KR100518628B1 - Remotely operated vehicle capable of receiving and transmission using ultrasonic wave - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고화질 3CCD 캠코더, 초음파 송수신기, 전자나침판, 조명장치 및 수심센서를 구비하고 초음파로 영상신호를 실시간으로 주고받을 수 있는 심해 수중촬영 및 수중탐사를 수행하는 초음파로 모선과 통신할 수 있는 소형 무선무인잠수정에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 잠수정의 중앙과 기본프레임 4방향에 잠수정의 방향전환과 추진을 위한 5개의 유압모터와 연동하는 방향전환 및 추진장치를 구비하며, 상기 잠수정의 상하 이동을 위한 중앙추진장치를 제외한 4개의 추진장치는 서로 다른 각도로 설치되어 별도의 방향타 없이 추진장치로 방향을 조정하여 잠수정을 전후좌우로 이동하는 수단을 구비하고, 잠수정의 상부에는 필요시 잠수정이 부력에 의한 상승 혹은 하강을 위하여 2개의 배러스트 탱크를 구비하며, 전원 공급부는 고용량의 전원을 장시간 공급하고 전원장치의 부피와 무게를 줄이기 위하여 수소와 산소를 연료로 사용하는 연료전지를 구비하며, 수중의 영상을 신속하고 효율적으로 취득하기 위한 플럭스게이트 센서를 이용한 전자나침판, 고화질3CCD 캠코더, 장치제어부 및 조명장치를 구비하고, 상기 센서 및 영상취득부에서 수집된 데이터를 모선으로 송신하고 제어신호를 수신하는 초음파 송수신장치를 구비한 소형 무선무인잠수정을 구현함으로써 신속하고 정확하게 탐사 및 영상취득업무를 수행하는데 그 특징이 있다.The present invention has a high-definition 3CCD camcorder, an ultrasonic transceiver, an electronic compass, a lighting device and a depth sensor, and a small size that can communicate with the mothership by ultrasonic waves performing deep sea underwater imaging and underwater exploration that can transmit and receive image signals in real time with ultrasonic waves. It relates to a wireless unmanned submersible. More specifically, the present invention is provided with a direction change and propulsion device interlocking with the five hydraulic motors for the change and propulsion of the submersible in the center of the submersible and the main frame four directions, the central propulsion device for the vertical movement of the submersible The four propulsion units, except for, are installed at different angles and are provided with means for moving the submersible forward, backward, left, and right by adjusting the direction with the propulsion device without a separate rudder. It is equipped with two bath tanks for power supply, and the power supply unit is equipped with a fuel cell that uses hydrogen and oxygen as a fuel to supply high capacity power for a long time and reduce the volume and weight of the power supply device. Electronic compass, high-definition 3CCD camcorder, device control unit and adjustment using fluxgate sensor for efficient acquisition In order to perform exploration and image acquisition tasks quickly and accurately by implementing a small wireless unmanned submersible having a clear device, and an ultrasonic transceiver for transmitting data collected by the sensor and the image acquisition unit to a bus and receiving a control signal. It has its features.

Description

영상데이터를 초음파로 송수신하는 무선무인잠수정{Remotely Operated Vehicle Capable of Receiving and Transmission Using Ultrasonic Wave} Remotely Operated Vehicle Capable of Receiving and Transmission Using Ultrasonic Wave}

본 발명은 고화질 3CCD캠코더, 초음파송수신기, 전자나침판, 조명장치 및 수심센서를 구비하고 초음파송수신기를 사용하여 초음파로 영상신호를 실시간으로 주고받을 수 있는 심해 수중촬영 및 수중탐사에 사용되는 무선으로 모선과 통신할 수 있는 소형 무선무인잠수정에 관한 것이다.The present invention is equipped with a high-definition 3CCD camcorder, an ultrasonic transmitter, an electronic compass, an illumination device, and a depth sensor, and using a ultrasonic transmitter and receiver to wirelessly transmit and receive video signals in real time in the deep sea underwater shooting and underwater exploration wirelessly It relates to a small wireless unmanned submersible that can communicate.

종래의 무인 잠수정은 동력전달, 원격조정 및 수중영상취득을 위하여 무인잠수정과 수상 또는 해상에 위치하는 컨트롤 유니트를 유선케이블로 연결하여 조정을 하므로 케이블의 자체무게와 케이블이 받는 조류의 영향 등으로 잠수정 본체의 추진 및 방향조절이 쉽지 않은 문제점이 있다.Conventional unmanned submersibles are controlled by connecting unmanned submersibles and control units located on the water or the sea with wired cables for power transmission, remote control, and underwater image acquisition. There is a problem in that the propulsion and direction control of the body is not easy.

또한 모선과 잠수정사이에 설치되어 신호를 주고받을 수 있도록 체결된 신호선의 체결부분 및 신호선을 모두 방수 처리하여야 하는 번거로움과, 인건비 및 설치비가 증가함으로써 이에 따른 경제적 비용이 증가하고 케이블 또는 체결부분에 누수가 발생할 경우에 데이터 전송이 불가능하고 장비가 손상되는 등의 잠수정의 안전성과 신뢰성에 문제점이 있다. In addition, the economical cost increases due to the hassle of waterproofing both the fastening part of the signal line and the signal line, which is installed between the bus and submersible, so as to send and receive signals. There is a problem in the safety and reliability of the submersible such as data transmission is impossible and equipment is damaged in case of leakage.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 인식하고 안출된 것으로, 케이블 없이 초음파 송수신기에 의하여 원격으로 신호를 송수신하는 장치제어부와, 초음파송수신기에 의한 장해물 자동 회피 장치와, 수중 보정 GPS좌표에 의한 잠수정의 위치파악장치와, 수중의 영상을 촬영하기 위한 조명장치 및 고화질 3CCD캠코더와, 수중탐사영상을 초음파신호로 모선으로 전송할 수 있는 초음파 영상송수신기와, 부력을 조절하는 배러스트 탱크와, 방향을 정확하게 측정하기 위한 플럭스게이트 센서를 이용한 전자나침판 및 장치 제어부를 구비하고 초음파 송수신기를 사용하여 영상 및 기타 제어신호를 초음파로 주고받을 수 있는 무선 무인 잠수정을 구현하는데 그 목적이 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to recognize the problems of the prior art as described above, device control unit for transmitting and receiving signals remotely by the ultrasonic transceiver without a cable, automatic obstacle avoidance apparatus by the ultrasonic transmitter, and underwater correction Positioning device of submersible by GPS coordinates, lighting device for capturing underwater image, high quality 3CCD camcorder, ultrasonic image transmitter which can transmit underwater exploration image as ultrasonic signal to busbar, and thrust tank to adjust buoyancy And, the purpose of the wireless unmanned submersible equipped with an electronic compass and a device control unit using a fluxgate sensor for accurately measuring the direction and can transmit and receive images and other control signals by ultrasonic using an ultrasonic transceiver.

본 발명의 또 다른 목적은 유선케이블로 연결 시 케이블의 무게와 저항에 의하여 잠수정 본체의 추진 및 방향조절이 쉽지 않은 문제점과 모선과 잠수정사이에 설치되는 신호선 체결부분의 누수에 의하여 신호전송이 불가능하거나 시스템의 손상 등을 방지할 수 있는 무선 무인잠수정을 구현하여 신뢰성 및 편리성을 크게 향상시키는데 있다.Another object of the present invention is that it is not easy to propel and control the submersible body due to the weight and resistance of the cable when the cable is connected by wire and the signal transmission is impossible due to leakage of the signal line fastening portion installed between the bus and the submersible. Wireless unmanned submersible to prevent damage to the system is implemented to significantly improve the reliability and convenience.

본 발명의 또 다른 목적은 유압모터를 채용하여 프로펠러를 회전시켜 작동함으로 씰링이 용이하여 누수의 위험을 줄일 수 있으며, 모선으로부터 GPS좌표를 전송받고, 전송받은 GPS좌표데이터에 기초하여 잠수정에 위치한 초음파송수신기, 수심센서 및 전자나침판으로부터 입력된 모선의 위치를 역 추적하여 잠수정의 위치를 연산하며, 연산된 보정GPS좌표 데이터에 기초하여 영상신호를 저장 기록하므로 위치 불명확에 의한 중복 탐사를 예방하고 보다 정확하고 신속하게 신뢰성이 높은 수중탐사 및 영상데이터를 얻는데 있다. Another object of the present invention is to operate the propeller by rotating the hydraulic motor to reduce the risk of leakage due to easy sealing, receiving the GPS coordinates from the bus, ultrasonic waves located in the submersible based on the received GPS coordinates data It calculates the position of the submersible by tracking the position of the bus bar inputted from the transceiver, the depth sensor, and the electronic compass, and saves and records the video signal based on the calculated GPS coordinate data. And fast and reliable underwater exploration and image data.

