KR101282489B1 - 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라 및 그 작동방법 - Google Patents

두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라 및 그 작동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수중탐사 시 저주파 및 고주파 음파의 각각의 단점을 보완하고 장점을 살리기 위하여 이들 두 가지 주파수를 동시에 사용하는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라 및 그 작동방법(일명, '멀티빔 소나')을 제공한다. 본 발명에 따르면 수중탐사 시 반사특성이 다른 두 가지 주파수를 동시에 사용하므로 수중 물체의 식별이 보다 용이한 장점이 있다. 즉, 고주파 음파의 경우 음파의 감쇠가 심하여 원거리 탐지가 어려운 단점이 존재하므로 저주파 음파와 함께 사용하여 서로간의 단점을 보완하는 것이다. 즉, 본 발명에 따르면 수중탐사 시 저주파 음파를 이용하여 원거리를 탐지함과 동시에 근거리에 대해서는 고주파 음파를 사용하여 고해상도 영상을 취득하는 것이 가능하며, 고주파 및 저주파의 영상 취득 결과를 상호 비교하는 과정을 통하여 수중 물체의 식별을 보다 용이하게 할 수 있다.

Description

두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라 및 그 작동방법{dual frequency underwater acoustic camera and it's operating method for precise underwater survey}
본 발명은 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라, 보다 구체적으로는 수중탐사 시 저주파 및 고주파 음파의 각각의 단점을 보완하고 장점을 살리기 위하여 이들 두 가지 주파수를 동시에 사용하는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라 및 그 작동방법(일명, '멀티빔 소나')에 관한 것이다.
일반적으로 이미징 소나(imaging sonar)라 함은 송신용 수중음향 트랜스듀서에서 음파를 생성하고 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 음파를 수신용 배열 수중음향 트랜스듀서에서 음파를 수신한 후 빔성형 처리 기법을 이용하여 수중 물체의 영상을 획득하는 장비를 말한다.
여기서 '빔성형 처리'라 함은 다수의 센서에 입력되는 신호의 시간 차이 또는 위상 차이를 이용하여 입사되는 파의 각도를 추정하는 것을 말한다. 선형 배열된 센서의 정면에서 입사되는 파의 경우 모든 센서에서 측정되는 신호가 동일하다(도 5의 a). 그러나 경사면 입사의 경우 센서에서 측정되는 신호의 시간 차이가 존재하며, 입사각이 증가할수록 그 차이도 같이 증가하게 된다(도 5의 b). 빔성형 처리는 이와 같은 특성을 이용하여 각 센서에서 측정되는 신호를 분석하여 입사각을 추정하는 방법이다.
한편, 음파는 주파수가 증가할수록 감쇠가 심하므로 수중탐사 시 원거리 탐지를 위해서는 일반적으로 저주파 음파를 사용하게 된다. 그러나 저주파 음파는 고주파 음파에 비해 상대적으로 원거리 탐지가 용이한 반면 파장이 길어 고주파 음파에 비해 해상도가 떨어지는 단점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 수중탐사 시 저주파 및 고주파 음파의 각각의 단점을 보완하고 장점을 살리기 위하여 이들 두 가지 주파수를 동시에 사용하는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라 및 그 작동방법(일명, '멀티빔 소나')을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
저주파 송신음향트랜스듀서에 제공할 전기 신호를 발생시키는 저주파 신호발생기 및 고주파 송신음향트랜스듀서에 제공할 전기 신호를 발생시키는 고주파 신호발생기;
상기 저주파 신호발생기가 제공하는 전기 신호의 전력을 증폭시키는 저주파 전력증폭기 및 상기 고주파 신호발생기가 제공하는 전기 신호의 전력을 증폭시키는 고주파 전력증폭기;
상기 저주파 전력증폭기가 제공하는 증폭된 전기 신호를 이용하여 저주파 음파를 발생시키는 저주파 송신음향트랜스듀서 및 상기 고주파 전력증폭기가 제공하는 증폭된 전기 신호를 이용하여 고주파 음파를 발생시키는 고주파 송신음향트랜스듀서;
