KR101261276B1 - Apparatus and method for searching a moving underwater target using spatial measurement of wake fields generated by the moving target and air vehicle loaded with the same apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차원 혹은 삼차원 공간상 유동장 측정을 통한 수중 이동체의 정밀 탐색 장치 및 방법에 관한 것으로서, 레이저와 같은 광원으로부터 조사되는 빛을 수중에 조사함으로써 수중 이동체에 의해 생겨나는 후류의 유동장을 이차원 혹은 삼차원 공간상에서 측정하고 해석함으로써 수중 이동체의 정확한 위치, 이동방향, 크기 등과 같은 복합적인 정보를 획득하는 비접촉식 수중 이동체 정밀 탐색 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 수중 이동체 탐색 장치는 레이저 빔을 발생하는 광원부, 상기 광원부에서 발생한 레이저 빔을 원하는 측정 대상 영역으로 정확히 보내기 위한 스캐너, 상기 광원부로부터 상기 측정 대상 영역으로 조사된 후 반사된 레이저 빔을 광검출부로 입사시키는 이미징 광학계, 상기 반사된 레이저 빔을 감지하기 위해 알려진 위치에 설치되어, 상기 반사 레이저 빔의 주파수를 검출하는, 적어도 하나 이상의 광검출 단위를 포함하는 상기 광검출부 및 상기 광검출부에서 검출된 반사 레이저 빔의 주파수와 상기 광원부에서 발생한 레이저 주파수로부터 도플러 효과에 의해 상기 측정 대상 영역에서의 유체 속도를 산정하고, 상기 유체의 속도로부터 수중 이동체의 정보를 산출하는 유동장 해석부를 포함한다.The present invention relates to an apparatus and method for precisely detecting underwater moving objects through two-dimensional or three-dimensional space flow field measurement. The present invention relates to a two-dimensional or three-dimensional flow field of a downstream flow generated by an underwater moving object by irradiating light emitted from a light source such as a laser. The present invention relates to a non-contact underwater moving object precision search apparatus and method for acquiring complex information such as accurate position, moving direction, and size of an underwater moving object by measuring and analyzing in space. The underwater moving object search apparatus of the present invention includes a light source unit for generating a laser beam, a scanner for precisely sending a laser beam generated from the light source unit to a desired measurement target region, and a photodetector for irradiating a laser beam reflected from the light source unit to the measurement target region. An imaging optical system which is incident on the light source, and is installed at a known position to detect the reflected laser beam, the photodetector including at least one photodetector unit for detecting a frequency of the reflected laser beam and detected by the photodetector And a flow field analyzer for calculating the fluid velocity in the measurement target region by the Doppler effect from the frequency of the reflected laser beam and the laser frequency generated in the light source, and calculating the information of the underwater moving object from the velocity of the fluid.
Description
본 발명은 이차원 혹은 삼차원 공간상 유동장 측정을 통한 수중 이동체의 정밀 탐색 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저와 같은 광원으로부터 조사되는 빛을 수중에 조사함으로써 수중 이동체에 의해 생겨나는 후류의 유동장을 이차원 혹은 삼차원 공간상에서 측정하고 해석함으로써 수중 이동체의 정확한 위치, 이동방향, 크기 등과 같은 복합적인 정보를 획득하는 비접촉식 수중 이동체 정밀 탐색 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for precisely detecting underwater moving objects through two-dimensional or three-dimensional space flow field measurement, and more particularly, to a downstream flow field generated by an underwater moving object by irradiating light emitted from a light source such as a laser into the water. The present invention relates to a non-contact underwater moving object precision search apparatus and method for acquiring complex information such as exact position, moving direction, and size of an underwater moving object by measuring and interpreting in a two-dimensional or three-dimensional space.
우리나라는 삼면이 바다로 둘러 쌓여있어 잠수함 등의 수중 이동체를 감시하는 것은 국가 안보를 위해 중요하며, 이를 위해 수중 이동체를 보다 정밀하게 탐색하고 위치를 추적하는 기술이 요구된다. 또한, 군사상 요구에 따라 짧은 시간 내에 넓은 영역의 탐색이 필요한 것이 현실이다. 나아가, 이러한 수중 이동체 탐색 장치 및 방법은 군사적 목적 뿐 아니라 어군 탐지, 측심, 해저지도 작성, 잠수부를 위한 음향위치 탐지 등 산업적, 학술적 목적에도 유용하게 이용될 수 있다.
In Korea, the three sides are surrounded by the sea, so it is important for national security to monitor underwater vehicles such as submarines, which requires more precise navigation and location tracking. In addition, it is a reality that a large area search is required in a short time according to military demand. In addition, the apparatus and method for underwater navigation can be usefully used not only for military purposes but also for industrial and academic purposes such as fish detection, sounding, sea floor mapping, and acoustic location detection for divers.
잠수함과 같은 수중 이동체를 탐색하는 종래의 장치로는 물체에서 방출되거나 반사되는 음파를 탐지 분석하여 수중 이동체의 위치 정보를 탐지하는 소나(sonar)가 있다. 소나는 음향발신기가 음파를 발생시키면 이 파동이 외부로 전파되어 목표물에 의해서 반사되고 수신기가 이 반사 신호를 탐지하고 분석하여 목표물까지의 거리, 방향과 상대운동 속도를 알 수 있는 능동형과, 목표물(함선, 잠수함, 어뢰 등 수중 이동체)에 의해서 생성되는 소리를 수신하는 감지장치만으로 이루어진 수동형이 있다.Conventional devices for searching underwater vehicles, such as submarines, are sonars that detect and analyze the location of underwater vehicles by detecting and analyzing sound waves emitted or reflected from objects. When the sound generator generates sound waves, the waves propagate to the outside and are reflected by the target, and the receiver detects and analyzes the reflected signal to find the distance, direction and relative speed to the target. There is a passive type consisting only of a sensing device for receiving the sound generated by the underwater vehicle (ship, submarine, torpedo).
최근 잠수함 기술은 잠수함 엔진 및 자체 소음 제거 기술이 향상되어 운항 정숙성이 향상되었기 때문에, 잠수함이 발생하는 음향을 탐지하여 잠수함의 위치를 추적하는 종래의 수동형 소나의 효용성이 떨어지게 되었다. Recently, since submarine technology and submarine engine and self-noise technology have been improved to improve operation quietness, the effectiveness of the conventional passive sonar that detects the submarine's position and tracks the submarine's position has been reduced.
또, 능동형 소나의 경우, 잠수함의 음파발신기가 방출하는 음파로 발생하는 수괴(물덩어리)를 해상의 탐지선 등에서는 잠수함으로 잘못 탐지하는 문제점이 있다. In addition, in the case of an active sonar, there is a problem of incorrectly detecting a water mass generated by sound waves emitted by a sound wave generator of a submarine by a submarine in a sea detection line.
