30)와 음파 경로들 각각과 관계된 음파 임펄스 신호(30)는 수중 청음기(40)에 의해 수신된다. 수중 청음기(40)에 의해 수신된 전체 수신 신호는 최초 전송된 음파 임펄스 신호(30)보다 더 큰 음량을 갖는다.
파형 처리기(44)는 제2(특정) 위치(31)와 고피크 압력 음파 투사기(42)가 위치한 제1 위치(41) 사이에 형성된 음파 채널의 전송 함수, 즉 시간 영역에서 대역 제한된 임펄스 응답을 결정하기 위해 수중 청음기(40)에 의해 수신된 신호를 분석한다. 파형 처리기(44)는 또한 시간-반전된 임펄스 응답에 따라 시간-반전된 전기 신호를 발생시킨다. 고피크 압력 음파 투사기(42)는 시간-반전된 전기 신호에 따라 시간-반전된 음파 신호(34)를 발생시킨다. 파형 처리기(44)는 도 1b에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 위에서 언급한 바와 같이, 고피크 압력 음파 투사기(42)는 제1 위치(41)와 제2(특정) 위치(31) 사이의 시간-반전된 버전의 임펄스 응답을 전송한다. 그 결과, 증폭음이 특정 위치(31)에서 비교적 큰 피크 압력 및/또는 큰 임펄스 영역을 가지고, 특정 위치(31)와 근접하게 떨어진 위치에서는 축소된 음 피크 압력 및/또는 임펄스 영역을 가진다.
위에서 언급한 바와 같이, 시간-반전된 음파 신호(34)가 완전한 임펄스는 아니고, 실질적인 시간 범위를 일반적으로 가지는 것을 알 것이다. 그러나 시간-반전된 음파 신호가 특정 위치(31)에 도달할 때, 비교적 짧은 시간의 음량을 가지는 완전히 임펄스적이게 된다는 것을 또한 알 것이다. 이러한 특성들은 도 2 내지 도 4a에 대한 설명에서 더욱 분명하게 알 수 있다.
본 실시예에서, 고피크 압력 음파 투사기(42)는 하나의 시간-반전된 음파 신호(34)를 발생시킨다. 이와 달리, 고피크 압력 음파 투사기(42)는 예를 들어 1㎐와 같은 반복율을 가지는 하나 이상의 시간-반전된 음파 신호(34)들을 발생시킨다.
저피크 압력 음파 투사기(28)는 160㏈//μ㎩(㏈ re 1μ㎩)에서 215㏈//μ㎩(㏈ re 1μ㎩)까지 범위의 피크 음압 레벨을 가지는 음파 임펄스 신호(30)를 발생시킬 수 있다. 고피크 압력 음파 투사기(42)는 160㏈//μ㎩(㏈ re 1μ㎩)에서 215㏈//μ㎩(㏈ re 1μ㎩)까지 범위의 피크 음압 레벨을 가지는 시간-반전된 음파 신호(34)를 발생시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 특정 위치(31)에서의 증폭음은 특정 위치(31)에서 근접하게 떨어진 위치에서의 증폭음에 비하여, 적어도 3㏈ 떨어진 영역에서 피크 압력을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 제2 위치(31)는 제1 위치(41)로부터 적어도 10 미터 이상 이격되어 있으며, 제2 위치(31)에서의 음 피크 압력은 적어도 185㏈//μ㎩(㏈ re 1μ㎩)이다.
음이 증폭되는 특정 위치(31)는 고피크 압력 음파 투사기(42)에 대한 방위각 및 일반적으로 동일한 바다 바닥 특성들에 따라 고피크 압력 음파 투사기(42)에 대한 계속적이거나 비계속적인 방위각을 가질 수 있다. 바다 바닥 특성들은 깊이, 경사 및 바닥 타입(돌, 모래 등)등에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 수영체의 접근을 차단하는 시스템(10)은 저피크 압력 음파 투사기(28), 임펄스 신호 발생기(24), 무선 주파수 전송기(18) 및 하나의 제2(특정) 위치(31)를 포함하는 하나의 정박된 부표(20)를 포함한다. 이와 달리, 저피크 압력 음파 투사기들, 임펄스 신호 발생기들, 무선 주파수 전송기들과 관련된 하나 이상의 부표들이 증폭음을 가지는 하나 이상의 위치를 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 어느 특정한 실시예에서는, 저피크 압력 음파 투사기, 임펄스 신호 발생기 및 무선 주파수 전송기와 관계된 12개의 부표들이 사용될 수 있으며, 각각의 부표는 배(48)와 관계해서 다른 범위들 및/또는 다른 방위각들에 배치될 수 있다. 만일 12개 정도의 저피크 압력 음파 투사기들을 가진다면, 파형 처리기(44)는 12개 정도의 음파 신호들을 수신하고 12개 정도의 전송 함수(임펄스 응답)들 및 12개 정도의 전기적 신호들을 발생시킬 것이다. 12개의 전기적 신호들은 각각의 12개 정도의 저피크 압력 음파 투사기들과 수중 청음기(40) 사이의 시간-반전된 버전의 임펄스 응답과 관계된다. 그러므로 저피크 압력 음파 투사기는 12개의 시간-반전된 음파 신호들을 발생시킬 수 있으며, 그 결과 12개 정도의 특정 위치들에서 증폭음이 생기게 된다. 12개 정도의 음파 신호들은 하나의 신호에서 동시에 또는 순차적으로 발생될 수 있으며, 수중에서의 수영체에 대해 하나 또는 그 이상의 방어벽을 형성할 수 있다. 이와 달리, 12개 이상 또는 12개 이하의 저피크 압력 음파 투사기가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 하나 이상의 저피크 압력 음파 투사기(28)가 케이블(26)로부터 매달려 있을 수 있으며, 따라서 하나 이상의 저피크 압력 음파 투사기가 증폭음을 가지는 위치에 배열된 하나 이상의 깊이를 제공하기 위해 수중(12)에서 다른 깊이에서 수직하게 배열된다. 예를 들어, 시스템(10)은 12개의 수직하게 배열된 저피크 압력 음파 투사기들을 포함할 수 있다. 만일 12개의 저피크 압력 음파 투사기들을 포함한다면, 파형 처리기(44)는 12개의 신호들을 수신하고 12개의 전송 함수(임펄스 응답)들 및 12개의 전기적 신호들을 발생시킬 것이다. 12개의 전기적 신호들은 각각의 12개의 저피크 압력 음파 투사기들과 수중 청음기(40) 사이의 시간-반전된 버전의 임펄스 응답(또는 임펄스 신호로부터 수신된 압력)과 관계된다. 그러므로 고피크 압력 음파 투사기는 12개의 시간-반전된 음파 신호들을 발생할 수 있으며, 그 결과 특정 위치들에서 12개의 수직으로 배열된 증폭음이 생긴다. 12개의 음파 신호들은 하나의 신호에서 동시에 또는 순차적으로 발생될 수 있으며, 수중의 수영체에 대해 하나 또는 그 이상의 방어벽을 형성할 수 있다. 이와 달리, 12개 이상 또는 12개 이하의 저피크 압력 음파 투사기들이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 파형 처리기(예를 들어, 참조 부호 160)와 각각 연결된 12개의 수중 청음기들(예를 들어, 참조 부호 40)은 배(48)와의 관계에서 다른 범위들 및/또는 다른 방위각들 및/또는 다른 깊이들에 배치될 수 있다. 만일 12개의 수중 청음기(40)들을 포함한다면, 각각의 관계되는 파형 처리기는 각각 12개의 전송 함수 및 12개의 전기적 신호들을 발생시킬 것이다. 12개의 전기적 신호들은 각각의 12개의 수중 청음기와 저피크 압력 음파 투사기(28) 사이의 시간-반전된 버전의 임펄스 응답과 관계된다. 이러한 배열에서, 고피크 압력 음파 투사기는 하나 또는 하나 이상의 12개의 수중 청음기의 위치들에 배치될 수 있고, 각각의 고피크 압력 음파 투사기는 특정 위치(31)에 각각의 전송 함수를 따라 시간-반전된 음파 신호를 발생시킬 수 있으며, 그 결과 특정 위치(31)에 증폭음을 생기게 한다. 이와 달리, 12개 이상 또는 12개 이하의 수중 청음기들 및 고피크 압력 음파 투사기들이 제공될 수 있다.
