KR100831646B1 - Underwater guidance and docking device for underwater vehicles using an annular disk shaped with four quadrant acoustic transducers and a camera - Google Patents

Underwater guidance and docking device for underwater vehicles using an annular disk shaped with four quadrant acoustic transducers and a camera Download PDF

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KR100831646B1
KR100831646B1 KR1020070015717A KR20070015717A KR100831646B1 KR 100831646 B1 KR100831646 B1 KR 100831646B1 KR 1020070015717 A KR1020070015717 A KR 1020070015717A KR 20070015717 A KR20070015717 A KR 20070015717A KR 100831646 B1 KR100831646 B1 KR 100831646B1
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piezo ceramic
disk
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이판묵
전봉환
임용곤
김기훈
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한국해양연구원
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Abstract

An underwater guidance and docking device for an underwater vehicle using an annular disk shaped with four quadrant acoustic transducers and a camera is provided to safely and accurately perform underwater docking work by directly checking a visual field of the underwater vehicle. An underwater guidance and docking device for an underwater vehicle includes a piezo ceramic transducer disk, a ring-shaped base mass(200), a ring-shaped ground plate(300), a waterproof urethane covering(400), a fixing adapter(500), and an underwater camera(600). Four quadrant acoustic transducers(110,120,130,140) are arranged on the piezo ceramic transducer disk at an angle of 90° respectively. The ring-shaped base mass is adhered on a lower surface of the piezo ceramic transducer disk and has the same section with that of the piezo ceramic transducer disk. The ring-shaped ground plate is adhered between the piezo ceramic transducer disk and the ring-shaped base mass. The waterproof urethane covering is applied on surfaces of the piezo ceramic transducer disk, the ring-shaped base mass, and the ring-shaped ground plate. The fixing adapter is adhered on a lower surface of the ring-shaped base mass and fixes the ring-shaped ground plate not to move. The underwater camera is adhered to a loading space of the fixing adapter.

Description

4개의 1/4 환형원판 배열 음향 트랜스듀서와 수중 카메라를 이용한 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치{Underwater guidance and docking device for underwater vehicles using an annular disk shaped with four quadrant acoustic transducers and a camera}Underwater guidance and docking device for underwater vehicles using an annular disk shaped with four quadrant acoustic transducers and a camera}

도 1은 본 발명에 따른 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치의 정면도 및 측면도이다.1 is a front view and a side view of the underwater docking guidance device of the unmanned submersible in accordance with the present invention.

도 2는 초단기선 초음파 위치 추적 장치를 이용한 무인잠수정의 수중 유도 및 도킹 개념도이다.2 is a conceptual diagram of underwater guidance and docking of an unmanned submersible using an ultrashort baseline ultrasonic position tracking device.

도 3은 무인잠수정과 수중 도킹 스테이션에 각각 설치된 2개의 수중 도킹 유도 장치의 음향 신호 송수신 과정을 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view illustrating a process of transmitting and receiving an acoustic signal of two underwater docking guidance apparatuses respectively installed in an unmanned submersible and an underwater docking station.

도 4는 특허등록 제484533호에 제시된 무인잠수정의 수중 초음파 센서 설치도이다.4 is a diagram illustrating the installation of an underwater ultrasonic sensor of an unmanned submersible disclosed in Patent Registration No. 484533.

<도면의 주요부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>

100: 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크100: piezo ceramic transducer disk

110: 제1 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서110: first 1/4 piezo ceramic transducer

120: 제2 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서120: second 1/4 piezo ceramic transducer

130: 제3 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서130: third quarter piezo ceramic transducer

140: 제4 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서140: fourth quarter piezo ceramic transducer

200: 환형 기저질량200: annular base mass

300: 환형 접지판300: annular ground plate

400: 방수 우레탄 피복400: waterproof urethane cloth

500: 고정용 어댑터500: fixing adapter

600: 단안 수중카메라600: monocular underwater camera

a: 무인잠수정a: unmanned submersible

b: 무인잠수정에 장착된 트랜스듀서b: transducer mounted in unmanned submersible

c: 수중/해저기지c: underwater / sea basin

d: 수중 도킹 스테이션d: underwater docking station

e: 수중 도킹 스테이션에 장착된 트랜스폰더e: transponder mounted on an underwater docking station

본 발명은 광학센서와 초음파 음향센서를 융합한 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 4개의 1/4 환형평판 배열 피에조 세라믹 음향 트랜스듀서와 단안 카메라를 이용한 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an underwater docking guidance device of an unmanned submersible fused optical sensor and ultrasonic acoustic sensor. More specifically, the present invention relates to an underwater docking guidance device for an unmanned submersible using four quarter annular flat array piezo ceramic acoustic transducers and a monocular camera.

