KR101504289B1 - 수중 채널 응답 생성 장치 및 방법 - Google Patents

수중 채널 응답 생성 장치 및 방법 Download PDF

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KR101504289B1 KR1020140022643A KR20140022643A KR101504289B1 KR 101504289 B1 KR101504289 B1 KR 101504289B1 KR 1020140022643 A KR1020140022643 A KR 1020140022643A KR 20140022643 A KR20140022643 A KR 20140022643A KR 101504289 B1 KR101504289 B1 KR 101504289B1
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이용식
고일석
김준석
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 수중 채널 응답 생성 장치 및 방법에 관한 것으로, 수중 채널 응답 생성 장치는, 수평 해수면에 대한 평균 채널 응답을 생성하는 평균 채널 응답 생성부; 시변동성 해수면에 따른 해수면 변동성 응답을 생성하는 해수면 변동성 응답 생성부; 및 평균 채널 응답과 해수면 변동성 응답을 결합하여 시변동성 채널 응답을 생성하는 채널 응답 생성부를 포함한다.

Description

수중 채널 응답 생성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING UNDERWATER CHANNEL RESPONSE}
본 발명은 수중 채널 응답을 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수중 음향 통신 시스템의 성능 예측을 위해 채널 응답 모델을 필요로 한다. 수중 채널 환경 중 해수면 산란 성분은 무작위적인 시변특성을 가지기 때문에, 산란된 성분의 신호 강도가 큰 경우 채널 응답에 큰 영향을 끼친다. 즉, 해수면은 매시간 그 형태가 변화하며, 수중 음파 신호가 반사시키는 경우 매시간 그 반사되어 수신되는 신호의 크기와 타이밍이 지속적으로 변화하기 때문에, 이러한 변동성을 시뮬레이션으로 구현하는 것이 중요하다.
해수면 산란을 고려하여 채널 응답 모델을 생성하는 기존의 방식은 시간에 따라 변화되는 해수면을 생성하고, 시간별로 음선 추적 시뮬레이션을 수행하여 채널 응답을 기록하는 것이다. 음선 추적 기반의 수중 채널 모델은 음속 구조, 해저면 구조, 송·수신기 위치 등 다양한 환경 파라미터를 고려하여 채널 응답을 계산한다. 음선 추적 모델을 이용하여 해수면 변동성을 시뮬레이션하기 위해서는 음선 추적 시뮬레이션을 매시간 데이터마다 반복해야 하는데, 매 단위 시간마다 해수면 변화를 음향 채널에 적용하려면 매우 많은 양의 연산이 필요하여 수중 음향 채널의 모델링에 과도한 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
최근 Siderius와 Porter는 벨홉 모델을 기반으로 해수면 등으로 인한 시변 채널 응답 특성을 제공하는 VirTEX(Virtual Timeseries EXperiment)의 알고리즘을 제안하였다. 이 방법은 음선 추적 시뮬레이션 환경 중 해수면 구조 등을 일정한 시간 간격으로 변화시켜서 음선의 경로 및 산란에 시변 효과를 부여하고 결과적으로 변동성까지 고려한 채널의 경로 손실 등을 계산한다. 그러나, 음선 추적 기반 모델에서 제공하는 채널 모델은 수많은 샘플을 요구하는 통신 시스템 시뮬레이션에 적용하기에 느리다는 단점이 있다. 예를 들어, 통신 시스템 시뮬레이션에서 신호의 변동성은 랜덤 프로세스 이론을 이용하여 생성하거나 변동성 생성기(fluctuation generator) 등을 사용하는데, 보통 100만 개 이상의 샘플에 대해 몬테카를로 시뮬레이션을 이용한다. 음선 추적 시뮬레이션은 해수면 경계면, 음속 구조, 송수신기 위치 등과 같은 시뮬레이션 환경에 직접 변화를 주어 변동성을 생성할 수 있지만, 대량의 샘플을 필요로 하는 통신 시뮬레이션에 약점을 가지고 있다.
본 발명은 해수면 변동성을 포함하는 수중 채널 응답을 적은 양의 연산량만으로, 그리고 고속으로 생성할 수 있는 수중 채널 응답 생성 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 수중 채널 응답 생성 장치는, 수평 해수면에 대한 평균 채널 응답을 생성하는 평균 채널 응답 생성부; 시변동성 해수면에 따른 해수면 변동성 응답을 생성하는 해수면 변동성 응답 생성부; 및 상기 평균 채널 응답과 상기 해수면 변동성 응답을 결합하여 시변동성 채널 응답을 생성하는 채널 응답 생성부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 평균 채널 응답 생성부는, 미리 설정된 채널 파라미터를 이용한 음선 추적을 통해 상기 수평 해수면에 대한 음선과, 상기 음선의 상기 수평 해수면으로의 입사각을 산출하는 음선 추적 시뮬레이션부; 및 상기 음선을 이용하여 음파의 평균 지연 시간 및 평균 임펄스 응답을 포함하는 경로 손실을 산출하는 경로 손실 시뮬레이션부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 채널 파라미터는, 음속, 수심, 음파를 송신하는 송신기의 위치, 및 상기 음파를 수신하는 수신기의 위치 정보를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 해수면 변동성 응답 생성부는, 해수면 상의 풍속에 대응하는 거친 표면을 갖는 상기 시변동성 해수면을 생성하는 시변동성 해수면 생성부; 및 상기 시변동성 해수면의 변동성을 분석하여 상기 해수면 변동성 응답을 생성하는 해수면 변동성 시뮬레이션부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 해수면 변동성 시뮬레이션부는, 상기 시변동성 해수면으로부터 해수면 산란 계수 시뮬레이션을 수행하여 해수면 산란 계수를 산출하고, 상기 해수면 산란 계수에 기초하여 전파크기 변동성을 산출하는 전파크기 변동성 시뮬레이션부; 및 상기 시변동성 해수면으로부터 전파지연 변동성을 산출하는 전파지연 변동성 시뮬레이션부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 평균 채널 응답 생성부는, 1회의 음선 추적 시뮬레이션을 수행하여 상기 평균 채널 응답을 생성하고, 상기 해수면 변동성 응답 생성부는, 음파의 해수면 반사시마다 상기 해수면 산란 계수 시뮬레이션을 수행하여 상기 해수면 변동성 응답을 생성하고, 상기 채널 응답 생성부는, 상기 음파의 해수면 반사시마다 상기 해수면 변동성 응답 생성부로부터 제공되는 상기 해수면 변동성 응답을 상기 평균 채널 응답에 결합하여 상기 시변동성 채널 응답을 생성한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 전파크기 변동성 시뮬레이션부는, 상기 시변동성 해수면에 대한 음파의 입사각과 산란각, 및 해수면의 높이 정보에 기초하여 상기 해수면 산란 계수를 산출하고, 상기 해수면 산란 계수를 정규화하여 상기 전파크기 변동성을 산출한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 전파지연 변동성 시뮬레이션부는, 상기 시변동성 해수면에 대한 음파의 입사각, 상기 시변동성 해수면의 자승 평균 평방근, 및 상기 음파의 음속 정보에 기초하여 가우시안 확률 분포 함수를 갖는 상기 전파지연 변동성을 산출한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 채널 응답 생성부는, 하기의 수식 1에 따라 상기 시변동성 채널 응답을 생성한다.