수중 물체에 의해서 반사되어 오는 저주파 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시키는 저주파 수신음향트랜스듀서 및 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 고주파 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시키는 고주파 수신음향트랜스듀서;
상기 저주파 수신음향트랜스듀서가 수신한 저주파 음파의 잡음을 최소화하여 상기 저주파 수신음향트랜스듀서의 미약한 전기 신호를 증폭시키는 저주파 저잡음증폭기 및 상기 고주파 수신음향트랜스듀서가 수신한 고주파 음파의 잡음을 최소화하여 상기 고주파 수신음향트랜스듀서의 미약한 전기 신호를 증폭시키는 고주파 저잡음증폭기;
상기 저주파 저잡음증폭기가 제공하는 전기 신호 중 저주파 신호수집기에 제공할 저주파수 영역만을 선택하여 여과시키는 저주파 대역통과필터 및 상기 고주파 저잡음증폭기가 제공하는 전기 신호 중 고주파 신호수집기에 제공할 고주파수 영역만을 선택하여 여과시키는 고주파 대역통과필터;
상기 저주파 수신음향트랜스듀서의 저주파 신호 중 근거리 신호는 증폭비를 작게 하고 원거리 신호는 증폭비를 크게 하기 위하여 시간에 따라 증폭비를 변화시키는 저주파 시변증폭기 및 상기 고주파 수신음향트랜스듀서의 고주파 신호 중 근거리 신호는 증폭비를 작게 하고 원거리 신호는 증폭비를 크게 하기 위하여 시간에 따라 증폭비를 변화시키는 고주파 시변증폭기;
상기 저주파 수신음향트랜스듀서의 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성하는 저주파 신호수집기 및 상기 고주파 수신음향트랜스듀서의 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성하는 고주파 신호수집기;
상기 저주파 신호수집기 및 상기 고주파 신호수집기에 의하여 수집된 데이터를 이용하여 빔성형 처리를 수행하는 신호처리기 및;
상기 신호처리기가 제공한 빔성형 데이터를 이용하여 초음파 영상을 전시하는 초음파영상전시기;
를 포함하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라를 제공한다.
또한 본 발명은,
상기 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 작동방법으로서,
저주파 신호발생기는 저주파 송신음향트랜스듀서에 제공할 전기 신호를 발생시키며, 고주파 신호발생기는 고주파 송신음향트랜스듀서에 제공할 전기 신호를 발생시키는 단계;
저주파 전력증폭기는 상기 저주파 신호발생기가 제공하는 전기 신호의 전력을 증폭시키며, 고주파 전력증폭기는 상기 고주파 신호발생기가 제공하는 전기 신호의 전력을 증폭시키는 단계;
저주파 송신음향트랜스듀서는 상기 저주파 전력증폭기가 제공하는 증폭된 전기 신호를 이용하여 저주파 음파를 발생시키며, 고주파 송신음향트랜스듀서는 상기 고주파 전력증폭기가 제공하는 증폭된 전기 신호를 이용하여 고주파 음파를 발생시키는 단계;
저주파 수신음향트랜스듀서는 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 저주파 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시키며, 고주파 수신음향트랜스듀서는 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 고주파 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시키는 단계;
저주파 저잡음증폭기는 상기 저주파 수신음향트랜스듀서가 수신한 저주파 음파의 잡음을 최소화하여 상기 저주파 수신음향트랜스듀서의 미약한 전기 신호를 증폭시키며, 고주파 저잡음증폭기는 상기 고주파 수신음향트랜스듀서가 수신한 고주파 음파의 잡음을 최소화하여 상기 고주파 수신음향트랜스듀서의 미약한 전기 신호를 증폭시키는 단계;
저주파 대역통과필터는 상기 저주파 저잡음증폭기가 제공하는 전기 신호 중 저주파 신호수집기에 제공할 저주파수 영역만을 선택하여 여과시키며, 고주파 대역통과필터는 상기 고주파 저잡음증폭기가 제공하는 전기 신호 중 고주파 신호수집기에 제공할 고주파수 영역만을 선택하여 여과시키는 단계;
저주파 시변증폭기는 상기 저주파 수신음향트랜스듀서의 저주파 신호 중 근거리 신호는 증폭비를 작게 하고 원거리 신호는 증폭비를 크게 하기 위하여 시간에 따라 증폭비를 변화시키며, 고주파 시변증폭기는 상기 고주파 수신음향트랜스듀서의 고주파 신호 중 근거리 신호는 증폭비를 작게 하고 원거리 신호는 증폭비를 크게 하기 위하여 시간에 따라 증폭비를 변화시키는 단계;