수중에서 작업을 수행하는 원격제어 무인잠수정 (ROV, Remotely Operated Vehicle)과 자율 무인잠수정 (AUV, Autonomous Underwater Vehicle) 등의 무인잠수 정과 유인잠수정의 위치추적을 위한 방법으로써, 수중 초음파를 이용한 위치추적 장치를 사용하는 것이 일반적이다. 이중에서 초단기선 초음파 위치추적 장치(USBL; Ultra-Short Baseline, 또는 SSBL; Super-Short Baseline이라고도 칭함)는 센서배열을 수 cm 범위 내에 설치하여 수신되는 초음파 신호의 위상차를 계산하여 수중 물체의 위치를 인식하는 방법을 이용함으로써 소형의 단일 센서 시스템으로 구현이 가능한 장점이 있다. USBL은 원거리 물체에 대하여 위치를 추적할 경우에는 광대역 초음파 위치추적장치 (LBL; Long Baseline) 또는 협대역 초음파 위치추적장치(SBL; Short Baseline) 등의 다른 초음파 위치추적장치에 비하여 위치측정 오차가 커지게 되는 특성을 가지므로, 비교적 근거리에 있는 물체 추적에 사용된다. 일반적으로, USBL의 트랜스듀서/리시버 부분을 선박에 장착하고 USBL의 트랜스폰더 부분을 무인잠수정에 탑재하여 무인잠수정의 위치추적 등에 활용된다. 최근, 미국 등에서는 소형의 트랜스듀서와 리시버를 무인잠수정에 탑재하고, 수중 기지에 트랜스폰더를 장착하여 무인잠수정의 수중 자율 귀환에 활용하는 목적으로 USBL을 이용하고 있다.Position tracking device using underwater ultrasonic method for location tracking of unmanned submersibles and manned submersibles such as remotely operated vehicles (ROVs) and autonomous underwater vehicles (AUVs) that perform work underwater. It is common to use. Among them, the ultra short-line ultrasonic positioning device (also referred to as USBL; Ultra-Short Baseline, or SSBL; Super-Short Baseline) installs a sensor array within a few cm range and calculates the phase difference of the received ultrasonic signal to determine the position of the underwater object. By using the recognition method, it can be realized as a single small sensor system. When tracking the position of a distant object, USBL has a large positioning error compared to other ultrasonic positioning devices such as a long baseline (LBL) or a short baseline (SBL). It is used to track objects in relatively short distances because it has the characteristics to lose. Generally, the transducer / receiver portion of the USBL is mounted on a ship and the transponder portion of the USBL is mounted on an unmanned submersible to be used for tracking the position of the unmanned submersible. Recently, in the United States and the like, a small transducer and a receiver are mounted on an unmanned submersible, and a transponder is mounted on an underwater base to use the USBL for the purpose of utilizing the unmanned submersible of the unmanned submersible.

USBL은 수중의 목표물에 대하여 수직인 평면 내에 서로 직교하는 선상에 동일 간격으로 초음파 수신 센서를 각각 2개씩 배열하여 전체적으로 4개의 수신 센서를 장착한다. 또한 목표물에는 USBL의 트랜스듀서에서 발생한 신호를 수신하고 이에 상응하는 응답신호를 발생시켜 USBL의 리시버에서 목표물의 거리와 경사각도를 계측할 수 있도록 목표물에 트랜스폰더가 장착되어 하나의 USBL 시스템을 구성한다.The USBL is equipped with four receiving sensors as a whole by arranging two ultrasonic receiving sensors at equal intervals on a line perpendicular to each other in a plane perpendicular to the underwater target. In addition, the target receives a signal generated by the transducer of the USBL and generates a corresponding response signal so that the transponder is mounted on the target so that the receiver can measure the distance and inclination angle of the target in the receiver of the USBL to form a single USBL system. .

