KR101551726B1 - 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법 및 장치 - Google Patents

비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법 및 장치 Download PDF

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KR101551726B1
KR101551726B1 KR1020140048729A KR20140048729A KR101551726B1 KR 101551726 B1 KR101551726 B1 KR 101551726B1 KR 1020140048729 A KR1020140048729 A KR 1020140048729A KR 20140048729 A KR20140048729 A KR 20140048729A KR 101551726 B1 KR101551726 B1 KR 101551726B1
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정현주
김동훈
최낙선
정기우
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국방과학연구소
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    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks

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Abstract

본 발명은 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법 및 장치에 관한 발명으로서, 상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 함정의 비정상상태의 소자코일의 위치를 진단하는 장치는, 함정에서 발생하는 자기장신호를 측정하기 위한 신호 측정부(110)와, 함정의 선체 표면에 자기장 신호원인 자하(magnetic charge)를 이산적인 형태로 분포시키기 위해 함정의 선체 표면을 다수의 면 요소로 분할하고, 상기 신호 측정부에 의해 측정된 측정 데이터를 역 문제 해석을 위한 목표 데이터로 설정하는 전처리부(130)와, 상기 신호 측정부에 의해 측정된 함정의 자기장 신호와, 상기 전처리부에 의해 다수의 면 요소로 분할된 함정의 형상정보를 기반으로 역 문제 해석 방법을 이용하여 함정의 각 요소변의 노드에 분포된 자하의 크기를 결정하는 역 문제 해석부(150)와, 상기 역 문제 해석부에 의한 해석결과에서 도출된 선체 표면의 자하 분포를 3차원으로 가시화하여, 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 가시화부(170)를 포함한다.
본 발명에 따른 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법 및 장치를 이용하면, 대상 함정의 측정된 수중 자기장으로부터 역 문제 해석을 통해서 선체의 자하 분포를 추정하고, 이를 3차원으로 가시화하여 비정상상태인 소자코일의 위치를 신속하게 추정할 수 있으므로 비정상상태인 함정의 소자코일을 진단하는데 필요한 시간을 획기적으로 단축할 수 있다.

Description

비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법 및 장치{Method and apparatus for diagnosing where abnormal state of degaussing coils of naval ship}
본 발명은 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 측정된 자기장 신호를 바탕으로 매질 민감도 법을 이용한 역 문제 해석 방법을 적용하여 선체 표면의 자하 분포를 도출하고, 이로부터 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
16세기부터 해로를 통한 함정의 접근을 차단하고 함정의 기능을 무력화하기 위한 목적으로 개발된 기뢰(mine)는 이후, 수많은 전쟁을 통해 그 효용성이 입증되었으며, 현대 해전에서도 매우 효과적인 무기로서 전략적 가치를 지니고 있다. 또한, 함포, 미사일, 잠수함과 같이 고비용 무기에 비해 저렴한 비용으로 전략화가 가능하고, 복잡한 기술을 필요로 하지 않기 때문에 선진국뿐만 아니라 비교적 기술 수준이 낮은 국가에서도 공격, 방어의 형태로 이를 효과적으로 활용하고 있다.
기뢰는 운용방식 및 형태에 따라서 그 종류가 매우 다양하다. 그 중 가장 많이 사용되고 있는 대표적인 기뢰인 자기 감응형 기뢰는 내부의 자기센서를 이용해서 함정에서 발생하는 정 자기장을 주로 탐지한다. 함정으로부터의 정 자기장은 함정 선체를 이루는 강자성 재질인 철에 기인하여 발생하는 신호이다. 이러한 강자성 선체에서 발생하는 정 자기장은 거리에 따른 신호의 감쇄가 매우 심해서 원거리에서는 탐지하기 어렵다는 단점이 있지만, 천해와 같이 외부 환경 잡음으로 인한 탐지 성능이 매우 제한적인 지역에서도 음향 신호와는 달리 근거리에서 명확하게 식별할 수 있다는 장점이 있다. 특히 근래에는 반도체 및 IT산업의 성장을 기반으로 지구자기장의 수천-수만 분의 일의 정밀도로 탐지할 수 있는 고감도 자기센서의 개발과 함께 신호처리 기술의 발달로 함 발생 자기장을 보다 정확하게 원거리에서 탐지할 수도 있다. 따라서 함정의 생존성 증대를 위해서는 함정으로부터 발생하는 자기장을 최소화할 필요가 있다.
지자계 하에서 강자성체로 구성된 함정에서 발생하는 자기장을 저감시키는 기술은 대표적으로 탈자(deperming)와 소자(degaussing)로 구성되며 이들은 각각 함정 선체로부터 발생하는 정 자기장 성분인 영구자기장과 유도자기장을 감쇄시키는 기술이다. 탈자는 함 외부에서 강한 자기장을 인가한 후 서서히 줄여가는 방법으로 강자성 재질의 선체에 착자된 영구자기장 성분을 저감시키는 방법이고, 소자는 함정 내에 3축 방향으로 별도의 코일을 배치하고 함정 자기장과 역방향의 자기장을 생성시킴으로써 전체 함정의 자기장을 저감시키는 방법이다. 함정 자기장을 저감시키는 순서는 먼저 탈자를 통해 일차적으로 함정의 영구자기장 성분을 감소시키고, 탈자 후 잔류하는 영구자기장 성분과 유도자기장 성분은 함정 내에 장착된 각 소자 코일을 이용하여 이들 성분을 최대한 상쇄시킬 수 있는 소자 전류를 인가함으로써 감소시킨다. 따라서 날로 지능화되고 정교해지는 자기 감응식 기뢰로부터 함정의 생존성을 높이기 위해서는 소자코일의 적절한 운용을 통해 함정의 수중 자기장을 최소화시키는 것이 매우 중요하다.