본 발명은 고화질 3CCD캠코더, 초음파 송수신기, 전자나침판, 조명장치 및 수심센서를 구비하고 초음파송수신기로 영상신호를 실시간으로 초음파로 주고받을 수 있는 심해 수중영상취득 및 수중탐사에 사용되는 초음파로 모선과 통신할 수 있는 소형 무선무인잠수정(ROV, Remotely Operated Vehicle)에 관한 것이다.The present invention is equipped with a high-definition 3CCD camcorder, an ultrasonic transceiver, an electronic compass, an illumination device, and a depth sensor, and the ultrasonic wave communication system used for the underwater image acquisition and underwater exploration that can transmit and receive image signals in real time with an ultrasonic transmitter. A small remotely operated vehicle (ROV) capable of doing so.

종래의 무인 잠수정은 동력전달, 원격조정 및 수중영상취득을 위하여 무인잠수정과 수상 또는 해상에 위치하는 컨트롤 유니트를 유선케이블로 연결하여 조정을 하므로 케이블의 자체무게와 케이블이 받는 조류의 영향 등으로 잠수정 본체의 추진 및 방향조절이 쉽지 않은 문제점이 있다.Conventional unmanned submersibles are controlled by connecting unmanned submersibles and control units located on the water or the sea with wired cables for power transmission, remote control, and underwater image acquisition. There is a problem in that the propulsion and direction control of the body is not easy.