본 출원인은, USBL 시스템상의 종래의 기술이 갖는 한계를 극복하기 위하여, 무인잠수정의 수중 귀환을 위한 반구형 관측영역을 갖는 초단기선 초음파 위치추적장치(USBL)에 있어서, 정육면체의 2층 구조 초음파 센서 배열 형태를 취하고, 전면층에는 정사각형의 모서리 부분에 1개의 트랜스듀서와 3개의 리시버를 배열하고 후면층은 전면층의 트랜스듀서에 대응하는 모서리와 이의 대각위치에 2개의 리시버를 설치함으로써, 기존의 USBL에서 관측각도가 각추형으로 제한되는 것을 반구형으로 관측영역을 확대하며, 초단기선 초음파 위치 추적 장치의 전면층에 있는 대각방향의 두 개의 초음파 센서를 선택적으로 스위칭하여 USBL의 트랜스듀서로 사용함으로써 전원을 효율적으로 활용하며, 반구형 관측영역 전범위에 걸쳐서 동일한 정도의 감응도를 유지하여 시스템의 통일성을 확보하며, 소형으로써 초음파 센서를 무인잠수정의 선수부에 설치가 가능하고, 초음파 센서의 온도와 무인잠수정의 자세 및 수심을 측정하여 외란에 의한 해저기지의 위치정보 오차를 보정하며, 센서의 옵셋 오차를 보정하고, USBL이 장착된 무인잠수정의 선수부에 해양과학조사 장비를 동시에 탑재할 수 있는 것을 특징으로 하는 초단기선 초음파 위치 추적 장치에 관한 특허발명(특허등록 제484533호)을 제안한 바 있다.In order to overcome the limitations of the prior art on the USBL system, the present inventors have directed a two-layered ultrasonic sensor array of a cube in an ultrashort-line ultrasonic positioning device (USBL) having a hemispherical observation area for underwater return of an unmanned submersible. In the form of a front panel, one transducer and three receivers are arranged at the corners of the square on the front layer, and the rear layer is provided with two receivers at the corners corresponding to the transducers of the front layer and at their diagonal positions. The observation angle is enlarged to a hemispherical shape in which the viewing angle is limited to a pyramid shape, and by selectively switching two ultrasonic sensors in the front layer of the ultrashort-line ultrasonic position tracking device, it is used as a transducer of USBL. It can be used efficiently and maintains the same degree of sensitivity over the entire hemispherical observation area. It is possible to install the ultrasonic sensor in the bow of the unmanned submersible by the small size. Proposed a patent invention (patent registration No. 484533) for an ultra-short vessel ultrasonic position tracking device, characterized in that it is possible to simultaneously correct the offset error and to mount marine scientific research equipment on the bow portion of an unmanned submersible equipped with a USBL. have.

그런데, 상기 특허발명에 따른 초단기선 초음파 위치 추적 장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 정육면체의 2층 구조 초음파 센서 배열 형태를 취하므로 센서지지대의 크기가 커지거나 센서지지대의 꼭지점상에 부착된 센서의 길이가 길어지면 곧바로 센서가 무인잠수정의 선수부와 닿게 되므로 이를 피하기 위해서는 무인잠수정의 선수부의 부피를 비대하게 만들 수밖에 없는 문제가 발생한다.By the way, the ultra-short-line ultrasonic position tracking device according to the present invention, as shown in Figure 4, takes the form of a two-layer ultrasonic sensor array of the cube, so that the size of the sensor support is increased or attached to the vertex of the sensor support If the length of the sensor is long, as soon as the sensor is in contact with the bow of the unmanned submersible, there is a problem inevitably make the volume of the bow of the unmanned submersible to enlarge.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 초단기선 초음파 위치 추적(USBL; Ultra Short Base Line)의 원리에 근거하여 작동하며 무인잠수정의 선수부에 해양조사장비를 동시에 탑재할 수 있도록 하는 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치로서, 당해 유도 장치를 구성하는 피에조 세라믹 트랜스듀서(센서)가 4개의 1/4 환형원판이 각각 90도의 각도를 갖도록 원형으로 배치하여 하나의 평면상에 원판을 이루도록 함으로써, 센서가 공간을 차지하는 비율을 현격히 줄이고 음향방사 단면적을 넓힘으로써 음향신호의 출력을 높이며 중앙에 수중카메라를 장착할 수 있는 공간을 확보하여 당해 유도 장치가 무인잠수정의 좁은 선수부에도 용이하게 탑재될 수 있도록 하는 광학·음향 센서가 융합된 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, it operates based on the principle of Ultra Short Base Line (USBL; Ultra Short Base Line) and to be able to mount the marine survey equipment at the fore part of the unmanned submersible at the same time An underwater docking induction device of an unmanned submersible, wherein a piezoceramic transducer (sensor) constituting the induction device is arranged in a circle so that four quarter annular disks have an angle of 90 degrees to form a disk on one plane. In addition, the sensor significantly reduces the space occupied space and widens the acoustic radiation cross-sectional area to increase the output of the acoustic signal and secure a space for mounting an underwater camera in the center so that the induction device can be easily mounted on the narrow bow of the unmanned submersible. To provide underwater docking guidance devices for unmanned submersibles incorporating optical and acoustic sensors And for that purpose.

