KR100484533B1

KR100484533B1 - 반구형 관측영역을 갖는 무인잠수정의 초협대역 초음파위치추적장치

Info

Publication number: KR100484533B1
Application number: KR10-2003-0009467A
Authority: KR
Inventors: 이판묵; 전봉환; 김시문; 이종무; 임용곤; 홍석원
Original assignee: 한국해양연구원
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2005-04-20
Also published as: KR20040073766A

Abstract

무인잠수정의 선수부에 장착되는 USBL의 관측영역을 반구형으로 확대될 수 있게하여 추가적인 항법센서의 도움없이 USBL 단독으로 무인잠수정의 자율항행과 귀환을 가능하게 하고,

USBL의 트랜스듀서 구동을 위한 전력 소모의 증대가 일어나지 않으면서 USBL 운용이 가능하게 하며, 무인잠수정의 선수부에는 소형의 해양과학 조사용 계측센서 및 전방감시 카메라 등과 같은 계측장비도 함께 탑재될 수 있는 여유 공간을 제공하여 무인잠수정의 작업 효율을 증대시킴에 있는 것으로,

무인잠수정의 선수부에 장착되는 초협대역 초음파 위치추적장치(USBL)의 모듈을 정육면체로 구성하여 그 전면과 후면에 초음파 센서가 2층구조로 고정 배치하여 센서의 목표물 추적범위를 반구형의 관측영역을 형성할 수 있게하고, USBL의 전면에 배치되는 트랜스듀서/리시버는 리시버/트랜스듀서와 상호 스위칭이 가능하게 하여 이들을 선택적으로 운용할 수 있도록 하고, 후면에는 리시버만을 추가하여 관측영역 확대에 따른 트랜스듀서 구동 전력의 손실을 줄이도록 한 것임.

Description

반구형 관측영역을 갖는 무인잠수정의 초협대역 초음파 위치추적장치 {An Ultra-Short Baseline System with Hemisphere Viewing Angle}

본 발명은 무인잠수정의 선수부에 장착되는 초협대역 초음파 위치추적장치의 전방향 관측범위를 개선하여 각추형의 관측각 범위내로 국한되는 종래의 관측영역이 반구형 관측영역으로 확대시켜 추가적인 항법센서의 도움없이 USBL 단독으로 무인잠수정의 자율항행과 귀환을 가능하게 하고, 크기의 소형화로 무인잠수정의 선수부에 해양과학 조사용 계측센서 및 전방감시 카메라 등과 같은 부가적인 계측장비도 함께 장착하여 무인잠수정의 작업 효율을 증대시킬 수 있도록 개선된 반구형 관측영역을 갖는 무인잠수정의 초협대역 초음파 위치추적장치에 관한 것이다.

일반적으로 수중에서 작업을 수행하는 원격제어 무인잠수정(ROV:Remotely Operated Vehicle) 및 자율 무인잠수정(AUV:Autonomous Underwater Vehicle) 등과 같은 무인잠수정과 유인잠수정의 위치 추적에는 수중 초음파를 이용한 위치추적 장치가 널리 사용하고 있다.

이중에서 초협대역 초음파 위치추적 장치(USBL: Ultra-Short Baseline, 또는 SSBL:Super-Short Baseline : 이하 "USBL" 이라 약칭함)는 센서 배열을 수 cm 범위 내에 설치하여 수신되는 초음파 신호의 위상차를 계산하여 수중 물체의 위치를 인식하는 방식을 이용하고 있어 소형의 단일 센서 시스템으로 구현이 가능하다는 장점이 있다.