저주파 신호수집기는 상기 저주파 수신음향트랜스듀서의 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성하며, 고주파 신호수집기는 상기 고주파 수신음향트랜스듀서의 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성하는 단계;
신호처리기가 상기 저주파 신호수집기 및 상기 고주파 신호수집기에 의하여 수집된 데이터를 이용하여 빔성형 처리를 수행하는 단계 및;
초음파영상전시기가 상기 신호처리기가 제공한 빔성형 데이터를 이용하여 초음파 영상을 전시하는 단계;
를 포함하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 작동방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 수중탐사 시 반사특성이 다른 두 가지 주파수를 동시에 사용하므로 수중 물체의 식별이 보다 용이한 장점이 있다. 즉, 고주파 음파의 경우 음파의 감쇠가 심하여 원거리 탐지가 어려운 단점이 존재하므로 저주파 음파와 함께 사용하여 서로간의 단점을 보완하는 것이다. 즉, 본 발명에 따르면 수중탐사 시 저주파 음파를 이용하여 원거리를 탐지함과 동시에 근거리에 대해서는 고주파 음파를 사용하여 고해상도 영상을 취득하는 것이 가능하며, 고주파 및 저주파의 영상 취득 결과를 상호 비교하는 과정을 통하여 수중 물체의 식별을 보다 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 구성 및 작용을 보여준다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 또 다른 구성 및 작용을 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 고주파 및 저주파 음파를 이용하여 동일한 수중 물체의 영상을 취득한 결과를 보여준다.
도 5는 선형 배열된 센서에 대한 정면 입사파 및 경사면 입사파의 모습을 보여준다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 한편, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라
도 1은 본 발명에 따른 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 구성 및 작용을 보여주며, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 또 다른 구성 및 작용을 보여준다.
본 발명은 수중탐사 시 저주파 및 고주파 음파의 각각의 단점을 보완하고 장점을 살리기 위하여 이들 두 가지 주파수를 동시에 사용하는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라(일명, '멀티빔 소나')를 제공하는 것을 목적으로 하는바,
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기본적으로 신호발생기, 전력증폭기, 송신음향트랜스듀서, 수신음향트랜스듀서, 저잡음증폭기, 대역통과필터, 시변증폭기, 신호수집기, 신호처리기 및 초음파영상전시기를 포함하여 이루어진다.
여기서, 본 발명의 핵심은 수중탐사 시 저주파 및 고주파 음파를 동시에 사용하여 취득한 저주파 및 고주파 영상 결과를 상호 비교할 수 있도록, 상기 신호처리기 및 초음파영상전시기를 제외한 나머지 요소를 각각 저주파 음파를 위한 것(10)과 고주파 음파를 위한 것(20) 두 가지로 분리 구성한 데에 있다.
즉, 본 발명에 따르면 신호발생기는 저주파 신호발생기(11) 및 고주파 신호발생기(21), 전력증폭기는 저주파 전력증폭기(12) 및 고주파 전력증폭기(22), 송신음향트랜스듀서는 저주파 송신음향트랜스듀서(13) 및 고주파 송신음향트랜스듀서(23), 수신음향트랜스듀서는 저주파 수신음향트랜스듀서(14) 및 고주파 수신음향트랜스듀서(24), 저잡음증폭기는 저주파 저잡음증폭기(15) 및 고주파 저잡음증폭기(25), 대역통과필터는 저주파 대역통과필터(16) 및 고주파 대역통과필터(26), 시변증폭기는 저주파 시변증폭기(17) 및 고주파 시변증폭기(27), 신호수집기는 저주파 신호수집기(18) 및 고주파 신호수집기(28)의 두 가지로 분리 구성되는 것이다(도 1 내지 도 3).
이하, 이들 각 요소의 작용에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
저주파 신호발생기(11)는 저주파 송신음향트랜스듀서(13)에 제공할 전기 신호를 발생시키며, 고주파 신호발생기(21)는 고주파 송신음향트랜스듀서(23)에 제공할 전기 신호를 발생시킨다.