본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.Other objects and advantages of the present invention will be described below, which are not limited to the matters set forth in the claims and the disclosure of the embodiments thereof, but also to the broader ranges by means and combinations within the range readily recited therefrom. Add that it will be included.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 초단기선 초음파 위치추적(USBL; Ultra Short Base Line)의 원리에 근거하여 작동하며 무인잠수정의 선수부에 단안 수중카메라를 동시에 탑재할 수 있도록 하는 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치에 있어서, 4개의 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서(110, 120, 130, 140)가 각각 90도의 각도를 갖도록 원형으로 배치하여 하나의 원판을 구성하되 그 가운데에는 원형의 빈 공간이 존재하는 도우넛 모양의 단면 형상을 갖는 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100); 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)의 하면에 부착되어 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)와 일체를 이루는 원판으로서 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)와 동일한 단면 형상을 갖는 환형 기저질량(200); 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)와 상기 환형 기저질량(200) 사이에 끼워져 부착되는 도체 원판으로서 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100) 및 상기 환형 기저질량(200)과 동일한 단면 형상을 갖는 환형 접지판(300); 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100), 상기 환형 기저질량(200) 및 상기 환형 접지판(300)의 표면에 도포되어 방수 기능을 함과 동시에 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)의 음향투과 특성이 유지되도록 하는 방수 우레탄 피복(400); 상기 환형 기저질량(200)의 하면에 부착되어 상기 환형 기저질량(200)이 움직이지 않도록 고정시키는 한편 몸체 가운데에 존재하는 탑재 공간을 통하여 단안 수중카메라(600)를 끼우거나 뺄 수 있도록 하는 고정용 어댑터(500); 및 상기 고정용 어댑터(500)의 탑재 공간에 끼워져서 부착되는 단안 수중카메라(600)를 포함하는 4개의 1/4 환형원판 배열 음향 트랜스듀서와 수중 카메라를 이용한 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치를 제시한다.In order to achieve the above object, the present invention operates based on the principle of Ultra Short Base Line (USBL; Ultra Short Base Line) and the underwater of the unmanned submersible to be able to mount a monocular underwater camera at the same time in the bow portion of the unmanned submersible In the docking induction apparatus, four quarter piezo ceramic transducers 110, 120, 130, and 140 are arranged in a circular shape with an angle of 90 degrees, respectively, to form one disc, with a circular empty space in the center. Piezoceramic transducer disk 100 having a donut-shaped cross-sectional shape; An annular base mass 200 attached to a lower surface of the piezo ceramic transducer disk 100 and integral with the piezo ceramic transducer disk 100 and having the same cross-sectional shape as the piezo ceramic transducer disk 100. ; An annular ground plate sandwiched between the piezoceramic transducer disc 100 and the annular base mass 200 and having the same cross-sectional shape as the piezoceramic transducer disc 100 and the annular base mass 200. Plate 300; It is applied to the surface of the piezo ceramic transducer disk 100, the annular base mass 200 and the annular ground plate 300 to perform a waterproof function and at the same time the acoustic transmission characteristics of the piezo ceramic transducer disk 100 Waterproof urethane coating 400 to be maintained; Fixed to be attached to the lower surface of the annular base mass 200 to fix the annular base mass 200 so as not to move and to insert or remove the monocular underwater camera 600 through a mounting space present in the center of the body. Adapter 500; And a four quarter annular disc array acoustic transducer including a monocular underwater camera 600 attached to the mounting space of the fixing adapter 500 and an underwater docking guidance device using an underwater camera. do.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가 지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the following will describe a preferred embodiment of the present invention, but the technical idea of the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified by those skilled in the art.

도 2는 초단기선 초음파 위치 추적 장치를 이용한 무인잠수정의 수중 유도 및 도킹 개념도이고, 도 3은 무인잠수정과 수중 도킹기지에 각각 설치된 2개의 수중 도킹 유도 장치의 음향신호 송수신 과정을 도시한 도면이다.2 is a conceptual diagram of underwater guidance and docking of an unmanned submersible using an ultra-short line ultrasonic position tracking device, and FIG. 3 is a view illustrating a process of transmitting and receiving acoustic signals of two underwater docking guidance apparatuses respectively installed in an unmanned submersible and an underwater docking base.