한편, USBL은 원거리 물체에 대하여 위치를 추적할 경우에는 광대역 초음파 위치 추적장치(LBL:Long Baseline) 또는 협대역 초음파 위치추적장치(SBL:Short Baseline) 등과 같은 다른 초음파 위치추적장치에 비하여 위치측정 오차가 커지게 되는 특성을 가지므로 비교적 근거리에 있는 물체 추적에 널리 활용되고 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이 특허공개 95-7004697호에서는 광대역 초음파 위치추적장치를 이용하여 자율 운행하는 잠수함(1)을 원격제어 및 모니터링하여 위치 결정함에 있어서, 제1위치 결정 무선 신호의 최소한 제1송신기(4), 단방향 통신을 하기 위한 최소한 한개의 제1수신기, 제2네비게이션 무선 신호의 최소한 제2송/수신기(6), 양방향 통신을 하기 위한 최소한 한개의 송/수신기 및 데이타와 동기 신호용의 최소한 한개의 송/수신기(8)를 갖춘 최소한 한개의 표류 및/또는 무인 자율 플랫폼(2), 상기 제2송/수신기(6)와 양방향 통신을 하기 위한 최소한 한개의 육상 기지 송/수신기(7)를 구비하며, 수중 자율 운행체는 상기 유동 플랫폼이 송/수신기(8), 호환가능한 데이타 및 동기 신호용의 최소한 한개의 송/수신기(9)로 구성되어 장거리 다수 운행체의 좌표에 의거 수중 운행체의 안내 및 위치 결정하는 방안이 개시되기도 하였다.

일반적으로 USBL에 있어 트랜스듀서/리시버 부분은 선박에 장착하고, USBL의 트랜스폰더 부분은 무인잠수정에 탑재하여 무인잠수정의 위치추적에 활용되었다.

그리고 최근, 미국 등에서는 소형의 트랜스듀서/리시버를 무인잠수정에 탑재하고, 수중 기지에 트랜스폰더를 장착하여 무인잠수정의 수중 자율 귀환에 활용하는 목적으로 USBL을 이용하기도 하였다.

USBL은 수중의 목표물에 대하여 수직인 평면내에 서로 직교하는 선상에 동일 간격으로 초음파 수신 센서를 각각 2개씩 배열하여 전체적으로 3개 이상의 수신 센서를 장착하고, 목표물에는 USBL의 트랜스듀서에서 발생한 신호를 수신하고 이에 상응하는 응답신호를 발생시켜 USBL의 리시버에서 목표물의 거리와 경사각도를 계측할 수 있도록 트랜스폰더가 장착되어 하나의 USBL 시스템을 구성하고 있다.

상기한 USBL은 수신센서가 설치된 평면에 대하여 수직방향으로 ±45° 범위내의 물체만을 인식할 수 있다.

따라서 ±45°이상의 각도에 존재하는 물체에 대해서는 수신센서의 방향 여현 특성에 기인하여 센서의 감응도(Sensitivity)가 현격히 떨어져 ±45°에서 1/2배, ±90°에 대해서는 "0" 에 수렴하므로, 통상적인 USBL은 ±45° 범위 내에서만 사용이 가능하다.

그러므로 USBL을 이용하여 수중에서 자율 항행하는 무인잠수정이 수중기지에 안전하게 귀환하기 위해서는 센서 평면의 두 축방향 각각에 대하여 수중기지의 관측각이 ±45°를 갖는 각추형의 지정 범위내의 경로를 찾아올 수 있도록 별도의 위치 추적장치를 부가적으로 이용해야 하는 번거러움이 있는 것이다.

또한, 무인잠수정은 자율 항행하면서 전방을 관측하기 위하여 선수부에 별도의 수중카메라 혹은 과학탐사용 계측장비를 장착할 필요가 있으나, 종래에는 무인잠수정의 선수부에 수중물체 추적, 특히, 해저기지로의 귀환을 위하여 USBL을 장착하는 경우 선수부를 다른 목적으로 사용하는데 어려움을 안고 있었다.

따라서 무인잠수정이 초협대역 초음파 위치추적장치(USBL)를 이용하여 해저기지 또는 해중기지로 수중 귀환하기 위해서는 전방향의 관측범위를 확대하여 추가적인 항법장치에 의존하지 않고서도 무인잠수정이 자율 항행이 가능하도록 목표물 추적 성능이 개선된 초협대역 초음파 위치추적장치가 요구되고 있는 것이다.

그리고 상기한 무인잠수정이 수중에서 자율 항행하면서 해저기지를 위치 추적하기 위해서는 USBL의 트랜스듀서/리시버를 무인잠수정의 선수부에 장착하고, 트랜스폰더는 해저기지에 설치하는 것이 요구된다.

