도플러측정기

요약 배 밑에 장치한 송파기(送波器)에서 해저를 향해 초음파를 발사하여, 해저로부터의 반향음(echo)에 포함된 도플러 주파수로 배의 속도를 측정하는 장치.

도플러 로그 또는 도플러 소나(sonar)라고도 한다. 어떤 물체에서 발사된 속도 c의 전파 ·음파가, 상대속도 v의 물체에서 수신되었을 때, 수신주파수 f_r는 발사주파수 f_t와는 다르며, 그 차 f_d는 f_d ＝ f_r－f_t ＝ (2f_t v)/c 가 된다. 도플러효과로 선박의 대지속도(對地速度)를 구하는 특허는, 소련의 티로우스키가 1932년 출원하였으나 기술적으로 미해결 문제가 많았으며, 이것이 실용화된 것은 1960년경이다.

수식 중 f_t와 c는 알고 있는 수치이므로, f_r를 측정하면 v를 구할 수 있다. 그러나 산출된 v에는 음속의 오차, 음선의 굴절에 의한 오차, 선체의 동요와 경사에 의한 오차 등이 포함된다. 이 중 선체의 동요와 경사에 의한 오차는 송신기에서 발사하는 초음파를 전후 또는 좌우로 짝을 이루는 페어빔(pair beam)으로 함으로써 어느 정도 수정이 가능하여 현재 대형선박용 고급측정기는 거의 페어빔으로 되어 있다.

초음파가 해저에서 반사하면 그것으로 대지속도를 구할 수 있으나, 약 200m 이상 깊이에서는 도플러 측정기에 쓰이는 수백 kHz의 초음파는 감쇠가 증가하여 해저로부터의 반향음을 얻을 수 없게 된다. 이런 경우에는 해면 부근의 미소부유물(微小浮遊物) ·플랑크톤 또는 좀더 깊은 곳의 수괴(水塊)로부터의 반향음을 이용할 수 있다. 이렇게 얻어지는 선속(船速)은 대수속도(對水速度)가 된다.

도플러 측정기의 장점은 무엇보다 대지속력을 측정할 수 있으며, 이 측정에 의해 배의 위치와 운동을 거의 정확히 알 수 있다는 데 있다. 그러나 고도의 신호처리와 연산기능이 요구되기 때문에 장치가 복잡하고 고가여서 현재는 대형선박에만 장비되고 있는 실정이다. 가격이 저렴하고 간단한 싱글빔으로 된 것도 있으나, 정밀도가 훨씬 뒤떨어진다.