KR101242715B1 - 잠수함의 수중 위치정보 보정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잠수함의 수중위치 보정 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 수중의 지정된 위치에 설치되어 있는 비콘 송신기에서 3차원 음향 신호를 수신해서 항해 컴퓨터를 통해 잠수함의 현재 위치정보를 보정하여 잠수함의 정확한 위치정보를 제공할 수 있는 잠수함의 수중 위치 보정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함의 수중 위치정보 보정 시스템은, 잠수함의 현재 위치정보를 보정하여 잠수함의 정확한 위치정보를 제공할 수 있는 잠수함의 수중 위치 보정 시스템으로서, 수중 구조물 또는 해저에 설치되어 비콘 신호를 송신하는 복수의 비콘 송신기; 상기 비콘 송신기로부터의 비콘 음파 신호를 수신해서 비콘 음파 신호를 전달하는 비콘 수신기; 상기 비콘 수신기 후단에 배치되어 수신한 비콘 음파 신호를 컴퓨터에서 사용할 수 있는 직류의 전기신호로 변환하는 전달하는 비콘 신호 변환기; 상기 비콘 신호 변환기 후단에 배치되어 비콘 신호 변환기로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기; 상기 비콘 송신기에 음파를 방사하여 되돌아 오는 음파를 수신하여 잠수함이 상기 비콘 송신기로부터 떨어진 이격 거리를 측정하는 수동 측거 소나(Passive Ranging Sonar); 상기 수동 측거 소나의 후단에 배치되어 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기; 잠수함의 수심을 측정하는 수심 측정기(Depth Measuring System); 및 상기 A/D 변환기를 거친 디지털 변환되고 전기신호로 변환된 비콘 신호 변환기로부터의 비콘 신호 및 상기 디지털로 변환되고 전기 신호로 변환된 수동 측거 소나로부터의 신호를 수신하여 비콘 송신기의 위치정보인 비콘 송신기의 설치 수심, 경도, 위도 및 잠수함의 거리와 잠수함 수심 측정기(Depth Measuring System)을 통한 잠수함의 수심을 토대로 하여 현재의 잠수함의 위치를 계산하여 관성항법장치로부터 얻어진 잠수함의 현재 위치를 보정하는 항해 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 잠수함의 수중 위치 보정 시스템을 제시한다.

Description

잠수함의 수중 위치정보 보정 시스템{System for Correcting Position Information of Submarine}
본 발명은 잠수함의 수중위치 보정 시스템에 관한 것으로, 특히 수중의 지정된 위치에 설치되어 있는 비콘 송신기에서 3차원 음향 신호를 수신해서 항해 컴퓨터를 통해 잠수함의 현재 위치정보를 보정하여 잠수함의 정확한 위치정보를 제공할 수 있는 잠수함의 수중 위치 보정 시스템에 관한 것이다.
잠수함(Submarine)은 적의 잠수함을 탐색하여 공격하고, 기동 전투전대 외곽에 배치하여 적의 수상함을 정찰하고 공격하며, 전략 핵무기를 탑재하여 중요한 전략 임무를 수행하기도 한다. 잠수함은 수면 아래 숨어 자신의 위치를 노출시키지 않는다는데 가장 큰 장점을 가진 장비로써 1, 2차 세계대전에서 군수품을 수송하는 상선을 공격대상으로 삼아 해상교통로 파괴, 전쟁수행능력 약화 등의 작전을 통하여 유용한 해군 전력으로 자리를 굳혔다. 2차 세계대전 후 스노클(Snorkel) 기술의 발전, 핵추진 기술 발전은 잠수함의 수중 작전시간을 증가시켜 새로운 가치를 인식시켰다. 특히, 핵추진 체계는 수상 기동부대와 동일한 속력으로 기동케 하였고, 무제한 잠수능력을 갖추어 진정한 수중무기체계로 발전시켰다. 일반 재래식 잠수함의 수중 최고속력은 20∼25 노트이나, 원자력 잠수함은 30∼40 노트까지 가능하다. 앞으로 다양한 무장과 고성능 센서 그리고 각종 전자장비 탑재 요구로 대형화되고, 수중속도를 고속화하며, 저소음 장비의 개발을 통한 은밀화, 통합 전투시스템 구성 등을 통해 자동화되는 추세로 발전하고 있다. 또한 재래식 잠수함의 잠수시간을 늘리기 위해 공기 없이 전기를 만드는 AIP(Air Independent Propulsion)시스템이 개발되고 있다. 이는 연료전지를 이용해 전기를 생산하는 것인데, 연료전지란 수소와 산소를 갖고 다니다가 필요 시 결합시켜, 물을 만들고 동시에 전기를 생산하는 장치이다. 이렇게 생산된 전기를 배터리에 충전하면, 잠수함은 상당기간 디젤엔진을 돌리지 않아도 계속 잠항할 수 있다. 디젤엔진만 갖춘 잠수함은 3∼4일에 한 번씩 부상(浮上)해야 하나, AIP를 단 잠수함은 보름에 한 번만 부상해도 되는 장점이 있다.