저주파 전력증폭기(12)는 저주파 신호발생기(11)가 제공하는 전기 신호의 전력을 증폭시키며, 고주파 전력증폭기(22)는 고주파 신호발생기(21)가 제공하는 전기 신호의 전력을 증폭시킨다.
저주파 송신음향트랜스듀서(13)는 저주파 전력증폭기(12)가 제공하는 증폭된 전기 신호를 이용하여 저주파 음파를 발생시키며, 고주파 송신음향트랜스듀서(23)는 고주파 전력증폭기(22)가 제공하는 증폭된 전기 신호를 이용하여 고주파 음파를 발생시킨다.
따라서 본 발명에 의하면 수중탐사 시 저주파 송신음향트랜스듀서(13)로부터는 저주파 음파가, 고주파 송신음향트랜스듀서(23)로부터는 고주파 음파가 동시에 발생하여 수중 물체에 조사(照射)되며, 그 결과 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 음파 또한 저주파 음파 및 고주파 음파의 두 가지가 된다. 그리고 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 저주파 음파 및 고주파 음파는 후술하는 저주파 수신음향트랜스듀서(14) 및 고주파 수신음향트랜스듀서(24)가 각각 동시에 수신하게 된다.
이 경우 저주파 음파는 상대적으로 원거리에 존재하는 수중 물체의 보다 높은 해상도의 영상을, 고주파 음파는 상대적으로 근거리에 존재하는 수중 물체의 보다 높은 해상도의 영상을 각각 제공하게 되므로, 결국 본 발명에 의하면 수중탐사 시 수중 물체가 존재하는 위치 및 거리에 관계없이 근거리에서 원거리에 걸쳐 균일하게 높은 해상도의 영상을 취득할 수 있게 된다.
저주파 수신음향트랜스듀서(14)는 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 저주파 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시키며, 고주파 수신음향트랜스듀서(24)는 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 고주파 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시킨다.
저주파 저잡음증폭기(15)는 저주파 수신음향트랜스듀서(14)가 수신한 저주파 음파의 잡음을 최소화하여 저주파 수신음향트랜스듀서(14)의 미약한 전기 신호를 증폭시키며, 고주파 저잡음증폭기(25)는 고주파 수신음향트랜스듀서(24)가 수신한 고주파 음파의 잡음을 최소화하여 고주파 수신음향트랜스듀서(24)의 미약한 전기 신호를 증폭시킨다.
저주파 대역통과필터(16)는 저주파 저잡음증폭기(15)가 제공하는 전기 신호 중 저주파 신호수집기(18)에 제공할 저주파수 영역만을 선택하여 여과시키는 일종의 회로이며, 고주파 대역통과필터(26)는 고주파 저잡음증폭기(25)가 제공하는 전기 신호 중 고주파 신호수집기(28)에 제공할 고주파수 영역만을 선택하여 여과시키는 일종의 회로이다.
저주파 시변증폭기(17)는 저주파 수신음향트랜스듀서(14)의 저주파 신호 중 근거리 신호는 증폭비를 작게 하고 원거리 신호는 증폭비를 크게 하기 위하여 시간에 따라 증폭비를 변화시키는 일종의 회로이며, 고주파 시변증폭기(27)는 고주파 수신음향트랜스듀서(24)의 고주파 신호 중 근거리 신호는 증폭비를 작게 하고 원거리 신호는 증폭비를 크게 하기 위하여 시간에 따라 증폭비를 변화시키는 일종의 회로이다.
한편, 상술한 저주파 대역통과필터(16) 및 고주파 대역통과필터(26)는 본 발명의 작용순서 상 저주파 시변증폭기(17) 및 고주파 시변증폭기(27)의 이전(도 1) 또는 이후(도 2)에 작용하도록 설치되지만, 경우에 따라서는 본 발명의 효율을 높이기 위하여 저주파 시변증폭기(17) 및 고주파 시변증폭기(27)의 이전 및 이후에 각각 작용하도록 중복 설치될 수도 있다(도 3).
저주파 신호수집기(18)는 저주파 수신음향트랜스듀서(14)의 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성하며, 고주파 신호수집기(28)는 고주파 수신음향트랜스듀서(24)의 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성한다.