한편, 서해는 북한 및 중국과 맞닿아 있어 전략적으로 해상 전력이 중요하며, 기술적으로는 수심이 낮은 대륙붕이어서 수중체 탐색을 위해 음향이나 초음파를 이용한 종래의 장치들은 조류 등에 의해 발생되는 배경 잡음으로 인해 탐색 정확도가 현저히 떨어진다. On the other hand, because the West Sea is in contact with North Korea and China, the sea power is strategically important. Technically, since the continental shelf is low in depth, conventional devices that use sound or ultrasonic waves to detect underwater bodies are caused by background noise caused by algae. Seek accuracy is significantly lower.
그리고 음향이나 초음파를 이용하는 종래의 방법의 경우에는 탐색 장치에 유선으로 연결된 감지 센서를 수중에 배치해야 하기 때문에 탐색 장치를 탑재한 대잠함이나 대잠헬기의 이동 속도가 제한을 받을 수 밖에 없었다. 이에 따라 작전 지역이 매우 좁은 영역으로 제한될 수 밖에 없어 실시간으로 대영역의 해상 및 해저를 감시할 수 없다. 도 1은 음향이나 초음파를 이용한 종래의 다양한 수중체 탐지 방식들을 나타내고 있다.In the conventional method using sound or ultrasonic waves, a sensing sensor connected by wire to the navigation device must be disposed in the water, and therefore, the speed of movement of the navigation device or the anti-submarine helicopter is limited. As a result, the operational area is limited to a very narrow area, and the sea area and the seabed of the large area cannot be monitored in real time. 1 illustrates various conventional aquatic detection methods using sound or ultrasonic waves.
또한 탐색 장치에 유선으로 연결된 센서 때문에 대잠헬기 등의 경우, 해상의 기상조건에 영향을 받을 수 밖에 없어 기상조건이 악화된 경우에는 탐색이 곤란하다.In addition, due to the sensors connected to the search device by wire, the anti-submarine helicopter or the like is inevitably affected by the weather conditions at sea, so it is difficult to search when the weather conditions are deteriorated.
레이저를 이용하여 수중 이동체의 위치 및 속도를 탐지하는 방법도 있으나, 이 방법은 수중 이동체에 레이저를 조사하여 그 반사광을 이용하는 방법으로, 이동체를 직접 스캔하기 때문에 탐색가능한 수심의 범위가 제한되어, 일정 수심 아래에 있는 수중 이동체는 탐지할 수 없는 문제점이 있다. 또, 이 방법에 의하면 수중의 다른 지형지물과 잠수함을 식별하기 어렵고, 레이저 빔의 광경로 상에 있는 해류 등이 분산 매질로 작용하여 레이저 빔이 굴절되어 정밀한 위치 추적이 어려운 문제 등 측정 노이즈가 많다.There is also a method of detecting the position and speed of the underwater mobile by using a laser, but this method is a method of irradiating a laser to the underwater mobile and using the reflected light, because the direct scanning of the mobile is limited, the range of searchable depth is limited, Underwater vehicles under water have problems that cannot be detected. In addition, this method makes it difficult to discern other features and submarines in the water, and currents on the optical path of the laser beam act as a dispersion medium, which causes the laser beam to be refracted, thus making it difficult to precisely track the location. .
종래의 수중 이동체 탐색 장치 및 방법은 탐색 정확도가 저하되는 문제점이 있고, 3차원적으로 탐색 영역이 제한되어, 실시간으로 광대역 작전 영역에서 잠수함 등 수중 이동체를 탐지할 수 없으며, 탐색에 장시간이 소요되는 문제점이 있다.Conventional underwater mobile navigation apparatus and method has a problem that the search accuracy is degraded, the navigation area is limited in three dimensions, it is impossible to detect underwater mobile devices such as submarines in the broadband operation area in real time, it takes a long time to search There is a problem.
또한 종래의 탐색 장치는 해상의 기상 상황에 따라, 탐색이 어려운 경우가 많아, 적시에 잠수함 탐지를 하지 못하는 어려움이 있다. In addition, the conventional search apparatus is often difficult to search, depending on the weather conditions at sea, there is a difficulty in detecting the submarine in a timely manner.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 수중 이동체 탐색 장치의 탐색 영역 제한 및 탐색 정확도 저하의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실시간으로 넓은 작전 영역에서 고속으로 수중 탐색이 가능한 탐색 장치 및 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the problems of the limitation of the search area and the decrease of the search accuracy of the conventional underwater mobile search apparatus as described above, and to provide a search apparatus and method capable of underwater search at high speed in a wide range of operation in real time.
본 발명은 또한 수중 이동체가 생성하는 후류 유동장을 이차원 혹은 삼차원의 공간상에서 측정하여 분석함으로써 수중 이동체에 대한 복합적인 정보를 획득할 수 있는 시스템을 제공하여, 수중 이동체의 형태, 속도, 이동 방향, 위치 등을 고정밀도로 측정하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다. The present invention also provides a system capable of acquiring complex information about an underwater vehicle by measuring and analyzing the downstream flow field generated by the underwater vehicle in two-dimensional or three-dimensional space, thereby providing the shape, velocity, direction of movement, and position of the underwater vehicle. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for measuring the light with high accuracy.
본 발명은 해상의 기상 상황이 악화된 경우에도 영향을 거의 받지 않는 신뢰성 있는 수중 이동체의 탐색 장치 및 방법을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for finding a reliable underwater vehicle that is hardly affected even when the weather conditions at sea are worsened.
본 발명은 또한, 비접촉으로 측정할 수 있는 광학적인 방법을 이용한 수중 이동체 탐색 장치를 비행체에 탑재하여 수중 이동체를 탐색함으로써 정확도를 향상시키는 동시에 탐색 영역을 확대시키고 탐색 시간을 단축하고자 한다.