그러나 함정의 운항 조건, 환경 및 전기적인 열화 등의 여러 가지 요인에 의해 운영 중인 소자 코일의 일부에 고장이 발생하거나 국부적으로 자기장 특성이 변화 될 경우 등과 같이 소자코일의 비정상상태가 발생하는 경우, 선체 주위의 수중 자기장 신호는 급격하게 증가하게 되어 함정의 생존성에 치명적인 결함요소가 된다. 이러한 결함요소를 제거하기 위해서 대상 함정은 가능한 빠른 시일 내에 자기측정소에 귀환하여 고장코일의 위치를 파악하거나 재교정이 필요한 대상코일 등의 비정상상태인 소자코일의 위치를 파악하여야 한다. 고장 소자 코일 혹은 재교정이 필요한 코일 등 비정상 상태인 소자코일의 위치를 파악하기 위해서는 일반적으로 함정 설계도와 소자코일에 대한 함정 내부의 전기배선도 및 각 소자코일 별로 정상 동작 여부를 일일이 확인하는 작업이 수행되어야 하므로 보완이 필요한 소자 코일을 진단하는데 상당한 시일이 요구된다. 이는 함 운용을 제한하는 결과를 초래하므로 전시 아군의 전력에 있어서 심각한 손실을 가져올 수도 있다.
본 발명의 목적은 함정 내부에 설치된 소자 코일의 일부에 고장이 발생하거나 외부 환경에 의해 함정의 자기장 특성이 국부적으로 변함으로 인하여 특정 소자코일의 수리 또는 소자전류의 재산정이 필요할 경우와 같이 소자코일의 비정상상태가 발생한 경우, 이를 진단하는데 상당한 시일이 소요되는 기존 방식과 달리 함정으로부터 측정된 수중 자기장 신호를 이용하여 선체의 자하 분포를 예측하고 이를 3차원으로 가시화하여, 신속하게 비정상 상태인 소자코일을 식별할 수 있는 방법을 제안한다.
본 발명에 따른 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 장치를 사용하면 대상 함정의 설계도와 소자코일에 대한 함정 내의 전기배선도 검토 작업 및 각 소자코일 별로 정상 동작 여부 테스트 작업 등의 과정을 수행하지 않고도 정확하게 비정상 상태인 소자 코일의 위치를 추정할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 기술을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 장치는 함정에서 발생하는 자기장신호를 측정하기 위한 신호 측정부(110); 함정의 선체 표면에 자기장 신호원인 자하(magnetic charge)를 이산화(discrete)된 형태로 분포시키기 위해 함정의 선체 표면을 다수의 면 요소로 분할하고, 상기 신호 측정부(110)에 의해 측정된 측정 데이터를 역 문제 해석을 위한 목표 데이터로 설정하는 전처리부(130); 상기 신호 측정부(110)에 의해 측정된 함정의 자기장 신호와, 상기 전처리부(130)에 의해 다수의 면 요소로 분할된 함정의 형상정보를 기반으로 역 문제(inverse problem) 해석 방법을 이용하여 함정의 각 요소변의 노드(node)에 분포된 자하(magnetic charge)의 크기를 결정하는 역 문제 해석부(150); 및 상기 역 문제 해석부에 의한 해석결과에서 도출된 선체 표면의 자하 분포를 3차원으로 가시화하여, 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 가시화부(170)를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 신호 측정부(110)는 자기장 신호 감지를 위해 일정한 수심에 설치되는 다수의 자기장 센서와, 함정의 이동궤적을 측정하여 상기 자기장 센서와 함정 간의 상대적인 거리를 측정하기 위한 육상제어장치(310) 및 해상 제어장치(210)와, 상기 자기장 센서와 육상제어장치(310)로부터 측정된 신호를 저장하기 위한 자료저장장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 육상제어장치(310) 및 해상제어장치(210)는 DGPS(Differential GPS)장비인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 역 문제 해석부(150)는 역 문제 해석 방법을 이용하여 상기 목표 데이터로부터 상기 전처리부에 의해 분할된 함정의 각 면 요소의 노드에 이산 분포된 자하의 크기를 구하고, 그 구해진 자하의 크기로부터 다시 측정 위치에서의 자기장 신호의 크기를 계산하며, 계산된 결과와 목표 데이터인 측정 결과를 비교하여 그 차이가 목적함수의 수렴범위 내에 존재하면 역 문제 해석을 종료하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 목적함수는 함정의 소자코일의 비정상 상태가 발생하기 전 및 비정상상태가 발생한 후의 일정한 수심에서 관측된 자기장 신호 크기의 차이와 상기 설계변수로부터 계산된 자기장 신호 크기와의 차이의 자승을 모두 합산한 결과인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 가시화부(170)는 선체의 자기 전하 분포를 3차원으로 가시화한 도면에서 자기전하의 음, 양의 분포 사이의 소자코일이 비정상상태임을 진단하도록 자기전하의 음, 양의 분포를 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 신호 측정부(110), 전처리부(130), 역 문제 해석부(150) 및 가시화부(170)를 포함하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법으로서,
(a) 함정이 정해진 궤적을 이동함에 따라 상기 자기장 센서와 함정의 상대적인 이격거리에 따른 센서의 감지신호를 상기 신호 측정부의 해상제어장치(210) 및 육상제어장치(310)에서 수신하여 자기장 신호를 측정하는 단계(S401);
(b) 함정의 선체 표면에 자기장 신호원인 자하를 이산화된 형태로 분포시키기 위해 상기 전처리부에 의해 함정의 선체 표면을 다수의 면 요소로 분할하는 단계(S402);
(c) 상기 신호 측정부에 의해 측정된 함정의 자기장 신호와, 상기 전처리부에 의해 다수의 면 요소로 분할된 함정의 형상정보를 기반으로, 상기 역 문제 해석부에 의한 역 문제 해석방법을 이용하여 함정의 각 요소변의 노드에 분포된 자하의 크기를 결정하는 단계(S403); 및
(d) 상기 역 문제 해석부에 의한 역 문제 해석결과에서 도출된 선체 표면의 자하 분포를 3차원으로 가시화하여, 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 단계(S404)를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 단계 (c)에서의 상기 역 문제 해석방법은,
자기장 신호의 크기를 계산하기 위한 설계변수 및 목적함수를 정의하는 단계;
상기 설계변수 및 목적함수가 정의된 후, 상기 신호 측정부에 의해 측정된 함정의 자기장 신호와 상기 전처리부에 의해 다수의 면 요소로 분할된 함정의 형상정보를 수집하는 단계;
상기 설계변수의 초기치(
Figure 112014038741495-pat00001
)를 0으로 설정하고 k번째 반복단계에서 구해진 설계변수의 크기(
Figure 112014038741495-pat00002
)를 바탕으로 측정지점과 동일한 지점에서의 자기장 신호의 크기(
Figure 112014038741495-pat00003
)를 계산하는 단계;