또한, 자율 항행하는 무인잠수정은 별도의 전원을 내장하여 운항하게 되므로 USBL의 트랜스듀서 구동을 위한 전력 소모를 최소화하는 것이 바람직하며, 트랜스듀서 및 리시버 배열 센서의 크기가 작아야하고, 무인잠수정에 해양과학 조사용 계측센서 및 전방감시 카메라 등과 같은 계측장비를 함께 운용하기 위해서 USBL이 탑재된 무인잠수정의 선수부에는 이들을 장착 및 수용할 수 있는 여분의 공간을 확보하는 것이 요구되고 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해소하고자 하는 것으로, 무인잠수정의 선수부에 장착되는 USBL의 전방향 관측범위를 개선하여 종래의 각추형의 관측각 범위내로 국한되는 관측영역이 반구형 관측 영역으로 확대시켜 무인잠수정이 추가적인 항법센서의 도움없이 USBL 단독으로 무인잠수정의 자율항행과 귀환도 가능하게 하고, 크기를 작게 소형화하여 무인잠수정의 선수부에 장착할 수 있도록 개선된 초협대역 초음파 위치추적장치를 제공함을 그 목적으로 하고 있는 것이다.

또한, USBL의 트랜스듀서 구동을 위한 전력 소모의 증대가 일어나지 않으면서 USBL 운용이 가능하게 하고, 무인잠수정의 선수부에는 소형의 해양과학 조사용 계측센서 및 전방감시 카메라 등과 같은 계측장비도 함께 탑재될 수 있는 여유 공간을 제공하여 무인잠수정의 작업 효율을 증대시킬 수 있는 무인잠수정의 초협대역 초음파 위치추적장치를 구현하고자 하는 것을 그 목적으로 하고 있다.

상기한 목적에 따라 본 발명에서는, 무인잠수정의 수중 귀환이 자율적으로 이루어질 수 있도록 무인잠수정의 선수부에 반구형 관측영역을 갖는 무인잠수정의 초협대역 초음파 위치추적장치(USBL)가 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 반구형 관측영역을 갖는 초협대역 초음파 위치추적장치(USBL)의 모듈은 정육면체로 형성하고, 초음파 센서는 상기 모듈의 전면과 후면에 나란히 배열되는 2층구조로 고정 배치하여 목표물 추적범위가 반구형의 관측영역을 형성하는 것을 그 특징으로 하고 있다.

또한, USBL의 전면에 배치되는 트랜스듀서/리시버는 리시버/트랜스듀서와 상호 스위칭이 가능하게 하여 이들을 선택적으로 운용할 수 있게 하고, 후면에는 리시버만을 추가하여 관측영역 확대에 따른 트랜스듀서 구동 전력의 손실을 줄이도록 됨을 특징으로 하고 있다.

또한, USBL의 모듈에 해양과학 조사에 필요한 부가적인 계측장비를 수용하는 공간이 마련되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 초협대역 초음파 위치추적장치(USBL)의 운용 개념도로써, 도 2는 무인잠수정(100)의 선수부에 USBL이 설치되어 수상 또는 수중/해저기지(300)에 귀환하기 위하여 무인잠수정(100)의 USBL의 트랜스듀서(200)에서 수중음향 신호를 송신하고, R 거리만큼 떨어져 있는 수중/해저기지(300)의 트랜스폰더(400)에서 이에 상응하는 응답신호를 송신하고, USBL의 리시버(200')에서 응답신호를 수신하여 수중/해저기지(300)까지의 거리 R 과 각도 θ 를 계측하는 과정을 나타내고 있다.

초협대역 초음파 위치추적장치의 좌표계는 상기 무인잠수정(100) 좌표계와 x 방향으로 수평 이동한 것을 제외하고는 이와 일치되는 것으로 적용한다.