[수식 1]
Figure 112014018998217-pat00001
상기 수식 1에서, τ'은 음파의 지연(delay) 시간, L은 채널에서의 개별 음파 전파 경로의 개수,
Figure 112014018998217-pat00002
은 상기 평균 채널 응답 생성부에 의해 산출된 음파 크기의 평균평방근(root mean square),
Figure 112014018998217-pat00003
은 시변동성 해수면에서 반사되는 음파의 크기 변동성을 포함하는 음파 전파 경로별 복소 페이징 파형(complex fading waveform),
Figure 112014018998217-pat00004
는 시변동성 해수면에서 반사되는 음파의 지연 변동성을 포함하는 음파 전파 경로별 전파 지연 시간을 나타낸다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 수평 해수면에 대한 평균 채널 응답을 생성하는 단계; 시변동성 해수면에 따른 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계; 및 상기 평균 채널 응답과 상기 해수면 변동성 응답을 결합하여 시변동성 채널 응답을 생성하는 단계를 포함하는 수중 채널 응답 생성 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 평균 채널 응답을 생성하는 단계는, 미리 설정된 채널 파라미터를 이용한 음선 추적을 통해 상기 수평 해수면에 대한 음선과, 상기 음선의 상기 수평 해수면으로의 입사각을 산출하는 단계; 및 상기 음선을 이용하여 음파의 평균 지연 시간 및 평균 임펄스 응답을 포함하는 경로 손실을 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계는, 해수면 상의 풍속에 대응하는 거친 표면을 갖는 상기 시변동성 해수면을 생성하는 단계; 및 상기 시변동성 해수면의 변동성을 분석하여 상기 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계는, 해수면 산란 계수 시뮬레이션을 수행하여 상기 시변동성 해수면으로부터 해수면 산란 계수를 산출하고, 상기 해수면 산란 계수에 기초하여 전파크기 변동성을 산출하는 단계; 및 상기 시변동성 해수면으로부터 전파지연 변동성을 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 평균 채널 응답을 생성하는 단계는, 1회의 음선 추적 시뮬레이션을 수행하여 상기 평균 채널 응답을 생성하고, 상기 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계는, 음파의 해수면 반사시마다 상기 해수면 산란 계수 시뮬레이션을 수행하여 상기 해수면 변동성 응답을 생성하고, 상기 시변동성 채널 응답을 생성하는 단계는, 상기 음파의 해수면 반사시마다 상기 해수면 변동성 응답 생성부로부터 제공되는 상기 해수면 변동성 응답을 상기 평균 채널 응답에 결합하여 상기 시변동성 채널 응답을 생성한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 전파크기 변동성을 산출하는 단계는, 상기 시변동성 해수면에 대한 음파의 입사각과 산란각, 및 해수면의 높이 정보에 기초하여 상기 해수면 산란 계수를 산출하고, 상기 해수면 산란 계수를 정규화하여 상기 전파크기 변동성을 산출한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 전파지연 변동성을 산출하는 단계는, 상기 시변동성 해수면에 대한 음파의 입사각, 상기 시변동성 해수면의 자승 평균 평방근, 및 상기 음파의 음속 정보에 기초하여 가우시안 확률 분포 함수를 갖는 상기 전파지연 변동성을 산출한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 시변동성 채널 응답을 생성하는 단계는, 하기의 수식 1에 따라 상기 시변동성 채널 응답을 생성한다.
[수식 1]
Figure 112014018998217-pat00005
상기 수식 1에서, τ'은 음파의 지연(delay) 시간, L은 채널에서의 개별 음파 전파 경로의 개수,
Figure 112014018998217-pat00006
은 상기 평균 채널 응답 생성부에 의해 산출된 음파 크기의 평균평방근(root mean square),
Figure 112014018998217-pat00007
은 시변동성 해수면에서 반사되는 음파의 크기 변동성을 포함하는 음파 전파 경로별 복소 페이징 파형(complex fading waveform),
Figure 112014018998217-pat00008
는 시변동성 해수면에서 반사되는 음파의 지연 변동성을 포함하는 음파 전파 경로별 전파 지연 시간을 나타낸다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 수중 채널 응답 생성 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체가 제공된다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 매우 적은 양의 연산만으로, 그리고 짧은 시간 내에 해수면 변동성을 포함하는 수중 채널 응답을 생성할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 채널 응답 생성 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 채널 응답 생성 장치를 좀 더 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 채널 응답 생성 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 채널 응답 생성 방법을 좀 더 구체적으로 나타낸 흐름도이다.