The present invention also provides an underwater vehicle search apparatus using an optical method that can be measured in a non-contact manner in a flying vehicle to search underwater vehicles to improve accuracy while expanding the search area and shortening the search time.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 이동체 탐색 장치는 레이저 광원; 상기 레이저 광원으로부터 조사 레이저 빔을 수중의 특정 대상 영역에 조사하는 스캐너;상기 광원부로부터 상기 측정 대상 영역으로 조사된 후 반사된 레이저 빔을 광검출부로 입사시키는 이미징 광학계; 상기 반사된 레이저 빔을 감지하기 위해 알려진 위치에 설치되어, 상기 반사 레이저 빔을 광학적 방법에 의해 감지하고 처리하는 광검출부; 상기 광검출부에서 감지되어 처리된 상기 반사 레이저 빔과 상기 조사 레리저 빔의 광학적 정보를 이용하여 수중 이동체에 의해 발생하는 후류의 유동장 데이터를 이차원 또는 삼차원 공간상에서 산정하고 해석함으로써 상기 수중 이동체의 정보를 획득하는 해석부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 광학적 방법은 시간비행법에 의한 도달시간차이, 광간섭에 의한 광위상 차이 또는 도플러 효과에 의한 주파수 변이값를 이용하는 방법인 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, the underwater moving object search apparatus according to an embodiment of the present invention comprises a laser light source; A scanner for irradiating a laser beam from the laser light source to a specific target area in the water; an imaging optical system for irradiating the laser beam reflected after being irradiated from the light source to the measurement target area to a light detector; A photodetector installed at a known position to sense the reflected laser beam, and detecting and processing the reflected laser beam by an optical method; The information of the underwater moving object is calculated by analyzing and analyzing the flow field data generated by the underwater moving object in two-dimensional or three-dimensional space using the optical information of the reflected laser beam and the irradiation laser beam sensed and processed by the photodetector. It is preferable to include the analysis part to acquire. It is preferable that the optical method is a method using a time difference of arrival by a time flight method, an optical phase difference by optical interference, or a frequency shift value by a Doppler effect.
상기 스캐너는 기계적 또는 전자적 방식으로 작동하고, 빔 쉐이핑 광학계를 포함하여, 2차원 공간상에 상기 레이저 빔을 조사할 수 있는 것이 바람직하다.The scanner preferably operates in a mechanical or electronic manner and includes beam shaping optics so that the laser beam can be irradiated on a two-dimensional space.
한편, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 수중 이동체 탐색 장치는 레이저 빔을 발생하는 광원부; 상기 광원부에서 발생한 레이저 빔을 원하는 측정 대상 영역으로 조사하기 위한 스캐너; 상기 광원부로부터 상기 측정 대상 영역으로 조사된 후 반사된 레이저 빔을 광검출부로 입사시키는 이미징 광학계; 상기 반사된 레이저 빔을 감지하기 위해 알려진 위치에 설치되어, 상기 반사 레이저 빔의 주파수를 검출하는, 적어도 하나 이상의 광검출 단위를 포함하는 상기 광검출부; 및 상기 광검출부에서 검출된 반사 레이저 빔의 주파수와 상기 광원부에서 발생한 레이저 주파수로부터 도플러 효과에 의해 상기 측정 대상 영역에서의 유체 속도를 산정하고, 상기 유체의 속도로부터 수중 이동체의 정보를 산출하는 유동장 해석부;를 포함한다. On the other hand, the underwater moving object search apparatus according to an embodiment of the present invention is a light source for generating a laser beam; A scanner for irradiating a laser beam generated from the light source to a desired measurement target area; An imaging optical system for injecting the reflected laser beam into the photodetector after being irradiated from the light source to the measurement target region; A photodetector installed at a known position to sense the reflected laser beam, the photodetector including at least one photodetector unit to detect a frequency of the reflected laser beam; And a flow field analysis for calculating a fluid velocity in the measurement target region by a Doppler effect from a frequency of the reflected laser beam detected by the light detector and a laser frequency generated by the light source, and calculating information of the underwater moving object from the velocity of the fluid. It includes;
상기 광검출부는 상기 광검출 단위가 2차원 어레이로 배치되어 상기 측정 대상 영역에서의 위치에 대응하는 상기 반사 레이저 빔을 검출하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스캐너는 3차원 스캐너인 것이 바람직하다. 상기 스캐너는 기계적 또는 전자적 방식으로 작동하고, 빔 쉐이핑 광학계를 포함하여, 2차원 공간상에 상기 레이저 빔을 조사할 수 있는 것이 바람직하다.The photodetector may be arranged in a two-dimensional array of the photodetection unit to detect the reflective laser beam corresponding to the position in the measurement target region. In addition, the scanner is preferably a three-dimensional scanner. The scanner preferably operates in a mechanical or electronic manner and includes beam shaping optics so that the laser beam can be irradiated on a two-dimensional space.
한편, 상기 유동장 해석부는 상기 수중 이동체의 주파수 변이로부터 측정된 유동장 분포데이터를 실시간으로 처리하여 상기 수중 이동체의 속도, 위치 및 크기를 포함하는 정보를 획득할 수 있다. On the other hand, the flow field analyzer may obtain the information including the speed, position and size of the underwater vehicle by processing the flow field distribution data measured from the frequency variation of the underwater vehicle in real time.
또한, 본 발명의 수중 이동체 탐지 장치는 비행체에 탑재되어 수중 이동체를 탐색하는 것이 바람직하다.In addition, the underwater vehicle detection apparatus of the present invention is preferably mounted on a vehicle to search for an underwater vehicle.
본 발명의 일 실시예에 의한 수중 이동체 탐색 방법은 특정 파장의 레이저 빔을 수중의 특정 대상 영역에 조사하는 조사 단계; 상기 대상 영역으부터 반사된 레이저 빔을 광검출부에서 검출하는 검출 단계: 상기 조사 레이저 빔의 주파수와 상기 대상 영역으로부터 반사되어 광검출부에 입사된 레이저 빔의 주파수의 차이를 분석하고 도플러 효과를 이용하여 상기 대상 영역에서의 유체의 이동 방향 및 속도를 산정하는 산정 단계; 및 상기 유체의 이동 방향 및 속도를 포함하는 유동장 데이터로부터 수중 이동체의 정보를 획득하는 데이터 처리 단계;를 포함하는 것이다.Underwater moving object search method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of irradiating a laser beam of a specific wavelength to a specific target area in the water; Detecting the laser beam reflected from the target region in the photodetector: Analyzing the difference between the frequency of the irradiation laser beam and the frequency of the laser beam reflected from the target region and incident on the photodetector and using the Doppler effect Calculating a moving direction and a velocity of the fluid in the target region; And a data processing step of obtaining information of the underwater moving object from the flow field data including the moving direction and the velocity of the fluid.
상기 유동장 데이터는 3 차원 수중 공간 내에서의 유동장 데이터인 것이 바람직하다. 나아가, 상기 유동장 데이터는 상기 조사 단계, 상기 검출 단계 및 상기 산출 단계를 상이한 측정 대상 영역에 대해 반복함에 의해 획득될 수 있다. The flow field data is preferably flow field data in a three-dimensional underwater space. Furthermore, the flow field data may be obtained by repeating the irradiation step, the detection step and the calculation step for different measurement target areas.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 수중 이동체 탐색 방법은 광원으로부터 레이저 빔을 수중의 특정 영역에 조사하고, 상기 특정 영역의 유체로부터 반사되는 반사 레이저 빔을 광학적 방법에 의해 감지하고 처리하여, 수중 이동체에 의해 발생하는 후류의 유동장을 이차원 또는 삼차원 공간상에서 측정하고 해석함으로써 수중 이동체의 위치, 이동방향 및 크기를 포함하는 정보를 획득하는 방법이다.The underwater moving object search method according to an embodiment of the present invention irradiates a laser beam from a light source to a specific area of the water, and detects and processes the reflected laser beam reflected from the fluid of the specific area by an optical method, It is a method of acquiring information including the position, direction and size of the underwater moving object by measuring and analyzing the flow field of the wake generated by the two-dimensional or three-dimensional space.