도 3은 USBL의 작동원리를 나타내고 있는 것으로써, 두 수신센서(S₁)(S₂)의 법선방향과 경사각 θ 를 갖고 떨어져 있는 수중 물체로부터 전달되는 초음파 신호가 간격 b 를 갖도록 설치된 두 개의 초음파 수신기(리시버)에 도달할 때에, 두 리시버(S₁,S₂)에 수신되는 신호에는 dT 만큼의 위상차가 발생한다.

초음파 신호의 파장이 λ일 경우에 수중 물체의 위치는 두 초음파 센서의 법선 방향과 이루는 경사각 θ 는 다음 식으로 얻어진다.

(식 1)

USBL은 이러한 센서를 무인잠수정의 좌표계 y 방향과 z 방향에 수직(직각)이 되도록 각각 배치하여 θy 와 θz를 각각 계측하는 방법으로써, 3개 이상의 센서를 목표물과 수직이 되는 평면내의 직교 좌표계에 등간격으로 배열하여 이용한다.

초음파 센서로부터 수중 물체까지의 거리는 이러한 초음파 신호의 전달시간 간격으로 구할 수 있으므로, USBL의 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 수중 물체에서 시간 지연이 없이 응답신호를 발생하면 물체의 거리 R 은 다음식으로 얻어진다.

(식 2)

여기서, c 는 수중에서의 음파의 전달속도이고, t 는 트랜스듀서에서 신호를 송신한 시간과 리시버에서 응답신호를 수신한 시간차를 의미한다.

따라서, USBL을 이용하여 계측되는 수중 물체의 위치는 다음과 같다.

(식 3)

도 4a는 본 발명의 무인잠수정(100)의 선수부에 장착되는 센서 모듈의 구성을 나타낸 예시도이고, 도 4b는 해저기지 관측각도 좌표계를 나타내고 있다.

본 발명의 USBL의 센서 모듈(500)은 정육면체로 형성하여 초음파 센서((S₁~ S₆)는 상기 센서 모듈(500)의 사각형의 전면(502)과 후면(504)에 각각 고정되는 2층구조로 배치하여 목표물 추적범위가 반구형의 관측영역을 가지도록 구성하고 있다.

센서 모듈(500)의 전면(502)에는 도 4a와 같이 yz 평면상에 좌,우,상,하가 대칭이고, 동일 간격(b )을 유지하도록 트랜스듀서/리시버(S₁)와 리시버(S₂, S₃, S₄)를 고정 배치하고, 그 후면(504)에는 전면(502)의 센서(S₁, S₃)에 상응하는 위치의 모서리에 리시버(S₅, S₆)가 배치되고 있다.

그리고 x, y, z 좌표축의 원점은 정육면체의 중심에 위치하고, 트랜스듀서와 리시버 및 트랜스폰더용 수중 초음파 센서는 모두 전방위(Omni-directional) 센서를 이용한다.

이와 같이 USBL의 센서 모듈(500)에 고정되는 초음파 센서 배열을 2층구조로 설계하여 전면(502)에 1개의 트랜스듀서(S₁)와 3개의 리시버(S₂, S₃, S₄)를 배치하고, 후면(504)에는 2개의 리시버(S₅와 S₆)를 배치하여 무인잠수정(100)이 수중/해저기지(300)의 위치 추적 가능한 관측각도 영역을 ±45°각추형에서 반구형으로 그 괸측범위가 크게 확장되어질 수 있는 것이다.

그리고 수중/해저기지(300)가 전방향 ±45°범위에 위치할 경우에는 yz+ 평면에 있는 트랜스듀더/리시버(S₁)과 리시버(S₂, S₃, S₄)를 이용하여 위치추적을 수행하고, 수중/해저기지(300)의 방향이 이 각도 범위밖에 존재하여 xy+ 평면 또는 xz+ 평면 방향일 경우에는 리시버(S₅)에 수신되는 신호를 방향 계산에 활용하고, xy- 평면 또는 xz- 평면 방향일 경우에는 리시버(S₆)에 수신되는 신호를 방향 계산에 활용할 수 있다.