도 5는 수중 채널 환경에서의 채널 파라미터를 예시적으로 나타낸 개략도이다.
도 6은 수평 해수면에 대한 음선 추적 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 수평 해수면에 대한 경로 손실 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8은 시변동성 해수면을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 원거리장 근사 기법을 이용하여 전파지연 변동성을 산출하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 음파 지연 시간의 확률 밀도 시뮬레이션 값을 실측값과 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 음파 지연 시간의 누적 확률 분포를 실측값과 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 음파 정규 크기의 확률 밀도 시뮬레이션 값을 실측값과 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 음파 정규 시간의 누적 확률 분포를 실측값과 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 수중 채널 응답의 비트에러율(Bit Error Rate)을 실측값과 비교하여 풍속별로 나타낸 그래프이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다.
한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. '~부' 안에서 제공되는 기능은 다수의 '~부'들로 분리되거나, 추가적인 구성요소 또는 다른 '~부'와 통합될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 수중 채널 응답 생성 장치는 평평한 해수면(수평 해수면)에 대해 음선 추적 시뮬레이션을 1번만 사용하여 평균 채널 응답을 생성하고, 해수면 산란 계수 시뮬레이션을 이용하여 해수면 변동성에 따른 해수면 변동성 응답을 산출한다. 평균 채널 응답과 해수면 변동성에 따른 채널 응답을 결합하여 최종 시변동성 채널 응답을 생성할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 매우 적은 양의 연산만으로, 그리고 짧은 시간 내에 수중 채널 응답을 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 채널 응답 생성 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 채널 응답 생성 장치(100)는 평균 채널 응답 생성부(110), 해수면 변동성 응답 생성부(120), 및 채널 응답 생성부(130)를 포함한다. 평균 채널 응답 생성부(110)는 수평 해수면에 대한 평균 채널 응답을 생성한다. 해수면 변동성 응답 생성부(120)는 시변동성 해수면에 따른 해수면 변동성 응답을 생성한다. 채널 응답 생성부(130)는 평균 채널 응답과 해수면 변동성 응답을 결합하여 시변동성 채널 응답을 생성한다. 본 발명의 실시 예에서, 평균 채널 응답 생성부(110)는 1회의 음선 추적 시뮬레이션을 수행하여 평균 채널 응답을 생성한다. 해수면 변동성 응답 생성부(120)는 음파의 해수면 반사시마다 해수면 산란 계수 시뮬레이션을 수행하여 해수면 변동성 응답을 생성한다. 채널 응답 생성부(130)는 음파의 해수면 반사시마다 해수면 변동성 응답 생성부(120)로부터 제공되는 해수면 변동성 응답을 평균 채널 응답에 결합하여 시변동성 채널 응답을 생성한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 채널 응답 생성 장치를 좀 더 구체적으로 나타낸 구성도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 평균 채널 응답 생성부(110)는 음선 추적 시뮬레이션부(111), 및 경로 손실 시뮬레이션부(112)를 포함한다. 음선 추적 시뮬레이션부(111)는 미리 설정된 채널 파라미터를 이용한 음선 추적을 통해 수평 해수면에 대한 음선과, 음선의 수평 해수면으로의 입사각을 산출한다. 경로 손실 시뮬레이션부(112)는 고유 음선을 이용하여 음파의 평균 지연 시간 및 평균 임펄스 응답을 포함하는 경로 손실을 산출한다. 채널 파라미터는 수심, 음파를 송신하는 송신기(transmitter)의 위치, 음파를 수신하는 수신기(receiver)의 위치 및 수중에서의 음파의 음속 정보를 포함할 수 있다. 평균 채널 응답 생성부(110)에 의해 산출된 음선 정보는 해수면 변동성 응답 생성부(120)로 입력된다. 음선 정보는 음선 경로 정보와, 음선별 음파의 해수면에 대한 입사각과 산란각 정보를 포함할 수 있다.
해수면 변동성 응답 생성부(120)는 시변동성 해수면 생성부(121), 및 해수면 변동성 시뮬레이션부(122)를 포함한다. 시변동성 해수면 생성부(121)는 해수면 상의 풍속에 대응하는 거친 표면을 갖는 시변동성 해수면을 생성한다. 해수면 변동성 시뮬레이션부(122)는 시변동성 해수면의 변동성을 분석하여 해수면 변동성 응답을 생성한다. 해수면 변동성 시뮬레이션부(122)는 전파크기 변동성 시뮬레이션부(1221), 및 전파지연 변동성 시뮬레이션부(1222)를 포함한다.