상기 계산된 자기장 신호의 크기(
Figure 112014038741495-pat00004
)로 부터 목적함수(
Figure 112014038741495-pat00005
), 가상소스(
Figure 112014038741495-pat00006
) 및 보조변수(
Figure 112014038741495-pat00007
)를 각각 계산하는 단계;
상기 계산된 가상소스(
Figure 112014038741495-pat00008
)와 보조변수(
Figure 112014038741495-pat00009
)를 바탕으로 매질 민감도(
Figure 112014038741495-pat00010
)를 계산하는 단계;
상기 계산된 매질 민감도(
Figure 112014038741495-pat00011
)와 목적함수(
Figure 112014038741495-pat00012
)의 크기에 의해 해(解)의 수렴 여부를 판단하는 단계; 및
상기 판단결과, 해가 수렴되면 역 문제 해석을 종료하고, 수렴되지 않으면 설계변수(
Figure 112014038741495-pat00013
)의 크기를 달리하여 해가 수렴될 때까지 상기 목적함수(
Figure 112014038741495-pat00014
)와 매질 민감도(
Figure 112014038741495-pat00015
)를 계산하는 과정을 반복 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 설계변수는 선체 표면을 다수개의 유한요소로 분할한 후, 요소 내의 벡터 량을 갖는 자화의 크기를 요소를 구성하는 각 선분 상의 스칼라 량을 갖는 자기전하형태로 변환하여 정의한 것이고, 상기 목적함수는 함정의 소자코일의 비정상 상태가 발생하기 전 및 발생한 후의 일정한 수심에서 관측된 자기장 신호의 크기의 차이와 상기 설계변수를 바탕으로 계산된 자기장 신호 크기와의 차이의 자승을 모두 합산한 결과인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 설계변수의 크기(
Figure 112014038741495-pat00016
)를 바탕으로 계산한 자기장 신호의 크기(
Figure 112014038741495-pat00017
)는 다음의 수식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112014038741495-pat00018
여기서,
Figure 112014038741495-pat00019
는 자기 투자율,
Figure 112014038741495-pat00020
는 선체 두께,
Figure 112014038741495-pat00021
는 k번째 요소 선분에서의 자하량,
Figure 112014038741495-pat00022
은 선체 표면의 k번째 요소 선분과 관측점 사이의 거리,
Figure 112014038741495-pat00023
은 해당 요소의 선분의 길이이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 목적함수(
Figure 112014038741495-pat00024
)는 다음의 수식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112014038741495-pat00025
여기서, 어깨 문자인 nor과 abnor은 각각 정상, 비정상인 소자 상태이고,
Figure 112014038741495-pat00026
는 수중 자기장이다. 여기서 아래 문자인 i는 각각 방향 벡터인 X축, Y축, Z축이고, j는 관측점이다. 또한,
Figure 112014038741495-pat00027
는 관측점의 개수이고,
Figure 112014038741495-pat00028
은 선체를 분할한 요소의 전체 선분의 개수이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 가상소스(
Figure 112014038741495-pat00029
) 및 보조변수(
Figure 112014038741495-pat00030
)는 각각 다음의 수식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112014038741495-pat00031
Figure 112014038741495-pat00032
여기서,
Figure 112014038741495-pat00033
는
Figure 112014038741495-pat00034
번째 관측점에서 자화량(
Figure 112014038741495-pat00035
)의
Figure 112014038741495-pat00036
번째 방향성분이고, 선체 요소의
Figure 112014038741495-pat00037
번째 선분에서의 보조변수(
Figure 112014038741495-pat00038
)는 각 관측점에서 자화량
Figure 112014038741495-pat00039
에 의해 발생하는
Figure 112014038741495-pat00040
번째 선분에서의 자기전위의 합이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 매질 민감도(
Figure 112014038741495-pat00041
)는 다음의 수식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112014038741495-pat00042
여기서,
Figure 112014038741495-pat00043
는 요소의
Figure 112014038741495-pat00044
번째 선분에서 계산되는 매질 민감도 값이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 (d)단계는 선체의 자기 전하 분포를 3차원으로 가시화한 도면에서 자기전하의 음,양의 분포를 파악하고, 상기 자기전하의 음,양의 분포가 표시된 도면으로부터 자기전하의 음,양의 분포 사이의 소자코일이 비정상상태임을 파악할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 측정된 수중 자기장 신호로부터 역 문제 해석을 통해서 대상 함정의 선체의 자하 분포를 추정하고, 이를 바탕으로 비정상상태인 코일 위치를 탐색하는 방법을 제시하였다. 이는 함정 내에 설치된 일부 소자 코일에 비정상상태가 발생될 경우, 설계도면 검토 및 각 소자 코일을 직접 테스트하여 비정상상태의 소자코일을 검출하는 기존 방식과 달리 대상 함정의 측정된 수중 자기장으로부터 역 문제 해석을 통해서 선체의 자하 분포를 추정하고, 이를 3차원으로 가시화하여 자기전하의 음,양의 분포를 파악하고, 상기 자기전하의 음,양의 분포가 표시된 도면으로부터 자기전하의 음,양의 분포 사이의 소자코일이 비정상상태임을 파악함으로써 비정상상태인 소자코일의 위치를 신속하게 추정할 수 있으므로 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는데 필요한 시간을 획기적으로 단축할 수 있다. 따라서 이는 소자 코일의 유지/보수 측면에서의 시간적/경제적 이득뿐만 아니라 함정 수중 자기장 스텔스의 성능 보장도 가능하므로 궁극적으로 함정의 생존성 향상에 크게 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 함정 내의 소자코일의 배치도이다.