트랜스듀서(S₁)와 반대되는 측면방향에 수중/해저기지(300)가 있을 경우는 트랜스듀서 (S₁)에서 발생되는 신호(interrogation signal)를 수중/해저기지(300)의 트랜스폰더(400)에서 감지하지 못할 수가 있으므로, 이 방향으로 신호를 발생시키는 다른 트랜스듀서가 감지할 수 있어야 한다.

이를 위해 본 발명에서는 USBL의 신호발생 전력손실을 줄이면서 시스템이 일관성 있게 작동하도록 트랜스듀서/리시버(S₁)와 대각선 방향에 있는 리시버/트랜스듀서(S₃)가 보통의 경우에는 리시버로 작동하게 하고, 해저기지의 위치가 xy- 평면 또는 xz- 평면 방향에서 계측될 경우에 리시버 모드에서 트랜스듀서 구동모드로 스위칭되며, 이와 동시에 트랜스듀서/리시버(S₁)는 리시버 모드로 스위칭되도록 구성하고 있다.

상기한 스위칭 논리는 디지털 프로세서를 이용하여 수중/해저기지(300)의 위치를 추정하며 ±45°부근의 경계 영역에서 스위칭이 빈번히 일어나는 것을 방지하기 위하여 스위칭 불감영역(dead-zone)을 지정하고, 이 영역에서는 이전에 선택된 초음파 센서를 활성화된 트랜스듀서로 계속 사용한다.

도 5는 무인잠수정의 선수부에 USBL이 장착된 상태를 나타내고 있다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 USBL 센서 모듈(500)을 정육면체로 형성하여 6개의 초음파 센서(S₁~ S₆)가 상기 센서 모듈(500)의 모서리에 고정되게 배치하고, 별도의 지지판(700)에 상기 센서 모듈(500)을 고정되게 결합한 상태에서 무인잠수정(100)의 선수부에 고정시키도록 되어 있다.

상기 센서 모듈(500)은 우레탄(600)으로 그 외주면을 유선형으로 도포시켜 음향투과 특성을 갖도록 임피던스를 메칭시키며 보호 기능도 함께 갖도록 한다.

본 발명은 무인잠수정(100)의 선수부를 위치추적 이외의 기능 확장을 위하여 센서 모듈(500) 중앙에 실린더형 공간(510)을 확보할 수 있도록 일정한 크기로 되는 구멍을 뚫어 상기 공간(510)으로 수중카메라 또는 염도, 온도, 탁도센서 등의 해양과학 계측장치(800)가 수용되어질 수 있게하고, 초음파 센서의 배열 구조와 트랜스듀서 운용 특성에 근거하여 센서 배열의 중앙을 금속으로 차단시킬 수 있으므로, 이러한 형태의 모듈의 구현이 가능하다.

도 6은 본 발명의 USBL 신호처리를 위한 시스템의 구성도를 나타내고 있다.

트랜스듀서(S₁)는 한 개의 센서를 이용하여 초음파 신호 송신과 수신을 수행하며, 트랜스듀서는 펄스 생성기(Pulse Generator)를 통하여 만들어지는 신호를 통하여 초음파 신호로 송신후 수신 모드로 변환(T/R 스위치)하여 초음파 신호를 수신하고, 수신후에 초음파 전달 시간(Δ time)을 계산하여 해저기지까지의 거리 R 을 계산하며, 5개의 리시버(S₂ ~ S₆)는 초음파 신호를 수신하여 트랜스듀서/리시버 (S₁)에서 수신되는 신호와의 위상차를 계산한다.

그리고 6개의 수신 신호 중에서 수신감도가 높은 센서(S₁~ S₆)의 신호에 가중치를 부여하여 최적화 기법으로 수중/해저기지의 위치를 계산하며, 초음파 방향결정 로직(Signal Steering Logic)을 통하여 수중/해저기지의 방향 여현 sinθx, sinθy 및 sinθz 를 산출한다.

경계 영역에서 트랜스듀서의 과도한 스위칭 방지를 위하여 스위칭 불감 로직을 삽입하고, 거리정보 R 과 방향정보를 이용하여 (식 3)의 관계식으로 해저기지의 위치를 추적한다.