또한 모선과 잠수정사이에 설치되어 신호를 주고받을 수 있도록 체결된 신호선의 체결부분 및 신호선을 모두 방수 처리하여야 하는 번거로움과, 인건비 및 설치비가 증가함으로써 이에 따른 경제적 비용이 증가하고 케이블 또는 체결부분에 누수가 발생할 경우에 데이터 전송이 불가능하고 장비가 손상되는 등의 잠수정의 안전성과 신뢰성에 문제점이 있다.In addition, the economical cost increases due to the hassle of waterproofing both the fastening part of the signal line and the signal line, which is installed between the bus and submersible, so as to send and receive signals. There is a problem in the safety and reliability of the submersible such as data transmission is impossible and equipment is damaged in case of leakage.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 인식하고 이를 해결하기 위하여 안출된 것이다. 본 발명의 이해를 용이하게 하는 도면을 살펴본다. 도1은 본 발명에 따른 무선 무인 잠수정의 정면도, 측면도 및 평면도를 개략적으로 도시한 것이며, 도2는 본 발명에 따른 연료전지(Fuel Cell)의 개략적인 구성도를 도시한 것이다. 도3은 본 발명에 따른 수중 영상데이터를 초음파송수신기로 모선으로 전송하기 위한 절차를 나타낸 흐름도이고, 도4는 본 발명에 따른 전자나침판을 이용한 모선과 잠수정의 위치 및 각도 산출을 위한 개략도를 나타낸 것이다. 도5는 본 발명에 따른 수중 잠수정 보정 GPS좌표의 산출을 위한 데이터 취득 및 연산 절차를 나타낸 흐름도이고, 도6은 본 발명에 사용된 수중초음파 무선통신에 이용된 QPSK 변조방식을 나타낸 개략도이다. 본 발명에 따른 구체적인 구성수단들을 살펴본다. 본 발명에 따른 무선 무인 잠수정은 깊은 수심 또는 심해의 수압에 견딜 수 있고, 물속에서 유연하게 움직일 수 있도록 알루미늄 합금 재질로 타원형으로 다수의 독립구조체로 설계 제조되어 결합에 의하여 조립할 수 있도록 구성되어 있다. 각 타원형의 독립된 구조체는 외부프레임에 의하여 정해진 위치에 결합 고정되며 결합 시 방수되는 구조로 설계 제작되어 있다. 무선 무인 잠수정의 추진장치는 중앙과 4방향의 기본 프레임에 5개의 유압모터로 구성되며, 중앙에 위치한 추진장치는 잠수정의 상하 이동을 위하여 사용되며, 기본 프레임의 4 모서리부분에 위치하여 각각 서로 다른 방향으로 추진할 수 있도록 설치되어 있는 4개의 추진장치(120)는 별도의 방향타 없이 원하는 방향으로 추진할 수 있도록 필요한 추진장치 만을 구동시켜 잠수정을 전후좌우로 정확하게 이동할 수 있도록 설계 제작된다. 상기의 추진장치는 높은 수압에서 씰링이 보다 용이하고 비교적 추진력이 우수하면서 보다 안전하고 신뢰성이 높은 유압식 모터를 채용하고, 추진력을 공급하는 유압은 잠수정에 위치한 독립된 알루미늄 구조물로 설치된 유압발생장치로부터 공급을 받으며, 유압발생장치로부터 일정한 압력으로 공급되는 유압은 모선의 초음파송신기에 의하여 전송된 신호를 잠수정의 초음파수신부에서 수신하고, 수신된 신호에 기초하여 잠수정의 중앙처리장치를 내장한 장치제어부에서 제어신호를 전송하여 유압제어밸브를 열고 닫음에 의하여 각각의 추진장치(120)가 원하는 방향으로 작동하게 된다. 상기의 유압발생장치(100)는 직류모터와 유압발생 유니트로 구성이 되어 있으며, 직류모터는 잠수정내에 별도의 독립된 알루미늄 구조물로 설치된 연료전지(130)에 의하여 공급되는 주전원에 의하여 동작한다. 본 발명에 따른 잠수정의 주 전원장치는 모선으로부터 전원을 공급받지 않고 독립적으로 임무를 수행하여야 하기 때문에 큰 용량의 전원으로 장시간 공급할 수 있어야 하고, 전원장치의 부피와 무게를 줄이기 위하여 일반적인 충방전식 2차 전지를 사용하지 않고 수소와 산소를 연료로 사용하는 연료전지(Fuel Cell)를 사용하여 구성한다. 연료전지는 잠수정의 무게 및 부피를 줄이고, 수소와 산소의 연료 카트리지만 교체함으로써 큰 용량의 전원을 안정적으로 공급할 수 있으므로 재작업의 투여 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다. 수소와 산소를 이용한 연료전지는 도3에서 보는 바와 같이 별도의 카트리지에서 공급되는 순수산소와 수소를 연료로 사용하여 전기를 발생하여 전원공급제어부에서 필요한 전기에너지를 제어하여 잠수정의 주전원으로 공급한다. 무선 무인 잠수정은 수중에서 독립적으로 영상취득 및 탐사업무를 수행하기 위하여 잠수정내의 별도의 독립된 공간에 설치되어 수상 또는 해상에 위치한 모선과 초음파로 신호를 송수신하면서 잠수정을 제어하는 장치제어부(110)와 수중의 영상을 고화질로 취득하기 위한 영상취득부(140)를 구비한다. 상기 장치제어부에서는 모선의 초음파송수신기로부터 전송받은 GPS 좌표 또는 미리 입력된 GPS 좌표에 기초하여 잠수정 외부에 부착된 모선의 위치 및 장애물 감지용 초음파송수신기와, 해수면으로 깊이를 측정하기 위한 수심측정센서와, 해저면으로부터 높이를 측정 할 수 있는 고도측정초음파송수신기와, 잠수정 및 모선 항로의 위치를 유지하기 위하여 플럭스게이트 센서(Fluxgate Sensor)를 이용한 전자나침판 등의 각종 센서에서 입력된 정보를 분석하여 잠수정의 보정 GPS 값을 산출하여 조류에 의하여 원하지 않은 장소로 이동할 수 있는 잠수정의 위치를 정확하고 신속하게 감지하여 항로를 수정하면서 주어진 좌표에서 필요한 탐사업무 및 수중영상을 취득할 수 있다. 본 발명에 따른 수중의 영상을 고화질로 취득하기 위한 영상 취득부(140)는 고화질의 3CCD급 캠코더를 기본으로 구비하면서 차후의 자료 분석을 위하여 저조도 다채널 컴퓨터 화상기록장치(DVR)를 탑재하여 잠수정 전면의 수중 영상을 저조도 CCD 로 촬영된 영상을 DVR 로 동시에 기록 저장하는 수단을 구비한다. 깊은 수심 또는 심해에서의 영상취득은 조명장치가 없이는 불가능하므로 잠수정의 전면부와 필요한 위치에 조명장치(150)를 부착 설치한다. 상기 조명장치는 낮은 소비전력으로 높은 조도를 유지할 수 있는 고압방전램프(HID Lamp : High Intensity Discharge Lamp)를 채용 설치한다. 상기 고압방전램프는 태양광과 색온도가 비슷한 6000캘빈의 색온도를 가지고, 1개당 12V 35W의 전력으로 8000럭스(Lux)의 밝기로 발광하며, 이러한 조도는 할로겐램프 150W와 비슷한 밝기에 해당한다. 상기 영상취득부의 주 촬영장치인 고화질 3CCD 캠코더에서 촬영된 영상신호는 영상취득부(140)에 탑재된 별도의 초음파 영상전달회로에 의하여 디지털신호로 변조되어 잠수정 상부에 부착된 초음파송수신기(210)를 통하여 25㎑주파수의 초음파반송신호에 실어서 모선으로 송신된다. 모선으로 송신되는 영상데이터가 실린 초음파신호는 모선에서 실시간 관측을 위하여 320×240의 해상도를 가지는 그레이칼라(Gray Color)로 초당 15프레임단위로 송신되며, 잠수정에서 송신된 영상데이터는 모선에서 초음파송수신기를 이용하여 320×240의 해상도를 가지는 그레이칼라(Gray Color)로 초당 15프레임단위로 수신하여 모니터를 통해서 실시간으로 수중의 영상신호를 관찰할 수 있다. 상기 전송된 영상신호 중에서 중요한 영상신호는 모선의 초음파송수신기를 이용하여 모선에서 제어용 초음파신호를 잠수정으로 송신하여 실시간으로 녹화 명령을 주어 고화질 3CCD 캠코더에 기록 저장할 수 있으며, 초음파로 전송된 영상신호에 기초하여 필요시 무선 무인 잠수정의 행로, 방향전환 및 진행여부를 결정하는데 사용된다. 상기 잠수정의 초음파송수신기에 의하여 송신되어 모선의 초음파송수신기에 의하여 수신된 초음파 영상데이터에 기초하여 수중영상신호를 판독하여 모선에서 무인잠수정으로 초음파 제어신호를 송신함으로써 미리 입력된 항로로 항해하는 도중에 항로를 변경하거나 탑재된 다양한 측정 장비들 중에서 원하는 장비를 가동하여 필요한 데이터를 취득할 수 있다. 상기 잠수정에 위치한 전자나침판, 수심측정센서 및 모선과의 거리를 측정하는 초음파송수신기를 이용한 잠수정의 수중위치연산수단은 모선에서 측정한 GPS 좌표를 모선의 초음파송수신기를 통해서 잠수정으로 송신하면, 잠수정의 초음파송수신기에서 수신하여 모선의 GPS좌표 데이터에 기초하여 잠수정과 모선과의 거리를 잠수정 및 모선에 설치된 초음파송수신기로 측정하고, 잠수정에 위치한 수심측정센서에서 측정한 잠수정의 깊이데이터를 취득하며, 모선과 잠수정에 위치한 전자나침판을 이용하여 측정한 방향데이터 등을 종합하여 잠수정의 수중보정 GPS 좌표 값을 연산하며, 이를 항해, 탐사 및 필요한 수중영상취득 자료의 기초 자료로 사용한다. 상기 잠수정의 수중보정 GPS 좌표 값의 연산을 위한 절차는 도5에서 도시된 흐름도와 같다. The present invention has been made to recognize and solve the problems of the prior art as described above. Look at the drawings to facilitate understanding of the present invention. 1 schematically shows a front view, a side view and a plan view of a wireless unmanned submersible according to the present invention, and FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of a fuel cell according to the present invention. FIG. 3 is a flowchart illustrating a procedure for transmitting underwater image data to a bus by an ultrasonic transmitter according to the present invention, and FIG. 4 is a schematic view for calculating the position and angle of a bus and a submersible using an electronic compass according to the present invention. . FIG. 5 is a flowchart illustrating a data acquisition and calculation procedure for calculating a submersible-corrected GPS coordinate in underwater according to the present invention, and FIG. 6 is a schematic diagram showing a QPSK modulation method used in underwater ultrasonic wireless communication used in the present invention. It looks at the specific configuration means according to the invention. Wireless unmanned submersible in accordance with the present invention is capable of withstanding deep water pressure or deep water pressure, and is designed to be assembled by combining a number of independent structures of oval shape made of aluminum alloy so as to be able to move flexibly in the water. Each oval independent structure is designed and manufactured to be bonded and fixed at a fixed position by an outer frame and to be waterproof at the time of joining. The propulsion system of the wireless unmanned submersible consists of five hydraulic motors in the basic frame in the center and four directions, and the centrally located propulsion device is used for vertical movement of the submersible. Four propulsion devices 120 are installed to be propelled in the direction is designed and manufactured to move the submersible precisely back and forth and left and right by driving only the necessary propulsion device to be propelled in the desired direction without a separate rudder. The propulsion system is easy to seal at high water pressure, adopts a safe and reliable hydraulic motor with excellent propulsion power, and the hydraulic power supplying the propulsion power is supplied from the hydraulic generator installed in the independent aluminum structure located in the submersible. The hydraulic pressure supplied from the hydraulic generator at a constant pressure is received by the ultrasonic transmitter of the submarine at the ultrasonic receiver of the submersible, and based on the received signal, the control signal is installed at the device controller incorporating the central processing unit of the submersible. By transmitting and opening and closing the hydraulic control valve, each propulsion device 120 is operated in the desired direction. The hydraulic generator 100 is composed of a DC motor and a hydraulic generating unit, the DC motor is operated by the main power supplied by the fuel cell 130 installed as a separate aluminum structure in the submersible. The main power supply of the submersible according to the present invention should be able to supply for a long time with a large capacity power supply because it must perform the mission independently without receiving power from the bus, and in order to reduce the volume and weight of the power supply device 2 It uses a fuel cell which uses hydrogen and oxygen as fuels without using a secondary battery. The fuel cell has the advantage of reducing the weight and volume of the submersible, and stably supplying a large capacity of power by replacing only the fuel cartridges of hydrogen and oxygen, thereby reducing the administration time of rework. As shown in FIG. 3, a fuel cell using hydrogen and oxygen generates electricity by using pure oxygen and hydrogen supplied from a separate cartridge as fuel, and supplies electric power to the main power of the submersible by controlling electric energy required by a power supply control unit. The wireless unmanned submersible is installed in a separate independent space in the submersible to perform image acquisition and exploration work independently in the water, and the device control unit 110 and underwater control the submersible while transmitting and receiving signals with a mothership and an ultrasonic wave located on the water or sea. And an image acquisition unit 140 for acquiring the high quality image. The apparatus control unit includes an ultrasonic transmitter for detecting the position and obstacle of the mother bus attached to the outside of the submersible based on the GPS coordinates or the GPS coordinates received from the ultrasonic transmitter of the mother ship, and a depth measuring sensor for measuring the depth to the sea surface; Submersible correction by analyzing information input from various sensors such as altitude measurement ultrasonic transmitter that can measure height from the sea floor and electronic compass using the fluxgate sensor to maintain the position of submersible and bus route. GPS values can be calculated to accurately and quickly detect the location of submersibles that can be moved to undesired locations by birds, modifying the course and acquiring the required expedition and underwater images at the given coordinates. The image acquisition unit 140 for acquiring an underwater image in high quality according to the present invention is equipped with a high quality 3CCD camcorder as a base and is equipped with a low light multi-channel computer image recording device (DVR) for subsequent data analysis. And a means for simultaneously recording and storing the video taken by the low light CCD of the underwater image on the front surface of the DVR. Image acquisition in deep water or deep sea is impossible without the lighting device, so the lighting device 150 is attached to the front part of the submersible and the required position. The lighting device employs a high intensity discharge lamp (HID Lamp) that can maintain high illuminance with low power consumption. The high-pressure discharge lamp has a color temperature of 6000 Kelvin, which is similar in color to sunlight, and emits light at a brightness of 8000 lux with a power of 12V 35W per lamp, and the illuminance corresponds to a brightness similar to that of a halogen lamp 150W. The image signal photographed by the high-definition 3CCD camcorder, which is the main photographing device of the image acquisition unit, is modulated into a digital signal by a separate ultrasonic image transmission circuit mounted on the image acquisition unit 140, and thus the ultrasonic transmitter 210 attached to the submersible unit. It is loaded on the ultrasonic carrier signal of 25 kHz frequency and transmitted to the bus. Ultrasonic signals containing image data transmitted to the mother bus are transmitted in gray color with a resolution of 320 × 240 at 15 frames per second for real-time observation on the mother bus. By using the gray color (Gray Color) having a resolution of 320 × 240 can be received in units of 15 frames per second to observe the video signal of the underwater in real time through the monitor. Among the transmitted video signals, important video signals can be recorded and stored in a high quality 3CCD camcorder by giving a recording command in real time by transmitting a control ultrasonic signal from a bus to a submersible using an ultrasonic transmitter / receiver of the bus, and based on the video signal transmitted by ultrasound. If necessary, it is used to determine the route, turn and progress of a wireless unmanned submersible. The underwater route is read by the submarine's ultrasonic transmitter based on the ultrasonic image data received by the sonar's ultrasonic transmitter and transmits the ultrasonic control signal from the mothership to the unmanned submersible. You can get the data you need by running the equipment of your choice from a variety of measuring or mounted instruments. Submersible means for calculating the position of the submersible using the electronic compass, the water depth sensor and the ultrasonic transmitter to measure the distance to the mothership located in the submersible sends the GPS coordinates measured by the mothership to the submersible through the sonar transmitter of the mothership. The distance between the submersible and the mothership is measured by the transmitter and receiver based on the GPS coordinate data of the mothership and the ultrasonic transmitter and receiver installed in the submersible and the mothership.The depth data of the submersible measured by the depth measurement sensor located in the submersible is obtained. Calculate the submersible GPS coordinates of the submersible by integrating the direction data measured using the electronic compass located in the submersible, and use it as basic data for navigation, exploration and necessary underwater image acquisition data. The procedure for calculating the underwater correction GPS coordinate value of the submersible is as shown in FIG.