무인잠수정(a)의 선수부에 본 발명을 장착하고 수중기지(c)에 귀환하기 위하여 수중 도킹 스테이션(d)이 장착된 수중기지(c)의 USBL 트랜스듀서(e) 4개가 동시에 신호(펄스1)를 송신하면, R 거리만큼 떨어져 있는 무인잠수정의 USBL 트랜스듀서(b)에서 신호(펄스1)를 수신하고 이에 대한 응답신호(펄스2)를 송신하면서 수중기지의 상하-좌우 각도를 계산한다.Four USBL transducers (e) of the underwater base (c) equipped with the underwater docking station (d) for mounting the present invention on the bow portion of the unmanned submersible (a) and returning to the underwater base (c) simultaneously signal (pulse 1). ), And receives the signal (pulse 1) from the USBL transducer (b) of the unmanned submersible by the distance R, and transmits a response signal (pulse 2) to calculate the up-down, left-right angle of the underwater base.

그러면, 수중기지(c)의 트랜스듀서(e)는 응답신호(펄스2)를 수신하여 2개의 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서 짝(110-130, 120-140)에 도달하는 시간지연을 이용하여 무인잠수정이 수중도킹 스테이션(d)과 갖는 수평방향 및 수직방향 상대각도(ξy, ξz)를 계산하고, 펄스1 송신과 펄스2 수신 사이의 시간지연을 측정하고 신호처리 시간지연을 고려하여 거리 R을 계산함과 동시에 펄스3을 송출한다.Then, the transducer e of the underwater base c receives a response signal (pulse 2) and uses a time delay to reach two 1/4 piezo ceramic transducer pairs 110-130 and 120-140. Calculate the horizontal and vertical relative angles (ξ y , ξ z ) that the unmanned submersible has with the underwater docking station (d), measure the time delay between the pulse 1 transmission and the pulse 2 reception, and consider the signal processing time delay. Calculate distance R and send pulse 3.

그러면, 도킹 스테이션의 트랜스듀서(e)는 10msec 시간이 경과된 후에 수평·수직방향 상대각도와 거리 R 데이터를 무인잠수정에 송신하며, 같은 방법으로 무인잠수정의 USBL 트랜스듀서(b)가 펄스3의 신호를 수신한 후, 음향신호의 시간차(펄스2 송신과 펄스3 수신 간의 시간차)와 4개 트랜스듀서의 펄스3 수신 위상차(110-130의 수신 위상차, 120-140의 수신 위상차)로부터 거리 R과 무인잠수정이 수중 도킹 스테이션(d)에 대해서 갖는 수평각도 및 수직각도(θy, θz)를 계산하며, 마지막으로 도킹 스테이션 트랜스듀서(e)에서 송신되는 데이터(R, ξy, ξz)를 수신하게 된다.Then, the transducer (e) of the docking station transmits the horizontal and vertical relative angles and the distance R data to the unmanned submersible after 10 msec time elapses. After receiving the signal, the distance R from the time difference (the time difference between pulse 2 transmission and pulse 3 reception) of the acoustic signal and the pulse 3 reception phase difference (reception phase difference of 110-130, reception phase difference of 120-140) of the four transducers Compute the horizontal and vertical angles (θ y , θ z ) that the unmanned submersible has for the underwater docking station (d), and finally the data (R, ξ y , ξ z ) transmitted from the docking station transducer (e). Will be received.

이때, 무인잠수정에 장착된 환형 USBL 트랜스듀서를 이용하여 계측되는 수중 도킹 스테이션(d)의 상대위치는 다음으로 얻어진다.At this time, the relative position of the underwater docking station d measured using the annular USBL transducer mounted on the unmanned submersible is obtained next.

Y = R sinθy Y = R sinθ y

Z = R sinθz Z = R sinθ z

X = R (1 - sin2θy - sin2θz)1/2 X = R (1-sin 2 θ y -sin 2 θ z ) 1/2

한편, 무인잠수정(a)이 수중도킹 스테이션(d)에 접근하여 안정적으로 도킹이 이루어지기 위해서는 수평·수직 진입각도(ξy, ξz)가 영이 되도록 무인잠수정의 위치와 자세를 제어하는 것이 필요하므로, 도킹 스테이션의 트랜스듀서(e)는 펄스3 이후에 수평·수직 진입각도를 송신하여 무인잠수정에 전달하게 된다.On the other hand, in order for the unmanned submersible (a) to approach the underwater docking station (d) and to be stably docked, it is necessary to control the position and attitude of the unmanned submersible such that the horizontal and vertical entry angles (ξ y , ξ z ) are zero. Therefore, the transducer (e) of the docking station transmits the horizontal and vertical entry angles after the pulse 3, and transmits them to the unmanned submersible.

