ADCP에서의 스펙트럼 모멘트 추정에 관한 연구

Abstract

ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler) 에서의 거리 별 유속이나 유체의 교란 정도 등에 관한 정보는 수신 도플러 스펙트럼의 첫 번째 및 두 번째 스펙트럼 모멘트를 추정함으로서 얻을 수 있다. 그러나 펄스페어(Pulse-pair) 방법으로 불리는 상관함수 추정에 의한 모멘트 추정 기법은 일반적으로 가장 많이 사용되고 있으나 수신 신호의 특성이 대칭형 도플러 스펙트럼이며 하나의 첨두치를 갖는 것을 전제 조건으로 한다. 유체의 교란정도가 심하게 나타나는 상황에서는 이러한 조건이 충족되지 않을 수 있기 때문에 심각한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제점을 분석하기 위하여 여러 가지 형태를 가지는 다양한 도플러 스펙트럼 수신 신호들을 모의 구현하였으며 이러한 신호들을 이용하여 펄스페어 추정 방법에 의하여 얻어진 결과 값들을 FFT(Fast Fourier Transform) 추정 방법에 의한 결과 값들과 비교하고 그 차이점을 분석하였다. 수신 신호가 도플러 주파수 영역에서 심하게 편이 되거나 다중 첨두치를 가지는 경우에는 펄스 페어 방법에 의한 추정치들은 무의미한 값들로 나타날 수 있음을 알 수 있다. The current velocity and turbulence information in each range cell can be obtained from the first and second Doppler spectrum moment estimates. However, the very widely used correlation method often called as the pulse-pair method has the inherent restrictions under the highly turbulent conditions since it does not satisfy the assumptions that the return Doppler spectrum should be symmetric and have a single peak value. Therefore, in this paper, the quality of pulse-pair estimates were compared with that of FFT estimates for problem analysis using various shapes of simulated Doppler spectra. It can be known that the pulse-pair method often yields meaningless results if the received signals are severely biased or multi-peak Doppler spectra in the Doppler frequency domain.