그런데 잠수함은 수중 항해시 외부로부터 현재위치 신호를 수신할 수 없기 때문에 잠수함은 잠수하기 전 GPS(Global Positioning System)에서 획득한 최종 위치값을 기본으로 하여 잠수함에 설치된 관성항법장치(INS; Inertial Navigation System)에서 얻어진 보정 데이터를 통해 잠수함의 현재 위치를 확인할 수 있다.
관성항법장치는 운반체의 각속도와 가속도를 측정하여 시간에 따른 연속적인 적분을 수행함으로써 이미 알고 있는 출발점에 대한 동체의 위치와 속도 진행방향을 결정하는 장치이기 때문에 항해시간이 경과할수록 이중적분 연산에 따른 오차가 커지게 되는 문제점이 있었다.
선행기술 없음.
본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로서, 수중의 지정된 위치에 설치되어 있는 비콘 송신기에서 3차원 음향 신호를 수신해서 항해 컴퓨터를 통해 잠수함의 현재 위치정보를 보정하여 잠수함의 정확한 위치정보를 제공할 수 있는 잠수함의 수중 위치 보정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함의 수중 위치정보 보정 시스템은, 잠수함의 현재 위치정보를 보정하여 잠수함의 정확한 위치정보를 제공할 수 있는 잠수함의 수중 위치 보정 시스템으로서,
수중 구조물 또는 해저에 설치되어 비콘 신호를 송신하는 복수의 비콘 송신기;
상기 송신기로부터의 비콘 음파 신호를 수신해서 비콘 음파 신호를 전달하는 비콘 수신기;
상기 비콘 수신기 후단에 배치되어 수신한 비콘 음파 신호를 컴퓨터에서 사용할 수 있는 직류의 전기신호로 변환하는 전달하는 비콘 신호 변환기;
상기 비콘 신호 변환기 후단에 배치되어 비콘 신호 변환기로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
상기 비콘 송신기에 음파를 방사하여 되돌아 오는 음파를 수신하여 잠수함의 상기 비콘 송신기로부터 떨어진 이격 거리를 측정하는 수동 측거 소나(Passive Ranging Sonar);
상기 수동 측거 소나의 후단에 배치되어 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
잠수함의 수심을 측정하는 수심 측정기(Depth Measuring System); 및
상기 A/D 변환기를 거쳐 디지털 변환되고 전기신호로 변환된 비콘 신호 변환기로부터의 비콘 신호 및 상기 디지털로 변환되고 전기 신호로 변환된 수동 측거 소나로부터의 신호를 수신하여 비콘 송신기의 위치정보인 비콘 송신기의 설치 수심, 경도, 위도 및 잠수함과의 거리와 잠수함 수심 측정기(Depth Measuring System)을 통한 잠수함의 수심을 토대로 하여 현재의 잠수함의 위치를 계산하여 관성항법장치로부터 얻어진 잠수함의 현재 위치를 보정하는 항해 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 잠수함의 수중 위치 보정 시스템을 제시한다.