본 발명에 따른 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치는, 4개의 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서(110, 120, 130, 140)가 90도의 각도를 갖도록 원형으로 배치되어 하나의 원판을 구성하는 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100), 환형 기저질량(200), 환형 접지판(300), 방수 우레탄 피복(400), 고정용 어댑터(500) 및 단안 수중카메라(600)를 포함하여 이루어진다.Underwater docking guide device of the unmanned submersible according to the present invention, the four 1/4 piezo ceramic transducers (110, 120, 130, 140) are arranged in a circular shape having an angle of 90 degrees to form a piezo ceramic transformer It comprises a producer disk 100, an annular base mass 200, an annular ground plate 300, a waterproof urethane coating 400, a fixing adapter 500 and a monocular underwater camera 600.

피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)는 이를 구성하는 4개의 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서(110, 120, 130, 140)가 각각 트랜스듀서 및 리시버로서 스위칭 되지만 이들이 하나로 모이면 하나의 환형 원판디스크로서 작용한다.Piezoceramic transducer disc 100 is composed of four quarter piezoceramic transducers 110, 120, 130, and 140, which constitute it, are switched as transducers and receivers, respectively. do.

피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)는 신호를 수신함에 있어서 상호 대칭으로 배치된 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서(110-130, 120-140)가 각각 수평축과 수직축으로 짝을 이루어 독립적으로 음향 신호를 수신하여 USBL의 센서 기능을 갖는 다. 그리고, 신호를 송신함에 있어서 4개의 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서(110, 120, 130, 140)가 음향 신호를 동시에 방사하여 송출 음향 신호의 강도를 높인다.In the piezo ceramic transducer disk 100, 1/4 piezo ceramic transducers 110-130 and 120-140 arranged symmetrically in receiving signals receive a sound signal independently by pairing them in a horizontal axis and a vertical axis, respectively. Has the sensor function of USBL. In transmission of the signal, four 1/4 piezo ceramic transducers 110, 120, 130, and 140 simultaneously emit acoustic signals to increase the intensity of the transmitted acoustic signals.

또한, 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)는 짧은 거리에서도 무인잠수정의 도킹이 가능하도록 하기 위하여 150 kHz 이상의 주파수를 사용하며 피에조 세라믹(piezo-ceramic)의 환형원판면 방향(두께방향) 공진을 이용하는 것이 바람직하다.In addition, the piezo ceramic transducer disk 100 uses a frequency of 150 kHz or more in order to enable docking of the unmanned submersible at a short distance, and it is preferable to use the piezo-ceramic annular disk direction (thickness direction) resonance. desirable.

환형 기저질량(200)은 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)의 하면에 부착되어 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)와 일체를 이루는 원판으로서 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)와 동일한 단면 형상을 갖는다.The annular base mass 200 is attached to the lower surface of the piezoceramic transducer disk 100 and is integral with the piezoceramic transducer disk 100 and has the same cross-sectional shape as the piezoceramic transducer disk 100.

환형 접지판(300)은 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)와 환형 기저질량(200) 사이에 끼워져 부착되는 원판으로서 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100) 및 환형 기저질량(200)과 동일한 단면 형상을 갖는다. 이러한 환형 접지판(300)은 4개의 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서(110, 120, 130, 140)의 공통접지 기능을 한다.The annular ground plate 300 is a disc that is sandwiched between the piezoceramic transducer disc 100 and the annular base mass 200 and has the same cross-sectional shape as the piezoceramic transducer disc 100 and the annular base mass 200. . The annular ground plate 300 functions as a common ground of four quarter piezo ceramic transducers 110, 120, 130, and 140.

방수 우레탄 피복(400)은 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100), 환형 기저질량(200) 및 환형 접지판(300)의 표면에 도포되어 방수 기능을 함과 동시에 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)의 음향투과 특성이 유지될 수 있도록 한다.Waterproof urethane coating 400 is applied to the surface of the piezo ceramic transducer disk 100, the annular base mass 200 and the annular ground plate 300 to provide a waterproof function and at the same time the sound of the piezo ceramic transducer disk 100 Permeable properties can be maintained.