특정한 배열에서 12개의 고피크 압력 음파 투사기들이 제공될 경우, 12개의 고피크 압력 음파 투사기들 각각은 시간-반전된 음파 신호(34)를 발생시키고, 각각의 시간-반전된 음파 신호(34)는 특정 위치(31)에 아주 높은 고피크 압력 임펄스 신호를 공급하기 위하여 특정 위치(31)에 구조적으로 추가하도록 일정 시간만큼 지연된다. 또 다른 배열에서, 12개의 고피크 압력 음파 투사기들 각각은 시간-반전된 음파 신호(34)를 발생시키고, 각각의 시간-반전된 음파 신호(34)는 특정 지역(31)에(반복율을 가지는) 복수의 고피크 압력 신호들을 제공하기 위하여 다른 시간들에서 특정 위치(31)에 도달하도록 일정 시간만큼 지연된다. 상기 반복율은 45㎐에서 170㎐ 정도의 범위를 가진다. 또 다른 배열에서, 12개의 고피크 압력 음파 투사기들 각각은 시간-반전된 음파 신호(34)를 발생시키고, 각각의 시간-반전된 음파 신호(34)는 특정 위치(31)에서 수신된 고피크 압력 신호를 임펄스적이지 않은 긴 구간 동안 제공하기 위하여 일정 시간만큼 지연된다. 또 다른 배열에서, 하나 또는 12개 이상의 고피크 압력 음파 투사기들은 하나 이상의 시간-반전된 음파 신호(34)를 발생시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 12개의 고피크 압력 음파 투사기들에 적용된 상기 시간 지연은 a) 제2(특정) 위치에 수신된 아주 높은 고피크 압력 임펄스 신호, b) 제2(특정) 위치에 수신된(반복율을 가지는) 복수개의 고피크 압력 임펄스 신호들 c) 증폭음이 제2(특정) 위치에 수신되는 동안의 긴 시간 구간(duration)과 같은 결과를 생기게 한다. 제2 위치(31)에 나타나는 음의 구간은 120㎳에서 360㎳ 정도의 범위를 가진다.
전술한 12개의 고피크 압력 음파 투사기들 각각의 배열에서, 제2 위치(31)에 수신된 결과 신호는 제1 위치(41)와 제2 위치(31) 사이의 전송 함수(임펄스 응답)를 얻는데 사용되는 음파 임펄스 신호(30)의 임펄스 영역을 기초하여 맞추어진다. 예를 들어, 12개의 고피크 압력 음파 투사기들이 특정 위치(31)에 구조적으로 더해지기 위하여 각각이 일정 시간만큼 지연되는 배열에서, 만일 전송 함수(임펄스 응답)를 얻기 위한 임펄스 신호(30)의 임펄스 영역이 짧은 구간을 가지도록 맞추어진다면, 전송된 시간-반전된 음파 신호(34)는 특정 위치(31)에 수신된 짧은 구간을 가지는 신호를 생기게 한다. 반대로, 만일 전송 함수를 얻기 위한 임펄스 신호(30)의 임펄스 영역이 긴 구간을 가지도록 맞추어진다면, 관계된 시간-반전된 음파 신호(34)는 특정 위치(31)에 수신된 긴 구간을 가지는 신호를 생기게 한다. 이 방법에서, 특정 위치에 수신된 신호는 가장 높은 진폭을 가지는 다중 경로의 도달들 사이의 시간차, 예를 들어 10㎳ 내지 30㎳ 정도에 대응하는 값을 가지면서 특정 구간을 갖도록 맞춰질 수 있다.
상기 각각의 신호들은 수영체에게 특정한 효과를 가진다. 예를 들어, 반복율을 가지는 신호는 수영하는 사람의 장기 기관들 속에 울림을 자극시키는데 사용되고, 이것은 생리적인 울림 효과들이 피해를 생기게 한다. 또 다른 예로, 만일 하나의 임펄스 신호가 고피크 압력 및 임펄스 영역을 충분하게 가지고 있다면, 임펄스 신호는 치명적인 장기 기관의 파열을 유도할 수 있다.
음원 발생 지점(POO)과 고피크 압력 음파 투사기(42)사이의 전송 함수가 제2(특정) 위치(31)에서 제1 위치(41), 즉 수중 청음기(40)까지 음파 임펄스 신호(30)를 발생함으로써 얻어지는 것으로 설명되더라도, 전송 함수는 상호적이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 도 1c와 관련하여 아래에서 설명되는 다른 실시예에서, 전송 함수는 제1 위치(41)로부터 제2(특정) 위치(31)까지 임펄스 음파 신호(30)를 발생함으로써 비슷하게 잘 얻어질 수 있다. 낮은 전력의 음파 임펄스 전파와 전송 함수의 결정의 다른 방향에서, 수신음은 도 2와 관련한 설명에서처럼 수많은 음파 경로를 따른다.
