KR101331245B1

KR101331245B1 - 수중 이동체 통신거리 확장 시스템

Info

Publication number: KR101331245B1
Application number: KR1020120125894A
Authority: KR
Inventors: 박무식; 고학림
Original assignee: (주)에스아이이노텍
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2013-11-19

Abstract

본 발명은 수중을 통해 전송되는 음향신호가 미약할 경우 수중이동체에 탑재된 부이를 활용하여 위치를 파악하고 통신거리를 확장할 수 있는 수중 이동체 통신거리 확장 시스템에 관한 것으로서, 수중 이동체는 수중이동본체에 설치되어 음향신호를 송수신하는 제1수중통신부와, 수중이동본체에 장착되며 수중이동본체로부터 토출될 수 있도록 설치된 적어도 하나의 부이체와, 부이체의 토출을 제어하는 부이토출구동부와, 수상 스테이션에서 전송된 음향신호가 미약하거나 수신되지 않는 경우 수중 이동체에 탑재된 부이체를 수상으로 토출되게 부이토출 구동부를 제어하여 수상에 위치한 부이체와 제1수중 통신부를 통해 통신을 수행하면서 위치를 파악하여 수상 스테이션으로의 복귀를 제어하는 수중체 제어부를 구비하고, 부이체는 부력을 갖게 형성된 부이 본체와, 부이 본체에 탑재된 GPS수신기와, 제1수중 통신부와 음향신호로 통신을 수행하는 부이 수중통신부와, GPS수신기로부터 수신된 현재 위치정보를 부이 수중통신부를 통해 제1수중 통신부로 제공하는 부이 제어부를 구비한다. 이러한 수중 이동체 통신거리 확장 시스템에 의하면, 수중 이동체에 탑재된 부이를 필요시 수상으로 토출시켜 부이를 통한 위치정보 파악 및 수상스테이션과의 지상통신을 통해 교신한 통신정보를 제공받을 수 있어 원거리에서의 복귀 용이 및 수중-수상간 쌍방향 통신실시로 수중 이동체의 조난구조 등에 대한 긴급통신을 수행할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

수중 이동체 통신거리 확장 시스템{communication distance extension system for submarine}

본 발명은 수중 이동체 통신거리 확장 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 수중을 통해 전파되는 음향신호가 미약할 경우 수중 이동체에 탑재된 부이를 활용하여 위치를 파악하고 통신거리를 확장할 수 있는 수중 이동체 통신거리 확장 시스템에 관한 것이다.

수중에서 활동하는 잠수정은 전원 충전을 위해 또는 임무 수행이 완료된 경우 도킹스테이션으로 복귀시에나 긴급 상황 발생시 수상에 위치한 스테이션과 상호 교신을 해야한다.

이러한 경우 통상 수중에서 활동하는 잠수정은 수중을 통해 음향신호를 필요한 스테이션에 송신하고, 수신하면서 복귀하며 긴급시에는 수상의 필요한 스테이션과 상호 교신을 수행한다.

그런데, 스테이션으로부터 잠수정이 원거리에 위치하여 음향신호 수신이 미약하거나 수신되지 않는 경우 필요한 스테이션으로의 복귀를 유도하거나 긴급통신에 어려운 문제점이 있다.

수중 도킹을 위해 음향신호 이외의 방식으로 유도하는 방법으로서, 국내 등록특허 제10-1138859호에는 원거리에서는 음향에 의해 유도하고, 중거리에서는 자기장신호를 발생하여 유도하는 방식이 개시되어 있으나, 음향신호가 도달되지 않거나 미약한 위치에서는 도킹유도나 긴급통신을 지원할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 수중 음향신호가 미약할 때 수중 이동체에 탑재된 부이를 수상으로 토출시켜 수중 이동체의 위치 확인 및 지상 교신 정보를 이용할 수 있는 수중 이동체 통신거리 확장 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수중 이동체 통신거리 확장 시스템은 수중을 통해 메인 음향송출기에서 음향신호를 발생시키는 수상 스테이션과; 상기 수상 스테이션으로 복귀하는 복귀 모드시 상기 수상 스테이션에서 수중을 통해 전송되는 음향신호를 수신하여 상기 수상 스테이션으로 복귀하도록 수중에서 추진하는 수중 이동체;를 구비하고, 상기 수중 이동체는 수중에서 추진부의 구동에 의해 이동할 수 있도록 된 수중이동본체와; 상기 수중이동본체에 설치되어 음향신호를 송수신하는 제1수중통신부와; 상기 수중이동본체에 장착되며 상기 수중이동본체로부터 토출될 수 있도록 설치된 적어도 하나의 부이체와; 상기 부이체의 토출을 제어하는 부이토출구동부와; 상기 수상 스테이션에서 수중으로 전송되는 음향신호를 이용하여 상기 수중이동본체를 상기 수상 스테이션으로 향하도록 상기 추진부를 제어하되, 상기 수상 스테이션에서 전송된 음향신호가 미약하거나 수신되지 않는 경우 상기 부이체가 수상으로 토출되게 상기 부이토출 구동부를 제어하여 수상에 위치한 상기 부이체와 상기 제1수중 통신부를 통해 통신을 수행하면서 상기 수상 스테이션으로의 복귀를 제어하는 수중체 제어부;를 구비하고, 상기 부이체는 부력을 갖게 형성된 부이 본체와; 상기 부이 본체에 탑재된 GPS수신기와; 상기 제1수중 통신부와 음향신호로 통신을 수행하는 부이 수중통신부와; 상기 GPS수신기로부터 수신된 현재 위치정보를 상기 부이 수중통신부를 통해 상기 제1수중 통신부로 제공하는 부이 제어부;를 구비한다.