초음파 센서의 온도와 무인잠수정의 자세를 측정하여 외란에 의한 해저기지의 위치정보 오차를 보정하며, 압력신호와 센서의 옵셋 오차를 이용하여 신호를 보정한다.

이와 같은 방법을 통해 얻어진 수중/해저기지의 위치 정보는 무인잠수정 (100)에서 산출하게 되므로 이를 이용하여 무인잠수정(100)이 자율적으로 수중/해저기지(300)로 안전하게 귀환할 수 있도록 제어할 수 있게 된다.

한편, 수중/해저기지(300)에 설치되는 트랜스폰더(400)는 항상 수신모드에서 신호를 대기하고 있으며, 무인잠수정(100)의 트랜스듀서(200')에서 발생된 초음파 신호가 수신되면 곧바로 T/R 변환하여 응답신호를 반향시키고 다시 수신모드로 환원한다.

이와 같이 반구형 관측영역을 갖는 초협대역 초음파 위치추적장치(USBL)는 센서 모듈(500)의 전면(502)에 1개의 트랜스듀서(S₁)와 3개의 리시버(S₂,S₃, S₄)를 배열하며, 후면(504)은 USBL 트랜스듀서(S₁)(S₃)에 대응하는 모서리와 이의 대각위치에 2개의 리시버(S₅와 S₆)를 각각 설치함으로써, 관측각도에 제한이 없는 반구형의 관측영역을 가지게 되어 기존과 같은 보조 항법센서의 도움이 없이 USBL 단독으로 무인잠수정의 자율 항행과 귀환도 가능하게 된다.

그리고 센서 모듈에 배치되는 센서에 있어서, 전면 대각방향의 두 개의 초음파 센서를 스위칭하여 이중 하나를 USBL의 트랜스듀서(S₁또는 S₃)로 사용하여 전원의 효율적인 활용과 시스템의 통일성을 확보하며, 스위칭은 해저기지의 방향에 따라 이에 근접한 위치의 트랜스듀서를 선정하는 로직을 수행하게 한다.

또한, 본 발명은 무인잠수정의 선수부에 장착이 가능하며, 정육면체의 구조물에 초음파 센서를 설치하고 그 외주면은 우레탄으로 도포하여 보호기능과 함께 음향투과 특성을 유지하게 하고, 초음파 센서의 온도와 무인잠수정의 자세를 측정하여 외란에 의한 해저기지의 위치정보 오차를 보정하며, 센서의 옵셋 오차를 보정할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 초협대역 초음파 위치추적장치(USBL)의 모듈을 정육면체로 구성하여 그 전면의 모서리 부분에 4개의 초음파 센서(S₁~ S₄)를 배치하고, 그 후면에는 USBL 트랜스듀서(S₁)(S₃)에 대응하는 모서리와 이의 대각위치에 2개의 리시버(S₅와 S₆)를 배치함으로써, USBL에서 수중위치 추적이 각추형의 관측각 범위내에 국한되는 것을 반구형 영역으로 관측범위가 확대 되어짐에 따라 무인잠수정이 보조 항법센서의 도움이 없이 USBL 단독으로 무인잠수정의 자율 항행과 귀환도 가능하게 되는 이점이 있다.

또한, USBL 모듈의 전면에 배치되어 대각방향의 두 개의 초음파 센서를 선택적으로 스위칭하여 트랜스듀서(S₁) 또는 (S₃)로 사용하므로 전원의 효율적인 활용이 가능하며, 대각방향의 트랜스듀서를 스위칭함으로써 반구형 관측영역 전범위에 걸쳐서 유사한 정밀도를 갖는 감응도를 유지할 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명의 USBL은 관측영역을 확장시켰음에도 불구하고 크기가 소형이므로 무인잠수정의 선수부에 간편하게 장착이 가능한 것이다.