그러나 본 발명의 또 다른 실시예에서, 임펄스 응답은 특정되기 보다는 예측될 수 있다. 알려진 바와 같이, 음의 속도 정보, 물의 수직 깊이, 음의 주파수, 지 표각, 표면조도, 바닥조도 및 바닥의 유형 등에 관한 정보로 음의 전파를 예측할 수 있는 음파 모델을 발생시킬 수 있다. 그러므로 상기 파라미터들의 일부 또는 전부가 알려진다면, 임펄스 응답은 측정되기 보다는 예측될 수 있다. 이러한 특정한 배열은 도 1e 과 도 1f에서 설명된다.
저피크 압력 음파 투사기(28)가 정박된 부표(20)에 의해 고정되는 것으로 설명되더라도, 다른 실시예에서, 저피크 압력 음파 투사기(28)는 특정 위치(31)에 단지 임시적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 전송 함수가 결정되더라도, 저피크 압력 음파 투사기(28)는 작은 배에 의하여 특정 위치(31)에 단지 임시적으로 위치할 수 있다.
수영체의 접근을 금지시키는 시스템(10)은 다른 동작 모드를 가질 수 있다. 예를 들어, 특정 위치(31)는 배(48)로부터 근접하게, 예를 들어 배(48)로부터 29m 정도로 떨어지도록 비교적 근접하게 위치할 수 있다. 그러한 짧은 거리의 특정 위치(31)는, 예를 들어, 시간-반전된 고피크 압력음(34)이 수중의 수영체의 존재를 알지 않고도 계속적이고 간헐적으로 발생되는 비경계 모드에 사용될 수 있다. 짧은 거리의 특정 위치(31)에서 수중의 수영체들에게 장벽을 제공하게 되고, 반면에 수중 동물들에게 피해를 가능성을 줄일 수 있다.
또 다른 동작 모드에서, 또 다른 수중 음파 탐지기 시스템(도시되지 않음)이 수중의 수영체들을 관찰하고, 그 때 시스템(10)은 비경계 모드에서 경계 모드로 턴-온하거나 스위칭할 수 있다. 경계 모드에서, 시스템(10)은 배(48)로부터 멀리 떨어진, 예를 들어 배(48)로부터 530m 정도 떨어지도록 특정 위치(31)를 정할 수 있다. 시스템(10)은 수중의 수영체에게 더 넓은 범위의 장벽을 제공한다.
저피크 압력 음파 임펄스 신호(30)가 싱크 함수로 설명되더라도, 다른 실시예에서 저피크 압력 음파 임펄스 신호(30)는 가우스 진폭 특성을 가지는 신호 및 짧은 구간의 사인 곡선을 포함하는 다른 임펄스 신호가 될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 도 1a에 도시된 파형 처리기(44)와 유사한 파형 처리기(100)는 수중 청음기, 예를 들어 도 1a에 도시된 수중 청음기(40)로부터의 신호들(106)을 수신하기 위한 음파 수신부(108)를 포함한다. 또한, 파형 처리기(100)는 파형 분석부(110), 시간-반전 처리부(112), 파형 발생부(114) 및 증폭부(116)를 포함한다.
동작 중에, 수중 청음 신호들(106)은 음파 수신부(108)로 제공되고, 수중 청음 신호들(106)은 적당하게 증폭되고 필터된다. 파형 분석부(110)는 음파 수신부(108)로부터의 증폭된 수중 청음 신호(109) 및 무선 주파수 수신부, 예를 들어 도 1a에서 도시된 무선 주파수 수신부(46)로부터의 타이밍 신호(104)를 수신하고, 증폭된 수중 청음 신호(109)를 분석한다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 파형 분석부(110)는 증폭된 수중 청음 신호(109)를 샘플화하고 디지털화한다. 타이밍 신호(104)는 무선 주파수 전송기(예를 들어, 도 1a의 무선 주파수 전송기(18))를 경유하여 무선주파수 수신부로 보낼 수 있다.
주파수 분석부(110)는 디지털화된 수중 청음 신호(111)를 시간-반전 처리기(112)로 제공한다. 시간-반전 처리기(112)는 시간-반전된 디지털 수중 청음 신호(113)을 제공하기 위해 디지털화된 수중 청음 신호(111)를 시간-반전시킨다. 예 를 들어, 특정 실시예에서, 시간-반전 처리기(112)는 파형 분석부(110)로부터 제공된 디지털화된 수중 청음 신호(111)의 디지털화된 샘플들을 시간-반전된 할 수 있다.
파형 발생부(114)는 시간-반전된 디지털 수중 청음 신호(113)을 수신하고 시간-반전된 아날로그 신호(115)를 제공한다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 파형 발생부(114)는 시간-반전 처리부(112)로부터 제공된 시간-반전된 디지털 수중 청음 신호(113)을 시간-반전된 아날로그 신호(115)로 변환시킨다. 증폭부(116)는 파형 발생부(114)로부터 제공된 시간-반전된 아날로그 신호(115)의 진폭을 증폭시킨다. 증폭된 신호(118)는 고피크 압력 음파 투사기, 예를 들어, 도 1a에 도시된 고피크 압력 음파 투사기(42)로 제공된다.
이러한 배열에서, 파형 처리기(100)는 도 1a에서 설명된 임펄스 응답을 결정하고 고피크 압력 음파 투사기(42)로 보내어지는 증폭된 시간-반전된 신호를 발생시킨다.
파형 처리기(100)는 도 1a에 도시된 시스템에 사용되는 것이 바람직하고, 이는 임펄스 응답이 도 1a의 특정 위치(31)로부터 제1 위치(41), 즉 수중 청음기(40)까지 음파 임펄스 신호들(30)을 투사함으로써 결정된다. 그러므로 본 실시예에서, 음원 발생 지점(POO)은 제2(특정) 위치(31)가 된다.
도 1c를 참조하면, 도 1a에서와 동일한 구성 요소들에 대해서는 동일한 도면 번호를 부여하기로 한다. 저피크 압력 음파 신호(30)는 제1 위치(41)의 고피크 압력 음파 투사기(42) 및 또는 이와 달리 도 1a에서와 반대 방향인 고피크 압력 음파 투사기(42)와 근접한 제1 위치(41)의 저피크 압력 음파 투사기(도시되지 않음)에 의해 발생된다. 저피크 압력 음파 임펄스 신호(30)는 도 2 내지 도 4b에서 설명되는 다양한 음파 경로들을 따라 전파되어 수중 청음기(156)에 도달한다. 수중 청음기(156)는 음파 수신기(152)에 수중 청음 신호를 제공한다. 수중 청음 신호는 예를 들어, 무선 주파수 신호(154)가 무선 주파수 수신기(46)에 전송되는 것과 마찬가지로 무선 주파수 전송기(18)로 전송된다. 무선 주파수 신호(154)는 무선 주파수 수신기(46)로 수신되며, 무선 주파수 수신기(46)는 무선 주파수 신호(154)를 파형 처리기(158)에 의해 처리되는 수중 청음 신호의 복제 신호로 변환시킨다. 파형 처리기(158)에 대해서는 도 1d에서 더 설명하기로 한다.