상기 광학적 방법은 시간비행법에 의한 도달시간차이, 광간섭에 의한 광위상 차이 또는 도플러 효과에 의한 주파수 변이값를 이용하는 것이 바람직하다.In the optical method, it is preferable to use time difference of arrival by time flight method, optical phase difference by optical interference or frequency shift value by Doppler effect.
상기한 바와 같은 수단에 의해 본 발명의 비행체와 같은 외부에 설치된 광원으로부터 조사되는 빛을 해수면 혹은 수중으로 조사하여 이동체에 의해 생성된 후류의 유동장에서 반사되어 나온 신호를 면적 광검출부에서 검출하여 빛을 조사한 영역에서의 유속을 산출함으로써, 보다 넓은 작전영역에서 보다 빠르고 정확하게 수중 이동체의 복합적인 정보를 획득할 수 있는 효과가 있다. By means of the means described above, the light emitted from an external light source, such as the aircraft of the present invention, is irradiated to sea level or underwater to detect a signal reflected from the downstream flow field generated by the moving object by the area photodetector. By calculating the flow velocity in the irradiated area, it is possible to obtain complex information of the underwater vehicle more quickly and accurately in the wider operational area.
특히, 비접촉 방법으로 복합적인 정보를 고속으로 얻어냄으로써 분해능이 높고 측정 속도가 빠르며, 정밀도가 높으며, 광원으로부터 조사된 빛이 광검출부에 도달될 수 있는 거리이면 수중 이동체의 정밀 탐색이 가능함으로 대영역 지능형 해상 감시 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.In particular, by obtaining complex information at high speed by non-contact method, high resolution, fast measurement speed, high accuracy, and precision search of underwater moving object is possible if the distance from the light source can reach the photodetector. There is an effect that can provide intelligent maritime surveillance device.
도 1은 음향이나 초음파를 이용한 종래의 수중 이동체 탐색 방법의 개념도.
도 2는 다양한 대상 영역에 대한 스캐닝 개념을 나타낸 본 발명의 탐색 장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 수중 이동체 탐색 장치의 개략적 구조를 나타낸 개념도.
도 4는 수중 이동체로 인해 발생하는 후류에 의한 유동장을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 움직이는 구체에 의해 생성되는 후류를 촬영한 사진.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 2차원 광검출부의 도면이다.1 is a conceptual diagram of a conventional underwater moving object search method using sound or ultrasonic waves.
2 is a schematic diagram of a navigation apparatus of the present invention showing a scanning concept for various target areas.
3 is a conceptual view showing a schematic structure of the underwater mobile navigation apparatus of the present invention.
Figure 4 schematically shows the flow field due to the wake generated by the underwater moving body.
5 is a photograph of the wake generated by the moving sphere.
6 is a diagram of a two-dimensional photodetector according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 수중 이동체 탐색 장치 및 방법을 상세히 설명하도록 하겠다. 도 3 및 도 6에서 점선은 레이저 빔의 광경로를 나타낸 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the apparatus and method for underwater mobile navigation. In FIG. 3 and FIG. 6, the dotted line shows the optical path of the laser beam.
도 2는 본 발명의 수중 이동체 탐색 장치를 비행체에 탑재하여, 본 발명의 탐색 방법을 넓은 영역의 수중에 적용한 개념도이다. 도 2를 참고하여 본 발명의 탐색 방법을 설명하면, 비행체에 탑재된 수중 이동체 탐색 장치로부터 특정 파장의 레이저 빔을 수중의 특정 대상 영역에 조사하고, 그로부터 반사된 레이저 빔을 광검출부에서 검출한다. 최초의 조사 레이저 빔의 주파수와 대상 영역으로부터 반사되어 광검출부에 입사된 레이저 빔의 주파수의 차이를 분석하고 시간비행법, 광간섭 원리 및/또는 도플러 효과(Doppler effect) 의해 상기 대상 영역에서의 유체의 이동 방향 및 속도를 알 수 있다. 2 is a conceptual diagram in which the underwater moving object search apparatus of the present invention is mounted on a vehicle, and the search method of the present invention is applied to underwater in a wide area. Referring to FIG. 2, the search method of the present invention is irradiated with a laser beam having a specific wavelength to a specific target area in the water from an underwater vehicle search apparatus mounted on a vehicle, and the laser beam reflected therefrom is detected by the photodetector. Analyze the difference between the frequency of the original irradiated laser beam and the frequency of the laser beam reflected from the target area and incident on the photodetector, and the fluid in the target area by time flight method, optical interference principle and / or Doppler effect The direction and speed of movement can be known.
시간 비행법은 빛을 조사하여 맞고 돌아온 시간을 측정하여 거리 혹은 형상을 측정하는 방법이며, 유동장에 의해 생성된 물의 밀도, 굴절률 등의 변화가 거리 변화를 유도하므로 이 방법에 의해 유동장을 측정할 수 있다.The time flight method is a method of measuring distance or shape by measuring light return time by measuring light, and the flow field can be measured by this method because changes in density, refractive index, etc. of water generated by the flow field induce a distance change. have.
광간섭법은 기준파와 유동이 흐르는 표면을 맞고 돌아온 파에 의해 생성되는 간섭 무늬를 분석함으로써 형상을 구하는 방법이며, 이는 유동장에 의해 생성된 유체 표면 형상을 측정할 수 있다. 단층 촬영 또한 바이오에서 널리 사용되는 OCT(Optical Coherence Tomography) 원리를 확대 적용하여 사용할 수 있다.The optical interference method is a method of obtaining a shape by analyzing an interference fringe generated by a reference wave and a wave returning from a surface on which a flow flows, which can measure the shape of a fluid surface generated by a flow field. Tomography can also be used to extend the principles of optical coherence tomography (OCT), which is widely used in biotechnology.
도플러 효과는 상대운동을 하는 물체에 빛을 가하면 상대 운동 속도에 따라 빛의 주파수가 천이되는 현상이며, 이를 이용해 관측자와 대상 영역 사이의 상대 속도를 측정할 수 있다. The Doppler effect is a phenomenon in which the frequency of light is shifted according to the relative movement speed when light is applied to an object in relative motion, and the relative speed between the observer and the target area can be measured.
