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SUMMARY
Contents
목차
제1장 서론 20
제1절 연구개요 21
1. 연구 개요 21
2. 연구 추진 체계 24
3. 시스템 구성도 27
4. 시스템 규격 29
제2절 연구 목적 및 필요성 30
1. 연구 목적 30
2. 연구 필요성 30
제3절 연구개발 범위 33
1. 개발목표 33
2. 연구개발 범위 및 내용 34
3. 구성 및 개념 37
4. 목표성능 41
5. 기관별 개발 범위 43
제2장 국내외 기술개발 현황 46
제1절 국내 기술 동향 및 수준 46
1. 국립해양조사원 46
2. 국립수산과학원 47
3. 해양과학기술원 48
4. 주관연구기관 48
제2절 국외 기술 동향 및 수준 49
1. 연안역 해수유동과 해수 특성의 동시 관측 49
2. 프로파일링 TRBM 개발 현황 50
3. 국·내외 시장 현황 52
4. 국·내외 경쟁기관 현황 52
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 56
제1절 연차별 연구수행 내용 및 결과 56
1. 연구수행 목표 56
2. 연구수행 결과 57
제2절 1차년도 연구수행 내용 및 결과 60
1. 주요 연구결과(1차년도) 60
2. 세부 연구 수행 내용 60
3. 장비/센서 성능 검토 65
4. 기본 설계 70
5. 구조해석 77
제3절 2차년도 연구수행 내용 및 결과 80
1. 주요 연구결과(2차년도) 80
2. 세부 연구수행 내용 81
3. 기구부 설계 및 제작 84
4. 소프트웨어 설계 및 개발결과 101
5. 프로토타입 PTRBM 성능시험 111
6. 프로토타입 PTRBM 천해역 시험 118
7. 프로토타입 PTRBM 실해역 성능시험(수심 100m) 139
제4절 2차년도 참여/위탁기관 연구수행 내용 및 결과 152
1. 한양대학교(참여기관) 152
2. 서울대학교(위탁기관) 162
3. 한국해양대학교(참여기관) 191
제5절 3차년도 연구수행 내용 및 결과 201
1. 주요연구결과 201
2. 시제품 형상품목 202
3. 시제품 설계 및 구조해석 225
4. 시제품 성능시험 평가결과 237
5. 시제품 실해역 시험 및 성능 평가 242
6. 중요 연구진행 변경 및 조치 내용 269
제4장 연구개발목표 달성도 및 기여도 278
제1절 연구목표 달성도 및 기여도 278
1. 최종연구개발 목표 278
2. 최종연구목표 달성도 278
3. Prototype 목표 성능 달성도 279
4. 시제품 목표 성능 달성도 280
제2절 연구개발 성과 282
1. 연구개발 성과 282
제5장 연구개발결과의 활용계획 287
제1절 연구개발 결과 및 활용성 287
제2절 군수 적용성 288
제3절 예상 효과 289
제4절 기술실용화 추진 방안 290
제6장 참고문헌 293
부록 295
부록 1. 특허출원 및 등록증 295
부록 2. 소프트웨어 등록증 296
부록 3. 논문 실적 297
부록 4. 학술회의 발표 실적 302
부록 5. 용어·약어해설 316
별첨 List 317
[표 1.1] 연구개발 목표 20
[표 1.2.1] 해수유동과 해수 특성을 동시에 관측하기 위한 플랫폼의 기능과 장단점 비교 33
[표 1.3.1] PTRBM 항목별 목표성능 41
[표 1.3.2] 미국 해군연구소 업그레이드 방안(BOPPER 기술 도입) 42
[표 2.2.1] 기관별 수요처 현황 52
[표 3.1.1] 년차별 개발 목표 및 평가 방안 56
[표 3.1.2] 년차별 개발 내용 및 결과 57
[표 3.2.1] Prototype 주제어기 규격 70
[표 3.2.2] PTRBM 및 프로파일러 구성 센서 세부 사양표 72
[표 3.2.3] 재질 물성치 77
[표 3.2.4] 재질별 압력해석 78
[표 3.3.1] Prototype 센서별 목표 성능 86
[표 3.4.1] 송신주파수 및 신호 길이 154
[표 3.4.2] 송신주파수별 펄스길이, RMS 음압레벨, 음압투과 손실 레벨 157
[표 3.4.3] 파워 스펙트럼 밀도 계산방법 및 단위 158
[표 3.4.4] 2019년 국립해양조사원 남해동부 해양관측부이에서 관측된 1.5m 이상 유의... 165
