Discrete-time approximation and modeling of a broadband underwater propagation channel based on eigenray analysis

Donghoon Shin; Hyeon-Deok Cho; Taekik Kwon; Jae-Kyun Ahn

doi:10.7776/ASK.2020.39.3.216

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2020 Vol.39, Issue 3 Preview Page

Research Article

Discrete-time approximation and modeling of a broadband underwater propagation channel based on eigenray analysis 고유 음선 분석에 기반한 광대역 수중음향 전달 채널의이산시간 근사 및 모의 방법 연구

31 May 2020. pp. 216-225

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Abstract

In this paper, broadband underwater propagation channel modeling based on eigenray analysis is discussed. Underwater channels are often formulated in frequency domain time-harmonic signals, which are impractical for simulating broadband signals in time domain. In this regard, time domain modeling of the underwater propagation channel is required for the simulation of broadband signals, for which the eigenray analysis based on ray tracing, resulting in multipath propagation delays in time-domain, is used in this paper. For discrete time system application, the phase, frequency-dependent loss and non-integer sample delays for each eigenray, are approximated by the finite impulse response of the broadband propagation channel.

Keywords

Underwater propagation channel

Eigenray

Broadband signal model

Linear time invariant channel

본 논문은 음선 경로법에 기반한 광대역 수중음향 전달 채널을 모델링하는 방법을 다루었다. 수중음향 전달 채널은 종종 주파수 영역에서 시간 조화 함수로 취급되어, 광대역 시계열 신호 모의 시 활용이 어렵다. 따라서 수중 음파전달 환경을 반영한 광대역 시간영역 모델링 기법이 요구되며, 본 논문에서는 이를 위해 시간영역에서 다중 경로의 도달 시간지연이 계산 가능한 고유 음선 분석 기법을 활용하였다. 또한 연속 시간의 파동방정식으로부터 산출된 고유 음선의 분석 결과를 컴퓨터 모의가 가능한 이산시간 시스템에 적용하기 위해, 음선의 위상, 주파수별 손실 및 도달 시간지연을 유한 임펄스 응답으로 근사하여, 광대역 수중음향 전달 채널을 모의하는 방법을 제안하였다.

키워드

수중음향 전달 채널

고유 음선

광대역 신호 모의

선형 시불변 채널

References

F. B. Jensen, W. A. Kuperman, M. B. Porter, and H. Schmidt, Computational Ocean Acoustics (AIP Series in Modern Acoustics and Signal Processing, New York, 1994), pp. 155-213.

M. Siderius and M. B. Porter, "Modeling broadband ocean acoustic transmissions with time-varying sea surface," J. Acoust. Soc. Am. 124, 137-150 (2008).

10.1121/1.292095918646961

M. B. Porter, "Bellhop user's guide and manual," HLS Research Inc., Memorandum Rep,. 2011.

A. Oppenheim, R. Schafer, and J. Buck, Discrete-Time Signal Processing (Prentice Hall, New Jersey, 1998), pp. 240-290.

C. B. Officer, Introduction to the Theory of Sound Transmission with Application to the Ocean (McGraw- Hill, New York, 1958), pp. 36-40.

M. B. Porter and H. P. Bucker, "Gaussian beam tracing for computing ocean acoustic fields," J. Acoust. Soc. Am. 82, 1349-1359 (1997).

10.1121/1.395269

T. I. Laakso, V. Valimak, M. Karjalainen, and U. K. Laine, "Splitting the unit delay : Tools for fractional delay filter design", IEEE Signal Proc. Magazine, 96, 30-60 (1996).

10.1109/79.482137

D. Shin and J Kim, "Efficient partitioning of matched filter for long pulse in active sonar application" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 33, 262-267 (2014).

10.7776/ASK.2014.33.4.262

P. Blanc-benon and C. Jauffret, "TMA from bearings and multipath time delays", IEEE Trans. Aero. Electron. Syst. 33, 813-824 (1997).

10.1109/7.599251

Information

Publisher :The Acoustical Society of Korea
Publisher(Ko) :한국음향학회
Journal Title :The Journal of the Acoustical Society of Korea
Journal Title(Ko) :한국음향학회지
Volume : 39
No :3
Pages :216-225
Received Date : 2020-01-22
Revised Date : 2020-03-13
Accepted Date : 2020-03-26
DOI :https://doi.org/10.7776/ASK.2020.39.3.216

The Journal of the Acoustical Society of KoreaISSN:1225-4428(Print) 2287-3775(Online)한국음향학회

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