본 발명에 의하면 육지나 지상에서 GPS 인공위성을 통해 위치신호를 수신하는 것과 같이 수중에서도 신뢰도가 높은 잠수함의 현재 위치를 계산하여 항법에 사용하므로 항법에 있어서 효율이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함의 수중 위치정보 보정시스템의 블록도를 도시한다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 을 첨부 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함의 수중 위치정보 보정시스템의 블록도를 도시한다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 시스템은 수중 해저 또는 수중 구조물에 설치된 비콘 송신기(Beacon Transmitter; 100), 잠수함(200)에 설치되는 비콘 수신기(Beacon Receiver; 210), 비콘 신호 변환기(220), 수동 측거 소나(Passive Ranging Sonar;230), 항해 컴퓨터(Navigation Computer;240), 수심측정기(Depth Measuring System;250) 로 구성된다.
상기 비콘 송신기(100)는 또한 음파 송신기(110) 및 트랜스듀서(120)를 포함한다. 상기 음파 송신기(110)는 비콘 송신기(100)의 위치신호를 제공하고 상기 트랜스듀서(120)는 상기 비콘 송신기(100) 후단에 배치되어 상기 음파 송신기(110)로부터의 전기신호를 수중에서 지향성이 좋은 음파 신호로 변환하여 음파를 방사한다. 상기 트랜스듀서(120)는 음파 비콘 신호 송신 반경은 약 1Km 정도로 되며, 주파수는 약 5Mhz를 사용한다.
비콘 수신기(210)는 상기 트랜스듀서(120)로부터의 비콘 음파 신호를 수신해서 비콘 음파 신호를 비콘 신호 변환기(220)로 전달하고 비콘 신호 변환기(220)는 상기 비콘 수신기(210) 후단에 배치되어 수신한 비콘 음파 신호를 항해 컴퓨터(240)에서 사용할 수 있도록 직류의 전기신호로 변환한다. 물론 도면에서는 생략되었지만 항해 컴퓨터(240)로 입력되는 전기신호는 디지털 신호이어야 하므로 비콘 신호 변환기(220)의 후단에는 A/D 변환기가 설치되어 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 상기 디지털 직류 전기신호로 변환된 비콘 신호는 상기 항해 컴퓨터(240)로 전달된다.
수동 측거 소나(230)는 상기 비콘 송신기(100)에 음파를 방사하여 되돌아 오는 음파를 수신하여 잠수함(200)이 상기 비콘 송신기(100)로부터 떨어진 이격 거리를 측정한다. 수동 측거 소나(230)의 후단에도 역시 아날로그 신호의 디지털 신호로의 변환을 위한 A/D 변환기가 설치된다.
상기 수동 측거 소나(230)에서 측정된 잠수함의 거리 정보는 A/D 변환기를 거쳐 항해 컴퓨터(240)로 전달된다.
수심측정기(250)는 외부 수압을 통해 수심을 측정한다. 수심측정기(250)의 후단에도 역시 아날로그 신호의 디지털 신호로의 변환을 위한 A/D변환기가 설치된다.
상기 수심측정기(250)에서 측정된 잠수함의 수심은 A/D 변환기를 거쳐 항해 컴퓨터(240)로 전달된다.
그러면 항해 컴퓨터(240)는 상기 비콘 신호 변환기(220)로부터 수신된 비콘 신호로부터 비콘 송신기(100)의 위치정보 즉, 설치 수심, 경도, 위도 및 상기 수동 측거 소나(230)로부터의 잠수함의 거리, 수심측정기(250)로부터의 잠수함 수심을 토대로 하여 현재의 잠수함의 위치를 계산하여 관성항법장치로부터 얻어진 잠수함의 현재 위치를 보정한다. 이러한 과정을 거쳐서 정확한 잠수함의 위치를 얻을 수 있다.
상기 비콘 송신기(100)로부터의 위치정보는 즉, 비콘 송신기(100)의 A, B, C의 위치는 A (X1, Y1, Z1), B(X2, Y2, Z2), C (X3, Y3, Z3)로 주어지며, 이는 상수 값이고, A,B,C의 위치는 다음과 같이 주어진다.