상기 무선 무인 잠수정의 상부에는 2개의 배러스트 탱크(300)가 설치되어 모선과의 초음파 통신 또는 미리 입력 저장된 정보에 의하여 잠수정이 부력에 의한 상승 혹은 하강이 필요한 경우에 수심측정센서의 데이터를 중앙처리장치에서 판독하여 배러스트 탱크의 공기량을 조절하여 잠수정이 중성부력을 유지할 수 있도록 구성된다. 잠수정 하부에는 부상용 배러스트(310)가 설치되어 심해의 탐사 또는 영상물취득 작업 중에 각 독립된 구조물에 별도로 설치된 누수감지센서에 의한 누수감지 또는 기계의 이상 유무를 감지하기 위하여 잠수정에 일측에 부착된 다양한 센서(예를 들면, 누수감지센서, 전원의 정상여부감지센서, 제어신호들의 정상적인 송수신 여부 등)들과 이와 연동하는 진단 프로그램을 사용하여 중앙처리장치에서 주기적으로 잠수정의 이상유무를 점검하며, 점검 시에 잠수정의 어느 한 부분에서 이상이 발생될 경우에 잠수정은 초음파송수신기를 통해서 모선으로 이상 발생정보를 송신하고 이를 전송받은 모선은 이상 정보의 내용을 파악하여 이상이 있다고 판단되면, 모선으로부터 초음파 원격조정에 의하여 부상용 배러스트가 떨어져 나가 잠수정을 회수할 수 있는 구성 수단을 구비한다. 상기 부상용 배러스트는 잠수정이 수중에서 모든 제어기능이 정지하였을 경우를 대비하여 부상용 배러스트 일측에 기계식타이머를 설치하여 모선에서 탐사업무 및 수중영상취득을 위한 작업 착수 시 기계식타이머의 시간을 미리 설정한 후 작업에 착수하면 수중의 탐사업무 및 영상데이터취득 작업 중에 무인 잠수정의 모든 전자적인 기능이 정지된 상태에서도 설정된 시간이 경과되면 기계식 타이머의 작동에 의하여 부상용 배러스트를 버리고 잠수정을 부상시키는 수단을 구비한다. 상기와 같이 이상이 발생하여 잠수정의 위치를 정확하게 알 수 없는 경우를 대비하여 잠수정이 수면에 상승하면, 상기와 같은 이상 발생시를 대비하여 잠수정 상부에 부착된 GPS 수신장치(220)와 위치송신용 안테나(230)가 작동하게 되며, 이를 통하여 잠수정이 위치한 GPS 좌표를 모선에 무선으로 송신하여 잠수정의 회수를 용이하게 구성을 구비한다. 상기 잠수정 상부에 부착 설치된 GPS 수신장치(220)와 위치송신용 안테나(230)는 잠수정의 주전원 공급장치로부터 전원을 공급받아서 사용하지 않고 별도의 전원으로 동작하도록 구성된다.Two barast tanks 300 are installed on the top of the wireless unmanned submersible to centrally process the data of the depth measurement sensor when the submersible needs to be raised or lowered by buoyancy based on ultrasonic communication with the bus or pre-stored information. It is configured to allow the submersible to maintain neutral buoyancy by adjusting the volume of air in the tanks, which are read by the device. In the lower part of the submersible, there is a floating thrust 310 installed in the submersible in order to detect the leak detection or abnormality of the machine by the leak detection sensor installed in each independent structure during deep sea exploration or image acquisition work. The central processing unit periodically checks for abnormalities of submersibles by using sensors (e.g., leak detection sensor, normal power detection sensor, normal transmission and reception of control signals, etc.) and a diagnostic program associated with it. When an abnormality occurs in any part of the submersible in the city, the submersible transmits the abnormality occurrence information to the mothership through the ultrasonic transmitter and the mothership receives the information of the abnormality information. The adjustment may cause the floating thrust to fall off and retrieve the submersible. It includes a configuration means. In case of the floating thrust, the mechanical timer is installed on one side of the floating thrust in case the submersible has stopped all control functions in the water. If you start work after setting, if the set time has elapsed even while all electronic functions of unmanned submersible are stopped during underwater exploration work and image data acquisition operation, a mechanical timer is operated to discard the floating thrust and injure the submersible. Means. When the submersible rises to the surface in case of an abnormality occurs and the position of the submersible is not known accurately, the GPS receiver 220 and the position transmitting antenna attached to the upper part of the submersible in preparation for the above abnormality occur. The 230 is operated, and through this, the GPS coordinates of the submersible are wirelessly transmitted to the mother ship, thereby facilitating the recovery of the submersible. The GPS receiver 220 and the position transmitting antenna 230 attached to the upper portion of the submersible are configured to operate with a separate power source without receiving power from the main power supply device of the submersible.

상기 잠수정의 GPS 위치 송수신용 회로의 동작을 위한 별도의 전원은 부피가 작고 단위 용량이 큰 리튬계열 전지가 적당하며, 잠수정의 상승시 초기 12시간은 송신회로에서 일정 주기로 잠수정이 위치한 수상 또는 해상 GPS 좌표위치를 모선에 송신을 하지만, 12시간이 경과한 후에는 배터리의 절약을 위하여 모선으로부터 특정 주파수 신호를 수신할 때만 자신의 위치를 송신할 수 있는 모드로 자동 전환되어 위치송신을 30일 이상 유지할 수 있도록 설계 제작하여 해상에 악천후가 지속되더라도 잠수정의 회수가 가능하도록 구성한다. The separate power source for the operation of the GPS position transmitting and receiving circuit of the submersible is suitable for a lithium-based battery having a small volume and a large unit capacity, and when the submersible rises, the initial 12 hours is a water or marine GPS in which the submersible is located at regular intervals in the transmitting circuit. Although the coordinate position is transmitted to the busbar, after 12 hours elapses, it automatically switches to the mode that can transmit its own location only when receiving a specific frequency signal from the busbar to save the battery. Designed and manufactured so that submersible can be recovered even if bad weather persists at sea.

상기의 무선 무인 잠수정은 수중에서 탐사 및 수중영상데이터를 취득하는 동안 그 위치를 계속 추적할 수 있도록 잠수정과 모선은 초음파송수신기를 통해서 초음파 통신으로 모선의 GPS 좌표를 잠수정으로 송신하고, 이에 기초하여 잠수정에 위치한 수심측정센서에서 제공되는 수심정보, 모선과 잠수정에 설치된 플럭스게이트센서(Fluxgate Sensor)를 이용한 전자나침판에서 제공하는 방향정보와, 잠수정 및 모선에 위치한 초음파송수신기에서 제공하는 모선과의 거리정보 등을 종합하여 잠수정의 중앙처리장치에 내장된 프로그램으로 잠수정의 수중보정 GPS 좌표를 연산하고, 연산한 잠수정의 수중보정 GPS 좌표를 모선으로 초음파로 송신하는 수단을 구비하며, 송신된 초음파를 수신한 모선의 초음파송수신기는 모선의 장치제어부를 통해서 모선에 위치한 모니터 상에 잠수정이 현재 위치하고 있는 GPS 좌표 및 수심을 계속 표시하는 수단을 구비한다. 무선 무인 잠수정이 수면으로 부상하면 송신되는 GPS 좌표의 위치를 추적 접근하여 모선에 설치된 크레인을 이용하여 회수를 하고 잠수정의 영상취득부(140)에 설치되어 있는 고화질 3CCD 캠코더를 회수하거나 캠코더가 비디오테이프를 내장한 경우 비디오테이프를 회수하여 실제 저장된 수중영상을 고화질로 관찰하거나 필요한 서버에 기록 저장할 수 있다. 본 발명에 채용된 산소와 수소를 이용한 연료전지는 압축된 저장용기에서 공급되는 산소와 수소를 전원제어부에서 제어하는 솔레노이드 밸브에 의하여 연료셀모듈(Fuel Cell Module)로 공급되며, 연료셀모듈은 백금을 주 원료로 하는 촉매 판을 통과하면서 산소와 수소가 반응을 하면서 전기에너지를 발생하고 부산물로 물이 생성이 된다. 연료전지의 반응식은 (1)과 같다.The submersible and the mothership transmit the GPS coordinates of the mothership to the submersible by ultrasonic communication through the ultrasonic transmitter and receiver so that the wireless unmanned submersible can keep track of the position while the exploration and underwater image data are acquired underwater. Depth information provided by the water depth measurement sensor located in the ship, direction information provided by the electronic compass using the fluxgate sensor installed on the bus and submersible, and distance information on the bus provided by the ultrasonic transmitter and receiver located on the submersible and bus And a means for calculating submersible GPS coordinates of the submersible by means of a program embedded in the central processing unit of the submersible, and transmitting the calculated submersible GPS coordinates of the submersible by ultrasonic waves to the mother bus. Ultrasonic Transceiver is located on the mother ship through the bus controller. Means for continuously displaying on the monitor the GPS coordinates and depth at which the submersible is currently located. When a wireless unmanned submersible floats to the surface, it tracks and approaches the position of the transmitted GPS coordinates and collects it using a crane installed on the mothership, and recovers a high-definition 3CCD camcorder installed in the submersible image acquisition unit 140 or the camcorder records a videotape. If you have built-in, you can retrieve the videotape to observe the actual stored underwater image in high-definition or record it on the required server. Fuel cell using oxygen and hydrogen employed in the present invention is supplied to the fuel cell module (Fuel Cell Module) by a solenoid valve to control the oxygen and hydrogen supplied from the compressed storage container in the power control unit, the fuel cell module is platinum Oxygen and hydrogen react as they pass through the catalyst plate, which is the main raw material, to generate electrical energy and produce water as a by-product. The reaction formula of the fuel cell is shown in (1).