이 때, Fr 은 반사 레이저 빔의 주파수이고, Ft는 최초의 조사 레이저 빔의 주파수, c는 빛의 속도, v는 대상 영역에서의 유체의 속도이다. 위 식은 일차원적인 표현이나 3차원적으로도 변형가능하며, 움직이는 대상물에 대해 종래에 도플러 레이더(Doppler Radar)에서 일반적으로 사용하던 방식에 따라 대상영역에서 유체의 속도를 측정하면 된다.At this time, F r Is the frequency of the reflected laser beam, F t is the frequency of the original irradiation laser beam, c is the speed of light and v is the speed of the fluid in the target area. The above equation can be transformed to a one-dimensional expression or three-dimensional, and to measure the velocity of the fluid in the target region according to the method commonly used in the Doppler Radar for moving objects.
본 발명의 이동체 탐색 방법에 의하면, 단일 대상 영역에 대해 측정한 다수 위치에서의 반사 레이저 빔을 2차원 광검출부를 통해 감지하고, 그 주파수를 분석함으로써, 2차원 평면인 대상 영역의 각 위치에서의 유체, 즉 해수의 속도 벡터(velocity vector, 이하 속도라 함은 방향과 크기를 모두 포함하는 속도 벡터를 의미함)를 측정할 수 있다. 적절한 스캔닝 장치를 이용하면, 대상 영역을 3차원적으로 이동하여, 각 영역에서의 해수의 이동방향 및 속도의 크기를 측정할 수 있으며, 이에 의해 광대역에서 짧은 시간 내에 해수의 속도를 모두 측정할 수 있다. According to the moving object searching method of the present invention, the two-dimensional photodetector detects the reflected laser beam at multiple positions measured for a single target region, and analyzes the frequency thereof, so Velocity vectors (hereinafter, velocity means velocity vectors including both direction and magnitude) may be measured. By using an appropriate scanning device, the target area can be moved three-dimensionally to measure the magnitude of the direction and speed of seawater movement in each area, thereby measuring both the speed of the seawater within a short time in a broadband. Can be.
이와 같이, 측정한 해수의 속도 성분을 공간상에서 분석하면 수중 공간에서의 유체의 속도장(wake field), 즉 유동장을 얻을 수 있다.In this way, if the measured velocity component of the seawater is analyzed in space, it is possible to obtain a wake field, that is, a flow field of the fluid in the underwater space.
한편, 수중에서 움직이는 이동체는 난류 와류장(turbulant wake field)을 생성하게 되며, 난류 와류장은 역압력 구배에 의해 유체의 표면에서 박리되는 유체 입자의 주기적인 와흘림으로 표현되는 비정상적인 난류 현상을 의미한다. 즉 해수 입자가 수중에서 움직이는 잠수함 등 이동체의 표면에서 박리되어 주기적인 와흘림 현상이 발생하게 되고, 이는 잠수함의 함미에서 발생하는 후류(wake field)이다.On the other hand, a moving body moving in the water generates a turbulent wake field, which means an abnormal turbulent phenomenon represented by periodic vortexing of fluid particles separated from the surface of the fluid by a back pressure gradient. . That is, the seawater particles are peeled off the surface of the moving body, such as a submarine moving underwater, and a periodic vortex occurs, which is a wake field generated at the bottom of the submarine.
도 5는 움직이는 구체에 의해 생성되는 후류를 촬영한 사진들로서, 도 5a는 레이놀즈수(Reynods number, 이하 Re라 함)가 10,000일 때 생성되는 난류 와류장을, 도 5b는 레이놀즈수가 2000 일 때의 층류 유동장을 촬영한 것이다. 물체가 정지유체 속을 진행하는 경우 그 물체의 길이 또는 관지름을 L, 진행속도 또는 평균속도를 U,ρ을 유체의 밀도라 할 때 레이놀즈 수는 Re=ρUL/μ이고, 일반적으로 수중에서 이동하는 잠수함의 경우 레이놀즈 수는 100,000 이상으로 발달된 난류를 생성하게 된다. Figure 5 is a photograph of the wake generated by the moving sphere, Figure 5a is a turbulent vortex generated when the Reynods number (Reynods number, hereinafter referred to as Re) is 10,000, Figure 5b is a Reynolds number of 2000 The laminar flow field is taken. When an object travels in a stationary fluid, the Reynolds number is Re = ρUL / μ, where the length or diameter of the object is L, the advancing or average velocity is U, ρ, and the density of the fluid. For submarines, Reynolds numbers will generate turbulent flows of more than 100,000.
레이놀즈수 10000 인 조건에서 구체에 의해 발생하는 난류 와류장을 촬영한 도 5a 및 이를 간략히 도식화한 도 4에서 확인할 수 있듯이, 잠수함 등 수중 이동체에 의해 생성되는 난류 와류장은 수중에서 주기적인 형태로 원통형으로 확산된다. 공간상의 난류 와류장의 주기 및 방향을 분석하면 이동체의 크기, 이동방향, 이동 속도 등의 정보를 얻을 수 있다.
As shown in FIG. 5A and FIG. 4, which briefly illustrates the turbulent vortex generated by a sphere at a Reynolds number of 10000, the turbulent vortex generated by an underwater vehicle such as a submarine has a cylindrical shape in the water in a periodic form. Spreads. By analyzing the period and direction of the turbulent turbulence in space, information such as the size of the moving body, the moving direction, and the moving speed can be obtained.
본 발명은 수중의 이동체가 생성하는 난류 와류장의 주기 및 방향을 분석하여 이동체의 크기, 이동 방향, 및 이동속도 등의 정보를 얻기 위한 방법으로서, 레이저 빔을 수중의 해수 영역에 조사하되 2차원 광감지 어레이를 통해 반사광을 감지함으로써, 시간비행법에 의한 도달시간차이, 광간섭에 의한 광위상차이, 도플러 효과에 의한 주파수 변이값 등으로부터 수중의 2차원 혹은 3차원 평면에 대해 유동장을 얻는다. 3차원 스캐닝 방식으로 광대역에 걸쳐 상기 조사 및 반사광 감지 과정을 되풀이함으로써 3차원 수중 영역에 대해 유동장 정보, 특히 유속 정보를 얻고, 이로부터 이동체의 크기, 이동 방향, 및 이동 속도 등의 정밀 정보를 얻을 수 있다. 또한 본 발명의 탐색 장치를 항공체에 탑재하여 본 발명의 탐색 방법을 적용함으로써, 원거리에서 단시간 내에 수중 이동체의 정보를 얻을 수 있다.