바람직하게는 상기 수상 스테이션은 지상을 통해 무선 통신을 수행하는 제1지상통신부가 마련되어 있고, 상기 부이체는 상기 부이 본체상에 설치되어 상기 제1지상통신부와 지상통신을 수행하는 제2지상통신부;를 더 구비하고, 상기 부이 제어부는 상기 제2지상통신부를 통해 상기 수상 스테이션과 지상 통신을 수행하면서 상기 부이 수중 통신부를 통해 교신한 통신정보를 상기 수중이동본체에 중계한다.

바람직하게는 상기 부이 본체를 설정된 운용시간에 도달하면 폭발시킬 수 있도록 된 폭발부;를 더 구비하고, 상기 부이 제어부는 상기 운용시간에 도달하면 상기 폭발부를 제어하여 상기 부이본체를 폭발되게 처리한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 폭발부는 상기 부이 본체 내에 충진된 폭발성 가스와, 상기 부이 제어부에 제어되어 상기 폭발성 가스에 점화 스파크를 발생시키는 스파크 발생기;를 구비한다.

또한, 상기 수상 스테이션은 수상의 선박이 적용되고, 상기 수중이동본체는 잠수정 또는 자율무인 잠수정이 적용된다.

바람직하게는 상기 제1수중 통신부는 음향신호를 송출하는 다수의 음향송출센서가 어레이된 음향송신부와; 음향신호를 수신하는 다수의 음향수신센서가 어레이된 음향수신부;를 구비하고, 상기 수중체 제어부는 상기 음향수신부의 음향수신 센서들을 통해 상기 수상 스테이션으로부터 수신된 음향신호로부터 목표 위치의 방향과 거리를 산출한다.

본 발명에 따른 수중 이동체 통신거리 확장 시스템에 의하면, 수중 이동체에 탑재된 부이를 필요시 수상으로 토출시켜 부이를 통한 위치정보 및 수상스테이션과의 지상통신을 통해 교신한 통신정보를 제공받을 수 있어 수상 스테이션으로의 원거리에서의 복귀 과정을 용이하게 수행할 수 있게 해주고 긴급시 수중 이동체 통신거리를 확장시켜주는 장점을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 수중 이동체 통신거리 확장 시스템을 개략적으로 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 수중 이동체 통신거리 확장 시스템의 제어계통을 나타내 보인 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수중 이동체 통신거리 확장 시스템을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수중 이동체 통신거리 확장 시스템(100)은 수상 스테이션(110)과, 수중 이동체(200)를 구비한다.

수상 스테이션(110)은 도킹 스테이션으로 적용된 선박이다.

수상 스테이션(110)은 통상적인 추진기능 이외에 수중 이동체(200)의 홈잉(homming)을 지원하는 홈잉 통신지원부(115)가 마련되어 있다.

홈잉 통신 지원부(115)는 메인음향송출기(120), 메인 제어부(130) 및 제1지상통신부(140)를 구비한다.

메인음향송출기(120)는 수상 스테이션(110)에서 수중을 통해 수상 스테이션(110)으로 복귀를 유도하는 음향신호를 메인 제어부(130)에 제어되어 송출한다.