도 1d를 참조하면, 도 1b에서와 동일한 구성 요소들에 대해서는 동일한 도면 번호를 부여하기로 한다. 도 1b에 도시된 파형 처리기(160)와 유사한 파형 처리기(200)는 무선 주파수 수신기(46)(도 1c 참조)로부터 수중 청음 신호(204)의 복제 신호를 수신한다. 수중 청음 신호(204)는 예를 들어, 무선 주파수 신호(154)(도 1c 참조)와 연관된다. 파형 처리기(200)가 수중 청음 신호(204)의 복제 신호를 처리하는 것은 도 1b에서 설명된 내용과 동일하다. 그러나 파형 처리기(200)는 파형 분석부(110)와 파형 처리기(200)의 출력 포트(210) 사이에 접속된 임펄스 신호 증폭부(208)를 포함한다. 임펄스 신호 증폭부(208)는 예를 들어, 도 1a에 도시된 임펄스 신호 발생기(24)와 유사하다. 한편, 임펄스 신호 증폭부(208)는 도 1c에 도시된 고피크 압력 음파 투사기(42) 및 고피크 압력 음파 투사기에 근접한 저피크 압력 음파 투사기(도시되지 않음)와 함께 저피크 압력 음파 임펄스 신호들(싱크 함수 신호들)을 발생한다. 저피크 압력 음파 임펄스 신호들은 도 1c의 음파 임펄스 신호(30)와 동일하거나 유사하다. 타이밍 신호(206)는 임펄스 신호 증폭부(208)에 의해 파형 분석부(110)로 공급된다.
파형 처리기(200)는 도 1c에 도시된 시스템에 사용되는 것이 바람직하다. 상기 시스템에서의 임펄스 응답은 도 1a에 도시된 시스템으로부터의 반대 방향으로, 즉 도 1c에 도시된 고피크 압력 음파 투사기(42)의 위치로부터 도 1c에 도시된 특정 위치(31)의 수중 청음기(156)까지 음파 임펄스 신호들(30)을 투사함으로써 결정된다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 음원 발생 지점(POO)은 고피크 압력 음파 투사기(42)의 위치에 위치한다.
도 1e를 참조하면, 도 1a에서와 동일한 구성 요소들에 대해서는 동일한 도면 번호를 부여한다. 수영체의 접근을 금지시키는 시스템(220)은 제1 위치(41)에 고피크 압력 음파 투사기(42)를 포함한다. 고피크 압력 음파 투사기(42)는 케이블(36)을 통해 파형 처리기(222)와 접속된다. 위에서 언급한 바와 같이, 제1 위치와 제2 위치(31) 사이의 임펄스 응답은 (파형 처리기(222)에 의해) 측정되기 보다는 예측될 수 있다. 그러므로 임펄스 응답을 측정하는 데 사용되는 도 1a의 다른 구성 요소들은 상기 시스템(220)에서 얻어질 수 없다.
도 1f를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 따른 파형 처리기(240)는, 예를 들어, 도 1e에 도시된 파형 처리기(222)와 유사할 수 있다. 파형 처리기(240)는 임펄스 응답 예측 처리부(244)를 포함한다. 임펄스 응답 예측 처리부(244)는 도 1e의 제1 위치(41)와 제2 위치(31) 사이의 임펄스 응답을 예측하는데 적용된다. 예측은 음의 속도 정도, 도 1e의 제1 위치(41)와 제2 위치(31) 사이 범위의 물의 수직 깊이, 음의 주파수, 지표각, 표면조도, 바닥조도 및 바닥의 유형 등에 한정되지 않는 다양한 요소들에 기초를 둔다.
동작 중에, 임펄스 응답 예측 처리부(244)는 임펄스 응답에 따라 디지털화된 신호(245)를 발생시킨다. 시간-반전 처리부(246)는 시간-반전된 디지털 신호(247)를 공급하기 위해 디지털화된 신호(245)를 시간-반전시킨다.
파형 발생부(248)는 시간-반전된 디지털 신호(247)를 수신하고, 시간-반전된 아날로그 신호(249)를 제공한다. 증폭부는(249) 파형 발생부(248)로부터 제공된 시간-반전된 아날로그 신호(249)의 진폭을 증폭시킨다. 증폭된 신호(252)는 고피크 압력 음파 투사기, 예를 들어 도 1a에 도시된 고피크 압력 음파 투사기(42)에 공급된다.
상기와 같은 배열에서, 파형 처리기(242)는 도 1a과 관련하여 설명한 임펄스 응답을 예측하고 고피크 압력 음파 투사기(42)에 전송되는 증폭된 시간-반전된 신호를 발생시킨다.
파형 처리기(40)는 임펄스 응답을 예측하는 도 1e에 도시된 시스템에 사용되는 것이 바람직하다.
도 2를 참조하면, 바다 표면과 바다 바닥은 두 위치들, 예를 들어 제2 위치(POO)와 고피크 압력 음파 투사기가 위치한 제1 위치 사이의 채널을 형성한다. 이 위치들은 예를 들어, (POO가 위치한)제2(특정) 위치(31) 및 도 1a의 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)가 위치한 제1 위치(41)에 대응된다. POO와 고피크 압력 음파 투사기는 채널 내에서 다른 깊이에 위치할 수 있으며, 수평거리 rn만큼 이격될 수 있다. 도 1a과 관련하여 설명된 바와 같이, 저피크 압력 음파 투사기(28)는 특정 위치(31)와 고피크 압력 음파 투사기(42) 사이의 임펄스 응답을 얻기 위하여 POO에 도 1a의 음파 임펄스 신호(30)를 발생시킨다.
음의 경로는 여기에 한정되는 않으나, 직진 경로(D), 표면 반사(SR) 경로, 바닥(B) 경로, 표면-바닥(SB) 경로, 바닥-표면(BS) 경로 및 표면-바닥-표면(SBS) 경로를 포함한다. 다른 경로들이 더 많은 표면과 바닥의 바운드들을 가지면서 형성되더라도, 음의 피크 압력은 일반적으로 표면과 바닥의 바운드 수에 직접적으로 비례하여 감소된다. 그러므로 명백하게 더 많은 수의 바운드를 가지는 경로들은 보여주지 않는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 경로들은 숫자 Δ로 표시된 각각 다른 시간 지연과 관련된다. 그러므로 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)가 위치한 위치에 도달하는 총 수신음은 최초 전송된 음의 임펄스 구간에 의존하는 복수의 음 펄스들 또는 시간이 늘어난 음 펄스를 포함한다. 각각의 수신된 펄스의 성질은 도 3a과 관련하여 더 분명하게 나타날 것이다.