신호처리기(30)는 저주파 신호수집기(18) 및 고주파 신호수집기(28)에 의하여 수집된 데이터를 이용하여 빔성형 처리를 수행하며, 초음파영상전시기(40)는 신호처리기(30)가 제공한 빔성형 데이터를 이용하여 초음파 영상을 전시한다.
두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 작동방법
이하에서는 상술한 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라가 작동하는 방법에 대하여 단계별로 나누어 상세하게 설명한다.
1 단계: 저주파 신호발생기(11)는 저주파 송신음향트랜스듀서(13)에 제공할 전기 신호를 발생시키며, 고주파 신호발생기(21)는 고주파 송신음향트랜스듀서(23)에 제공할 전기 신호를 발생시킨다.
2 단계: 저주파 전력증폭기(12)는 저주파 신호발생기(11)가 제공하는 전기 신호의 전력을 증폭시키며, 고주파 전력증폭기(22)는 고주파 신호발생기(21)가 제공하는 전기 신호의 전력을 증폭시킨다.
3 단계: 저주파 송신음향트랜스듀서(13)는 저주파 전력증폭기(12)가 제공하는 증폭된 전기 신호를 이용하여 저주파 음파를 발생시키며, 고주파 송신음향트랜스듀서(23)는 고주파 전력증폭기(22)가 제공하는 증폭된 전기 신호를 이용하여 고주파 음파를 발생시킨다.
따라서 본 발명에 의하면 수중탐사 시 저주파 송신음향트랜스듀서(13)로부터는 저주파 음파가, 고주파 송신음향트랜스듀서(23)로부터는 고주파 음파가 동시에 발생하여 수중 물체에 조사(照射)되며, 그 결과 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 음파 또한 저주파 음파 및 고주파 음파의 두 가지가 된다. 그리고 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 저주파 음파 및 고주파 음파는 후술하는 저주파 수신음향트랜스듀서(14) 및 고주파 수신음향트랜스듀서(24)가 각각 동시에 수신하게 된다.
이 경우 저주파 음파는 상대적으로 원거리에 존재하는 수중 물체의 보다 높은 해상도의 영상을, 고주파 음파는 상대적으로 근거리에 존재하는 수중 물체의 보다 높은 해상도의 영상을 각각 제공하게 되므로, 결국 본 발명에 의하면 수중탐사 시 수중 물체가 존재하는 위치 및 거리에 관계없이 근거리에서 원거리에 걸쳐 균일하게 높은 해상도의 영상을 취득할 수 있게 된다.
4 단계: 저주파 수신음향트랜스듀서(14)는 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 저주파 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시키며, 고주파 수신음향트랜스듀서(24)는 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 고주파 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시킨다.
5 단계: 저주파 저잡음증폭기(15)는 저주파 수신음향트랜스듀서(14)가 수신한 저주파 음파의 잡음을 최소화하여 저주파 수신음향트랜스듀서(14)의 미약한 전기 신호를 증폭시키며, 고주파 저잡음증폭기(25)는 고주파 수신음향트랜스듀서(24)가 수신한 고주파 음파의 잡음을 최소화하여 고주파 수신음향트랜스듀서(24)의 미약한 전기 신호를 증폭시킨다.
6 단계: 저주파 대역통과필터(16)는 저주파 저잡음증폭기(15)가 제공하는 전기 신호 중 저주파 신호수집기(18)에 제공할 저주파수 영역만을 선택하여 여과시키며, 고주파 대역통과필터(26)는 고주파 저잡음증폭기(25)가 제공하는 전기 신호 중 고주파 신호수집기(28)에 제공할 고주파수 영역만을 선택하여 여과시킨다.
7 단계: 저주파 시변증폭기(17)는 저주파 수신음향트랜스듀서(14)의 저주파 신호 중 근거리 신호는 증폭비를 작게 하고 원거리 신호는 증폭비를 크게 하기 위하여 시간에 따라 증폭비를 변화시키며, 고주파 시변증폭기(27)는 고주파 수신음향트랜스듀서(24)의 고주파 신호 중 근거리 신호는 증폭비를 작게 하고 원거리 신호는 증폭비를 크게 하기 위하여 시간에 따라 증폭비를 변화시킨다.