제1지상통신부(140)는 지상을 통해 후술되는 부이체(300)와 무선 통신을 할 수 있도록 된 것으로서, 위성통신, VHF통신, 이동통신 등 공지된 다양한 지상 통신방식을 적용할 수 있다.

메인 제어부(130)는 수중 이동체(200)의 수상 스테이션(110)으로 복귀를 유도하는 음향신호가 메인음향송출기(120)를 통해 송출되게 제어하고, 제1지상통신부(140)를 통해 후술되는 부이체(300)와 지상통신이 이루어지면, 수중 이동체(200)의 복귀를 유도하기 위해 필요한 정보 예를 들면, 수상 스테이션(110)의 현 위치정보를 송신하거나, 수중 이동체(200)의 현 위치정보의 수신 받아 메인 음향 송출기(120)의 음향신호 빔방향을 조정한다.

수중 이동체(200)는 임무수행을 완료하였거나, 전원충전을 위해 수상스테이션(110)으로 복귀하는 복귀 모드시 수상 스테이션(110)의 메인음향송출기(120)로부터 수중을 통해 전송되는 음향신호를 수신하여 수상 스테이션(110)으로 복귀하도록 추진하며, 수상 스테이션(110)에서 전송되는 음향신호가 미약하거나 수신되지 않는 경우 탑재된 부이체(300)를 수상으로 토출시켜 위치 정보확인 및 수상스테이션(110)과의 지상통신을 통해 교신한 통신정보를 활용할 수 있도록 되어 있다.

수중 이동체(200)는 수중이동 본체(210)와, 제1수중통신부(230)와, 부이체(300)와, 부이토출 구동부(215)와, 수중체 제어부(250)를 구비한다.

수중이동 본체(210)는 수중에서 추진부(202)의 구동에 의해 이동할 수 있도록 되어 있고 도시된 예에서는 프로펠러(202a)와 같은 추진요소의 구동에 의해 자율운항될 수 있도록 된 무인 잠수정이 적용되었다.

수중이동본체(210)는 개폐도어(211)를 통해 내부 장착공간(212)에 장착된 부이체(300)를 수상으로 토출시킬 수 있도록 되어 있다.

제1수중통신부(230)는 수중이동본체(210)에 설치되어 메인음향송출기(120)에서 송출된 음향신호를 수신하고, 부이체(300)와 음향신호로 통신을 수행한다.

제1수중통신부(230)는 음향신호를 송출하는 다수의 음향송출센서(231a)가 어레이된 음향송신부(231)와, 음향신호를 수신하는 다수의 음향수신센서(232a)가 어레이된 음향수신부(232)를 구비한다.

제1수중통신부(230)는 메인 음향송출기(120)에서 송출된 신호만을 수신처리하는 부분과, 부이수중통신부(340)와 근거리 통신을 하기 위한 요소가 분리되어 독립적으로 마련될 수 있음은 물론이다.

부이토출 구동부(215)는 수중체제어부(250)에 제어되어 부이체(300)의 토출을 처리한다.

도시된 예에서는 부이체(300)가 개폐도어(211) 내부에 마련된 장착공간을 횡방향으로 폐쇄 또는 개방시킬 수 있도록 된 진퇴도어(213)를 액츄에이터로 적용된 실린더(217)의 로드(217a)의 진퇴에 의해 부이체(300)를 수중이동 본체(210) 내에 수납된 상태로 유지하거나 외부로 토출시킬 수 있는 구조가 적용되었고 도시된 예와 다른 토출방식이 적용 될 수 있음은 물론이다.

부이토출 구동부(215)는 수중체제어부(250)에 제어되어 부이토출신호가 수신되면 개폐도어(211)를 개방시킨 상태에서 최상단의 실린더(217)의 로드(217a)가 진퇴도어(213)가 부이체(300) 상방을 개방위치로 후퇴되게 구동하여 부이체(300)가 수중이동본체(210)로부터 자체 부력에 의해 상승하여 이탈될 수 있게 한다. 또한, 후속으로 최상단 아래에 있는 부이체(300)를 토출하라는 신호가 수중체제어부(250)로부터 수신되면 부이토출 구동부(215)는 최상단 아래의 다음 위치에 있는 실린더(217)의 로드(217a)가 후퇴되게 구동하여 다음 순번의 부이체(300)가 수중이동본체(210)로부터 자체 부력에 의해 상승하여 이탈될 수 있게 처리한다.

도시된 예에서는 2개의 부이체(300)가 내장된 상태를 예시하였지만 탑재하는 부이체(300)의 개수는 적절하게 적용하면 된다.