도 2는 본 발명에 따른 함정의 소자코일이 정상 및 비정상 상태인 경우의 함정의 자기장 크기의 비교결과를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 함정의 비정상상태인 소자코일의 위치를 진단하는 장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 함정의 비정상상태인 소자코일의 위치를 진단하는 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 함정의 선체를 면 요소로 분할한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 함정의 수중 자기장으로부터 선체에 분포하는 자기 전하 분포를 탐색하는 역 문제 해석방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 분할된 선체 요소 내의 요소 선분에 분포하는 자기전하를 정의한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 소자 코일의 비정상 상태를 모의한 예시 및 상기 예시에서 정상, 비정상상태인 소자코일을 포함한 함정의 수중 자기장의 크기의 비교결과를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 선체의 자기 전하 분포를 3차원으로 가시화한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 함정의 비정상상태인 함정의 소자 코일의 위치를 진단하는 방법의 개념도이다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 함정 내의 소자코일의 배치도이다. 소자코일은 함정 내에서 L(longitudinal) 코일, A(athwartship) 코일, V(vertical) 코일 등 3축 방향으로 각각 설치된다. 종축 방향 자기장 감소는 L 코일, 횡축 방향 자기장 감소는 A 코일, 수직 방향 자기장 감소는 V 코일이 각각 담당하고, 함 내에 세 방향으로 설치된 다수의 소자코일에 적절한 전류를 인가하여 함 발생 자기장과 역 방향의 자기장을 생성함으로써 전체 함 발생 자기장을 감소시킨다.
도 2는 본 발명에 따른 함정의 소자코일이 정상 및 비정상 상태인 경우의 자기장 크기의 비교결과를 도시한 도면이다. 함정의 소자코일이 정상적으로 운영되고 있을 때 일정 수심에서 측정된 함정의 자기장 신호는 미세한 크기를 갖는 반면, 정상 운영 중인
Figure 112014038741495-pat00045
번째 소자코일에 비정상상태가 발생할 경우, 측정된 함정의 자기장 신호의 형태와 크기에 큰 왜곡이 발생한다. 여기서 소자코일에 비정상상태가 발생한 경우라 함은 소자코일과 관련된 전원고장, 코일 단선 혹은 함이 운항 중 국부적으로 착자되어 소자전류의 재 산정이 필요한 경우 등을 의미한다. 본 발명에서는 특정 소자코일에 비정상상태가 발생할 경우, 측정된 수중 자기장으로부터 역 문제(inverse problem) 해석을 통하여 선체의 자기전하 분포를 산출하고 이로부터 비정상 상태인 소자 코일의 위치를 정확하게 추정하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 함정의 비정상인 소자코일의 위치를 진단하는 장치의 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 함정에서 발생하는 자기장신호를 측정하기 위한 신호 측정부(110)와, 함정의 선체 표면에 자기장 신호원인 자하(magnetic charge)를 이산화(discrete) 된 형태로 분포시키기 위해 함정의 선체 표면을 다수의 면 요소로 분할하고, 상기 신호 측정부(110)에 의해 측정된 측정 데이터를 역 문제 해석을 위한 목표 데이터로 설정하는 전처리부(130)와, 상기 신호 측정부(110)에 의해 측정된 함정의 자기장 신호와, 상기 전처리부(130)에 의해 다수의 면 요소로 분할된 함정의 형상정보를 기반으로 역 문제 해석 방법을 이용하여 함정의 각 요소변의 노드에 분포된 자하의 크기를 결정하는 역 문제 해석부(150)와, 상기 역 문제 해석부에 의한 해석결과에서 도출된 선체 표면의 자하 분포를 3차원으로 가시화하여, 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 가시화부(170)를 포함할 수 있다.
각각의 구성에 대하여 구체적으로 살펴보면, 먼저 상기 신호 측정부(110)는 함정에서 발생하는 자기장 신호를 측정하며, 상기 측정한 자기장 신호를 저장하기 위한 자료저장장치를 포함하도록 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 전처리부(130)의 구체적인 동작을 살펴보기 위하여 도 5를 참조한다. 도 5는 본 발명에 따른 전처리부에서 함정의 선체를 면 요소(201)로 분할하는 개념도이며, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전처리부(130)는 함정의 선체 표면에 자기장 신호원인 자하(magnetic charge)를 이산화(discrete) 된 형태로 분포시키기 위해 함정의 선체 표면을 다수의 면 요소로 분할한다. 또한, 상기 전처리부(130)는 상기 신호 수신부(110)에 의해 수신된 자기장 신호를 다음에 진행될 역 문제(inverse problem) 해석에서의 목표 데이터로 설정한다.
그리고, 상기 역 문제 해석부(150)는 상기 신호 측정부(110)에 의해 수신된 함정의 자기장 신호와, 상기 전처리부(130)에 의해 복수 개의 면 요소(201)로 분할된 함정의 형상정보를 바탕으로 역 문제 해석방법을 이용하여 함정의 각 요소변의 노드(node)에 분포된 자하(magnetic charge)의 크기를 결정한다. 상기 역 문제 해석방법의 상세 흐름은 후술하는 도 6에 대한 설명에서 기술하도록 한다.
한편, 상기 가시화부(170)는 상기 역 문제 해석부(150)에 의한 해석결과로부터 도출된 선체 표면의 자하 분포를 3차원으로 가시화하여, 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단한다.