음이 음 주파수, 지표각, 조편 조도 및 표면의 유형과의 상관관계에서 표면에 바운드 될 때, 음의 에너지가 손실되는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 높은 지표각, 즉 거의 90°정도에서 진흙의 바다 바닥으로부터 바운드되는 음은 실질적인 에너지를 잃는 경향이 있으나, 반면에 낮은 지표각을 가지는 모래의 바다 바닥으로부터 바운드되는 음은 에너지를 거의 잃지 않는다. 바다 표면으로부터 바운드 되는 음은 바다 상태가 비교적 부드러우면 모든 지표각에서 에너지를 거의 잃지 않으나, 바다 상태가 점점 거칠어짐에 따라 음은 점점 많은 에너지를 잃을 것이다. 또한, 바다 속에서 전파되는 음은 장소마다 또는 시간마다 변화하는 음의 속도와 일치하게 굽어지는 특성을 가지고 있다. 만일 음의 속도 정보, 물의 수직 깊이, 음의 주파수, 지표각, 표면조도, 바닥조도 및 바닥의 유형을 안다면, 음의 전파를 예측할 수 있는 음파 모델을 발생시키는 것이 가능하다. 모델링한 결과는 도 5에서 설명하기로 한다.
도 3a을 참조하면, 화살표들이 도 2의 음원 발생 지점(POO)에 전송된 음의(싱크 함수 임펄스와 같은) 광대역 임펄스를 투사한 결과를 나타내는 것을 가정하면, 도 3a의 차트는 도 2의 고피크 압력 음파 투사기(HPAP)의 위치에 각각 다른 시간에 도달한 임펄스를 보여준다. 각각의 화살표, 즉 음의 경로 및 각각에 대응하는 시간 지연은 도 2의 각각 다른 음의 경로와 관련된다. 만일 전송된 임펄스가 구간 내(즉, 물리적 범위)에서 충분히 작다면, 음의 도달은 도시된 바와 같이 구별된다. 만일 전송된 임펄스가 더 길다면, 음의 도달은 거의 동시에 도달하는 것처럼 보이며, 이는 하나의 긴 수신 신호를 생기게 한다. 각각 다른 경로들로부터의 도달된 음들의 비교 시간은 도 2에 나타난 바와 같이 숫자 Δ로 표시된다.
도달된 음의 비교 위상은 0°에서 180°까지의 상대적 위상을 나타내는 위로 향하는 화살표 또는 아래로 향하는 화살표로 표시된다. 알려진 바와 같이, 음이 물, 예를 들어 표면의 것보다 다른 음파 임피던스를 가지는 매질에서 바운드될 때, 음의 위상은 180°만큼 변한다. 그러나 음이 예를 들어, 진흙의 바다 바닥과 유사한 음파 임피던스를 가지는 매질에서 바운드될 때, 음의 위상은 바운된 만큼 변하지 않는다. 그러므로 하나의 표면과 바운드(SR, BS, SB)되는 경로는 다른 경로들로부터 위상과 다르다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 다양한 경로들은 음원 발생 지점(POO)과 음파 투사기의 위치 사이의 복잡한 음파 전송 함수를 발생시키는 특성이 있다.
높은 음파 주파수에서 흡음은 거리와 밀접한 관련성이 있다. 그러나 비교적 낮은 주파수 및 짧은 거리에서 흡음은 비교적 중요한 요인이 아니다. 예를 들어, 앞에서 언급한 일 실시예에서, 저피크 압력 음파 투사기(29)에 의해 전송된 음 임펄스는 250㎐ 정도의 한계를 가지는 고정 주파수 스펙트럼 대역에 대응된다.
도 3b를 참조하면, 시간-반전된 신호는 도 3a의 도달한 음들이 시간-반전되어 도시되어 있다. 도 4a 및 도 4b에서 고피크 압력 음파 투사기, 예를 들어 도 1a의 고피크 압력 음파 투사기(42)에 의한 시간-반전된 신호의 전송이 도 1a의 특정 위치(31)에 증폭음을 생기게 하는 것을 보여줄 것이다.
시간-반전된 신호는 도 3a에 도시된 수신 신호와 비교하여 도착 시간의 순서를 반대로 한 복수의 펄스들에 대응한다. 그러나, 앞에서 언급한 바와 같이, 만일 도 3a에서의 도착 시간이 거의 동시에 이루어진다면, 시간-반전된 신호는 시간적으로 반전된 하나의 더 길어진 신호가 될 것이다.
도 4a를 참조하면, 시간-반전된 순서의 펄스를 갖는 도 3b의 시간-반전된 신호는 도 2의 고피크 압력 음파 투사기로부터 특정 위치(31)까지의 반대 방향인 도 2의 각각의 음파 경로를 따라 전파되는 것을 알 수 있다.
이번 예와 같이, 표면-바닥-표면(SBS) 경로는 Δ1+Δ2+Δ3+Δ4+Δ5의 가장 큰 시간 지연을 가진다. 위상들은 각각의 표면에 바운드되면 위상이 반전된다.
도 4b를 참조하면, 도 4a의 신호들은 도 2의 음원 발생 지점(POO)이 위치한 위치, 즉 도 1a의 특정 위치(31)에서 간섭적으로 증가하는 특성을 보인다. 도 3b의 최초 시간-반전된 신호의 모든 펄스들은 특정 위치(31)에서 고피크 압력 음압 레벨 및/또는 높은 임펄스 영역을 생산하기 위하여 차트의 중앙에서 위상을 더한 것을 볼 수 있다. 펄스들은 다른 위치에서는 위상을 더하지 않는다. 그러므로 도 3b의 시간-반전된 신호는 특정 위치(31)에 증폭음을 제공한다.
도 3a의 수신 신호의 펄스와 도 3b의 시간-반전된 신호의 대응되는 펄스들이 거의 동시에 도달한다면 비슷한 효과가 발생될 것이다. 이런 경우에 시간-반전된 신호의 전송은 비슷하게 특정 위치(31)에서 간섭적 증폭을 제공할 것이다.