2H2 + O2 --> 2H2O + e (1)2H 2 + O 2- > 2H 2 O + e (1)

부산물로 생성된 물 (H2O)은 물 저장탱크(Waste Water Tank)에 저장되며, 발생된 전기에너지는 전원제어부로 전송된다. 잠수정의 전원제어부에서는 상기 발생된 전기에너지를 잠수정에서 필요로 하는 전기에너지로 변환하여 잠수정에 설치되어 전원을 필요로 하는 모든 기기에 전원을 공급하게 된다. 전력의 발생량은 연료셀모듈의 전력발생용량의 범위 내에서 공급되는 산소와 수소의 량에 따라 결정이 되며, 이 연료의 공급제어부는 전력제어부에 탑재된 중앙처리장치(CPU)에서 사용되는 전력부하용량에 따라 자동제어 되도록 구성되어 있다. 상기 연료셀모듈을 이용한 전원공급 장치는 일반 배터리와 달리 전원을 충전을 하는 것이 아니라 산소와 수소의 카트리지만 교체함으로써 무선 잠수정의 다음 작업에 신속하게 투입할 수 있다. 또한 모선에서 제어하여 잠수정 주위를 저조도 다방향 영상취득수단을 사용하여 취득한 DVR 데이터용 하드디스크를 회수하여 탐사업무 및 영상취득결과를 분석할 수 있는 수단을 구비한다. 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 살펴본다.Water produced as a by-product (H 2 O) is stored in a water storage tank (Waste Water Tank), the generated electrical energy is transmitted to the power control unit. The submersible power control unit converts the generated electric energy into electrical energy required by the submersible and is installed in the submersible to supply power to all the devices requiring power. The amount of power generated is determined by the amount of oxygen and hydrogen supplied within the range of the power generation capacity of the fuel cell module, and the supply control part of this fuel is used by the central processing unit (CPU) mounted on the power control unit. It is configured to automatically control according to the capacity. Unlike a general battery, the power supply device using the fuel cell module can be quickly put into the next operation of the wireless submersible by replacing only a cartridge of oxygen and hydrogen, instead of charging power. In addition, it is provided with a means for recovering the hard disk for the DVR data obtained by using a low-light multi-directional image acquisition means controlled by the mother ship around the submersible, there is provided a means for analyzing the inspection work and the image acquisition results. It looks at a specific embodiment according to the present invention.