[표 3.4.5] 2019년 거제도 조위관측소 조위를 이용한 조화분석 결과 170
[표 3.4.6] 2019년 국립해양조사원 남해동부 해양관측부이 자료를 이용한 조화분석 결과 170
[표 3.4.7] 관측장비 규격 175
[표 3.4.8] 측정 자료 확보율 181
[표 3.4.9] PTRBM(AWAC)과 ESROB(ADCP) 유속계 제원 182
[표 3.4.10] 2020년 6월 1일 11시 SBE 911과 SBE 52를 이용하여 계산한 수온과 전도도간... 185
[표 3.4.11] SBE 911 CTD와 인접한 시간에 획득한 PTRBM SBE 52 시간 정보 186
[표 3.5.1] 제품 PTRBM 부 구성품 202
[표 3.5.2] 프로파일러 부 구성품 204
[표 3.5.3] 시제품 프로파일러 형상품목 리스트 217
[표 3.5.4] 시제품 TRBM 형상품목 리스트 220
[표 3.5.5] 시제품 PTRBM 기타 품목 리스트 223
[표 3.5.6] FAT 시험 항목 및 결과 237
[표 3.5.7] 천해역 시험 항목 및 결과 239
[표 3.5.8] 수중소음 측정장비 정보(icListen) 253
[표 3.5.9] 프로토타입 문제현황 272
[표 4.1.1] 3차년도 연구목표 달성도 279
[표 4.2.1] 정량적 성과 목표 282
[표 4.2.2] 정량적 성과목표 달성도 282
[표 4.2.3] 지식재산권(주관연구기관 : (주)지오시스템리서치) 282
[표 4.2.4] 지식재산권(위탁기관 : 한양대학교) 283
[표 4.2.5] 지식재산권(위탁기관 : 서울대학교) 283
[표 4.2.6] 지식재산권(참여기관 : 한국해양대학교) 283
[그림 1.1.1] PTRBM 운영 모식도 22
[그림 1.1.2] PTRBM 구성 23
[그림 1.1.3] PTRBM 3D 구조 설계도 27
[그림 1.1.4] PTRBM 내부 구성도 27
[그림 1.1.5] 프로파일러 완성도 28
[그림 1.1.6] 프로파일러 내부 구성도 28
[그림 1.1.7] PTRBM 시제품시스템 제원 및 활용성 29
[그림 1.2.1] 부산항 인근 외해 정점에서의 (a) 장기 평균된 수온의 계절변화와 (상단) 평균 수온과... 31
[그림 1.2.2] (a) 2개의 상이한 수온의 수직구조, (b) 2개 수온 수직구조에 대하여... 32
[그림 1.3.1] PTRBM 시제품 운영 개념도 34
[그림 1.3.2] PTRBM 시제품 내부사진 35
[그림 1.3.3] PTRBM 시제품 완성 사진 35
[그림 1.3.4] 실해역 테스트 조감도 36
[그림 1.3.5] PTRBM 기본 운영 개념도 38
[그림 1.3.6] PTRBM을 이용하여 약 1개월간 관측된 층별 (a) 해수유동, (b) 수온, (c) 광... 39
[그림 1.3.7] PTRBM 계류사진 (왼쪽)와 자료 전송과 커맨드 수신을 위하여 수면에 부상한... 39
[그림 1.3.8] 팝업부이 회수 사진(왼쪽 상단부터 시계방향 수중에 계류된 TRBM과... 40
[그림 1.3.9] PTRBM 시제품 실해역 시험 사진 40
[그림 1.3.10] 소음원에 따른 수중소음준위 스펙트럼 43
[그림 1.3.11] 동해 연안에 설치된 다수의 고주파 해양레이더(HF Radar)로부터 추출한... 44
[그림 1.3.12] 수중윈치 설계안 45
[그림 1.3.13] 광모뎀 보드 설계안(좌) 및 광통신모뎀 테스트지그(우) 45
[그림 2.1.1] 국립해양조사원 1주야 및 30주야 조류 관측 정점도... 46
[그림 2.1.2] 국립해양조사원 국가해양관측망 중 해양관측부이 및 해양과학기지의 위치도 47
[그림 2.1.3] 국립수산과학원 연안정지관측 위치도 48
[그림 2.2.1] CODE 실험 기간 중 미국 서부연안역에 설치된 해수유동 계류선... 49
[그림 2.2.2] 미국 동부 Long Bay 인근 연안역에서의 관측 정점. 왼편 정점... 50
[그림 2.2.3] PEACH 프로젝트의 2017-2018 관측 정점들. 핑크색 삼각형... 50
[그림 2.2.4] 유속계가 탑재된 트롤피해방지 해저면 계류 장치 52