도 4는 본 발명에 따른 함정의 비정상인 소자코일의 위치를 진단하는 시스템의 개념도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 시스템은 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 장치와, 자기장 신호를 발생하는 함정(200)과, 일정한 수심에 설치되는 복수의 자기장 센서(401~403)와, 상기 자기장 센서와 상기 함정 간의 거리를 측정하기 위한 육상 제어장치(310) 및 해상 제어장치(210)를 포함한다. 여기서, 상기 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 장치의 신호 측정부(110)는 상기 자기장 센서(401~403)와 상기 육상 제어장치(310)로부터 측정된 신호들을 저장하는 자료저장장치(111)를 포함하며, 상기 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 장치는, 함정에서 발생하는 자기장신호를 측정하기 위한 신호 측정부(110)와, 함정의 선체 표면에 자기장 신호원인 자하(magnetic charge)를 이산화(discrete) 된 형태로 분포시키기 위해 함정의 선체 표면을 다수의 면 요소로 분할하고, 상기 신호 측정부에 의해 측정된 측정 데이터를 역 문제 해석을 위한 목표 데이터로 설정하는 전처리부(130)와, 상기 신호 측정부(110)에 의해 측정된 함정의 자기장 신호와, 상기 전처리부에 의해 다수의 면 요소로 분할된 함정의 형상정보를 기반으로 역 문제 해석 방법을 이용하여 함정의 각 요소변의 노드에 분포된 자하의 크기를 결정하는 역 문제 해석부(150)와, 상기 역 문제 해석부에 의한 해석결과에서 도출된 선체 표면의 자하 분포를 3차원으로 가시화하여, 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 가시화부(170)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 신호 측정부(110)의 구성요소 각각의 구체적인 기능은 상술한 바와 같다.
또한, 상기 육상 제어장치(310) 및 해상제어장치(210)는 DGPS(Differential GPS) 장비로 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 함정의 수중 자기장으로부터 선체에 분포하는 자기 전하 분포를 탐색하는 역 문제 해석방법의 흐름도이다. 역 문제 해석방법은 자기장 신호의 크기를 계산하기 위한 설계변수 및 목적함수를 정의하는 단계와, 상기 설계변수 및 목적함수가 정의된 후, 상기 신호 측정부에 의해 측정된 함정의 자기장 신호와 상기 전처리부에 의해 다수의 면 요소로 분할된 함정의 형상정보를 수집하는 단계와, 상기 설계변수의 초기치(
Figure 112014038741495-pat00046
)를 0으로 설정하고 k번째 반복단계에서 구해진 설계변수의 크기(
Figure 112014038741495-pat00047
)로 부터 측정지점과 동일한 지점에서의 자기장 신호의 크기(
Figure 112014038741495-pat00048
)를 계산하는 단계와, 상기 계산된 자기장 신호의 크기(
Figure 112014038741495-pat00049
)로 부터 목적함수(
Figure 112014038741495-pat00050
), 가상소스(
Figure 112014038741495-pat00051
) 및 보조변수(
Figure 112014038741495-pat00052
)를 각각 계산하는 단계와, 상기 계산된 가상 소스(
Figure 112014038741495-pat00053
) 및 보조변수(
Figure 112014038741495-pat00054
)로 부터 매질 민감도(
Figure 112014038741495-pat00055
)를 계산하는 단계와, 상기 계산된 매질 민감도(
Figure 112014038741495-pat00056
)와 목적함수(
Figure 112014038741495-pat00057
)의 크기에 의해 해(解)의 수렴 여부를 판단하는 단계와, 상기 판단결과, 해가 수렴하면 역 문제 해석을 종료하고, 수렴되지 않으면 설계변수(
Figure 112014038741495-pat00058
)의 크기를 달리하여 해가 수렴될 때까지 상기 목적함수(
Figure 112014038741495-pat00059
)와 매질 민감도(
Figure 112014038741495-pat00060
)를 계산하는 과정을 반복 수행하는 단계를 포함한다. 역 문제 해석방법은 함정 내의 비정상 상태의 소자 코일의 위치를 검출하기 위해, 먼저 목적함수와 설계변수를 정의한다. 상기 목적함수는 함정의 소자코일의 비정상 상태가 발생하기 전 및 발생한 후의 일정한 수심에서 관측된 자기장 신호의 크기의 차이와 상기 설계변수로부터 계산된 자기장 신호 크기와의 차이의 자승을 모두 합산한 결과로 정의한다. 이때 정상 소자 상태의 수중 자기장 신호는 비정상 소자 상태의 자기장 신호에 비해 크기가 상대적으로 작기 때문에 0으로 설정하여도 비정상 상태인 소자코일을 진단할 경우 그 영향이 미약하다.
여기서, 설계변수는 도 7과 같이 선체 표면을 다수개의 유한요소로 분할한 후, 요소 내의 벡터 량을 갖는 자화
Figure 112014038741495-pat00061
(magnetization)의 크기를 요소를 구성하는 각 선분 상의 스칼라 량을 갖는 자기전하(
Figure 112014038741495-pat00062
)형태로 변환하여 정의한다. 이는 역 문제 해석 시 시스템의 미지수의 개수를 감소시키기 위함이다. 초기 설계변수, 즉 각 요소 선분 상의 미지변수인 자기전하의 값(
Figure 112014038741495-pat00063
)은 0으로 설정한다. 결국, 역 문제 해석을 통한 반복계산 과정을 거쳐 목적함수를 최소화할 수 있는 선체 표면의 자기전하 분포를 탐색하는 것으로 귀착된다.
상기의 목적함수(
Figure 112014038741495-pat00064
)와 선체의 자하 분포에 의한 자기장(
Figure 112014038741495-pat00065
)은 다음의 수식 관계로 정의된다.
[수학식1]
Figure 112014038741495-pat00066
여기서, 어깨 문자인 nor과 abnor은 각각 정상, 비정상인 소자 상태를 나타내고,
Figure 112014038741495-pat00067
는 수중 자기장을 나타낸다. 여기서 아래 문자인 i는 각각 방향 벡터인 X축, Y축, Z축을 의미하고, j는 관측점을 의미한다. 또한,
Figure 112014038741495-pat00068
는 관측점의 개수를 의미하고,
Figure 112014038741495-pat00069
은 선체를 분할한 요소의 전체 선분의 개수이다.