전파크기 변동성 시뮬레이션부(1221)는 해수면 산란 계수 시뮬레이션을 수행하여 시변동성 해수면으로부터 해수면 산란 계수를 산출하고, 해수면 산란 계수에 기초하여 전파크기 변동성을 산출한다. 전파지연 변동성 시뮬레이션부(1222)는 시변동성 해수면으로부터 전파지연 변동성을 산출한다. 전파크기 변동성 시뮬레이션부(1221)는 시변동성 해수면에 대한 음파의 입사각과 산란각, 및 해수면의 높이 정보에 기초하여 해수면 산란 계수를 산출하고, 해수면 산란 계수를 정규화하여 전파크기 변동성을 산출할 수 있다. 전파지연 변동성 시뮬레이션부(1222)는 시변동성 해수면에 대한 음파의 입사각, 시변동성 해수면의 자승 평균 평방근, 및 음파의 음속 정보에 기초하여 가우시안 확률 분포 함수를 갖는 전파지연 변동성을 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 채널 응답 생성 방법의 흐름도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 채널 응답 생성 방법은 평균 채널 응답 생성부(110)가 수평 해수면에 대한 평균 채널 응답을 생성하는 단계(S31), 해수면 변동성 응답 생성부(120)가 시변동성 해수면에 따른 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계(S32), 및 채널 응답 생성부(130)가 평균 채널 응답과 해수면 변동성 응답을 결합하여 시변동성 채널 응답을 생성하는 단계(S33)를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 채널 응답 생성 방법을 좀 더 구체적으로 나타낸 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 평균 채널 응답 생성부(110)는 미리 설정된 채널 파라미터에 따라 수평 해수면을 생성한다(단계 S311). 도 5는 수중 채널 환경에서의 채널 파라미터를 예시적으로 나타낸 개략도이다. 도 5를 참조하면, 채널 파라미터(channel parameter)는 수중 채널 환경에서의 음속(sound speed), 수심(bathymetry), 송신기(transmitter)와 수신기(receiver)의 위치 등의 정보를 포함할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 수평 해수면이 생성되면, 평균 채널 응답 생성부(110)는 수평 해수면에 대한 평균 채널 응답을 생성한다(S312). 즉, 평균 채널 응답 생성부(110)는 채널 파라미터를 이용한 음선 추적(ray tracking)을 통해 수평 해수면에 대한 음선과 음선의 수평 해수면으로의 입사각을 산출하고, 고유 음선을 이용하여 음파의 평균 지연 시간 및 평균 임펄스 응답을 포함하는 경로 손실을 산출한다. 음선 추적 시뮬레이션은 "Modeling broadband ocean acoustic transmissions with time-varying sea surfaces(J. Acoust. Soc. Am. 124, 137-150, 2008, M. Siderius and M. B. Porter)" 등의 문헌에 소개되어 있다.
도 6은 수평 해수면에 대한 음선 추적 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다. 도 2 및 도 6을 참조하면, 음선 추적 시뮬레이션부(111)는 평평한 해수면에 대하여 음선을 추적하여, 음선과 입사각을 산출한다. 도 6에서 'RD'는 송신기로부터 수신기로 직접 수신된 음선을 추적한 결과이고, 'RS'는 해수면에서 한 번 반사되어 수신기로 수신된 음선을 추적한 결과이고, 'RM1'은 해저에서 한 번 반사된 후 해수면에서 한 번 반사되어 수신기로 수신된 음선을 추적한 결과이고, 'RM2'는 해수면에서 한 번 반사된 후 해저에서 한 번 반사되고 다시 한 번 해수면에서 반사되어 수신기로 수신된 음선을 추적한 결과이다. 음선 추적 시뮬레이션부(111)는 도 6의 음선 추적 결과로부터 해수면의 반사 지점에서의 음선의 입사각을 추정할 수 있다.
도 7은 수평 해수면에 대한 경로 손실 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다. 도 2, 도 6 및 도 7을 참조하면, 경로 손실 시뮬레이션부(112)는 음선의 추적 결과를 이용하여, 각각의 음선 경로에 대한 경로 손실, 즉 지연 시간과 정규 임펄스 응답(normalized impulse response)을 산출한다. 도 7에 도시된 IRD, IRS, IRM1, IRM2는 각각 도 6의 RD, RS, RM1, RM2 음선에 대응하는 경로 손실을 나타낸다.
다시 도 4를 참조하면, 해수면 변동성 응답 생성부(120)는 시변동성 해수면에 따른 해수면 변동성 응답을 생성한다(S32). 이를 위해, 시변동성 해수면 생성부(121)는 해수면 상의 풍속에 대응하는 거친 표면을 갖는 시변동성 해수면(time-varying ocean surface)을 생성한다(단계 S321). 시변동성 해수면 생성부(121)는 선형(linear), 완전 반사(perfectly reflecting) 특성을 갖는 가우시안 랜덤 프로세스(Gaussian random process) 모델의 시변동성 해수면을 생성할 수 있다. 시변동성 해수면의 일차원 스펙트럼 밀도(spectral density) WPM(kx)는 예시적으로 아래의 식 1과 같이 주어질 수 있다.
[식 1]
Figure 112014018998217-pat00009
식 1에서, kx는 파수, a0는 정규화 계수(예를 들어, 0.0081), β는 분포 계수(예를 들어, 0.74), g는 중력가속도(예를 들어, 9.81m/s2), U19 .5는 평균 해수면으로부터 일정 높이(예를 들어, 19.5m)에서 측정한 풍속(m/s)을 나타낸다. 시변동성 해수면의 높이 z는 거리 x와 시간 t에 의존하는 함수 f(x,t)로 나타낼 수 있다. 해수면의 높이 f(m△x,t)는 아래의 식 2와 같은 역이산 푸리에 변환(IDFT; Inverse Discrete Fourier Transform) 형태로 나타낼 수 있다.
[식 2]
Figure 112014018998217-pat00010
식 2에서, Lx는 함수 f(x,t)의 주기,
Figure 112014018998217-pat00011
는 X의 실수 값,
Figure 112014018998217-pat00012
는 푸리에 계수, △x는 샘플링 간격, N은 Lx/△x,
Figure 112014018998217-pat00013
이다. 해수면은 고조파(harmonic) 성분들의 합으로 모델링되며,
Figure 112014018998217-pat00014
는 독립적인 정현곡선파 성분들로 간주될 수 있다. 시변동성 해수면 생성부(121)는
Figure 112014018998217-pat00015
를 예를 들어 아래의 식 3과 같이 결정하여 시변동성 해수면을 생성할 수 있다.