[실시 예] EXAMPLES

본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다. 본 발명에 따른 초음파 통신을 이용한 무인 잠수정은 수중에서 일반 전파가 전송되지 않기 때문에 수상 또는 해상에 위치한 모선과의 통신을 위하여 약25㎑의 주파수를 가진 초음파반송신호에 수중영상데이터와 제어신호를 실어서 초음파송수신기를 통해서 제어신호 및 수중영상데이터를 주고받아야 함으로 초음파의 전송속도가 전파의 전송속도보다 늦기 때문에 실시간으로 고화질의 영상신호(데이터)를 주고받는 한계가 있다. 본 발명에서는 잠수정에서 취득한 수중영상신호를 실시간으로 전송받아서 모선의 모니터 상에서 확인할 수 있도록 데이터의 전송량이 적은 흑백영상신호로 초당 15 프레임으로 전송을 할 수 있도록 구성한다. 육상에서의 음속은 상온에서 1초에 340m 이지만 수중은 통상 물의 밀도에 따라 달라지지만 해수인 경우에는 육상의 약30 배 정도의 속도로 전송되므로 1초에 10.2 ㎞ 정도의 전송속도를 가진다. 일반적으로 비디오영상신호인 경우에는 720×480 픽셀 또는 이보다 높은 픽셀을 사용하여 고화질의 영상을 볼 수 있지만 이와 같은 경우에 전송에 필요한 데이터 량이 많아지는 관계로 본 발명에서는 실시간 전송이 가능한 데이터 량을 고려하여 모선에 위치한 모니터 상에서 수중으로부터 전송되어온 영상신호를 확인할 수 있는 정도인 320×240 픽셀로 제어신호 및 수중영상신호를 송수신하여 잠수정에 위치한 모니터 상에 표시되도록 본 발명에 따른 제어 프로그램을 설계 제작한다. 상기와 같은 구성으로 수중 영상신호를 모선에 위치한 모니터로 전송하는 구성을 도3의 흐름도에서 대략적으로 나타내고 있으며, 이들 구성수단들을 보다 구체적으로 살펴보면, a) 카메라에서 취득한 영상신호를 변환하는 단계로, 아날로그 비디오영상신호는 기본적으로 고해상도 칼라의 720×480 픽셀을 가지며 초당 30 프레임 이상으로 전송이 이루어지게 되나, 이와 같은 영상신호는 초음파로 전송을 하기에 너무 용량이 크기 때문에 고화질의 3 CCD 캠코더에서 취득한 수중영상데이터를 영상신호변환회로에서 초음파 전송에 필요한 흑백레벨(Gray Level)의 320×240 픽셀을 가지면서 초당 15프레임의 속도로 전송할 수 있도록 변조하는 단계이다. b) CRC(Cyclic. Redundancy Check) 코딩 작업을 하는 단계에서는 초음파 전송에 필요한 320×240 그레이(Gray)레벨 영상신호를 디지털신호로 변환하여 신호발생시스템에 입력할 경우에 전송도중 발생할 수 있는 에러의 유무를 검사할 수 있도록 12비트의 CRC(Cyclic. Redundancy Check) 코드를 초당 15 프레임으로 나누고 한 장의 영상데이터를 마지막 프레임에 삽입하여 모선에서 자료를 수신 후 수신된 한 장의 영상데이터에 대한 에러유무를 검사하는 단계이다. c) 블록인터리빙(Block Interleaving)작업 단계에서는 수중 초음파통신 시에 발생하는 잡음을 방지하기 위하여 고주파신호를 사용하지만 외부로부터 유입되는 다양한 잡음의 영향으로 송신되는 제어신호 및 수중영상데이터에 많은 잡음이 유입될 우려가 있으므로 이러한 외부 잡음의 영향을 최소화하기 위하여 CRC 코딩된 영상데이터를 블록인터리빙 처리를 하여 잡음의 영향을 최소화하는 단계이다. 상기 블록인터리빙은 디지털신호의 열을 일정한 블록 단위로 배열한 후 열과 행을 바꾸어 전송하는 것을 말한다. 도6에서는 이러한 블록 인터리빙 과정을 상세히 나타내고 있다. 블록인터리빙을 통해 디지털신호는 단지 배열만 바뀐 암호처럼 전송이 되는데, 이렇게 펄스열을 분산 재배치함으로써 어느 한부분에 에러가 집중되는 것을 막을 수 있다. 모선의 수신단에서는 블록의 크기 정보만 있으면 블록단위만큼 데이터를 배열한 후 열과 행을 바꾸어 배열하면 원래 전송된 신호가 복구된다. 이러한 디인터리빙(Deinterleaving) 과정을 통해 집중되어 있던 비트에러가 분산 처리되게 된다. 분산된 비트에러는 블록단위로 반복되는 값의 특성에 따라 비트에러를 복구할 수 있게 된다. d) TDM(Time Division Multiplex) 형식으로 하나의 프레임을 구성하는 단계에서는 상기와 같이 가공된 영상데이터를 다중경로에 의한 영향을 최소화하고 수신신호의 위상을 추정하기 위하여 트래닝시퀀스(Training Sequence)를 시 분할 다중화( TDM )방식으로 하나의 프레임으로 구성하는 단계이다. 상기 시분할 다중화 방식(TDM)이란 데이터의 송수신 방식에서 하나의 초음파 신호를 이용하여 필요한 신호를 송신하기 위하여 다수의 신호들을 결합하는 방식으로서, 각 신호들은 매우 짧은 지속시간을 갖는 여러 개의 세그먼트들로 나누어진다. 즉 시분할 다중화란 하나의 초음파 대역을 고속으로 시분할하여 각각의 자료들을 전송하는데 하나의 초음파 대역을 이용하는 방법을 말한다. 이때 각각의 채널들의 총합계 속도는 공통채널의 시분할 속도를 넘지 못한다. 이 시분할 다중화 방식은 일반적으로 대부분의 고속데이터 다중화 장비 또는 집중화 장비들이 시분할 방식을 사용하나 본 발명에서는 수중통신에서 수중영상데이터를 단일 초음파 주파수를 이용하여 모선으로 전송하는데 사용된다. 시분할 다중화의 송신측(수중 잠수정)에는 상기 생성되는 영상데이터, CRC데이터, 블록 인터리빙 데이터 등 영상데이터를 결합하는 회로를 멀티플렉서로 구성하며, 모선의 수신측에서는 상기 송신측에서 보낸 결합된 영상데이터로부터 개별신호로 각각 분리하여 영상데이터를 수신할 수 있도록 하는 디멀티플렉서로 구성된다. e) 펄스세이핑 필터(Pulse Shaping Filter)작업과 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying : 디지털변조) 변조단계는 일반적으로 수중 무선 잠수정에서 생성되는 영상데이터와, 각 계측장비 및 센서로부터 송출되는 신호들은 2진 디지털신호로 형성되는데 이 신호는 1과 0 으로 구분되는 펄스열로 구성되어 있다. 이 상태에서의 펄스(1 과 0)는 하나의 네모난 구형파로 구성되어 있지만 이론적으로 네모난 펄스는 주파수 대역폭을 많이 소모하므로 이 구형파펄스를 변조하는 필터(Filter)를 거쳐 형상이 무딘 형태의 펄스로 만들어 일정 주파수 대역으로 송신을 할 수 있도록 변조한다. 상기 펄스세이핑 필터(Pulse Shaping Filter)에서 가공된 신호펄스는 초음파 전송을 위하여 QPSK 방식으로 변조된다. 도6에 나타난 바와 같이 QPSK 변조방식은 무선통신에서 많이 사용되는 방식으로 00, 01, 10, 11의 4가지 2비트(Bit) 디지털 신호를 전송할 수 있다. 이 QPSK는 반송파를 90°씩 위상을 변화시켜서 4개의 신호를 만들어 낸다. f) 초음파 센서를 통하여 모선으로 영상데이터를 전송하는 단계에서는 펄스세이핑 필터(Pulse Shaping Filter)와 상기 QPSK 변조방식으로 변조된 영상데이터를 D/A변환기로 아날로그 신호로 변환하여 5 ㎑의 대역폭을 갖는 신호로 주파수대역을 제한한 후 25 ㎑ 주파수를 가진 초음파반송신호에 실어서 초음파송신기를 통하여 모선으로 영상데이터를 전송한다.A specific embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the unmanned submersible using ultrasonic communication according to the present invention, since normal radio waves are not transmitted underwater, underwater image data and control signals are carried on an ultrasonic return signal having a frequency of about 25 kHz for communication with a mother ship located at sea or at sea. Since the control signal and the underwater image data must be exchanged through the ultrasonic transmitter and receiver, the transmission speed of the ultrasonic waves is lower than the transmission speed of the radio waves, so there is a limitation in transmitting and receiving high quality image signals (data) in real time. In the present invention, it is configured to transmit at 15 frames per second as a black and white video signal with a small amount of data transmission so that the submersible can receive the underwater video signal in real time and check it on the monitor of the bus. The speed of sound on land is 340m per second at room temperature, but underwater depends on the density of water, but in the case of seawater, it is transmitted at about 30 times the speed of land, so it has a transmission speed of 10.2 km per second. In general, in the case of a video image signal, a high-definition image can be viewed using 720 × 480 pixels or higher pixels. However, in this case, the amount of data required for transmission increases, so the present invention considers the amount of data that can be transmitted in real time. The control program according to the present invention is designed and manufactured to transmit and receive the control signal and the underwater video signal to 320 × 240 pixels, which is enough to confirm the video signal transmitted from underwater on the monitor located in the mother ship. . The configuration of transmitting the underwater video signal to the monitor located in the mother bus with the above configuration is shown in the flowchart of FIG. 3. Looking at these components in more detail, a) converting the video signal acquired from the camera. Analog video signal has 720 × 480 pixels of high resolution color and is transmitted more than 30 frames per second. However, such video signal is too large to be transmitted by ultrasonic, so it is acquired from high definition 3 CCD camcorder. The video signal conversion circuit modulates the underwater image data to be transmitted at a rate of 15 frames per second while having 320 × 240 pixels of gray level required for ultrasonic transmission. b) In the cyclic coding process, CRC (Cyclic. Redundancy Check) coding process converts 320 × 240 gray level image signals necessary for ultrasonic transmission into digital signals and inputs them into the signal generation system. To check the presence of a 12-bit Cyclic Redundancy Check (CRC) code divided into 15 frames per second and inserting one image data into the last frame to check whether there is an error on one image data received after receiving the data from the bus. It is a step of checking. c) In the block interleaving operation stage, high frequency signals are used to prevent noise generated during underwater ultrasonic communication, but a lot of noise is introduced into the control signal and underwater image data transmitted under the influence of various noises from outside. In order to minimize the influence of the external noise, CRC-coded image data is subjected to block interleaving to minimize the influence of the noise. The block interleaving refers to the transmission of data by arranging columns of digital signals in predetermined block units and then changing columns and rows. 6 illustrates such a block interleaving process in detail. With block interleaving, the digital signal is transmitted just like an altered cipher. By distributing the pulse sequence in a distributed manner, the error can be prevented from being concentrated in any one part. At the receiving end of the bus bar, if only the size information of the block is arranged, the data is arranged by block unit, and then the columns and rows are swapped to recover the original transmitted signal. Through this deinterleaving process, the concentrated bit errors are distributed. Distributed bit errors are able to recover bit errors according to the characteristics of the repeated value block. d) In the step of configuring one frame in a TDM (Time Division Multiplex) format, a training sequence is performed to minimize the effects of multipath on the processed image data and to estimate the phase of the received signal. In this step, a time division multiplexing (TDM) method consists of one frame. The time division multiplexing (TDM) is a method of combining a plurality of signals in order to transmit a necessary signal using a single ultrasonic signal in a data transmission / reception scheme, and each signal is divided into a plurality of segments having a very short duration. Lose. That is, time division multiplexing refers to a method of time-dividing one ultrasonic band at a high speed and using one ultrasonic band for transmitting data. At this time, the total speed of each channel does not exceed the time division speed of the common channel. This time-division multiplexing scheme is generally used by most high-speed data multiplexing equipment or centralization equipment in time-division scheme, but in the present invention, it is used to transmit underwater image data to a bus by using a single ultrasonic frequency in underwater communication. On the transmitting side (underwater submersible) of time division multiplexing, a circuit for combining the generated image data, CRC data, block interleaving data, etc., is composed of a multiplexer, and on the receiving side of the bus, the combined image data sent from the transmitting side is individually It is composed of a demultiplexer that separates each signal into a signal to receive image data. e) Pulse Shaping Filter and Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) modulation phases are generally binary data generated from underwater submersibles and signals transmitted from each instrument and sensor are binary. It is formed as a digital signal, which consists of a pulse train divided into ones and zeros. In this state, the pulses (1 and 0) are composed of one square square wave, but theoretically, square pulses consume a lot of frequency bandwidth, so they are blunt in shape through a filter that modulates the square wave pulses. It is modulated to transmit in a certain frequency band. The signal pulses processed by the pulse shaping filter are modulated in a QPSK scheme for ultrasonic transmission. As shown in FIG. 6, the QPSK modulation scheme is a method commonly used in wireless communication, and may transmit four two-bit digital signals of 00, 01, 10, and 11. This QPSK shifts the carrier in 90 ° phases to produce four signals. f) In the step of transmitting the image data to the bus line through the ultrasonic sensor, the pulse shaping filter and the image data modulated by the QPSK modulation method are converted into analog signals by the D / A converter to convert the bandwidth of 5 ㎑. After limiting the frequency band to the signal having the signal, it is loaded on the ultrasonic carrier signal with the frequency of 25 어서 and the image data is transmitted to the bus line through the ultrasonic transmitter.