A의 현재 위치
Figure 112011083134421-pat00001
B의 현재 위치
Figure 112011083134421-pat00002
C의 현재 위치
Figure 112011083134421-pat00003
상기 A,B,C의 위치는 상기 수동 측거 소나(230)로부터 측정될 수 있다.
상기 A,B,C의 위치(위도, 경도, 수심)는 상수 값이고, S(Z)값도 상수 값으로 잠수함에 탑재된 상기 수심 측정기(250)로부터 구할 수 있다. 상수 값을 C(상수 값)라 할 때 다음식이 성립한다.
Figure 112011083134421-pat00004
Figure 112011083134421-pat00005
Figure 112011083134421-pat00006
Figure 112011083134421-pat00007
②
Figure 112011083134421-pat00008
③
Figure 112011083134421-pat00009
그러므로 위 식으로부터 X,Y 값이 산출될 수 있다. 따라서 잠수함의 위치를 구할 수 있다.
본 발명에 의하면 육지나 지상에서 GPS 인공위성을 통해 위치신호를 수신하는 것과 같이 수중에서도 신뢰도가 높은 잠수함의 현재 위치를 계산하여 항법에 사용하므로 항법에 있어서 효율이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함의 수중 위치정보 보정 시스템을 도면을 참조로 하여 설명하였으나 이것은 예시 목적이지 이것으로 본 발명을 한정하고자 함은 아니며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 이하의 부속청구범위에 의해 정해지며, 본 발명의 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 비콘 송신기 110: 음파 송신기
120: 트랜스듀서 200: 잠수함
210: 비콘 수신기 220: 비콘 신호 변환기
230: 수동 측거 소나 240: 항해 컴퓨터
250: 수심측정기

Claims (2)

  1. 잠수함의 현재 위치정보를 보정하여 잠수함의 정확한 위치정보를 제공할 수 있는 잠수함의 수중 위치 보정 시스템으로서,
    수중 구조물 또는 해저에 설치되어 비콘 신호를 송신하는 복수의 비콘 송신기;
    상기 비콘 송신기로부터의 비콘 음파 신호를 수신해서 비콘 음파 신호를 전달하는 비콘 수신기;
    상기 비콘 수신기 후단에 배치되어 수신한 비콘 음파 신호를 컴퓨터에서 사용할 수 있는 직류의 전기신호로 변환하는 전달하는 비콘 신호 변환기;
    상기 비콘 신호 변환기 후단에 배치되어 비콘 신호 변환기로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
    상기 비콘 송신기에 음파를 방사하여 되돌아 오는 음파를 수신하여 잠수함의 상기 비콘 송신기로부터 떨어진 이격 거리를 측정하는 수동 측거 소나(Passive Ranging Sonar);
    상기 수동 측거 소나의 후단에 배치되어 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
    잠수함의 수심을 측정하는 수심 측정기(Depth Measuring System); 및
    상기 A/D 변환기를 거쳐 디지털 변환되고 전기신호로 변환된 비콘 신호 변환기로부터의 비콘 신호 및 상기 디지털로 변환되고 전기 신호로 변환된 수동 측거 소나로부터의 신호를 수신하여 비콘 송신기의 위치정보인 비콘 송신기의 설치 수심, 경도, 위도 및 잠수함과의 거리와 잠수함 수심 측정기(Depth Measuring System)을 통한 잠수함의 수심을 토대로 하여 현재의 잠수함의 위치를 계산하여 관성항법장치로부터 얻어진 잠수함의 현재 위치를 보정하는 항해 컴퓨터를 포함하고,
    상기 비콘 송신기는 비콘 송신기의 위치신호를 제공하는 음파 송신기; 및
    상기 음파 송신기로부터의 전기신호를 수중에서 지향성이 좋은 음파 신호로 변환하여 음파를 방사하는 트랜스듀서를 포함하는 것을 특징으로 하는 잠수함의 수중 위치 보정 시스템.


  2. 삭제
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