고정용 어댑터(500)는 환형 기저질량(200)의 하면에 부착되어 환형 기저질량(200)이 움직이지 않도록 고정시키는 한편 몸체 중앙에 존재하는 탑재 공간을 통하여 사용자가 단안 수중카메라(600)를 끼우거나 뺄 수 있도록 한다.The fixing adapter 500 is attached to the lower surface of the annular base mass 200 to fix the annular base mass 200 so as not to move while the user inserts the monocular underwater camera 600 through a mounting space existing in the center of the body. Allow or subtract.

고정용 어댑터(500)에는 무인잠수정이 수중 스테이션에 도킹할 때에 단안 수중카메라(600)의 손상을 방지하기 위하여 단안 수중카메라(600)의 끝단이 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)의 끝단보다 안쪽으로 위치하도록 하는 스토퍼(stopper)가 설치되어 있다.The fixed adapter 500 has an end of the monocular underwater camera 600 inwardly than the end of the piezo ceramic transducer disk 100 to prevent damage to the monocular underwater camera 600 when the unmanned submersible docks at the underwater station. A stopper is installed to position it.

단안 수중카메라(600)는 고정용 어댑터(500)의 탑재 공간에 끼워져서 부착되는데, 이러한 단안 수중카메라(600)는 통상의 수중카메라를 그대로 활용할 수 있다.The monocular underwater camera 600 is attached to the mounting space of the fixing adapter 500, such a monocular underwater camera 600 can utilize a conventional underwater camera as it is.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으 로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above descriptions are merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. It will be possible. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 무인잠수정의 선수부의 좁은 공간 속에도 단안 수중카메라를 구비한 수중 도킹 유도 장치를 용이하게 탑재할 수 있으므로, 무인잠수정의 선수부의 부피가 필요 이상으로 커질 염려가 없다. 또한, 무인잠수정의 수중 도킹을 유도하는 과정에서 수중음향 신호를 감지하면서 이와 동시에 수중광학카메라를 통하여 무인잠수정의 시야를 직접 확인할 수도 있으므로, 원거리에서는 수중음향신호를 이용한 유도제어를 수행하고 도킹의 마지막 종단에서는 광학 신호를 융합하여 보다 안전하고 정확한 수중도킹 작업이 가능해진다.As described above, according to the present invention, the underwater docking guide device having a monocular underwater camera can be easily mounted in the narrow space of the bow portion of the unmanned submersible, so that the volume of the bow portion of the unmanned submersible is not increased. . In addition, while detecting underwater sound signals in the process of inducing underwater docking of the unmanned submersible, at the same time, it is possible to directly check the field of view of the unmanned submersible through the underwater optical camera. At the end, optical signals are fused to allow safer and more accurate underwater docking.

본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.Other effects of the present invention, as well as those described in the above-described embodiments and claims of the present invention, as well as potential effects that may occur within the range that can be easily estimated therefrom and potential advantages that contribute to industrial development It will be added that it will be covered by a wider scope.

Claims (6)