[식 3]
Figure 112014018998217-pat00016
식 3에서,
Figure 112014018998217-pat00017
는 제로 평균 복소 가우시안 랜덤 변수(mean-zero complex Gaussian random variables)의 독립 집합(independent set)이다. 식 3의
Figure 112014018998217-pat00018
과
Figure 112014018998217-pat00019
은 식 4 내지 식 5와 같이 나타낼 수 있다.
[식 4]
Figure 112014018998217-pat00020
[식 5]
Figure 112014018998217-pat00021
식 5에서, T는 표면 장력(예를 들어, 74×10-3 N/m)이고, ρ는 물의 밀도(예를 들어, 1000 kg/m3)이고, d는 물의 깊이(m)이다. 대부분의 시뮬레이션 상황에서,
Figure 112014018998217-pat00022
는 1의 값으로 근사될 수 있다. 도 8은 시변동성 해수면을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 8에 도시된 시변동성 해수면은 풍속이 3 m/s일 때의 해수면이다. 시변동성 해수면은
Figure 112014018998217-pat00023
방향으로 이동하며, 연속적이고 추계적으로 형태가 변화된다.
해수면 변동성 시뮬레이션부(122)는 시변동성 해수면의 변동성을 분석하여 해수면 변동성 응답을 생성한다(단계 S322 내지 S325). 전파크기 변동성 시뮬레이션부(1221)는 해수면 산란 계수 시뮬레이션을 통해 시변동성 해수면으로부터 해수면 산란 계수를 산출하여 전파크기 변동성(magnitude fluctuation)을 산출하고, 전파지연 변동성 시뮬레이션부(1222)는 시변동성 해수면으로부터 전파지연 변동성(propagation delay fluctuation)을 산출한다. 먼저, 전파크기 변동성을 산출하는 과정에 대해 설명한 후, 전파지연 변동성을 산출하는 과정을 설명한다.
전파크기 변동성 시뮬레이션부(1221)는 시변동성 해수면에 대한 음파의 입사각과 산란각, 및 해수면의 높이 정보에 기초하여 해수면 산란 계수를 산출하고, 해수면 산란 계수를 정규화하여 전파크기 변동성을 산출할 수 있다. 공기와 해수 매질 간의 음속 차이는 매우 크기 때문에, 수중의 음파 신호는 해수면에서 전반사되는 것으로 가정할 수 있으며, 이때 해수면 f(x,t)에서의 산란 계수 ρ(t)는 일반 키르히호프 해(General Kirchhoff solution)를 통해 아래의 식 6 내지 식 8과 같이 나타낼 수 있다.
[식 6]
Figure 112014018998217-pat00024
[식 7]
Figure 112014018998217-pat00025
[식 8]
Figure 112014018998217-pat00026
식 6 내지 식 8에서, Lx는 유한한 해수면의 길이를 나타내며, λ는 음파의 파장, θi는 음파의 입사각, θS는 음파의 산란각,
Figure 112014018998217-pat00027
과
Figure 112014018998217-pat00028
는 x축과 z축의 단위 벡터이다. 해수면 f(x,t)는 시간의 함수이므로, 산란 계수 ρ(t)는 시간에 따라 변동한다. 전파크기 변동성 시뮬레이션부(1221)는 아래의 식 9에 따라 산란 계수 ρ(t)를 정규화하여 거친 표면을 갖는 시변동성 해수면에서 반사되는 음선 경로에 대한 복소 페이딩 파형(complex fading waveform)
Figure 112014018998217-pat00029
을 산출할 수 있다.
[식 9]
Figure 112014018998217-pat00030
전파지연 변동성(propagation delay fluctuation)을 산출하는 과정에 대해 설명한다. 도 9는 원거리장 근사 기법을 이용하여 전파지연 변동성을 산출하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다. 원거리장(Fraunhofer) 근사 기법은 무선 통신 환경에서 통상적인 근사 기법이다. 도 9에서, 점 A는 평평한 해수면에서의 반사점이고, 점 B는 수신기의 위치이고, RAB는 점 A에서 점 B까지의 전파 길이이고, A'은 점 A로부터 수직 방향으로 z'만큼 이동된 거친 표면을 갖는 해수면 상의 점이다. RAB는 평균 전파 지연에 상응하며, 수직 이동은 전파 변동성을 유발한다. RAB >> z'이면, RA'B는 원거리장 근사를 이용하여 아래의 식 10과 같이 근사된다.
[식 10]
Figure 112014018998217-pat00031
식 10에서, θ는 음파의 해수면에 대한 입사각이다. RAB는 평균적인 전파 길이에 해당하므로,
Figure 112014018998217-pat00032
는 평평하지 않은 해수면의 높이 변동에 기인하는 경로 길이 섭동(path length perturbation)을 나타낸다. 거친 표면 해수면에 기인한 경로 길이 섭동 △L은 아래의 식 11과 같이 나타낼 수 있다.
[식 11]
Figure 112014018998217-pat00033
z'은 해수면 f(x,t)과 평균 해수면 E{f(x,t)} 간의 차이 값이다. z 방향으로의 임의 변수 z'은 아래의 식 12와 같은 가우시안 확률 분포 함수로 모델링될 수 있다.
[식 12]
Figure 112014018998217-pat00034
식 12에서, σh 는 해수면 f(x,t)의 자승 평균 평방근(RMS; Root-Mean-Square)이고, 아래의 식 13과 같이 나타낼 수 있다.
[식 13]
Figure 112014018998217-pat00035
해수면의 에르고딕성(ergodicity)으로 인해, 시간 t는 앙상블 평균(ensemble average)에 따라 생략될 수 있다. 전파 지연 차이는 식 12를 해수면 근방의 음속
Figure 112014018998217-pat00036
로 나눔으로써 아래의 식 14와 같이 산출될 수 있다.
[식 14]
Figure 112014018998217-pat00037
식 14는 아래의 식 15와 같이 나타낼 수 있다.