카메라(240)는 촬상된 정보를 수중체 제어부(250)에 제공한다.

여기서 카메라(240)는 수상스테이션(110)에 근접되게 위치할 때 도킹영역을 이미지상으로 수중체 제어부(250)가 판단할 수 있도록 제공하는 기능도 한다.

수중체 제어부(250)는 음향수신부(232)의 음향수신 센서(232a)들을 통해 메인음향 송출기(120)로부터 수신된 음향신호로부터 도킹목표 위치가 되는 수상스테이션(110)의 방향과 거리를 산출한다.

여기서, 수중체 제어부(250)는 음향수신부(232)의 음향수신 센서(232a)들을 통해 각각 수신된 음향신호로부터 광대역 빔형성 기법을 이용하여 음향신호를 송출한 메인음향 송출기(120)의 위치 즉, 거리 및 방향을 산출한다.

수중체 제어부(250)는 수상스테이션(110)에서 메인음향송출기(120)를 통해 수중으로 전송되는 음향신호를 이용하여 수중이동본체(110)를 수상스테이션(110)으로 향하도록 추진부(202)의 구동을 제어하되, 수상스테이션(110)과의 거리가 멀어 수상스테이션(110)에서 전송된 음향신호가 미약하거나 수신되지 않는 경우 부이토출 구동부(215)를 제어하여 탑재된 부이체(300)를 수상으로 토출되게 하고, 수상에 위치한 부이체(300)와 제1수중 통신부(230)를 통해 통신을 수행하면서 수중이동 본체(210)의 현재 위치를 파악하여 알고 있는 수상스테이션(110) 위치로 복귀하도록 제어한다.

여기서, 부이체(300)는 부이 본체(310), GPS수신기(320), 부이 수중통신부(340), 제2지상통신부(330)와, 부이 제어부(350) 및 스파크 발생기(360)를 구비한다.

부이 본체(310)는 부력을 갖게 형성되어 있고, 수중이동본체(210)로부터 토출된 이후 수상에 있을 때에는 후술되는 제2지상통신부(330)를 형성하는 안테나는 지상에 노출되고 수중 통신부(340)는 수중에 위치되게 무게중심이 설정된 방향으로 유지될 수 있는 구조로 형성되면 된다.

GPS수신기(320)는 부이 본체(310)에 탑재되어 위성으로부터 수신된 위치 정보를 부이 제어부(350)에 제공한다.

부이 수중통신부(340)는 부이 제어부(350)에 제어되어 제1수중 통신부(230)와 음향신호로 통신을 수행한다.

제2지상통신부(330)는 부이 본체(310)상에 설치되어 수상 스테이션(110)의 제1지상통신부(140)와 무선으로 지상통신을 수행한다.

부이 제어부(350)는 GPS수신기(320)로부터 수신된 현재 위치정보를 부이 수중통신부(340)를 통해 음향 비콘(Beacon)내에 포함시켜 방송하여 제1수중 통신부(230)에 제공하고, 제1수중통신부(230)를 통해 수신된 수중이동본체(210)의 현재 위치정보를 제2지상통신부(300)를 통해 수상스테이션(110)으로 알려주며, 수상스테이션(110)로부터 제1지상통신부(140)를 통해 수신된 교신정보를 부이수중통신부(340)를 통해 수중이동본체(210)로 전송하면서 수상스테이션(110)과 수중이동본체(210)와의 통신을 중계한다.

여기서, 수중이동본체(210)의 수중체제어부(250)는 부이체(300)로부터 수신된 GPS 좌표정보와 부이체(300)와의 음향신호의 송신과 수신을 통해 파악된 부이체(300)와의 방향 및 거리정보를 이용하여 자신의 현재위치를 산출하고, 산출된 정보를 부이체(300)에 전송한다.

여기서, 수중이동본체(210)는 복수개의 부이체(300)를 이용하여 자신의 현재좌표를 산출하도록 구축될 수 있다.

폭발부는 부이 본체(310)를 설정된 운용시간에 도달하면 폭발시킬 수 있도록 되어 있고, 부이 제어부(350)는 설정된 운용시간에 도달하면 폭발부를 제어하여 부이본체(310)를 폭발되게 처리한다.

부이 제어부(350)는 수중이동본체(210)로부터 토출된 후 수중이동본체(210)와 교신이 시작된 시점부터 시간카운트를 시작하면서 설정된 운용시간에 도달하는지를 판단하도록 구축될 수 있다.