[그림 2.2.5] 해수유동 및 해수특성 관측 센서가 탑재된 McLane Moored... 53
[그림 2.2.6] McLane Moored Profiler로 측정된 유속 자료. 수심 200 m... 53
[그림 2.2.7] MMP, 전기 유도 케이블, 음향 모뎀을 이용한 실시간 해수특성... 54
[그림 2.2.8] 음향 모뎀과 전파 송신기를 이용한 실시간 해수유동 관측... 55
[그림 3.2.1] 국내 개발 예정인 PTRBM 시스템 개발 계획 소개 61
[그림 3.2.2] NRL 본사 방문 사진 61
[그림 3.2.3] BOPPER 기술 이전 협의 및 미해군연구소 방문 62
[그림 3.2.4] BOPPER 시스템 운용 알고리즘 기술지원 64
[그림 3.2.5] Prototype 형상품목 List 65
[그림 3.2.6] Prototype CTD 센서 66
[그림 3.2.7] Prototype ADCP 센서 66
[그림 3.2.8] Prototype 수중소음측정 센서 67
[그림 3.2.9] Prototype AR 장비 68
[그림 3.2.10] 시제품 BAM 센서 68
[그림 3.2.11] 시제품 OCR 센서 69
[그림 3.2.12] 시제품 ECO-Puck 센서 69
[그림 3.2.13] Prototype 주제어기 블록다이어그램 71
[그림 3.2.14] Prototype 윈치제어 시스템 설계도 71
[그림 3.2.15] Prototype PTRBM 3D 설계안 74
[그림 3.2.16] Prototype PTRBM 3D 랜더링 74
[그림 3.2.17] Prototype PTRBM 3D 형상 컨셉 및 설계도면 75
[그림 3.2.18] Prototype Profiler 3D 랜더링 76
[그림 3.2.19] Prototype Profiler 설계안 76
[그림 3.2.20] Prototype 구조해석을 위한 경계 및 하중 조건 77
[그림 3.2.21] Prototype Profiler 3D 모델링 79
[그림 3.3.1] Prototype TRBM 외함 부분 제작품 85
[그림 3.3.2] Prototype TRBM 센서 및 거치대 인수 사진 86
[그림 3.3.3] Prototype 윈치장치 제작 및 시험 사진 88
[그림 3.3.4] Prototype 회수장치 AR 및 회수부이 사진 89
[그림 3.3.5] Prototype 회수부이 로프 규격 90
[그림 3.3.6] Prototype 계류장치 제작 및 시험 91
[그림 3.3.7] Prototype 광모뎀 제작 사진 92
[그림 3.3.8] Prototype 주제어기(MCU) 제작 사진 93
[그림 3.3.9] Prototype 전원장치(Battery) 제작 사진 94
[그림 3.3.10] Prototype 프로파일러 제작 사진 95
[그림 3.3.11] Prototype 프로파일러 개선사항 반영 신규 제작 사진 96
[그림 3.3.12] Prototype 프로파일러 CTD 제작 사진 97
[그림 3.3.13] Prototype 프로파일러 Bluetooth 모뎀 규격 99
[그림 3.3.14] Prototype 프로파일러 위성 모뎀 규격 100
[그림 3.3.15] Prototype 소프트웨어 개념도 101
[그림 3.3.16] Prototype 소프트웨어 구성 101
[그림 3.3.17] 한국해양대학교 시험장 118
[그림 3.3.18] Prototpe 한국해양대학교 사전시험 119
[그림 3.3.19] Prototype 천해역 시험 위치 - 한국해양대학교 130
[그림 3.3.20] Prototype 천해역 시험 위치 - 부산동섬 134
[그림 3.4.1] SM3M(Standard)의 수신감도 (좌) 및 시스템 노이즈 (우) 152
[그림 3.4.2] SM3M Configurator User Interface 153
[그림 3.4.3] 수중음향수조 실험 환경 153
[그림 3.4.4] 수중음향신호 측정시스템(TC-4014) 구성도 154
[그림 3.4.5] 주파수에 따른 음압레벨 155
[그림 3.4.6] 수중음향수조 실험 환경 155
[그림 3.4.7] SM3M과 TC-4014로 측정된 광대역 소음의 주파수 분석결과 156