다음은 본 발명에 따른 수중 잠수정 보정 GPS 좌표의 연산방법에 대하여 구체적으로 살펴본다. 수중 잠수정은 입력된 GPS 좌표에 의하여 자동항해 기능을 가지고, 수중에서 탐사 또는 수중영상들을 취득할 때 취득한 영상데이터의 정확한 수중 GPS좌표를 기록 저장하는 것은 매우 중요하다. 즉, 무인잠수정이 취득한 영상데이터들이 정확한 GPS 좌표를 가지고 있어야 고화질 3CCD캠코더에서 취득한 영상데이터에 기초하여 정확한 탐색이 이루어질 수 있고, 동일 좌표에서 이중탐사 또는 이중영상신호의 취득에 따른 시간 및 인건비를 크게 줄일 수 있다. 수중에서는 위성에서 송신되는 GPS 위치데이터를 직접 수신을 할 수 없는 관계로 모선에서 수신한 DGPS 좌표(GPS좌표보다 오차의 범위가 적은 정확한 좌표를 의미함)를 모선에 위치한 초음파송수신기로 초음파로 잠수정으로 송신하고, 모선에서 송신한 DGPS좌표 데이터를 잠수정에 설치된 초음파송수신기로 수신하고, 수신한 DGPS좌표 데이터에 기초하여 잠수정 탑재된 다양한 센서들로부터 받은 정보를 이용하여 모선과 통신을 하면서 상기 모선에서 수신된 DGPS 좌표에 기초하여 잠수정이 위치한 수중 보정GPS 좌표를 연산한다. 잠수정의 구체적인 보정GPS좌표의 연산방법을 도5의 흐름도에 기초하여 구체적으로 살펴본다.Next will be described in detail with respect to the calculation method of the underwater submersible correction GPS coordinates according to the present invention. Underwater submersibles have an automatic navigation function based on the input GPS coordinates, and it is very important to record and store the accurate underwater GPS coordinates of image data acquired when exploration or underwater images are acquired underwater. That is, the image data acquired by the unmanned submersible must have accurate GPS coordinates so that accurate search can be made based on the image data acquired from the high-definition 3CCD camcorder, and the time and labor cost of the double exploration or acquisition of the dual image signal at the same coordinate are greatly increased. Can be reduced. Underwater, GPS position data transmitted from satellite cannot be received directly, so DGPS coordinates (meaning accurate coordinates with less error range than GPS coordinates) received from the mothership are transferred to the submersible by ultrasonic wave with ultrasonic transmitter located on the mothership. Transmitting and receiving the DGPS coordinate data transmitted from the bus by an ultrasonic transmitter installed in the submersible, and communicating with the bus using information received from various sensors mounted on the submersible based on the received DGPS coordinate data. Based on the DGPS coordinates, the underwater corrected GPS coordinates where the submersible is located are calculated. A calculation method of the specific GPS coordinates of the submersible will be described in detail based on the flowchart of FIG. 5.

a) 잠수정에 위치한 수심측정 센서로 잠수정이 위치한 수심을 산출하는 단계는 수면에서부터 잠수정까지의 깊이를 잠수정에 탑재된 수심센서에 의하여 잠수정의 수면에서의 깊이를 산출한다. a) In the step of calculating the depth where the submersible is located by the depth sensor located in the submersible, the depth from the surface to the submersible is calculated by the depth sensor mounted on the submersible.

b) 모선과 잠수정과의 초음파통신에 의한 잠수정과의 직선거리를 산출하는 단계는 잠수정과 모선에 설치된 초음파송수신기를 이용하여 모선과 잠수정과의 직선거리를 산출한다. 즉, 거리산출은 초음파가 물에서 전달되는 속도로 계산하는 방법으로 모선에서 소정신호를 송신 후 잠수정에서 이 신호를 수신한후 모선으로 송신되는 소정신호를 수신하는데 걸리는 시간을 이용하여 계산한다.b) In the step of calculating the linear distance between the submarine and the submersible by ultrasonic communication between the mothership and the submersible, the linear distance between the mothership and the submersible is calculated using the ultrasonic transmitter and receiver installed in the submersible and the mothership. That is, distance calculation is a method of calculating the speed at which ultrasonic waves are delivered from water, and then calculates the distance using the time taken to receive a predetermined signal from the submarine after receiving the predetermined signal from the mothership.

c) 중앙처리장치에서 모선과 잠수정과의 수평직선거리를 산출하는 단계는 측정된 잠수정의 깊이와, 모선과 잠수정과의 대각선 직선거리를 근거로 중앙처리장치에서 모선과 잠수정과의 수평 직선거리를 산출한다.c) The calculating of the horizontal straight line distance between the bus and submersible in the central processing unit is based on the measured depth of the submersible and the diagonal straight line distance between the bus and the submersible. Calculate

d) 전자 나침판에 의한 모선 기준선과 잠수정과의 각도를 계산하는 단계는 수중의 잠수정에 탑재된 전자나침판과 모선에 탑재된 전자나침판의 방위각을 계산하여 수중에 위치한 잠수정이 모선을 기준으로 한 방위 각도를 산출한다.d) The step of calculating the angle between the baseline and the submersible by the electronic compass is to calculate the azimuth angle between the electronic compass and the electronic compass mounted on the submarine. Calculate

e) 모선에 수신된 DGPS 좌표에 의한 수중 잠수정의 보정 GPS좌표를 계산하는 단계는 잠수정에서 송신된 깊이자료와 중앙처리장치에서 계산된 잠수정과의 수평거리 및 잠수정과의 방위각 등에 기초하여 수중 잠수정의 보정 GPS좌표를 산출한다.e) Computation of the submersible submersible by the DGPS coordinates received by the mothership is based on the depth data transmitted from the submersible, the horizontal distance between the submersible calculated by the central processing unit, and the azimuth angle of the submersible. Calculate the corrected GPS coordinates.

f) 잠수정에서 계산된 보정 GPS 좌표를 송신하는 단계는 초음파송수신기를 이용하여 모선에서 잠수정으로 실시간으로 계산되는 잠수정의 보정 GPS 좌표 값을 송신하며 잠수정에서는 이 보정 GPS좌표를 모선으로부터 수신 받아서 프로그램화되어 입력된 좌표에 의하여 명령을 수행한다.f) The step of transmitting the corrected GPS coordinates calculated by the submersible transmits the corrected GPS coordinates of the submersible which is calculated in real time from the mothership to the submersible by using an ultrasonic transmitter. The command is executed by the input coordinates.

모든 탐사 및 영상취득업무를 종료하고 무인 잠수정이 수면으로 부상하면 잠수정에서 송신하는 GPS 좌표의 위치를 추적 접근하여 모선에 설치된 크레인을 이용하여 잠수정을 회수하고 잠수정의 영상취득부(140)에 설치되어 있는 캠코더 또는 캠코더에 내장된 비디오테이프와 저도도 다방향 영상취득 장치인 DVR의 영상데이터가 기록된 하드디스크 등을 회수하여 탐사 및 취득한 영상을 분석함으로써 무인 잠수정의 탐사 및 영상취득임무를 완료하게 된다. 무인 잠수정은 재작업을 위하여 부상 후 위치송신용 GPS좌표 송신용 리튬계열 전지를 교체하고 주 전원장치의 연료인 수소와 산소의 카트리지를 교환하며, 수중영상취득을 위한 영상데이터 기록용 테이프를 교체하거나 DVR 녹화용 하드디스크를 교체하면 잠수정의 재 투입준비가 완료되며, 모선에서의 교체작업은 약 1내지 2 시간 정도의 시간이 소요된다.When all exploration and image acquisition tasks are terminated and the unmanned submersible floats to the surface, the GPS coordinates transmitted from the submersible are tracked and approached to recover the submersible using a crane installed on the mother ship, and the submersible image acquisition unit 140 is installed. Complete the exploration and image acquisition mission of unmanned submersible by collecting the video tape embedded in the camcorder or the camcorder and the hard disk on which the video data of the low-level multi-directional image acquisition device DVR is recorded. . The unmanned submersible replaces the lithium-based battery for transmitting position coordinates to the GPS system after injuries for rework, replaces cartridges of hydrogen and oxygen, which are fuels of the main power supply, and replaces the image data recording tape to acquire underwater images. When the HDD recording disk is replaced, the submersible is ready for reloading, and the replacement work on the bus takes about 1 to 2 hours.

본 발명은 잠수정 자체에 독립된 동력원과, 탐사 및 수중영상취득장치를 구비하며, 취득한 영상신호를 모선으로 초음파신호로 송수신할 수 있는 수단과 모선의 GPS좌표에 기초하여 잠수정의 수중보정 GPS좌표를 연산하는 수단을 구비하고 원하는 수중 위치에서 탐사 및 영상신호를 신속하고 효율적으로 취득할 수 있는 작용효과가 있다.The present invention is provided with an independent power source, an exploration and underwater image acquisition device in the submersible itself, and calculates the underwater correction GPS coordinates of the submersible based on the GPS coordinates of the mother ship and the means for transmitting and receiving the acquired image signal as an ultrasonic signal by the mother bus. There is an effect of providing a means for quickly and efficiently obtaining the exploration and video signal at the desired underwater position.