[수학식2]
Figure 112014038741495-pat00070
여기서,
Figure 112014038741495-pat00071
는 자기 투자율,
Figure 112014038741495-pat00072
는 선체 두께,
Figure 112014038741495-pat00073
는 k번째 요소 선분에서의 자하량,
Figure 112014038741495-pat00074
은 선체 표면의 k번째 요소 선분과 관측점 사이의 거리,
Figure 112014038741495-pat00075
은 해당 요소의 선분의 길이이다.
매 반복계산 과정을 통해 선체 표면의 자기 전하량은 업데이트되고, 관측점에서의 자기장은 업데이트된 자기 전하량과 상기 수학식 2를 사용하여 계산된다. 그리고 수학식 1에 의해 현 설계시점에서의 목적함수 값이 도출된다. 설계변수인 각 요소 선분 상의 자기전하에 대한 목적함수의 일계 미분정보를 해석적인 매질 민감도 식을 이용하여 계산하기 위해서는 보조시스템에 대한 해석이 요구된다. 이러한 보조 시스템에 사용되는 가상소스(
Figure 112014038741495-pat00076
)는 목적함수를 자기장에 대해 편미분 함으로써 구할 수 있고 이는 물리적으로 자화량에 해당한다. 각 관측점에서 계산된 가상의 자화량을 바탕으로 선체를 구성하는 요소의 각 선분 상에서 자기전위(magnetic potential)를 계산하여 보조변수(
Figure 112014038741495-pat00077
)를 구한다. 선체 요소의 선분 상에서 계산된 보조변수와 자화량을 바탕으로 매질 민감도(
Figure 112014038741495-pat00078
)를 계산한다. 여기서, 매질 민감도란 선체 요소의 각 선분 상의 자화량의 미소변화에 대한 목적함수의 미소변화량, 즉 기울기 정보를 말한다. 이때 “
Figure 112014038741495-pat00079
"의
Figure 112014038741495-pat00080
는 설계변수를 의미하는 것으로 여기서는 자화량(
Figure 112014038741495-pat00081
)에 해당한다.
상기의 가상소스(
Figure 112014038741495-pat00082
), 보조변수(
Figure 112014038741495-pat00083
)와 매질 민감도(
Figure 112014038741495-pat00084
)는 다음의 수식 관계로 정의된다.
[수학식3]
Figure 112014038741495-pat00085
여기서,
Figure 112014038741495-pat00086
는
Figure 112014038741495-pat00087
번째 관측점에서 자화량(
Figure 112014038741495-pat00088
)의
Figure 112014038741495-pat00089
번째 방향성분이다.
[수학식4]
Figure 112014038741495-pat00090
여기서, 선체 요소의
Figure 112014038741495-pat00091
번째 선분에서의 보조변수(
Figure 112014038741495-pat00092
)는 각 관측점에서 자화량
Figure 112014038741495-pat00093
에 의해 발생하는
Figure 112014038741495-pat00094
번째 선분에서의 자기전위의 합이다.
[수학식5]
Figure 112014038741495-pat00095
여기서,
Figure 112014038741495-pat00096
는 요소의
Figure 112014038741495-pat00097
번째 선분에서 계산되는 매질 민감도 값이다.
각 선체 요소의 선분에서 계산되는 자화량은 매 반복계산을 통하여 수정된다. 도 6에서 보듯이 상기의 과정들은 반복 계산을 수행하게 되며 목적함수의 변화량이 설정된 일정 수준 이하로 계산될 때 반복 과정을 마치게 된다. 이런 반복 계산을 통해 최소의 목적함수를 가지는, 즉 정상 소자와 비정상 소자에서 발생하는 수중 자기장 차를 구현할 수 있는 선체 표면의 자기전하 분포를 찾을 수 있다. 이를 3차원으로 가시화하여 일정 수심에서 관측되는 수중 자기장 차를 발생시키는 함정 내의 비정상상태인 소자코일의 위치를 진단할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 소자 코일의 비정상 상태를 모의한 예시 및 상기 예시에서 정상, 비정상 상태의 소자코일을 포함한 함정의 수중 자기장의 크기의 비교결과를 도시한 도면이다. 상기 발명의 실시 예를 위하여 도 1과 같이 10개의 L코일과 각각 5개의 A코일과 V코일이 설치된 총 20개의 소자 코일을 탑재한 함정에 소자 코일의 고장을 모의하였다. 고장 코일 모의는 도 1에서 표기된 L6 코일 고장, A3 코일 고장 및 V2, V3 코일 고장의 세 가지 고장 사례를 고려하였다. 도 8은 소자코일의 비정상상태가 함정 내에 발생하였을 경우, 일정 수심에서 관측되는 정상/비정상상태인 소자코일을 포함한 함정의 수중 자기장 신호의 차이를 제시한다. 도 8에서와 같이 고장 코일의 종류에 따라 수중 자기장의 차를 나타내는 X축, Y축, Z축 성분들 사이에 서로 다른 변화 양상이 나타남을 볼 수 있다. 본 발명에서 제시한 매질 민감도 법을 이용한 역 문제 해석을 통하여 고장 코일의 모의 조건에 따라 각 수중 자기장 차에 해당하는 선체 표면의 자기 전하 분포를 탐색한다.