바다 표면과 바다 바닥에 바운드되는 채널 속에서의 전파가 도 2 내지 도 4b와 관련하여 설명되더라도, 동일한 원리가 장벽들이 파장을 반사하거나 분산시키는 어떤 매질에서의 파동 전파 및 두 가지 차원 또는 그 이상의 차원들에서 바운드된 파동 채널에 적용된다. 예를 들어, 다른 경우의 파동 채널은 빌딩의 경계 및 공기 등의 매질들에 대응된다.
도 5를 참조하면, 그래프(500)는 두 개의 전송된 파형의 범위에 대한 음압 레벨에 관한 시뮬레이션을 나타내는 곡선들(502, 504)을 포함한다. 첫 번째 곡선(502)은 고피크 압력 음파 투사기, 예를 들어 도 1a의 고피크 압력 음파 투사 기(42)로부터의 503미터 떨어진 범위에 대응하는 파형을 가지는 시간-반전된 음파 신호(도 1a의 34)의 전파를 나타낸다. 503미터 떨어진 첫 번째 영역(502a)은 대략 18미터 떨어진 범위를 가지는 영역 내에서 비교적 높은 음압 레벨을 가진다. 음압 레벨이 506 레벨을 넘는 음압 레벨은 물속의 수영체를 매우 불안하게 만들 수 있다.
두 번째 곡선(504)은 고피크 압력 음파 투사기(42)로부터의 29미터 범위에 대응하는 파형을 가지는 시간-반전된 음파 신호(도 1a의 34)의 전파를 나타낸다. 대략 18미터의 범위를 가지는 29미터 떨어진 두 번째 영역(504a)은 상기 첫 번째 영역(502a)과 비슷한 비교적 높은 음압 레벨을 가지므로, 비슷한 효과를 가진다. 고피크 압력 음파 투사기(42)에 의해 전송된 최초 음압 레벨은 두 번째 곡선(504)보다 첫 번째 곡선(502)이 더 높다.
도 1a와 관련하여 언급한 바와 같이, 특정 실시예에서 첫 번째 곡선(502)은 경계 모드에 대응하고, 두 번째 곡선(504)은 비경계 모드에 대응한다.
첫 번째 영역(502a) 및 두 번째 영역(504a)과 인접하지 않고 떨어진 다른 범위에서 음압 레벨( 및 피크 압력)은 고피크 압력에서 다른 유형의 파형을 가지는 신호를 전송함으로써 달성되는 음압 레벨보다 더 작다. 그러므로 다른 범위에서는 인간 및 수중 동물들은 다른 유형의 파형들을 가지는 신호들에 의한 것보다 덜 영향을 받는다.
도 6을 참조하면, 첫 번째 시간-반전된 신호(602)는 고피크 압력 음파 투사기(도 1a의 42)에 의해 물 속으로 투사된 시간 영역의 신호에 대응되며, 그 결과 도 5의 첫 번째 곡선(502)을 나타낸다. 또한, 두 번째 다른 시간-반전된 신호(604)는 고피크 압력 음파 투사기(42)에 의해 물 속으로 투사된 시간 영역의 신호에 대응되며, 그 결과 도 5의 두 번째 곡선(504)에 대응된다. 첫 번째 시간-반전된 신호(602)에서는 예를 들어 펄스(602a) 및 펄스(602b)와 같이 일부 펄스들(임펄스들)로 구별된다. 반면에, 두 번째 시간-반전된 신호(604)는 모든 펄스들이 함께 나타난다. 이것은 예상했던 결과이다. 왜냐하면, 음원 발생 지점(POO)과 고피크 압력 음파 투사기(예를 들어, 음원 발생 지점(POO)과 도 1a의 고피크 압력 음파 투사기(42)) 사이의 다양한 경로들은 짧은 범위에서 비교적 짧은 시간 지연을 가지고, 이는 다른 음의 경로들로부터 거의 동시에 도달하는 특성을 가지도록 한다.
도 7을 참조하면, 첫 번째 시간-반전된 신호(702)는 도 6의 시간 영역의 신호(604)에 대응하는 주파수 영역의 신호이며, 도 5의 곡선(504)을 생기게 한다. 두 번째 시간-반전된 신호(704)는 도 6의 시간 영역의 신호(602)에 대응하는 주파수 영역의 신호이며, 도 5의 곡선(506)을 생기게 한다.
도 8 및 도 9는 수영체의 접근을 방지하기 위한 도 1a의 시스템(10), 도 1c의 시스템(150) 및 도 1e의 시스템(220)에서 수행되는 기술들에 대응하는 순서도를 보여준다. (도 8의 구성 요소(802)에 의해 대표되는)직사각형 구성 요소들은, 여기서 진행 블록들로 표시되고, 컴퓨터 소프트웨어 지시들 또는 지시들의 그룹들을 나타낸다. 다이아몬드 형태의 구성 요소들은, 여기서 결정 블록들로 표시되고, 진행 블록들에 의해 나타나는 컴퓨터 소프트웨어 지시들의 수행에 영향을 미치는 컴퓨터 소프트웨어 지시들 또는 지시들의 그룹들을 나타낸다.
이와 달리, 진행 및 결정 블록들은 디지털 신호 처리 회로 또는 적용되는 특수한 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit; ASIC)와 같은 기능적으로 동등한 회로들에 의해 수행되는 단계들을 나타낸다. 순서도는 특정한 프로그래밍 언어의 배열을 나타내지 않는다. 그 보다, 순서도는 특정한 장치의 원하는 과정을 수행하기 위하여 회로를 설계하거나 컴퓨터 소프트웨어를 생성시키기 위하여 당업자가 요구하는 기능적인 정보를 설명한다. 루프들 및 변수들의 초기화 및 임의의 함수들의 사용과 같은 많은 루틴 프로그램 요소들이 표현되지 않음을 알아야 한다. 여기서 달리 설명되지 않는 한, 특별한 순서의 블록들은 단순히 설명적이고 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에서 변형이 가능하다는 것이 당업자에게 인식될 것이다. 그러므로 달리 설명되지 않는 한, 아래에서 설명되는 블록들의 순서는 의미가 없으며, 가능하다면 그 단계들은 편하거나 원하는 순서로 실행될 수 있다.