The present invention is a method for obtaining information on the size, direction, and speed of the moving object by analyzing the period and direction of the turbulent vortex field generated by the underwater moving object, while irradiating a laser beam to the seawater area underwater By detecting the reflected light through the sensing array, a flow field is obtained for the two-dimensional or three-dimensional plane in the water from the time difference of arrival by the time flight method, the optical phase difference by the optical interference, the frequency shift by the Doppler effect, and the like. By repeating the above-mentioned irradiation and reflected light detection process over a wide-band by three-dimensional scanning method, flow field information, especially flow velocity information, is obtained for the three-dimensional underwater region, and from this, precise information such as the size of the moving body, the moving direction, and the moving speed can be obtained. Can be. Further, by installing the search apparatus of the present invention on an aircraft and applying the search method of the present invention, it is possible to obtain information of an underwater mobile vehicle at a short time from a long distance.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 이동체 탐색 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명하겠다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 이동체 탐색 장치의 개략적 개념도로서, 레이저 빔을 발생하는 광원부(1), 상기 광원부에서 발생한 레이저 빔을 원하는 측정 대상 영역으로 정확히 보내기 위한 스캐너(2), 상기 반사된 레이저 빔을 감지하기 위해 알려진 위치에 설치되어 있는 적어도 하나 이상의 광검출 단위로 이루어진 광검출부(4), 상기 광원부로부터 상기 측정 대상 영역으로 조사된 후 반사된 레이저 빔을 상기 광검출부로 보내는 이미징 광학계(3) 그리고, 상기 광검출부에서 검출된 레이저 빔의 주파수로부터 도플러 효과와 같은 광학 방법에 의해 상기 측정 대상 영역에서의 유체 속도를 산정하고, 상기 유체의 속도로부터 수중 이동체의 정보를 산출하는 유동장 해석부(5)를 포함한다.
Next, an underwater mobile navigation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 3 is a schematic conceptual view of an underwater moving object searching apparatus according to an embodiment of the present invention, a
본 발명의 일 실시예에 의한 탐색 장치의 광원부(1)는 파장이 알려진, 따라서 주파수가 알려진 레이저 빔을 발생한다. The
상기 광원부로부터 발생한 레이저 빔은 상기 스캐너(2)에 의해 수중의 특정 영역에 조사된다. 상기 스캐너는 갈바노미러(Galvano mirror), 폴리곤 미러(polygon mirror) 또는 가변 미러와 같은 기계적 스캐너 또는 음향광학변조기(AOM), 전자위상변조기(EOM)와 같은 광학스캐너를 포함할 수 있으며, 공간상에 넓게 조사하여 면적으로 측정할 경우 미러나 렌즈 등을 포함하는 빔 쉐이핑 광학계(beam shaping Optics)를 포함하여 특정 위치에 레이저 빔을 조사할 수 있는 것이 바람직하다. The laser beam generated from the light source unit is irradiated to the specific area in the water by the
즉, 상기 스캐너는 비교적 좁은 단일 스팟을 스캐닝하는 방식으로 작동하도록 구현할 수 있으며, 빔 쉐이핑 광학계를 포함하는 구성을 채택하여 상당히 넓은 2차원 대상 영역에 레이저 빔을 동시에 조사할 수도 있다. 한편 본 발명의 일 실시예에 의한 스캐너(2)는 x, y 평면 뿐 아니라 Z 평면 상으로 원하는 수중의 영역에 레이저 빔을 조사할 수 있는 3차원 스캐너인 것이 바람직하다. That is, the scanner can be implemented to operate by scanning a relatively narrow single spot, and can simultaneously irradiate a laser beam to a fairly wide two-dimensional target area by adopting a configuration including beam shaping optics. On the other hand, the
상기 스캐너에 의해 수중의 특정 영역으로 상기 레이저 빔은 조사되고, 수중의 플랑크톤 등의 부유물에 의해 산란되며, 산란된 레이저 빔의 일부는 다시 초기 위치와 인접한 위치로 돌아오는데 이를 반사 레이저 빔이라 한다.The laser beam is irradiated to a specific area in the water by the scanner and scattered by floating matter such as plankton in the water, and the scattered laser beam is returned to the position adjacent to the initial position again, which is called a reflective laser beam.
상기 광원부로부터 상기 측정 대상 영역으로 조사된 후 반사된 레이저 빔은 이미징 광학계(3) 에 의해, 알려진 위치에 설치되어 있는 적어도 하나 이상의 광검출 단위로 이루어진 광검출부(4)로 입사된다. 상기 광검출부(4)는 상기 반사된 레이저 빔을 감지하기 위해 알려진 위치에 설치되어 있으며, 적어도 하나 이상의 광검출 단위로 이루어진다. 상기 광검출부(4)는 CCD 또는 CMOS 등의 다수의 단위 픽셀을 포함하는 소자를 포함할 수 있으며, 상기 반사 레이저 빔의 도플러 쉬프트를 측정하기 위한 장치를 추가로 포함할 수 있다. The laser beam reflected after being irradiated from the light source unit to the measurement target region is incident by the imaging
상기 반사 레이저 빔은 반사되는 수중 영역에서의 유체의 속도에 따라 도플러 효과에 의해 주파수 쉬프트(frequency shift)가 발생한다. The reflected laser beam generates a frequency shift due to the Doppler effect according to the velocity of the fluid in the reflected underwater region.
반사 레이저 빔의 주파수 쉬프트를 측정하기 위해 주파수 간섭계(Spectral interferometry)를 이용하거나, 광섬유 및 회절 격자(grating)를 이용한 방법, 라디오주파수 스펙트럼 분석기(RF Spectrum analyzer) 등 다양한 종래의 주파수 측정 장치나 방법이 이용될 수 있다. Various conventional frequency measuring devices and methods, such as using a frequency interferometry, a fiber optic and diffraction grating, and a radio frequency spectrum analyzer, are used to measure the frequency shift of the reflected laser beam. Can be used.
도 6은 광섬유와 회절 격자를 이용한 본 발명의 일실시예에 의한 광검출부를 나타낸 도면이다. 도 6에서는, 광섬유의 단면들를 2차원으로 배열하여, 측정 영역 내 다수 위치로부터 반사된 레이저 빔을 각기 수광한다. 이 때 하나의 광섬유에 입사한 반사 레이저 빔은 광섬유(41)를 통해 전달되고 회절격자(42)에 의해 분광된다. 상기 회절 격자(42)와 대응하는 위치에 1렬의 CCD 어레이(43)를 배치하면, 반사 레이저 빔의 주파수 스펙트럼을 통해 주파수 변화를 측정할 수 있다. 6 is a view showing a light detector according to an embodiment of the present invention using an optical fiber and a diffraction grating. In Fig. 6, the cross sections of the optical fiber are arranged in two dimensions to receive the laser beams reflected from multiple positions in the measurement area, respectively. At this time, the reflected laser beam incident on one optical fiber is transmitted through the
이와 동일한 구성은 모든 광섬유에 대해 각기 구비되며, 이러한 2차원 광섬유 어레이에 의해 측정 영역의 다수 위치에 대한 레이저 빔의 도플러 쉬프트를 측정할 수 있다. 도 6에 개시된 것은 단지 본 발명의 일실시예에 의한 광검출부에 불과한 것이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 광검출부를 구비할 수 있다.This same configuration is provided for every optical fiber, and the two-dimensional optical fiber array can measure the Doppler shift of the laser beam for multiple positions in the measurement area. 6 is merely a light detection unit according to an embodiment of the present invention, the present invention is not limited thereto and may include various types of light detection unit.