본 발명의 또 다른 효과는 유선케이블로 연결 시 케이블의 무게와 저항에 의하여 잠수정 본체의 추진 및 방향조절이 쉽지 않은 문제점과 모선과 잠수정사이에 설치되는 신호선의 체결부분의 누수에 의한 신호전송이 불가능하거나 시스템의 손상을 방지할 수 있는 무선 무인잠수정을 구현하여 신뢰성 및 안정성을 크게 향상시키는데 있다.Another effect of the present invention is a problem that the propulsion and direction control of the submersible body is not easy due to the weight and resistance of the cable when connected to the wired cable and the signal transmission is not possible due to the leakage of the fastening portion of the signal line installed between the bus and submersible In addition, by implementing a wireless unmanned submersible that can prevent damage to the system to significantly improve the reliability and stability.

본 발명의 또 다른 효과는 유압모터를 채용하여 프로펠러를 회전시키므로 씰링이 용이하여 누수의 위험을 줄일 수 있으며, 모선으로부터 GPS좌표를 전송받고, 전송받은 GPS좌표데이터에 기초하여 잠수정에 위치한 초음파송수신기, 수심센서 및 전자나침판으로부터 입력된 데이터를 이용하여 잠수정의 수중보정GPS좌표를 연산하며, 연산된 수중보정GPS좌표 데이터에 기초하여 영상신호를 저장 기록하므로 위치 불명확에 의한 중복 탐사를 예방하고 보다 정확하고 신뢰성이 높은 탐사 및 영상데이터를 얻는데 있다.Another effect of the present invention is to rotate the propeller by employing a hydraulic motor to reduce the risk of leakage due to easy sealing, receiving the GPS coordinates from the bus, ultrasonic transmitter and receiver located in the submersible based on the received GPS coordinate data, Using the data input from the depth sensor and the electronic compass, the submersible GPS coordinates of the submersible are calculated and the video signal is stored and recorded based on the calculated underwater correction GPS coordinate data. It is to obtain highly reliable exploration and image data.

도1은 본 발명에 따른 무선 무인 잠수정의 정면도, 측면도 및 평면도1 is a front view, side view and plan view of a wireless unmanned submersible in accordance with the present invention.

도2는 본 발명에 따른 연료전지의(Fuel Cell) 개략도2 is a schematic view of a fuel cell according to the present invention;

도3은 본 발명에 따른 수중 영상데이터의 초음파송신의 흐름도3 is a flowchart of ultrasonic transmission of underwater image data according to the present invention.

도4는 본 발명에 따른 전자나침판을 이용한 모선과 잠수정의 위치 및 각도 산출의 개략도Figure 4 is a schematic diagram of calculating the position and angle of the mother ship and submersible using the electronic compass according to the present invention

도5는 본 발명에 따른 수중 잠수정 보정 GPS좌표 산출을 위한 흐름도5 is a flowchart for calculating the submersible correction GPS coordinates in accordance with the present invention.

도6은 본 발명에 사용된 수중초음파 무선통신에 이용된 QPSK 변조방식의 개략도6 is a schematic diagram of a QPSK modulation scheme used for underwater ultrasonic wireless communication used in the present invention;

<도면부호의 간단한 설명><Brief Description of Drawings>

100 ; 유압발생장치 110 ; 장치제어부100; Hydraulic generator 110; Device control unit

120 ; 추진장치 130 ; 연료전지 120; Propulsion unit 130; Fuel cell

140 ; 영상취득부 150 ; 조명장치140; Image acquisition unit 150; Lighting equipment

210 ; 초음파송수신기 220 ; 수신장치 210; Ultrasonic transmitter 220; Receiver

230 ; 위치송신용 안테나230; Transmission antenna

300 ; 배러스트 탱크 310 ; 부상용 배러스트300; Bath tank 310; Floating thrust

Claims (7)

모선과 통신할 수 있는 초음파송수신기를 구비하고 수중탐사 및 수중영상취득을 하는 소형 무선 무인잠수정에 있어서, In the small wireless unmanned submersible equipped with an ultrasonic transmitter and receiver to communicate with the mother bus and acquires underwater exploration and underwater image, 상기 모선으로부터 제어신호를 수신하고 수중에서 취득한 영상신호를 모선으로 송신하는 초음파송수신기와,An ultrasonic transmitter and receiver for receiving a control signal from the bus and transmitting a video signal acquired in the water to the bus; 수중에서 필요한 영상신호를 취득하거나 탐사를 위한 영상취득부와,An image acquisition unit for acquiring or exploring necessary video signals underwater; 상기 영상취득부에서 취득한 영상신호를 실시간으로 모선으로 초음파로 송신할 수 있는 신호로 변조하고 제어하는 장치제어부와,An apparatus control unit for modulating and controlling the image signal acquired by the image acquisition unit into a signal which can be transmitted by ultrasound in a bus in real time; 깊은 수중 또는 심해에서 선명한 영상신호를 얻기 위하여 영상신호취득 대상물을 조명하는 조명장치와,An illumination device that illuminates a video signal acquisition object to obtain a clear video signal in deep water or in the deep sea; 수중영상신호를 취득하기 위하여 필요한 장소로 접근할 수 있도록 추진력을 공급하는 추진장치와,A propulsion device for supplying a driving force to access a place necessary for acquiring an underwater video signal; 하강 및 상승을 제어하기 위한 베러스트와,A bore for controlling descent and rise, 상기 추진장치, 장치제어부, 영상취득부 및 조명장치에 필요한 전기에너지를 공급하는 독립된 전원공급부를 구비한 소형 무선 무인잠수정.Small wireless unmanned submersible having an independent power supply for supplying the electrical energy required for the propulsion device, the device control unit, the image acquisition unit and the lighting device. 청구항1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 장치제어부는 잠수정에 설치된 수심측정센서와, 잠수정의 방향을 나타내는 전자나침판과, 모선과 초음파신호를 송수신하여 모선과 잠수정의 직선거리를 측정하는 초음파송수신기와, 모선 및 잠수정에 위치한 전자나침판으로부터 수신된 방향정보와, 모선에서 송신된 모선의 GPS좌표에 기초하여 잠수정의 수중 보정GPS 좌표를 연산하는 수단을 구비한 소형 무선 무인잠수정. The device control unit receives a depth sensor installed in the submersible, an electronic compass indicating the direction of the submersible, an ultrasonic transmitter for transmitting and receiving the bus and ultrasonic signals to measure the linear distance between the bus and the submersible, and received from the electronic compass located in the bus and submersible And a means for calculating a submersible's underwater correction GPS coordinates based on the direction information obtained and the GPS coordinates of the mother ship transmitted from the mother ship. 청구항1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 추진장치는 잠수정 본체의 4 모서리부분에 위치하여 원하는 방향으로 진행할 수 있도록 구성된 소형 무선 무인잠수정.The propulsion device is located in the four corners of the submersible body small wireless unmanned submersible configured to proceed in the desired direction. 청구항1내지 청구항3중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 전원공급부는 조명장치, 영상취득부 및 추진장치에 소요되는 많은 양의 전기에너지를 적은 부피로 효율적으로 공급할 수 있도록 수소와 산소의 연료셀모듈에 의하여 전기에너지를 얻는 연료전지로 구성된 소형 무선 무인잠수정.The power supply unit is a small wireless unmanned system consisting of a fuel cell that obtains electrical energy by means of a fuel cell module of hydrogen and oxygen to efficiently supply a large amount of electrical energy required for a lighting device, an image acquisition unit, and a propulsion device in a small volume. Submersible. 청구항1 또는 청구항3에 있어서, The method according to claim 1 or 3, 상기 추진장치는 씰링이 용이하여 누수의 위험을 줄일 수 있으면서 추진력이 강한 유압모터로 구성된 소형 무선 무인잠수정.The propulsion device is a small wireless unmanned submersible consisting of a hydraulic motor with a high propulsion force can be easily sealed to reduce the risk of leakage. 청구항1내지 청구항3중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 장치제어부는 잡음을 배제하면서 전송속도를 고려하여 효율적으로 모선과 잠수정이 실시간으로 제어신호 및 영상신호를 주고받을 수 있도록 25㎑ 주파수를 가진 초음파반송신호에 제어신호 및 영상신호를 실어서 전송하고, 수중영상신호는 흑백레벨의 320×240 픽셀을 가지면서 초당15프레임의 전송속도로 변조하여 송수신하는 수단을 구비한 소형 무선 무인잠수정. The device control unit removes noise and transmits the control signal and the video signal to the ultrasonic transport signal having a frequency of 25 kHz so that the bus and submersible can send and receive the control signal and the video signal in real time in consideration of the transmission speed. Small underwater unmanned submersible having means for transmitting and receiving an image signal at a transmission rate of 15 frames per second while having 320 × 240 pixels of a monochrome level. 청구항1내지 청구항3중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 영상취득수단은 고화질 3CCD캠코더로 구성된 소형 무선 무인잠수정. The image acquisition means is a small wireless unmanned submersible consisting of a high-definition 3CCD camcorder.
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