[그림 3.4.8] 음향윈도우 (좌) 및 수중음향수조 실험 환경 (우) 156
[그림 3.4.9] 주파수에 따른 음압레벨 157
[그림 3.4.10] 2월 3일 15시 30분부터 2월 4일 8시 00분까지 수집된 수중소음 158
[그림 3.4.11] 수중소음 측정결과와 수중소음 모델 비교 159
[그림 3.4.12] 2월 3일 17시 00분부터 17시 36분까지 수집된 수중소음 159
[그림 3.4.13] 정상 upcasting 및 donwcasting 구간의 수중소음 160
[그림 3.4.14] icListen 모습, 용도 및 수신감도 160
[그림 3.4.15] icListen 웹 기반 인터페이스 161
[그림 3.4.16] 실시간 수중소음 자료처리 및 전송 알고리즘 순서도 161
[그림 3.4.17] 2014년부터 2018년까지 월 평균한 해표면고도(색상)와 지형류(화살표).... 162
[그림 3.4.18] 황해-동중국해의 (좌) 겨울철 및 (우) 여름철 해류 분포 모식도 163
[그림 3.4.19] WOA18에서 1981년부터 2010년까지 (좌상) 연평균 해표면 수온과... 163
[그림 3.4.20] 남해동부 부이에서 2014년부터 2018년까지 관측한 수온, 기압, 풍속,... 164
[그림 3.4.21] 남해동부 부이에서 2014년부터 2018년까지 관측한 월평균 수온, 기압,... 164
[그림 3.4.22] 2019년 국립해양조사원 남해동부 해양관측부이에서 관측된 유의파고의... 166
[그림 3.4.23] 2019년 국립해양조사원 남해동부 해양관측부이에서 관측된 월통계... 167
[그림 3.4.24] TPXO9로부터 산출한 M2 분조의 조석도. 색상과 검정 실선은... 168
[그림 3.4.25] (상) 거제도 조위관측소에서 관측한 2019년 조위, (중) 조화분석 결과로부터... 169
[그림 3.4.26] 2019년 12월 해양관측부이로부터 산출한 최강 창·낙조 벡터도 170
[그림 3.4.27] 현장 실증 해역에서 12.42시간 간격으로 2017년 2월 13일부터 14일 동안 두... 171
[그림 3.4.28] [그림 3.4.27]과 동일한 시공간에 대하여 TPXO로부터 얻은 조류 172
[그림 3.4.29] [그림 3.4.27]에 나타난 네 번의 단면 관측을 평균한 유속(빨간 실선)과... 173
[그림 3.4.30] 2017년 3월 22일 현장 실증 해역에서 관측한 (좌측부터) 상층 22m 유속,... 173
[그림 3.4.31] 2017년 3월, TPXO로부터 구한 현장 실증 해역에서의 분조별 조류타원도 174
[그림 3.4.32] TSG에서 관측한 수온(T1, T2)와 CTD(5m)에서 관측한 수온(동그라미).... 178
[그림 3.4.33] 각 Leg마다 AWAC과 SBE 52가 계류 동안 MCU, 프로파일러, 위성통신... 179
[그림 3.4.34] 2020년 5월 실해역 실험 위치 182
[그림 3.4.35] PTRBM(실선)과 ESROB(점선)에서 관측된 동방 유속(검정색)과 북방 유속(빨간색).... 183
[그림 3.4.36] 2020년 6월 1일 11시 SBE 911 CTD와 PTRBM SBE 52 CTD에서 얻어진 (왼쪽)... 184
[그림 3.4.37] SBE52 배치도 185
[그림 3.4.38] 압력 센서와 수온 센서간의 시간차 보정을 실시한 2020년 6월 1일 11시 SBE 911... 187
[그림 3.4.39] SBE 52로 관측한 수온-전기전도도 간의 시간 차 188
[그림 3.4.40] 2020년 6월 4일에 관측한 염분(빨간 실선)과 수온과 전기전도도 시간차를 0.082초... 188
[그림 3.4.41] 상승·하강 속도가 다른 140번 프로파일과 141번 프로파일 비교 189
[그림 3.4.42] 2013년 6월 동해 연안에서의 수온(실선)과 연분(색상)의 수평 분포 190
[그림 3.4.43] 수중 윈치시스템 구조 설계 191
[그림 3.4.44] 제작된 수중 윈치시스템 실물 사진 191
[그림 3.4.45] 수중 프로파일에 작용하는 부력과 조류 방향 192
[그림 3.4.46] 육상 및 수중 drag 실험장치 193