유동장 해석부(5)는 마이크로 프로세서 등의 연산 처리 장치로서, 상기 광검출부(4)로부터 전기 신호 데이터를 받고 이로부터 상기 광검출부에서 검출된 반사 레이저 빔의 주파수로부터 도플러 효과를 이용하여 상기 측정 대상 영역 내의 각 위치에서의 유체 속도를 산정한다. 상기 유체 속도로부터 수중의 넓은 영역에서의 유동장의 해석을 통해 수중 이동체의 유무 뿐만 아니라 이동 속도, 이동 궤적, 이동 방향, 수중 이동체의 크기 및 특징 등의 정보까지도 획득가능하다.
The
한편, 보다 빠른 속도로 유동장 데이터를 얻기 위해, 다수의 스캐너를 배치하고, 동일 레이저 빔을 빔 스플리터 등의 광학계를 이용하여 분할하여 다수의 스캐너에 의해 서로 상이한 다수 대상 영역에 동시에 조사하고 각 대상 영역에서 반사된 반사 레이저 광을 각각의 이미징 광학계에 의해 수광하여 각각의 2차원 광검출부에서 검출한 다음, 동일한 해석부에서 처리하는 것도 가능하다. 즉, 레이저 광원부와 해석부만을 공통으로 사용하고, 나머지 장치들을 병렬 배치하여 데이터 획득 속도를 높일 수 있다. On the other hand, in order to obtain flow field data at a higher speed, a plurality of scanners are arranged, the same laser beam is divided by using an optical system such as a beam splitter, and simultaneously irradiated to different target areas different from each other by a plurality of scanners. It is also possible to receive the reflected laser light reflected by each of the imaging optical systems, detect it in each two-dimensional photodetector, and then process it in the same analyzer. That is, only the laser light source unit and the analysis unit may be used in common, and the remaining devices may be arranged in parallel to increase data acquisition speed.
본 발명의 수중 이동체 탐색 장치는 특히 비행체에 장착되어 3차원 스캐너에 의해 넓은 수중의 영역에서 단시간 내에 유동장의 정보를 검출할 수 있으며, 수중 공간 내의 유체의 유동장의 정보로부터 이동체의 속도 등을 산출할 수 있다. 따라서, 수중 이동체가 발생하는 특유의 후류를 측정하되 유동장(wake field)의 개념에 의해 분석하므로 측정 정밀도가 향상된다. 또, 정지된 수중의 지형에 의한 노이즈가 없으며 해류에 의한 노이즈가 거의 없으며, 해상에서의 기상조건에 주로 영향을 받는해수면에서의 표면파나 바람 등의 영향을 적게 받는다. In particular, the underwater navigation apparatus of the present invention can be mounted on a vehicle to detect the information of the flow field in a short time in a wide underwater region by a three-dimensional scanner, and calculate the speed of the moving body from the information of the flow field of the fluid in the underwater space. Can be. Therefore, the specific wake generated by the underwater moving object is measured, but the measurement accuracy is improved because the analysis is performed according to the concept of the wake field. In addition, there is no noise due to the stopped underwater terrain, little noise due to the current, and is less affected by surface waves and wind at sea level which are mainly affected by weather conditions at sea.
그리고 심해와 같은 동해에서도 주변 국가에서 널리 운용되는 디젤 잠수함의 경우에는 주기적으로 표면으로 떠올라 산소 공급을 해야만 하기 때문에 실시간 대영역 탐색이 가능하다면 동해와 같은 심해에서도 운용하고 있는 잠수함의 탐색에도 활용될 수 있다. 그리고 비교적 크기가 작고 탐지가 어려운 스텔스 반잠수정도 후류(wake field)를 획득하고 분석하면 감시 할 수 있다.In the case of diesel submarines widely used in neighboring countries even in the East Sea such as the deep sea, they have to float to the surface periodically to supply oxygen, so if real-time large area search is possible, it can be used to search for submarines operating in the Deep Sea such as the East Sea. have. A relatively small, difficult-to-detect stealth half-submarine wake field can be acquired and analyzed.
본 발명은 레이저와 같은 비접촉 광학 측정 기술을 해상 감시에 적용함으로써 감시 영역을 획기적으로 넓힐 수 있으며, 파장에 근거한 측정으로 탐색 정밀도 역시 향상 시킬 수 있다. 그리고 후류의 공간상 유동장을 측정함으로써 기존 방법에 의해 알 수 있던 수중 이동체의 유무 뿐만 아니라 이동 속도, 이동 궤적, 이동 방향, 수중 이동체의 크기 및 특징까지도 알 수 있다. 본 기술은 국방과 관련되어 국내 기술에 의해 개발되어야 하는 특수성이 있다.According to the present invention, the non-contact optical measurement technology such as laser can be applied to the sea surveillance to significantly widen the surveillance area, and the search accuracy can be improved by the measurement based on the wavelength. In addition, by measuring the space flow field in the wake, it is possible to know not only the existence of the underwater moving body known by the conventional method, but also the moving speed, the moving trajectory, the moving direction, and the size and characteristics of the underwater moving body. This technology has the specificity to be developed by domestic technology in relation to defense.
1: 광원부 2 : 스캐너
3: 이미징 광학계 4 : 광검출부
5: 해석부 41 : 광섬유
42 : 회절격자 43 : CCD 어레이 1: light source unit 2: scanner
3: imaging optical system 4: photodetector
5: analysis part 41: optical fiber
42
Claims (15)
상기 레이저 광원으로부터 조사 레이저 빔을 수중의 특정 대상 영역에 조사하는 스캐너;
상기 레이저 광원으부터 상기 특정 대상 영역으로 조사된 후 반사된 레이저 빔을 광검출부로 입사시키는 이미징 광학계;
상기 반사된 레이저 빔을 감지하기 위해 알려진 위치에 설치되어, 상기 반사 레이저 빔을 시간비행법에 의한 도달시간차이, 광간섭에 의한 광위상 차이 또는 도플러 효과에 의한 주파수 변이값를 이용하는 광학적 방법에 의해 감지하고 처리하는 광검출부; 및
상기 광검출부에서 감지되어 처리된 상기 반사 레이저 빔과 상기 조사 레이저 빔의 광학적 정보를 이용하여 수중 이동체에 의해 발생하는 후류의 유동장 데이터를 이차원 또는 삼차원 공간상에서 산정하고 해석함으로써 상기 수중 이동체의 정보를 획득하는 유동장 해석부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 탐색 장치.