한편, 상술한 저주파 대역통과필터(16) 및 고주파 대역통과필터(26)는 본 발명의 작용순서 상 저주파 시변증폭기(17) 및 고주파 시변증폭기(27)의 작용 이전(도 1) 또는 이후(도 2)에 작용하면 되지만, 경우에 따라서는 본 발명의 효율을 높이기 위하여 저주파 시변증폭기(17) 및 고주파 시변증폭기(27)의 작용 이전 및 이후에 각각 중복적으로 작용할 수도 있다(도 3).
즉, 본 발명의 경우 상기 6 단계 및 상기 7 단계는 상술한 바와 같이 '6 단계 → 7 단계'의 순서로 작용할 수도 있으나(도 1), '7 단계 → 6 단계'의 순서로 작용할 수도 있으며(도 2), 경우에 따라서는 '6 단계 → 7 단계 → 6 단계'의 순서로 작용할 수도 있는 것이다(도 3).
8 단계: 저주파 신호수집기(18)는 저주파 수신음향트랜스듀서(14)의 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성하며, 고주파 신호수집기(28)는 고주파 수신음향트랜스듀서(24)의 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성한다.
9 단계: 신호처리기(30)가 저주파 신호수집기(18) 및 고주파 신호수집기(28)에 의하여 수집된 데이터를 이용하여 빔성형 처리를 수행한다.
10 단계: 초음파영상전시기(40)가 신호처리기(30)가 제공한 빔성형 데이터를 이용하여 초음파 영상을 전시한다.
본 발명의 실시 예
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 고주파 및 저주파 음파를 이용하여 동일한 수중 물체의 영상을 취득한 결과를 보여준다.
도 4에서 보는 바와 같이 본 발명의 초음파영상전시기(40)는 동일한 수중 물체의 초음파 영상을 각각 전시하게 되는데, 이 중 (a)는 수중 물체의 저주파 영상이며 (b)는 수중 물체의 고주파 영상에 해당한다.
도 4에서 보면 거리 약 12m, 각도 약 5도에 있는 표적의 영상을 비교하였을 때 고주파(b)에서 더 선명하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 거리가 약 12m 정도이면 근거리에 해당하기 때문이다. 하지만 만약 수중 물체가 원거리에 위치하는 것이었다면 표적의 영상은 저주파에서 오히려 더 선명하게 나타났을 것이다.
이처럼 본 발명에 따르면 수중탐사 시 반사특성이 다른 두 가지 주파수를 동시에 사용하므로 수중 물체의 식별이 보다 용이한 장점이 있다. 즉, 고주파 음파의 경우 음파의 감쇠가 심하여 원거리 탐지가 어려운 단점이 존재하므로 저주파 음파와 함께 사용하여 서로간의 단점을 보완하는 것이다.
즉, 본 발명에 따르면 수중탐사 시 저주파 음파를 이용하여 원거리를 탐지함과 동시에 근거리에 대해서는 고주파 음파를 사용하여 고해상도 영상을 취득하는 것이 가능하며, 고주파 및 저주파의 영상 취득 결과를 상호 비교(도 4)하는 과정을 통하여 수중 물체의 식별을 보다 용이하게 할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 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 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 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.