여기서, 폭발부는 부이 본체(310) 내에 충진된 폭발성 가스 예를 들면 LPG가 충진팩 내에 충진되어 있고, 부이제어부(350)에 제어되어 폭발성 가스 내에 점화 스파크를 발생시키는 스파크 발생기(360)로 구축될 수 있다.

이러한 폭발부는 군용으로 수중 이동체가 사용될 때 활용하기 위한 것이다.

이상에서 설명된 수중 이동체 통신거리 확장 시스템(100)은 수상스테이션(110)에서 송출되는 음향신호를 수신하기 어려운 원거리에서도 수중 이동체(200)에 내장된 부이를 토출하여 위치를 파악할 수 있어 수상스테이션(110)으로의 복귀가 용이하게 이루어질 수 있다.

110: 수상스테이션 200: 수중 이동체
300: 부이체

Claims

수중을 통해 메인 음향송출기에서 음향신호를 발생시키는 수상 스테이션과;
상기 수상 스테이션으로 복귀하는 복귀 모드시 상기 수상 스테이션에서 수중을 통해 전송되는 음향신호를 수신하여 상기 수상 스테이션으로 복귀하도록 수중에서 추진하는 수중 이동체;를 구비하고,
상기 수중 이동체는
수중에서 추진부의 구동에 의해 이동할 수 있도록 된 수중이동본체와;
상기 수중이동본체에 설치되어 음향신호를 송수신하는 제1수중통신부와;
상기 수중이동본체에 장착되며 상기 수중이동본체로부터 토출될 수 있도록 설치된 적어도 하나의 부이체와;
상기 부이체의 토출을 제어하는 부이토출구동부와;
상기 수상 스테이션에서 수중으로 전송되는 음향신호를 이용하여 상기 수중이동본체를 상기 수상 스테이션으로 향하도록 상기 추진부를 제어하되, 상기 수상 스테이션에서 전송된 음향신호가 미약하거나 수신되지 않는 경우 상기 부이체가 수상으로 토출되게 상기 부이토출 구동부를 제어하여 수상에 위치한 상기 부이체와 상기 제1수중 통신부를 통해 통신을 수행하면서 상기 수상 스테이션으로의 복귀를 제어하는 수중체 제어부;를 구비하고,
상기 부이체는
부력을 갖게 형성된 부이 본체와;
상기 부이 본체에 탑재된 GPS수신기와;
상기 제1수중 통신부와 음향신호로 통신을 수행하는 부이 수중통신부와;
상기 GPS수신기로부터 수신된 현재 위치정보를 상기 부이 수중통신부를 통해 상기 제1수중 통신부로 제공하는 부이 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 통신거리 확장 시스템.
제1항에 있어서, 상기 수상스테이션은 지상을 통해 무선 통신을 수행하는 제1지상통신부가 마련되어 있고,
상기 부이체는 상기 부이 본체상에 설치되어 상기 제1지상통신부와 지상통신을 수행하는 제2지상통신부;를 더 구비하고,
상기 부이 제어부는 상기 제2지상통신부를 통해 상기 수상스테이션과 지상 통신을 수행하면서 상기 부이 수중 통신부를 통해 교신한 통신정보를 상기 수중이동본체에 중계하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 통신거리 확장 시스템.
제2항에 있어서, 상기 부이 본체를 설정된 운용시간에 도달하면 폭발시킬 수 있도록 된 폭발부;를 더 구비하고,
상기 부이 제어부는 상기 운용시간에 도달하면 상기 폭발부를 제어하여 상기 부이본체를 폭발되게 처리하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 통신거리 확장 시스템.
제3항에 있어서, 상기 폭발부는 상기 부이 본체 내에 충진된 폭발성 가스와, 상기 부이 제어부에 제어되어 상기 폭발성 가스에 점화 스파크를 발생시키는 스파크 발생기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 통신거리 확장 시스템.
제4항에 있어서, 상기 수상 스테이션은 선박이며, 상기 수중이동본체는 무인 잠수정인 것을 특징으로 하는 수중 이동체 통신거리 확장 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1수중 통신부는
음향신호를 송출하는 다수의 음향송출센서가 어레이된 음향송신부와;
음향신호를 수신하는 다수의 음향수신센서가 어레이된 음향수신부;를 구비하고,
상기 수중체 제어부는 상기 음향수신부의 음향수신 센서들을 통해 상기 수상스테이션으로부터 수신된 음향신호로부터 목표 위치의 방향과 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체 통신거리 확장 시스템.