초단기선 초음파 위치추적(USBL; Ultra Short Base Line)의 원리에 근거하여 작동하며 무인잠수정의 선수부에 단안 수중카메라를 동시에 탑재할 수 있도록 하는 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치에 있어서,In the underwater docking guidance device of the unmanned submersible, which operates based on the principle of Ultra Short Base Line (USBL), and allows the monocular underwater camera to be simultaneously mounted on the bow portion of the unmanned submersible, 4개의 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서(110, 120, 130, 140)가 각각 90도의 각도를 갖도록 원형으로 배치하여 하나의 원판을 구성하되 그 가운데에는 원형의 빈 공간이 존재하는 도우넛 모양의 단면 형상을 갖는 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100);Four 1/4 piezo ceramic transducers (110, 120, 130, 140) are arranged in a circular shape with an angle of 90 degrees, respectively, to form a single disc, with a donut-shaped cross-sectional shape with a circular void in the center. Piezo ceramic transducer disk 100 having a; 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)의 하면에 부착되어 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)와 일체를 이루는 원판으로서 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)와 동일한 단면 형상을 갖는 환형 기저질량(200);An annular base mass 200 attached to a lower surface of the piezo ceramic transducer disk 100 and integral with the piezo ceramic transducer disk 100 and having the same cross-sectional shape as the piezo ceramic transducer disk 100. ; 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)와 상기 환형 기저질량(200) 사이에 끼워져 부착되는 도체 원판으로서 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100) 및 상기 환형 기저질량(200)과 동일한 단면 형상을 갖는 환형 접지판(300);An annular ground plate sandwiched between the piezoceramic transducer disc 100 and the annular base mass 200 and having the same cross-sectional shape as the piezoceramic transducer disc 100 and the annular base mass 200. Plate 300; 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100), 상기 환형 기저질량(200) 및 상기 환형 접지판(300)의 표면에 도포되어 방수 기능을 함과 동시에 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)의 음향투과 특성이 유지되도록 하는 방수 우레탄 피복(400);It is applied to the surface of the piezo ceramic transducer disk 100, the annular base mass 200 and the annular ground plate 300 to perform a waterproof function and at the same time the acoustic transmission characteristics of the piezo ceramic transducer disk 100 Waterproof urethane coating 400 to be maintained; 상기 환형 기저질량(200)의 하면에 부착되어 상기 환형 기저질량(200)이 움직이지 않도록 고정시키는 한편 몸체 가운데에 존재하는 탑재 공간을 통하여 단안 수중카메라(600)를 끼우거나 뺄 수 있도록 하는 고정용 어댑터(500); 및Fixed to be attached to the lower surface of the annular base mass 200 to fix the annular base mass 200 so as not to move and to insert or remove the monocular underwater camera 600 through a mounting space present in the center of the body. Adapter 500; And 상기 고정용 어댑터(500)의 탑재 공간에 끼워져서 부착되는 단안 수중카메라(600)Monocular underwater camera 600 is inserted into the mounting space of the fixing adapter 500 attached 를 포함하는 4개의 1/4 환형원판 배열 음향 트랜스듀서와 수중 카메라를 이용한 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치.Underwater docking guide device using the four quarter annular disk array acoustic transducer and an underwater camera comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)는,The piezo ceramic transducer disk 100, 이를 구성하는 4개의 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서(110, 120, 130, 140)가 각각 트랜스듀서 및 리시버로서 스위칭 되지만 이들이 하나로 모이면 하나의 환형 원판디스크로서 작용하는 것을 특징으로 하는 4개의 1/4환형원판 배열 음향 트랜스듀서와 수중카메라를 이용한 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치.Four 1/4 piezoceramic transducers 110, 120, 130 and 140 constituting the same are switched as transducers and receivers, respectively, but when they are gathered together, they act as one annular disc. Underwater Docking Guidance Device of Unmanned Submersible Using Quadruple Disc Array Acoustic Transducer and Underwater Camera. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)는,The piezo ceramic transducer disk 100, 신호를 수신함에 있어서 상호 대칭으로 배치된 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서(110-130, 120-140)가 각각 수평축과 수직축으로 짝을 이루어 독립적으로 음향 신호를 수신하여 USBL의 센서 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 4개의 1/4환형원판 배열 음향 트랜스듀서와 수중카메라를 이용한 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치.In receiving the signals, the 1/4 piezo ceramic transducers 110-130 and 120-140 arranged symmetrically with each other are paired with the horizontal axis and the vertical axis, respectively, to independently receive an acoustic signal and have a sensor function of the USBL. Underwater docking guidance device of unmanned submersible using four quarter-circle disk array acoustic transducer and underwater camera. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)는,The piezo ceramic transducer disk 100, 신호를 송신함에 있어서 4개의 1/4 피에조 세라믹 트랜스듀서(110, 120, 130, 140)가 음향 신호를 동시에 방사하여 송출 음향 신호의 강도를 높이는 것을 특징으로 하는 4개의 1/4환형원판 배열 음향 트랜스듀서와 수중카메라를 이용한 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치.In the transmission of the signal, four 1/4 piezoelectric ceramic transducers 110, 120, 130, 140 simultaneously emit acoustic signals to increase the intensity of the transmitted acoustic signals. Underwater docking guidance device for unmanned submersibles using transducer and underwater camera. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고정용 어댑터(500)에는,In the fixing adapter 500, 무인잠수정이 수중 스테이션에 도킹할 때에 단안 수중카메라(600)의 손상을 방지하기 위하여 상기 단안 수중카메라(600)의 끝단이 상기 피에조 세라믹 트랜스듀서 디스크(100)의 끝단보다 안쪽으로 위치하도록 하는 스토퍼(stopper)가 장착되는 것을 특징으로 하는 4개의 1/4환형원판 배열 음향 트랜스듀서와 수중카메라를 이용한 무인잠수정의 수중 도킹 유도 장치.Stopper for allowing the end of the monocular underwater camera 600 is positioned inward than the end of the piezo ceramic transducer disk 100 to prevent damage to the monocular underwater camera 600 when the unmanned submersible docked at the underwater station ( Underwater docking guidance device of the unmanned submersible using a four-quarter annular disk array acoustic transducer and an underwater camera, characterized in that the stopper is mounted. 삭제delete
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