11 : 저주파 신호발생기 21 : 고주파 신호발생기
12 : 저주파 전력증폭기 22 : 고주파 전력증폭기
13 : 저주파 송신음향트랜스듀서 23 : 고주파 송신음향트랜스듀서
14 : 저주파 수신음향트랜스듀서 24 : 고주파 수신음향트랜스듀서
15 : 저주파 저잡음증폭기 25 : 고주파 저잡음증폭기
16 : 저주파 대역통과필터 26 : 고주파 대역통과필터
17 : 저주파 시변증폭기 27 : 고주파 시변증폭기
18 : 저주파 신호수집기 28 : 고주파 신호수집기
30 : 신호처리기 40 : 초음파영상전시기

Claims (14)

  1. 수중탐사 시 저주파 및 고주파 음파의 각각의 단점을 보완하고 장점을 살리기 위하여 이들 두 가지 주파수를 동시에 사용하는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라로서,
    저주파 송신음향트랜스듀서(13)에 제공할 전기 신호를 발생시키는 저주파 신호발생기(11) 및 고주파 송신음향트랜스듀서(23)에 제공할 전기 신호를 발생시키는 고주파 신호발생기(21);
    상기 저주파 신호발생기(11)가 제공하는 전기 신호의 전력을 증폭시키는 저주파 전력증폭기(12) 및 상기 고주파 신호발생기(21)가 제공하는 전기 신호의 전력을 증폭시키는 고주파 전력증폭기(22);
    상기 저주파 전력증폭기(12)가 제공하는 증폭된 전기 신호를 이용하여 저주파 음파를 발생시키는 저주파 송신음향트랜스듀서(13) 및 상기 고주파 전력증폭기(22)가 제공하는 증폭된 전기 신호를 이용하여 고주파 음파를 발생시키는 고주파 송신음향트랜스듀서(23);
    수중 물체에 의해서 반사되어 오는 저주파 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시키는 저주파 수신음향트랜스듀서(14) 및 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 고주파 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시키는 고주파 수신음향트랜스듀서(24);
    상기 저주파 수신음향트랜스듀서(14)가 수신한 저주파 음파의 잡음을 최소화하여 상기 저주파 수신음향트랜스듀서(14)의 미약한 전기 신호를 증폭시키는 저주파 저잡음증폭기(15) 및 상기 고주파 수신음향트랜스듀서(24)가 수신한 고주파 음파의 잡음을 최소화하여 상기 고주파 수신음향트랜스듀서(24)의 미약한 전기 신호를 증폭시키는 고주파 저잡음증폭기(25);
    상기 저주파 저잡음증폭기(15)가 제공하는 전기 신호 중 저주파 신호수집기(18)에 제공할 저주파수 영역만을 선택하여 여과시키는 저주파 대역통과필터(16) 및 상기 고주파 저잡음증폭기(25)가 제공하는 전기 신호 중 고주파 신호수집기(28)에 제공할 고주파수 영역만을 선택하여 여과시키는 고주파 대역통과필터(26);
    상기 저주파 수신음향트랜스듀서(14)의 저주파 신호 중 근거리 신호는 증폭비를 작게 하고 원거리 신호는 증폭비를 크게 하기 위하여 시간에 따라 증폭비를 변화시키는 저주파 시변증폭기(17) 및 상기 고주파 수신음향트랜스듀서(24)의 고주파 신호 중 근거리 신호는 증폭비를 작게 하고 원거리 신호는 증폭비를 크게 하기 위하여 시간에 따라 증폭비를 변화시키는 고주파 시변증폭기(27);
    상기 저주파 수신음향트랜스듀서(14)의 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성하는 저주파 신호수집기(18) 및 상기 고주파 수신음향트랜스듀서(24)의 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성하는 고주파 신호수집기(28);
    상기 저주파 신호수집기(18) 및 상기 고주파 신호수집기(28)에 의하여 수집된 데이터를 이용하여 빔성형 처리를 수행하는 신호처리기(30) 및;
    상기 신호처리기(30)가 제공한 빔성형 데이터를 이용하여 초음파 영상을 전시하는 초음파영상전시기(40);
    를 포함하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저주파 대역통과필터(16)는 상기 저주파 시변증폭기(17)의 이전에 작용하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저주파 대역통과필터(16)는 상기 저주파 시변증폭기(17)의 이후에 작용하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저주파 대역통과필터(16)는 상기 저주파 시변증폭기(17)의 이전 및 이후에 각각 작용하도록 중복 설치되는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 대역통과필터(26)는 상기 고주파 시변증폭기(27)의 이전에 작용하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 대역통과필터(26)는 상기 고주파 시변증폭기(27)의 이후에 작용하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 대역통과필터(26)는 상기 고주파 시변증폭기(27)의 이전 및 이후에 각각 작용하도록 중복 설치되는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라.