도 9는 본 발명에 따른 선체의 자기 전하 분포를 3차원으로 가시화한 도면이다. 도 9는 상기 세 가지 고장 코일 모의 조건에 따라 선체 표면에서 구해진 자기 전하 분포를 제시하고 있다. 도 9에서와 같이 세 가지 고장 조건에 따라 선체 표면에 분포하는 자기전하의 패턴이 각각 상이함을 알 수 있다. 즉, L6 코일 고장인 Case I의 경우, 자기전하의 음, 양의 분포가 선저 부분에 분포하고 이 전하 분포 사이에 고장 코일이 위치함을 암시하고 있다. A3 코일 고장의 경우인 Case II에 해당하는 자기전하 분포는 선체의 양측 면에 자기 음전하와 양전하가 집중되어 분포됨을 확인할 수 있다. 마지막으로 V2와 V3의 두 개의 코일 고장인 Case III에서는 자기 전하의 분포가 갑판과 선저부에 집중되고 전하 분포의 범위가 상기 두 경우에 비해 넓게 분포된다. 상기와 같이 선체의 자기 전하 분포를 3차원으로 가시화한 도면에서 자기전하의 음, 양의 분포를 신속하게 파악하고, 이로부터 자기전하의 음, 양의 분포 사이의 소자코일이 비정상상태임을 신속하게 진단할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 함정의 비정상인 소자 코일의 위치를 진단하는 방법의 흐름도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, (a) 함정이 정해진 궤적을 이동함에 따라 상기 자기장 센서와 함정의 상대적인 이격 거리에 따른 센서의 감지신호를 상기 신호 측정(110)부의 해상제어장치(210) 및 육상제어장치(310)에서 수신하여 자기장 신호를 측정하는 단계(S401)와, (b) 함정의 선체 표면에 자기장 신호원인 자하를 이산화(discrete) 된 형태로 분포시키기 위해 상기 전처리(130)부에 의해 함정의 선체 표면을 다수의 면 요소로 분할하는 단계(S402)와, (c) 상기 신호 측정부(110)에 의해 측정된 함정의 자기장 신호와, 상기 전처리부(130)에 의해 다수의 면 요소로 분할된 함정의 형상정보를 기반으로, 상기 역 문제 해석부(150)에 의한 역 문제 해석방법을 이용하여 함정의 각 요소변의 노드(node)에 분포된 자하(magnetic charge)의 크기를 결정하는 단계(S403)와, (d) 상기 역 문제 해석부에 의한 역 문제 해석결과에서 도출된 선체 표면의 자하 분포를 3차원으로 가시화하여, 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 단계(S404)를 포함할 수 있다. 상기 각각의 단계는 위에서 서술한 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 장치에서의 기능과 같으므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
110: 신호 측정부
111: 자료저장장치
130: 전처리부
150: 역 문제 해석부
170: 가시화부
200: 함정
201: 면 요소
210: 해상 제어장치
310: 육상 제어장치
401~403: 자기장 센서
500: 일정 수심

Claims (14)

  1. 함정에서 발생하는 자기장신호를 측정하기 위한 신호 측정부;
    함정의 선체 표면에 자기장 신호원인 자하를 이산화된 형태로 분포시키기 위해 함정의 선체 표면을 다수의 면 요소로 분할하고, 상기 신호 측정부에 의해 측정된 측정 데이터를 역 문제 해석을 위한 목표 데이터로 설정하는 전처리부;
    상기 신호 측정부에 의해 측정된 함정의 자기장 신호와, 상기 전처리부에 의해 다수의 면 요소로 분할된 함정의 형상정보를 기반으로 역 문제 해석 방법을 이용하여 함정의 각 요소변의 노드에 분포된 자하의 크기를 결정하는 역 문제 해석부; 및
    상기 역 문제 해석부에 의한 해석결과에서 도출된 선체 표면의 자하 분포를 3차원으로 가시화하여, 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 가시화부를 포함하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 장치에 있어서,
    상기 가시화부는 선체의 자기 전하 분포를 3차원으로 가시화한 도면에서 자기전하의 음, 양의 분포 사이의 소자코일이 비정상상태임을 진단하도록 자기전하의 음, 양의 분포를 표시하는 것을 특징으로 하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 측정부는 자기장 신호 감지를 위해 일정한 수심에 설치되는 다수의 자기장 센서와, 함정의 이동궤적을 측정하여 상기 자기장 센서와 함정 간의 상대적인 거리를 측정하기 위한 육상제어장치 및 해상 제어장치와, 상기 자기장 센서와 육상제어장치로부터 측정된 신호를 저장하기 위한 자료저장장치를 포함하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 육상제어장치 및 해상제어장치는 DGPS(Differential GPS)장비인 것을 특징으로 하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 역 문제 해석부는 역 문제 해석 방법을 이용하여 상기 목표 데이터로부터 상기 전처리부에 의해 분할된 함정의 각 면 요소의 노드에 이산 분포된 자하의 크기를 구하고, 그 구해진 자하의 크기로부터 다시 측정 위치에서의 자기장 신호의 크기를 계산하며, 계산된 결과와 목표 데이터인 측정 결과를 비교하여 그 차이가 목적함수의 수렴범위 내에 존재하면 역 문제 해석을 종료하는 것을 특징으로 하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 목적함수는 함정의 소자코일의 비정상 상태가 발생하기 전 및 비정상상태가 발생한 후의 일정한 수심에서 관측된 자기장 신호의 크기의 차이와 설계변수로부터 계산된 자기장 신호 크기와의 차이의 자승을 모두 합산한 결과인 것을 특징으로 하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 장치.