Laser light source;
A scanner for irradiating a specific target area in the water with an irradiation laser beam from the laser light source;
An imaging optical system that irradiates the laser beam reflected from the laser light source to the specific target region and then enters the photodetector;
It is installed at a known position to detect the reflected laser beam, and the reflected laser beam is detected by an optical method using a time difference of arrival time by a time flight method, an optical phase difference by optical interference or a frequency shift value by a Doppler effect. A photodetector for processing; And
The information of the underwater moving object is obtained by calculating and analyzing the flow field data generated by the underwater moving object in two-dimensional or three-dimensional space using the optical information of the reflected laser beam and the irradiated laser beam sensed and processed by the photodetector. Flow field analysis unit;
Underwater moving object navigation apparatus comprising a.
상기 스캐너는 기계적 또는 전자적 방식으로 작동하고, 빔 쉐이핑 광학계를 포함하여, 2차원 공간상에 상기 레이저 빔을 조사할 수 있는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 탐색 장치.
The method of claim 1,
And the scanner operates in a mechanical or electronic manner and includes beam shaping optics to irradiate the laser beam onto a two-dimensional space.
상기 광원부에서 발생한 레이저 빔을 원하는 측정 대상 영역으로 조사하기 위한 스캐너;
상기 광원부로부터 상기 측정 대상 영역으로 조사된 후 반사된 레이저 빔을 광검출부로 입사시키는 이미징 광학계;
상기 반사된 레이저 빔을 감지하기 위해 알려진 위치에 설치되어, 상기 반사 레이저 빔의 주파수를 검출하는, 적어도 하나 이상의 광검출 단위를 포함하되, 상기 광검출 단위가 2차원 어레이로 배치되어 상기 측정 대상 영역에서의 위치에 대응하는 상기 반사 레이저 빔을 검출하는 상기 광검출부; 및
상기 광검출부에서 검출된 반사 레이저 빔의 주파수와 상기 광원부에서 발생한 레이저 주파수로부터 도플러 효과에 의해 상기 측정 대상 영역에서의 유체 속도를 산정하고, 상기 유체 속도로부터 수중 이동체의 정보를 산출하는 유동장 해석부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 탐색 장치.
A light source unit generating a laser beam;
A scanner for irradiating a laser beam generated from the light source to a desired measurement target area;
An imaging optical system for injecting the reflected laser beam into the photodetector after being irradiated from the light source to the measurement target region;
At least one photodetection unit installed at a known position to detect the reflected laser beam and detecting a frequency of the reflected laser beam, wherein the photodetection units are arranged in a two-dimensional array to measure the region to be measured. The photodetector detecting the reflected laser beam corresponding to a position in; And
A flow field analyzer for estimating a fluid velocity in the measurement target region by a Doppler effect from a frequency of a reflected laser beam detected by the light detector and a laser frequency generated by the light source, and calculating information of an underwater moving object from the fluid velocity;
Underwater moving object navigation apparatus comprising a.
상기 스캐너는 3차원 스캐너인 것을 특징으로 하는 수중 이동체 탐색 장치.
5. The method of claim 4,
And the scanner is a three-dimensional scanner.
상기 스캐너는 기계적 또는 전자적 방식으로 작동하고, 빔 쉐이핑 광학계를 포함하여, 2차원 공간상에 상기 레이저 빔을 조사할 수 있는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 탐색 장치.
5. The method of claim 4,
And the scanner operates in a mechanical or electronic manner and includes beam shaping optics to irradiate the laser beam onto a two-dimensional space.
상기 유동장 해석부는 상기 수중 이동체의 주파수 변이로부터 측정된 상기 유체 속도를 실시간으로 처리하여 상기 수중 이동체의 속도, 위치 및 크기를 포함하는 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 탐색 장치.
5. The method of claim 4,
And the flow field analyzer acquires information including the speed, position, and size of the underwater vehicle by processing the fluid velocity measured from the frequency variation of the underwater vehicle in real time.
상기 유동장 해석부는 상기 수중 이동체의 주파수 변이로부터 측정된 유동장의 유체 속도를 실시간으로 처리하여 상기 수중 이동체의 속도, 위치 및 크기를 포함하는 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 탐색 장치.The method according to claim 6,
And the flow field analyzer acquires information including the speed, position, and size of the underwater vehicle by processing the fluid velocity of the flow field measured in real time from the frequency variation of the underwater vehicle.
An aircraft according to claim 1 or 4, wherein the underwater vehicle search apparatus is mounted.
The laser beam is irradiated from a light source to a specific area in the water, and the reflected laser beam reflected from the fluid in the specific area uses time difference of arrival by time flight method, optical phase difference by optical interference or frequency shift value by Doppler effect. Underwater vehicle, which is detected and processed by optical method, and acquires information including position, direction and size of underwater vehicle by measuring and analyzing the downstream flow field generated by underwater vehicle in two-dimensional or three-dimensional space. Navigation method.
상기 대상 영역으로부터 반사된 레이저 빔을 광검출부에서 검출하는 검출 단계:
상기 조사 레이저 빔의 주파수와 상기 대상 영역으로부터 반사되어 광검출부에 입사된 레이저 빔의 주파수의 차이를 분석하고 도플러 효과를 이용하여 상기 대상 영역에서의 유체의 이동 방향 및 속도를 산정하는 산정 단계; 및
상기 유체의 이동 방향 및 속도를 포함하는 3차원 수중 공간 내에서의 유동장 데이터로부터 수중 이동체의 정보를 획득하는 데이터 처리 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 탐색 방법.
Irradiating a laser beam of a specific wavelength to a specific target area in water;
A detection step of detecting a laser beam reflected from the target area in a photodetector;
Calculating a difference between a frequency of the irradiated laser beam and a frequency of a laser beam reflected from the target region and incident on a photodetector and calculating a moving direction and a velocity of the fluid in the target region using a Doppler effect; And
A data processing step of acquiring information of the underwater moving object from the flow field data in the three-dimensional underwater space including the moving direction and the velocity of the fluid;
Underwater moving object search method comprising a.
상기 유동장 데이터는 상기 조사 단계, 상기 검출 단계 및 상기 산정 단계를 상이한 측정 대상 영역에 대해 반복함에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 탐색 방법.
The method of claim 13,
And said flow field data is obtained by repeating said irradiation step, said detection step and said calculation step for different measurement target areas.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020110058471A KR101261276B1 (en) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | Apparatus and method for searching a moving underwater target using spatial measurement of wake fields generated by the moving target and air vehicle loaded with the same apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020110058471A KR101261276B1 (en) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | Apparatus and method for searching a moving underwater target using spatial measurement of wake fields generated by the moving target and air vehicle loaded with the same apparatus |
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-
2011
- 2011-06-16 KR KR1020110058471A patent/KR101261276B1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
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|---|
| G.G. Wren 외 1명, "Detection of submerged vessels using remote sensing techniques", Australian Defense Force Journal, No.127, pp.9-15 (1997.11) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20120138985A (en) | 2012-12-27 |
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