[식 15]
Figure 112014018998217-pat00038
전파지연 변동성 시뮬레이션부(1222)는 예를 들어 식 15에 나타낸 바와 같이 시변동성 해수면에 대한 음파의 입사각, 시변동성 해수면의 자승 평균 평방근, 및 음파의 음속 정보에 기초하여 가우시안 확률 분포 함수를 갖는 전파지연 변동성을 산출할 수 있다.
다시 도 2 내지 도 4를 참조하면, 채널 응답 생성부(130)는 평균 채널 응답과 해수면 변동성 응답을 결합하여 최종 시변동성 채널 응답을 생성한다(단계 S33 내지 S34). 채널 응답 생성부(130)는 음파가 해수면에 1번 반사될 때마다 해수면 변동성 응답을 평균 채널 응답에 적용하여 시변동성 채널 응답을 생성할 수 있다. 채널 응답 생성부(130)는 아래의 식 16에 따라 시변동성 채널 응답 h(τ',t)를 생성할 수 있다.
[식 16]
Figure 112014018998217-pat00039
식 16에서, τ'은 음파의 지연(delay) 시간, L은 채널에서의 개별 음파 전파 경로의 개수,
Figure 112014018998217-pat00040
은 음파 크기의 평균평방근(root mean square),
Figure 112014018998217-pat00041
은 음파 전파 경로별 복소 페이징 파형(complex fading waveform),
Figure 112014018998217-pat00042
는 음파 전파 경로별 음파 전파 지연을 나타낸다. 복소 페이징 파형의 크기
Figure 112014018998217-pat00043
는 크기 변동성(magnitude fluctuation)을 일으킨다. 음파 크기의 평균평방근(root mean square)
Figure 112014018998217-pat00044
은 평균 채널 응답 생성부(110)의 경로 손실 시뮬레이션부(112)에 의하여 산출될 수 있다. 즉, 경로 손실 시뮬레이션부(112)에 의해 산출된 수평 해수면에 대한 정규 임펄스 응답(normalized impulse response)으로부터 음파 크기의 평균평방근(root mean square)
Figure 112014018998217-pat00045
을 산출할 수 있다. 평균 음파 전파 지연
Figure 112014018998217-pat00046
은 평균 채널 응답 생성부(110)의 경로 손실 시뮬레이션부(112)에 의하여 산출될 수 있다. 즉, 경로 손실 시뮬레이션부(112)에 의해 산출된 수평 해수면에 대한 평균 지연 시간으로부터 평균 음파 전파 지연
Figure 112014018998217-pat00047
을 산출할 수 있다. 거친 표면을 갖는 시변동성 해수면에서 반사되는 음파 전파 경로의 크기 변동성
Figure 112014018998217-pat00048
과 지연 변동성
Figure 112014018998217-pat00049
은 해수면 변동성 응답 생성부(120)에 의해 산출된다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 평평한 해수면(수평 해수면)에 대해 음선 추적 시뮬레이션을 1번만 사용하여 평균 채널 응답을 생성하고, 해수면 산란 계수 시뮬레이션을 이용하여 해수면 변동성에 따른 해수면 변동성 응답을 산출하고, 평균 채널 응답과 해수면 변동성에 따른 채널 응답을 결합하여 최종 시변동성 채널 응답을 생성하므로, 매우 적은 양의 연산만으로, 그리고 짧은 시간 내에 수중 채널 응답을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법은 예를 들어 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM) 등과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 음파 지연 시간의 확률 밀도 시뮬레이션 값을 실측값과 비교하여 나타낸 그래프이다. 실측값은 도 5에 도시된 채널 환경에서 수신기에 수신된 음파의 지연 시간에 대하여 확률 밀도를 산출한 값이다. Setup (a)와 Setup (b)는 ITC-1001 송신기를 해수면으로부터 70m 위치에 설치하고, SRH 수신기를 해저로부터 10m 위치에 설치하여 실험한 결과이다. Setup (a)는 중심 주파수 16kHz, 대역폭 4kHz LFM 신호를 이용하였을 때의 결과이고, Setup (b)는 중심 주파수 16kHz, 대역폭 4kHz M-sequence 신호를 이용하였을 때의 결과이다. 해수면 근처 19.5 m에서의 음속은 1500 m/s, 풍속은 4.5 m/s로 측정되었다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라 산출된 지연 시간의 확률 밀도 분포는 실측값과 거의 일치하는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 음파 지연 시간의 누적 확률 분포를 실측값과 비교하여 나타낸 그래프이다. 실측값은 도 5에 도시된 채널 환경에서 수신기에 수신된 음파의 지연 시간에 대하여 누적 확률 분포를 산출한 값이다. Setup (c)와 Setup (d)는 ITC-1001 송신기를 해수면으로부터 40m 위치에 설치하고, SRH 수신기를 해저로부터 10m 위치에 설치하여 실험한 결과이다. Setup (c)는 중심 주파수 16kHz, 대역폭 4kHz M-sequence 신호를 이용하였을 때의 결과이고, Setup (d)는 중심 주파수 16kHz, 대역폭 8kHz M-sequence 신호를 이용하였을 때의 결과이다. 해수면 근처 19.5 m에서의 음속은 1500 m/s, 풍속은 4.5 m/s로 측정되었다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라 산출된 지연 시간의 누적 확률 분포는 실측값과 거의 일치하는 것을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 음파 정규 크기의 확률 밀도 시뮬레이션 값을 실측값과 비교하여 나타낸 그래프이다. 