도 8을 참조하면, 수영체의 접근을 금지시키는 방법(800)은 도 1a의 시스템(100) 및 도 1c의 시스템(150)과 관련하여 사용될 수 있다. 상기 방법(800)은 첫 번째 블록(801)에서 시작된다. 첫 번째 블록(801)에서 예를 들어 싱크 함수 신호와 같은 대역 제한 전기적 임펄스 신호가 생성된다. 두 번째 블록(802)에서 음파 임펄스 신호가 제2 위치, 예를 들어 도 1a의 제2(특정) 위치(31)인 POO로부터의 전기적 임펄스 신호에 일치하여 생성된다. 세 번째 블록(804)에서 음은 다양한 음의 경로를 경유한 후에 제1 위치, 예를 들어 도 1a의 제1 위치(41)에서 수신된다. 네 번째 블록(806)에서 제1 위치와 제2 위치 사이의 음파 채널의 임펄스 응답이 예를 들어, 도 1a의 파형 처리기(44)에 의해 결정된다. 다섯 번째 블록(808)에서 네 번째 블록(806)에서 결정된 임펄스 응답이 예를 들어, 도 1a의 파형 처리기(44)에 의해 시간-반전된다. 여섯 번째 블록(810)에서 시간-반전된 버전의 임펄스 응답에 대응하는 신호가 제2(특정) 위치, 예를 들어 도 1a의 특정 위치(31)에서 증폭음을 얻기 위해 제1 위치로부터 예를 들어, 도 1a의 고피크 압력 음파 투사기(42)에 의해 고피크 압력에 전송된다.
앞에서 언급한 바와 같이, 제1 위치와 제2 위치 사이의 음파 채널이 일반적으로 상호적이기 때문에 다른 실시예에서 두 번째 블록(802)의 임펄스 신호는 제1 위치에서 생성되고 세 번째 블록(804)에서는 제2 위치에서 수신될 수 있다. 이와 비슷하게, 여섯 번째 블록(810)에서 전송된 음파 신호는 제1 위치 또는 제2 위치에 전송될 수 있고 증폭음은 다른 위치에서 수신될 수 있다.
도 9를 참조하면, 프로세스(900)는 도 1e의 시스템(220)과 관련하여 사용될 수 있다. 상기 방법(900)은 첫 번째 블록(902)에서 시작된다. 첫 번째 블록(902)에서 제1 위치와 제2 위치 사이의 음파 임펄스 응답이 예측된다. 두 번째 블록(904)에서 예측된 임펄스 응답은 시간-반전된다. 세 번째 블록(906)에서 음파 파형은 두 번재 블록(904)에서 생성된 시간-반전된 임펄스 응답과 일치하면서 제1 위치에 전송된다. 그 결과 증폭음이 제2 위치에 생성된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법 및 시스템은 단지 수중에서의 용도에 한정되지 않는다. 본 발명에 따른 방법 및 시스템은 수영체의 접근을 차단하는데 적용되기 위해 설명되더라도, 파동 현상들이 적용되는 매질에서 다중 경로의 전파 상태가 존재할 때면 언제든지 증폭음이 특정 위치에서 발생될 수 있음은 명백할 것이다. 예를 들어, 반사벽들과 공기 중에서의 다양한 경로의 음 전파를 가지는 극장에서 증폭음을 한 명의 관중에게 직접적으로 발생시키고 반면에 다른 관중들에게는 음을 줄여서 발생시키게 하는 것이 가능하다. 또 다른 예로, 홈 시어터 시스템은 한 명의 청취자의 위치에만 증폭음을 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 방법 및 시스템은 예를 들어 초음파 이미징 시스템에서 사용될 수 있는 것과 마찬가지로 , 인체와 같은 실질적인 산란이 일어나는, 파동 전파를 확산시키는 매질을 통하여 전파되는 파동 현상에 적용될 수 있다.
수영체의 접근을 차단하는 방법 및 시스템은 특정 위치에서 멀리 떨어진 음 발생 지역에서 발생된 음에 응답하여 특정 위치에 증폭음을 제공하는 것으로 설명된다. 발생된 음은 특정 위치와 음 발생 지역 사이의 음파 채널의 시간-반전된 임펄스 응답이다. 그러나, 도 1a에서 설명된 수학식과 관련하여 설명한 바와 같이, 다른 물체에서, (임펄스 신호와 다른)다른 음파 신호가 다른 음파 신호의 음파 전송함수를 얻기 위하여 발생될 수 있다. 수신음은 시간-반전되고 전송될 수 있다. 이러한 배열들이 특정 위치(31)에서 더 높은 음압 레벨을 얻을 수 있더라도, 임펄스 신호에 응답하는 임펄스 응답을 사용하면서 얻을 수 있는 지역으로부터 급속히 저하되는 특성들을 가지는 않을 것이다.
수영체의 접근을 차단하는 방법 및 시스템의 장점이 수중에서의 수영체의 접근을 차단하는 것에 관하여 설명되더라도, 상기 시스템은 수면에서의 수영체들로부터 고가치 자산을 보호하는데 또한 사용될 수 있다.
상기 방법 및 시스템이 수영체의 접근을 차단하는 것과 관련하여 설명되더라도, 증폭된, 초점이 되는 음을 특정 지역에 제공되는 방법 및 시스템이 물 이외의 매질에서 파동 전파 현상을 포함하는 다른 물체에서 또한 사용될 수 있음은 자명할 것이다. 본 발명은 증폭음이 음 투사기로부터 떨어진 특정 위치에서 요구되는 어떤 물체에 대해서도 적용한다. 예를 들어, 증폭은 의료 기기, 예를 들어 담석을 제공하는데 사용될 수 있다. 또 다른 예로, 증폭음은 지진 장치들에도 적용될 수 있다.
여기서 인용된 모든 문헌은 그들 전체에서 문헌으로 조합된다.