[그림 3.4.47] 육상 drag 테스트 195
[그림 3.4.48] 프로파일 부력 수조 테스트 195
[그림 3.4.49] 프로파일러 부상 속도 테스트 196
[그림 3.4.50] Profile Velocity 197
[그림 3.4.51] Target_Position 197
[그림 3.4.52] 수신 데이터(위치값) 198
[그림 3.4.53] 공기 중 테스트 사진 199
[그림 3.4.54] 자체 시험 중인 BOLcom S20 사진 200
[그림 3.5.1] 시제품 프로파일러 구성 품목 219
[그림 3.5.2] 시제품 PTRBM 구성 품목 223
[그림 3.5.3] 시제품 형상품목 기타항목 장비 현황 224
[그림 3.5.4] 3차년도 천해역 시험 Log 분석 요약 241
[그림 3.5.5] CTD 센서 데이터 분석 241
[그림 3.5.6] CTD 센서 중 염분 데이터 분석 242
[그림 3.5.7] 실해역 4차 시간별 프로파일링 및 자료취득 현황 245
[그림 3.5.8] 실해역 4차 시간별 ADCP 자료취득 및 광통신 전송 현황 245
[그림 3.5.9] 프로파일러의 상승/하강속도(좌측) 및 각 프로파일별 상승/하강속도(우측) 246
[그림 3.5.10] PTRBM ADCP 에서 측정된 (왼쪽 상단) 압력, (왼쪽 하단) 수온, (우측 상단)... 246
[그림 3.5.11] SBE 911 CTD (검은색 실선)와 검교정 후 PTRBM... 247
[그림 3.5.12] SBE 911 CTD (검은색 실선)와 검교정 후 PTRBM 상승(분홍색),... 248
[그림 3.5.13] 수심 별(5, 20, 40, 59, 95 m) ESROB (검은색 점 및 실선),... 249
[그림 3.5.14] 모든 PTRBM (왼쪽) 수온 및 (오른쪽) 염분 프로파일,... 250
[그림 3.5.15] (위) 검교정 후 PTRBM, (가운데) ESROB 수온 시계열 및... 250
[그림 3.5.16] PTRBM과 ESROB에서 관측한 (위) 최대 파고,... 251
[그림 3.5.17] 실해역 5차 시험 시간별 프로파일링 자료취득 및 광통신 현황 252
[그림 3.5.18] 프로파일러의 상승·하강 속도, (좌) 각 프로파일 별 평균 상승·하강 속도 252
[그림 3.5.19] 위성 원격 모니터링 및 제어 프로그램 253
[그림 3.5.20] icListen HF 모습, 용도 및 수신감도 254
[그림 3.5.21] icListen 웹 기반 인터페이스 254
[그림 3.5.22] icListen과 TC-4014로 측정된 광대역 소음의 주파수 분석결과 255
[그림 3.5.23] 실해역 4차 시험동안 측정된 수중소음의 스펙트로그램 256
[그림 3.5.24] 선박소음의 스펙트로그램(위), 시계열 신호(중간), 선박소음과 배경소음의... 257
[그림 3.5.25] 실해역 5차 시험동안 측정된 수중소음의 스펙트로그램 258
[그림 3.5.26] 선박소음의 스펙트로그램(위), 시계열 신호(중간), 선박소음과 배경소음의... 259
[그림 3.5.27] 실해역 4차 시험 배경소음 주파수 분석결과 260
[그림 3.5.28] 실해역 4차 시험 배경소음 주파수 분석결과 260
[그림 3.5.29] 실해역 4차 시험 배경소음 측정결과와 수중소음 모델과의 비교 261
[그림 3.5.30] 실해역 5차 시험 배경소음 측정결과와 수중소음 모델과의 비교 261
[그림 3.5.31] 수중소음 자료 저장을 위한 샘플링 주파수, 저장 주기 설정 263
[그림 3.5.32] 1분 연속 저장 시, 샘플링 주파수에 따른 수중소음 자료... 263
[그림 3.5.33] 수중소음 자료 저장/전송 알고리즘 순서도 263
[그림 3.5.34] 수중배경소음의 스펙트로그램(위), LFM 신호가 포함된... 264
[그림 3.5.35] (준)실시간 음향자료 전송 결과 예시 265
[그림 3.5.36] 위성 음향자료 전송 결과와 원자료 FFT 결과 비교 예시 266
[그림 3.5.37] TRBM 전력소모 그래프 267
[그림 3.5.38] 프로파일러 전력소모 그래프 268
[그림 3.5.39] 시제품 PTRBM 운용 알고리즘 269