  8. 수중탐사 시 저주파 및 고주파 음파의 각각의 단점을 보완하고 장점을 살리기 위하여 이들 두 가지 주파수를 동시에 사용하는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 작동방법으로서,
    저주파 신호발생기(11)는 저주파 송신음향트랜스듀서(13)에 제공할 전기 신호를 발생시키며, 고주파 신호발생기(21)는 고주파 송신음향트랜스듀서(23)에 제공할 전기 신호를 발생시키는 단계;
    저주파 전력증폭기(12)는 상기 저주파 신호발생기(11)가 제공하는 전기 신호의 전력을 증폭시키며, 고주파 전력증폭기(22)는 상기 고주파 신호발생기(21)가 제공하는 전기 신호의 전력을 증폭시키는 단계;
    저주파 송신음향트랜스듀서(13)는 상기 저주파 전력증폭기(12)가 제공하는 증폭된 전기 신호를 이용하여 저주파 음파를 발생시키며, 고주파 송신음향트랜스듀서(23)는 상기 고주파 전력증폭기(22)가 제공하는 증폭된 전기 신호를 이용하여 고주파 음파를 발생시키는 단계;
    저주파 수신음향트랜스듀서(14)는 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 저주파 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시키며, 고주파 수신음향트랜스듀서(24)는 수중 물체에 의해서 반사되어 오는 고주파 음파를 수신하여 전기 신호를 발생시키는 단계;
    저주파 저잡음증폭기(15)는 상기 저주파 수신음향트랜스듀서(14)가 수신한 저주파 음파의 잡음을 최소화하여 상기 저주파 수신음향트랜스듀서(14)의 미약한 전기 신호를 증폭시키며, 고주파 저잡음증폭기(25)는 상기 고주파 수신음향트랜스듀서(24)가 수신한 고주파 음파의 잡음을 최소화하여 상기 고주파 수신음향트랜스듀서(24)의 미약한 전기 신호를 증폭시키는 단계;
    저주파 대역통과필터(16)는 상기 저주파 저잡음증폭기(15)가 제공하는 전기 신호 중 저주파 신호수집기(18)에 제공할 저주파수 영역만을 선택하여 여과시키며, 고주파 대역통과필터(26)는 상기 고주파 저잡음증폭기(25)가 제공하는 전기 신호 중 고주파 신호수집기(28)에 제공할 고주파수 영역만을 선택하여 여과시키는 단계;
    저주파 시변증폭기(17)는 상기 저주파 수신음향트랜스듀서(14)의 저주파 신호 중 근거리 신호는 증폭비를 작게 하고 원거리 신호는 증폭비를 크게 하기 위하여 시간에 따라 증폭비를 변화시키며, 고주파 시변증폭기(27)는 상기 고주파 수신음향트랜스듀서(24)의 고주파 신호 중 근거리 신호는 증폭비를 작게 하고 원거리 신호는 증폭비를 크게 하기 위하여 시간에 따라 증폭비를 변화시키는 단계;
    저주파 신호수집기(18)는 상기 저주파 수신음향트랜스듀서(14)의 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성하며, 고주파 신호수집기(28)는 상기 고주파 수신음향트랜스듀서(24)의 전기 신호를 샘플링하여 처리 가능한 데이터를 형성하는 단계;
    신호처리기(30)가 상기 저주파 신호수집기(18) 및 상기 고주파 신호수집기(28)에 의하여 수집된 데이터를 이용하여 빔성형 처리를 수행하는 단계 및;
    초음파영상전시기(40)가 상기 신호처리기(30)가 제공한 빔성형 데이터를 이용하여 초음파 영상을 전시하는 단계;
    를 포함하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 작동방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 저주파 대역통과필터(16)는 상기 저주파 시변증폭기(17)의 작용 이전에 작용하는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 작동방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 저주파 대역통과필터(16)는 상기 저주파 시변증폭기(17)의 작용 이후에 작용하는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 작동방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 저주파 대역통과필터(16)는 상기 저주파 시변증폭기(17)의 작용 이전 및 이후에 중복적으로 작용하는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 작동방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 고주파 대역통과필터(26)는 상기 고주파 시변증폭기(27)의 작용 이전에 작용하는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 작동방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 고주파 대역통과필터(26)는 상기 고주파 시변증폭기(27)의 작용 이후에 작용하는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 작동방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 고주파 대역통과필터(26)는 상기 고주파 시변증폭기(27)의 작용 이전 및 이후에 중복적으로 작용하는 것을 특징으로 하는 두 개의 운용 주파수를 갖는 정밀수중탐사용 수중초음파카메라의 작동방법.
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