또한, 정육면체의 구조를 갖는 모듈에 USBL 센서를 고정되게 설치하여 우레탄으로 몰딩시킴으로써 음향투과 특성을 유지하게 하고. 센서 모듈의 내부에는 여분의 공간을 확보하고 있어 이들 공간에 해양과학 조사에 필요한 기타의 계측장비의 장착도 가능하게 되어 무인잠수정의 작업 효율을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 종래의 광대역 초음파항법 장치의 구성을 나타낸 예시도

도 2는 초협대역 초음파 위치추적장치를 이용한 무인잠수정의 수중 귀환 개념도,

도 3은 두 개의 수중음향 센서에 도달하는 수중 음향파의 위상차,

도 4는 본 발명이 적용된 반구형 관측영역을 갖는 USBL의 예시도로서,

도4a는 USBL의 센서 모듈의 구성을 나타낸 예시도,

도4b는 해저기지 관측각도 좌표계,

도 5는 무인잠수정의 수중 귀환을 위한 USBL의 설치도로서,

도5a는 USBL이 장착된 무인잠수정의 선수부의 측면도,

도5b는 USBL이 장착된 무인잠수정의 선수부의 정면도,

도 6은 본 발명이 적용된 반구형 관측영역을 갖는 초협대역 초음파 위치추적장치를 이용한 무인잠수정의 자율항행/귀환시스템 구성도,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 무인잠수정 200: 트랜드듀서

200': 리시버 300: 수중/해저기지

400: 트랜스폰더 500: 센서 모듈

502: 전면 504: 후면

510: 공간 600: 우레탄

700: 원형 지지대 800: 계측장비

S₁: 트랜스듀서/리시버 S₃: 리시버/트랜스듀서

S₂, S₄,S₅, S₆: 리시버

Claims

(삭제)
무인잠수정의 수중 귀환/자율항행을 위해 초협대역 초음파 위치추적장치 (USBL)가 구비되는 것에 있어서,

상기 USBL의 센서 모듈(500)은 정육면체로 되고, 상기 모듈(500)에는 다수의 초음파 센서(S₁~ S₆)를 2층구조로 배치하여 목표물 추적범위가 반구형의 관측영역을 이루도록 구성하되,

상기 센서 모듈(500)의 전면(502)에는 yz 평면상에 좌,우,상,하 대칭이고, 동일 간격(b )을 유지하는 트랜스듀서/리시버(S₁)와 리시버(S₂, S₃, S₄)가 배치되고, 그 후면(504)에는 전면(502)의 초음파 센서(S₁, S₃)에 상응하는 위치의 모서리에 리시버(S₅, S₆)가 배치되는 것을 특징으로 하는 반구형 관측영역을 갖는 무인잠수정의 초협대역 초음파 위치추적장치.
제2항에 있어서, 상기 모듈(500)의 전면(502) 배치되는 트랜스듀서/리시버 (S₁)와 그 대각선 방향에 있는 리시버/트랜스듀서(S₃)는 보통의 경우 리시버로 작동하고, 수중/해저기지의 위치가 xy- 평면 또는 xz- 평면 방향에서 계측될 경우에 리시버 모드에서 트랜스듀서 구동 모드로 스위칭됨과 동시에 트랜스듀서/리시버 (S₁)는 리시버 모드로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 반구형 관측영역을 갖는 무인잠수정의 초협대역 초음파 위치추적장치.
제3항에 있어서, 상기 스위칭 논리는 디지털 프로세서로 수중/해저기지 (300)의 위치 추정시 ±45°부근의 경계 영역에서 스위칭이 빈번히 일어나는 것을 방지하기 위하여 스위칭 불감영역(dead-zone)을 지정하여 이 영역에서는 이전에 선택된 초음파 센서를 활성화된 트랜스듀서로 계속 사용하는 것을 특징으로 하는 반구형 관측영역을 갖는 무인잠수정의 초협대역 초음파 위치추적장치.
제2항에 있어서, 센서 모듈(500)은 그 외주면이 우레탄(600)으로 도포되어 원형의 지지판(700)에 결합한 상태에서 무인잠수정(100)의 선수부에 부착되고, 상기 센서 모듈(500) 중앙에 실린더형 공간(510)을 설치하여 상기 공간(510)에 수중카메라와 같은 해양과학 계측장비(800)가 함께 장착되는 것을 특징으로 하는 반구형 관측영역을 갖는 무인잠수정의 초협대역 초음파 위치추적장치.