실측값은 도 5에 도시된 채널 환경에서 수신기에 수신된 음파의 지연 시간에 대하여 확률 밀도를 산출한 값이다. Setup (a)와 Setup (b)는 ITC-1001 송신기를 해수면으로부터 70m 위치에 설치하고, SRH 수신기를 해저로부터 10m 위치에 설치하여 실험한 결과이다. Setup (a)는 중심 주파수 16kHz, 대역폭 4kHz LFM 신호를 이용하였을 때의 결과이고, Setup (b)는 중심 주파수 16kHz, 대역폭 4kHz M-sequence 신호를 이용하였을 때의 결과이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라 산출된 음파 정규 크기의 확률 밀도 분포는 실측값과 유사한 분포를 보인다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 음파 정규 시간의 누적 확률 분포를 실측값과 비교하여 나타낸 그래프이다. 실측값은 도 5에 도시된 채널 환경에서 수신기에 수신된 음파의 지연 시간에 대하여 누적 확률 분포를 산출한 값이다. Setup (c)와 Setup (d)는 ITC-1001 송신기를 해수면으로부터 40m 위치에 설치하고, SRH 수신기를 해저로부터 10m 위치에 설치하여 실험한 결과이다. Setup (c)는 중심 주파수 16kHz, 대역폭 4kHz M-sequence 신호를 이용하였을 때의 결과이고, Setup (d)는 중심 주파수 16kHz, 대역폭 8kHz M-sequence 신호를 이용하였을 때의 결과이다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라 산출된 음파 정규 크기의 누적 확률 분포는 실측값과 거의 일치하는 것을 확인할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 수중 채널 응답의 비트에러율(Bit Error Rate)을 실측값과 비교하여 풍속별로 나타낸 그래프이다. 도 14를 참조하면, 16kHz의 중심 주파수를 갖는 신호를 이용하여 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 수중 채널 응답의 비트에러율을 실측값과 유사한 값을 나타낸다. 이는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 수중 채널 응답이 실제 수중 채널 환경을 상당히 정확하게 반영한다는 것을 의미한다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100: 수중 채널 응답 생성 장치
110: 평균 채널 응답 생성부
111: 음선 추적 시뮬레이션부
112: 경로 손실 시뮬레이션부
120: 해수면 변동성 응답 생성부
121: 시변동성 해수면 생성부
122: 해수면 변동성 시뮬레이션부
1221: 전파크기 변동성 시뮬레이션부
1222: 전파지연 변동성 시뮬레이션부
130: 채널 응답 생성부

Claims (18)

  1. 삭제
  2. 수평 해수면에 대한 평균 채널 응답을 생성하는 평균 채널 응답 생성부;
    시변동성 해수면에 따른 해수면 변동성 응답을 생성하는 해수면 변동성 응답 생성부; 및
    상기 평균 채널 응답과 상기 해수면 변동성 응답을 결합하여 시변동성 채널 응답을 생성하는 채널 응답 생성부를 포함하고,
    상기 평균 채널 응답 생성부는,
    미리 설정된 채널 파라미터를 이용한 음선 추적을 통해 상기 수평 해수면에 대한 음선과, 상기 음선의 상기 수평 해수면으로의 입사각을 산출하는 음선 추적 시뮬레이션부; 및
    상기 음선을 이용하여 음파의 평균 지연 시간 및 평균 임펄스 응답을 포함하는 경로 손실을 산출하는 경로 손실 시뮬레이션부를 포함하는 수중 채널 응답 생성 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 채널 파라미터는, 음속, 수심, 음파를 송신하는 송신기의 위치, 및 상기 음파를 수신하는 수신기의 위치 정보를 포함하는 수중 채널 응답 생성 장치.
  4. 수평 해수면에 대한 평균 채널 응답을 생성하는 평균 채널 응답 생성부;
    시변동성 해수면에 따른 해수면 변동성 응답을 생성하는 해수면 변동성 응답 생성부; 및
    상기 평균 채널 응답과 상기 해수면 변동성 응답을 결합하여 시변동성 채널 응답을 생성하는 채널 응답 생성부를 포함하고,
    상기 해수면 변동성 응답 생성부는,
    해수면 상의 풍속에 대응하는 거친 표면을 갖는 상기 시변동성 해수면을 생성하는 시변동성 해수면 생성부; 및
    상기 시변동성 해수면의 변동성을 분석하여 상기 해수면 변동성 응답을 생성하는 해수면 변동성 시뮬레이션부를 포함하는 수중 채널 응답 생성 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 해수면 변동성 시뮬레이션부는,
    상기 시변동성 해수면으로부터 해수면 산란 계수 시뮬레이션을 수행하여 해수면 산란 계수를 산출하고, 상기 해수면 산란 계수에 기초하여 전파크기 변동성을 산출하는 전파크기 변동성 시뮬레이션부; 및
    상기 시변동성 해수면으로부터 전파지연 변동성을 산출하는 전파지연 변동성 시뮬레이션부를 포함하는 수중 채널 응답 생성 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 평균 채널 응답 생성부는, 1회의 음선 추적 시뮬레이션을 수행하여 상기 평균 채널 응답을 생성하고,
    상기 해수면 변동성 응답 생성부는, 음파의 해수면 반사시마다 상기 해수면 산란 계수 시뮬레이션을 수행하여 상기 해수면 변동성 응답을 생성하고,
    상기 채널 응답 생성부는, 상기 음파의 해수면 반사시마다 상기 해수면 변동성 응답 생성부로부터 제공되는 상기 해수면 변동성 응답을 상기 평균 채널 응답에 결합하여 상기 시변동성 채널 응답을 생성하는 수중 채널 응답 생성 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 전파크기 변동성 시뮬레이션부는, 상기 시변동성 해수면에 대한 음파의 입사각과 산란각, 및 해수면의 높이 정보에 기초하여 상기 해수면 산란 계수를 산출하고, 상기 해수면 산란 계수를 정규화하여 상기 전파크기 변동성을 산출하는 수중 채널 응답 생성 장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 전파지연 변동성 시뮬레이션부는,
    상기 시변동성 해수면에 대한 음파의 입사각, 상기 시변동성 해수면의 자승 평균 평방근, 및 상기 음파의 음속 정보에 기초하여 가우시안 확률 분포 함수를 갖는 상기 전파지연 변동성을 산출하는 수중 채널 응답 생성 장치.