  6. 삭제
  7. 신호 측정부, 전처리부, 역 문제 해석부 및 가시화부를 포함하는 함정의 소자코일의 이상상태가 발생한 위치를 진단하는 장치에 의한 진단방법으로서,
    (a) 함정이 정해진 궤적을 이동함에 따라 자기장 센서와 함정의 상대적인 이격거리에 따른 센서의 감지신호를 상기 신호 측정부의 해상제어장치 및 육상제어장치에서 수신하여 자기장 신호를 측정하는 단계;
    (b) 함정의 선체 표면에 자기장 신호원인 자하를 이산화된 형태로 분포시키기 위해 상기 전처리부에 의해 함정의 선체 표면을 다수의 면 요소로 분할하는 단계;
    (c) 상기 신호 측정부에 의해 측정된 함정의 자기장 신호와, 상기 전처리부에 의해 다수의 면 요소로 분할된 함정의 형상정보를 기반으로, 상기 역 문제 해석부에 의한 역 문제 해석방법을 이용하여 함정의 각 요소변의 노드에 분포된 자하의 크기를 결정하는 단계; 및
    (d) 상기 역 문제 해석부에 의한 역 문제 해석결과에서 도출된 선체 표면의 자하 분포를 3차원으로 가시화하여, 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 단계를 포함하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법에 있어서,
    상기 (d)단계는, 선체의 자기 전하 분포를 3차원으로 가시화한 도면에서 자기전하의 음,양의 분포를 파악하고, 상기 자기전하의 음,양의 분포가 표시된 도면으로부터 자기전하의 음,양의 분포 사이의 소자코일이 비정상상태임을 파악할 수 있는 것을 특징으로 하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서의 상기 역 문제 해석방법은,
    자기장 신호의 크기를 계산하기 위한 설계변수 및 목적함수를 정의하는 단계;
    상기 설계변수 및 목적함수가 정의된 후, 상기 신호 측정부에 의해 측정된 함정의 자기장 신호와 상기 전처리부에 의해 다수의 면 요소로 분할된 함정의 형상정보를 수집하는 단계;
    상기 설계변수의 초기치(
    Figure 112014038741495-pat00098
    )를 0으로 설정하고 k번째 반복단계에서 구해진 설계변수의 크기(
    Figure 112014038741495-pat00099
    )를 바탕으로 측정지점과 동일한 지점에서의 자기장 신호의 크기(
    Figure 112014038741495-pat00100
    )를 계산하는 단계;
    상기 계산된 자기장 신호의 크기(
    Figure 112014038741495-pat00101
    )로 부터 목적함수(
    Figure 112014038741495-pat00102
    ), 가상소스(
    Figure 112014038741495-pat00103
    ) 및 보조변수(
    Figure 112014038741495-pat00104
    )를 각각 계산하는 단계;
    상기 계산된 가상소스(
    Figure 112014038741495-pat00105
    )와 보조변수(
    Figure 112014038741495-pat00106
    )를 바탕으로 매질 민감도(
    Figure 112014038741495-pat00107
    )를 계산하는 단계;
    상기 계산된 매질 민감도(
    Figure 112014038741495-pat00108
    )와 목적함수(
    Figure 112014038741495-pat00109
    )의 크기에 의해 해(解)의 수렴 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단결과, 해가 수렴되면 역 문제 해석을 종료하고, 수렴되지 않으면 설계변수(
    Figure 112014038741495-pat00110
    )의 크기를 달리하여 해가 수렴될 때까지 상기 목적함수(
    Figure 112014038741495-pat00111
    )와 매질 민감도()를 계산하는 과정을 반복 수행하는 단계를 포함하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 설계변수는 선체 표면을 다수개의 유한요소로 분할한 후, 요소 내의 벡터 량을 갖는 자화의 크기를 요소를 구성하는 각 선분 상의 스칼라 량을 갖는 자기전하형태로 변환하여 정의한 것이고, 상기 목적함수는 함정의 소자코일의 비정상 상태가 발생하기 전 및 발생한 후의 일정한 수심에서 관측된 자기장 신호의 크기의 차이와 상기 설계변수를 바탕으로 계산된 자기장 신호 크기와의 차이의 자승을 모두 합산한 결과인 것을 특징으로 하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 설계변수의 크기(
    Figure 112014038741495-pat00113
    )를 바탕으로 계산한 자기장 신호의 크기(
    Figure 112014038741495-pat00114
    )는 다음의 수식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법.
    Figure 112014038741495-pat00115

    여기서,
    Figure 112014038741495-pat00116
    는 자기 투자율,
    Figure 112014038741495-pat00117
    는 선체 두께,
    Figure 112014038741495-pat00118
    는 k번째 요소 선분에서의 자하량,
    Figure 112014038741495-pat00119
    은 선체 표면의 k번째 요소 선분과 관측점 사이의 거리,
    Figure 112014038741495-pat00120
    은 해당 요소의 선분의 길이이다.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 목적함수(
    Figure 112014038741495-pat00121
    )는 다음의 수식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법.
    Figure 112014038741495-pat00122

    여기서, 어깨 문자인 nor과 abnor은 각각 정상, 비정상인 소자 상태이고,
    Figure 112014038741495-pat00123
    는 수중 자기장이다. 여기서 아래 문자인 i는 각각 방향 벡터인 X축, Y축, Z축이고, j는 관측점이다. 또한,
    Figure 112014038741495-pat00124
    는 관측점의 개수이고,
    Figure 112014038741495-pat00125
    은 선체를 분할한 요소의 전체 선분의 개수이다.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 가상소스(
    Figure 112014038741495-pat00126
    ) 및 보조변수(
    Figure 112014038741495-pat00127
    )는 각각 다음의 수식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법.
    Figure 112014038741495-pat00128

    Figure 112014038741495-pat00129

    여기서,
    Figure 112014038741495-pat00130
    는
    Figure 112014038741495-pat00131
    번째 관측점에서 자화량(
    Figure 112014038741495-pat00132
    )의
    Figure 112014038741495-pat00133
    번째 방향성분이고, 선체 요소의
    Figure 112014038741495-pat00134
    번째 선분에서의 보조변수(
    Figure 112014038741495-pat00135
    )는 각 관측점에서 자화량
    Figure 112014038741495-pat00136
    에 의해 발생하는
    Figure 112014038741495-pat00137
    번째 선분에서의 자기전위의 합이다.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 매질 민감도(
    Figure 112014038741495-pat00138
    )는 다음의 수식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 비정상상태인 함정의 소자코일의 위치를 진단하는 방법.
    Figure 112014038741495-pat00139

    여기서,
    Figure 112014038741495-pat00140
    는 요소의
    Figure 112014038741495-pat00141
    번째 선분에서 계산되는 매질 민감도 값이다.
  14. 삭제
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