상술한 바에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (26)

  1. 미리 결정된 위치에 증폭음을 제공하는 시스템에 있어서,
    전기적 임펄스 신호를 제공하는 임펄스 신호 발생기;
    상기 임펄스 신호 발생기와 접속되고 제1 위치 및 상기 제1 위치와 이격된 제2 위치 중에서 선택된 어느 하나의 위치에 배치되어 상기 전기적 임펄스 신호에 따라 음파 임펄스 신호를 전송하며, 상기 음파 임펄스 신호는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 진행하는 음(sound)이 두 개의 다중 경로(multipath)를 거쳐 도달하는 시간차(time difference)보다 더 작은 시간 구간을 가지는 제1 음파 투사기;
    상기 음파 임펄스 신호에 대응하여 수중 청음 신호를 제공하기 위해 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 중에서 선택되지 않은 어느 하나의 위치에 배치되는 수중 청음기;
    상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치까지 시간-반전된 음파 임펄스 응답에 따라 시간-반전 버전의 수중 청음 신호를 제공하기 위한 파형 처리기; 및
    상기 제1 위치에 배치되고 상기 시간-반전 버전의 수중 청음 신호에 따라 음파 신호를 전송하기 위한 제2 음파 투사기를 포함하고,
    상기 제2 위치에서의 음(sound)은 상기 제2 위치와 근접하게 떨어진 위치에서의 음보다 더 큰 피크 압력(peak pressure) 및 더 큰 임펄스 영역(impulse area) 중에서 적어도 하나 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 임펄스 신호는 싱크 함수 신호의 진폭 특성 을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 싱크 함수 신호는 250 Hertz의 한계를 가지는 일정 주파수 스펙트럼 대역을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 임펄스 신호는 가우스 함수 신호의 진폭 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 파형 처리기는,
    수중 청음 신호를 입력받고 사전 처리하는 음파 수신부;
    음파 수신부와 접속되어 사전 처리된 상기 수중 청음 신호를 디지털 신호로 디지털화하는 파형 분석부; 및
    상기 디지털 신호를 디지털 시간-반전된 신호로 시간-반전시키는 시간-반전 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 파형 처리기는,
    상기 디지털 시간-반전된 신호를 아날로그 시간-반전된 신호로 변환시키기 위한 파형 발생부; 및
    상기 아날로그 시간-반전된 신호를 증폭시키는 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 위치에서의 음은 상기 제2 위치와 근접하게 떨어진 위치에서의 음보다 적어도 3㏈//μ㎩만큼 더 큰 피크 압력을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 위치는 상기 제1 위치보다 적어도 10 미터 떨어져 있고, 상기 제2 위치에서의 음 피크 압력(sound peak pressure)은 적어도 185㏈//μ㎩인 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 음파 투사기는 복수개의 시간-반전된 음파 신호들을 일정한 반복율로 전송하는데 사용되며, 상기 복수개의 시간-반전된 음파 신호들 중에서 선택된 신호들은 시간-반전된 버전의 수중 청음 신호와 일치하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 미리 결정된 위치에 증폭음을 제공하는 방법에 있어서,
    전기적 임펄스 신호를 제공하는 단계;
    상기 전기적 임펄스 신호에 따라 음파 임펄스 신호를 제1 위치 및 상기 제1 위치와 이격된 제2 위치 중에서 선택된 어느 하나의 위치에 전송하며, 상기 음파 임펄스 신호는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 진행하는 음(sound)이 두 개의 다중 경로(multipath)를 거쳐 도달하는 시간차(time difference)보다 더 작은 시간 구간을 가지는 단계;
    상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 중에서 선택되지 않은 위치의 상기 음파 임펄스 신호로부터 음압(sound pressure)을 입력받는 단계;
    상기 입력된 음압에 따라 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치까지의 음파 임펄스 응답을 결정하는 단계;
    상기 음파 임펄스 응답을 시간-반전시키는 단계; 및
    상기 시간-반전된 음파 임펄스 응답에 따라 상기 제1 위치에 음파 신호를 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 위치에서의 음(sound)은 상기 제2 위치와 근접하게 떨어진 위치에서의 음보다 더 큰 피크 압력(peak pressure) 및 더 큰 임펄스 영역(impulse area) 중에서 적어도 하나 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전기적 임펄스 신호는 싱크 함수 신호의 진폭 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 싱크 함수 신호는 250Hertz의 한계를 가지는 일정 주파수 스펙트럼 대역을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 전기적 임펄스 신호는 가우스 함수 신호의 진폭 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 삭제
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 제2 위치에서의 음은 상기 제2 위치와 근접하게 떨어진 위치에서의 음보다 적어도 3㏈//μ㎩만큼 더 큰 피크 압력을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 삭제
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 제2 위치는 상기 제1 위치보다 적어도 10 미터 떨어져 있고, 상기 제2 위치에서의 음 피크 압력(sound peak pressure)은 적어도 185㏈//μ㎩인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 12 항에 있어서, 음파 신호를 전송하는 단계는 상기 제1 위치에 복수의 음파 신호들을 일정한 반복율로 전송하는 것을 포함하고, 상기 복수개의 음파 신호들 중에서 선택된 신호들은 시간-반전된 음파 임펄스 응답과 일치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 미리 결정된 위치에 증폭음을 제공하는 시스템에 있어서,
    제1 위치 및 상기 제1 위치와 이격된 제2 위치 사이에서 진행하는 음(sound)이 두 개의 다중 경로(multipath)를 거쳐 도달하는 시간차(time difference)보다 더 작은 시간 구간을 가지는 음파 임펄스 신호를 따라 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 음파 임펄스 응답을 예측하여 시간-반전된 음파 임펄스 응답을 제공하는 파형 처리기; 및
    상기 제1 위치에 배치되어 상기 시간-반전된 음파 임펄스 응답에 따라 음파 신호를 전송하는 음파 투사기를 포함하며,
    상기 제2 위치에서의 음(sound)은 상기 제2 위치와 근접하게 떨어진 위치에서의 음보다 더 큰 피크 압력(peak pressure) 및 더 큰 임펄스 영역(impulse area) 중에서 적어도 하나 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 파형 처리기는,
    상기 음파 임펄스 응답을 예측하기 위한 임펄스 응답 예측 처리기; 및
    상기 임펄스 응답 예측 처리기와 접속되어 상기 시간-반전된 음파 임펄스 응답을 제공하는 시간-반전 처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 파형 처리기는,
    상기 시간-반전된 음파 임펄스 응답을 아날로그 시간-반전된 신호로 변경시키기 위한 파형 발생부; 및
    상기 아날로그 시간-반전된 신호를 증폭시키는 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 제2 위치에서의 음 피크 압력(sound peak pressure)은 상기 제2 위치와 근접하게 떨어진 위치에서의 음 피크 압력보다 적어도 3㏈//μ㎩만큼 더 큰 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 미리 결정된 위치에 증폭음을 제공하는 방법에 있어서,
    제1 위치 및 상기 제1 위치와 이격된 제2 위치 사이에서 진행하는 음(sound)이 두 개의 다중 경로(multipath)를 거쳐 도달하는 시간차(time difference)보다 더 작은 시간 구간을 가지는 음파 임펄스 신호를 따라 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 음파 임펄스 응답을 예측하는 단계;
    상기 음파 임펄스 응답을 시간-반전하는 단계; 및
    상기 시간-반전된 음파 임펄스 응답에 따라 음파 신호를 상기 제1 위치에 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 위치에서의 음(sound)은 상기 제2 위치와 근접하게 떨어진 위치에서의 음보다 더 큰 피크 압력(peak pressure) 및 더 큰 임펄스 영역(impulse area) 중에서 적어도 하나 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 제2 위치에서의 음 피크 압력(sound peak pressure)은 상기 제2 위치와 근접하게 떨어진 위치에서의 음 피크 압력보다 적어도 3㏈//μ㎩만큼 더 큰 것을 특징으로 하는 시스템.
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