  9. 제2 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널 응답 생성부는, 하기의 수식 1에 따라 상기 시변동성 채널 응답을 생성하고,
    [수식 1]
    Figure 112014018998217-pat00050

    상기 수식 1에서, τ'은 음파의 지연(delay) 시간, L은 채널에서의 개별 음파 전파 경로의 개수,
    Figure 112014018998217-pat00051
    은 상기 평균 채널 응답 생성부에 의해 산출된 음파 크기의 평균평방근(root mean square),
    Figure 112014018998217-pat00052
    은 시변동성 해수면에서 반사되는 음파의 크기 변동성을 포함하는 음파 전파 경로별 복소 페이징 파형(complex fading waveform),
    Figure 112014018998217-pat00053
    는 시변동성 해수면에서 반사되는 음파의 지연 변동성을 포함하는 음파 전파 경로별 전파 지연 시간인 수중 채널 응답 생성 장치.
  10. 삭제
  11. 수평 해수면에 대한 평균 채널 응답을 생성하는 단계;
    시변동성 해수면에 따른 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계; 및
    상기 평균 채널 응답과 상기 해수면 변동성 응답을 결합하여 시변동성 채널 응답을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 평균 채널 응답을 생성하는 단계는,
    미리 설정된 채널 파라미터를 이용한 음선 추적을 통해 상기 수평 해수면에 대한 음선과, 상기 음선의 상기 수평 해수면으로의 입사각을 산출하는 단계; 및
    상기 음선을 이용하여 음파의 평균 지연 시간 및 평균 임펄스 응답을 포함하는 경로 손실을 산출하는 단계를 포함하는 수중 채널 응답 생성 방법.
  12. 수평 해수면에 대한 평균 채널 응답을 생성하는 단계;
    시변동성 해수면에 따른 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계; 및
    상기 평균 채널 응답과 상기 해수면 변동성 응답을 결합하여 시변동성 채널 응답을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계는,
    해수면 상의 풍속에 대응하는 거친 표면을 갖는 상기 시변동성 해수면을 생성하는 단계; 및
    상기 시변동성 해수면의 변동성을 분석하여 상기 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계를 포함하는 수중 채널 응답 생성 방법.
  13. 수평 해수면에 대한 평균 채널 응답을 생성하는 단계;
    시변동성 해수면에 따른 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계; 및
    상기 평균 채널 응답과 상기 해수면 변동성 응답을 결합하여 시변동성 채널 응답을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계는,
    해수면 산란 계수 시뮬레이션을 수행하여 상기 시변동성 해수면으로부터 해수면 산란 계수를 산출하고, 상기 해수면 산란 계수에 기초하여 전파크기 변동성을 산출하는 단계; 및
    상기 시변동성 해수면으로부터 전파지연 변동성을 산출하는 단계를 포함하는 수중 채널 응답 생성 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 평균 채널 응답을 생성하는 단계는, 1회의 음선 추적 시뮬레이션을 수행하여 상기 평균 채널 응답을 생성하고,
    상기 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계는, 음파의 해수면 반사시마다 상기 해수면 산란 계수 시뮬레이션을 수행하여 상기 해수면 변동성 응답을 생성하고,
    상기 시변동성 채널 응답을 생성하는 단계는, 상기 음파의 해수면 반사시마다 상기 해수면 변동성 응답 생성부로부터 제공되는 상기 해수면 변동성 응답을 상기 평균 채널 응답에 결합하여 상기 시변동성 채널 응답을 생성하는 수중 채널 응답 생성 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 전파크기 변동성을 산출하는 단계는, 상기 시변동성 해수면에 대한 음파의 입사각과 산란각, 및 해수면의 높이 정보에 기초하여 상기 해수면 산란 계수를 산출하고, 상기 해수면 산란 계수를 정규화하여 상기 전파크기 변동성을 산출하는 수중 채널 응답 생성 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 전파지연 변동성을 산출하는 단계는, 상기 시변동성 해수면에 대한 음파의 입사각, 상기 시변동성 해수면의 자승 평균 평방근, 및 상기 음파의 음속 정보에 기초하여 가우시안 확률 분포 함수를 갖는 상기 전파지연 변동성을 산출하는 수중 채널 응답 생성 방법.
  17. 수평 해수면에 대한 평균 채널 응답을 생성하는 단계;
    시변동성 해수면에 따른 해수면 변동성 응답을 생성하는 단계; 및
    상기 평균 채널 응답과 상기 해수면 변동성 응답을 결합하여 시변동성 채널 응답을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 시변동성 채널 응답을 생성하는 단계는, 하기의 수식 1에 따라 상기 시변동성 채널 응답을 생성하고,
    [수식 1]
    Figure 112014107025082-pat00054

    상기 수식 1에서, τ'은 음파의 지연(delay) 시간, L은 채널에서의 개별 음파 전파 경로의 개수,
    Figure 112014107025082-pat00055
    은 상기 평균 채널 응답 생성부에 의해 산출된 음파 크기의 평균평방근(root mean square),
    Figure 112014107025082-pat00056
    은 시변동성 해수면에서 반사되는 음파의 크기 변동성을 포함하는 음파 전파 경로별 복소 페이징 파형(complex fading waveform),
    Figure 112014107025082-pat00057
    는 시변동성 해수면에서 반사되는 음파의 지연 변동성을 포함하는 음파 전파 경로별 전파 지연 시간인 수중 채널 응답 생성 방법.
  18. 제11 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 기재된 수중 채널 응답 생성 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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