KR101757915B1 - 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수중 예인체(토우 피시: Tow fish)가 수온 약층대, 수심이 얕은지역, 머드층 또는 오니층(해저면 반사신호가 약한 지역)으로 구성된 지역을 통과하는 경우 발생할 수 있는 음파의 확산과 회절로 인해 해수면에서 반사되어 인입되는 해수면 노이즈를 해저면 영상에서 캔슬링(cancelling)시키는 것으로, 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나에 관한 것이다. 본 발명에 의한 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나는, 하나 이상의 양측면 하부의 액티브 센서, 선박에 연결된 예인 케이블에 의해 견인되며 상기 하나 이상의 양측면 하부의 액티브 센서에서 초음파를 발생시켜 이 양측면 하부의 액티브 센서를 통해 반사된 신호를 수신하여 영상 신호로 변환하여서 선박측으로 송신하는 토우 피시를 포함하는 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나로서: 상기 토우 피시의 양측면 상부에 하나 이상 설치되어 회절된 신호가 해수면에서 1, 2차적으로 반사된 신호만을 실질적으로 수신하도록 구성된 상방 수신전용 센서를 더 포함하며; 상기 토우 피시는 상기 해수면에서 1, 2차적으로 반사된 신호가 상기 액티브 센서와 상기 상방 수신전용 센서를 통해 동시에 수신될 경우 상기 액티브 센서를 통해 수신된 신호를 상기 상방 수신전용 센서를 통해 수신된 신호에 의해 캔슬링시키도록 구성되어 있다.

Description

해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나{SIDE SCAN SONAR WITH SEA SURFACE RELECTION NOISE REMOVAL PERFORMANCE}
본 발명은 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 해저면 영상조사 장비(사이드 스캔 소나: Side scan sonar)에 관한 것으로, 특히 수중 예인체(토우 피시: Tow fish)가 수온 약층대, 수심이 얕은지역, 머드층 또는 오니층(해저면 반사신호가 약한 지역)으로 구성된 지역을 통과하는 경우 발생할 수 있는 음파의 확산과 회절로 인해 해수면에서 반사되어 인입되는 해수면 노이즈를 해저면 영상에서 캔슬링(cancelling)시키는 것으로, 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나에 관한 것이다.
일반적으로, 해저면 영상을 획득하기 위해서 사이드 스캔 소나가 사용되며, 그 원리는 초음파를 해저면에 조사하여 반사되어 되돌아오는 후방산란 빔을 수신하여 영상을 획득하여, 해저면의 형태 및 저질의 구성 등을 파악하고 해저구조물 파악등 정밀해저 영상 획득을 위한 것이다.
도 1은 종래에 선박에 의해 견인되면서 사용되는 사이드 스캔 소나의 실제 적용예를 나타내는 도면이다. 종래의 사이드 스캔 소나(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 선박의 윈치(도시 안됨)에 감긴 예인 케이블(C)에 의해 연결되어 견인되면서 양 측 아래면을 향하는 두개의 액티브 센서를 통해 초음파를 발생하고 해저면에서 반사되어 오는 신호를 액티브 센서를 통해 수신하여 해저면 영상을 획득하는 토우 피시(3)를 포함한다.
그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 사이드 스캔 소나는 수온 약층대(수온이 급격하게 변하는 층)를 통과하는 경우, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 초음파를 발생하여 해저면에 조사시키면 해저면에서 후방산란(1차 반사파)되는 신호뿐 아니라 수온약층으로 인해 회절된 신호와 해저면에서 1차 반사되어 해수면에서 2차 반사되는 멀티패스 신호가 함께 수신되게 되는데, 이 해수면에서 반사되는 신호가 노이즈 성분으로서 작용하여 해저면 영상의 정확한 측정을 방해한다. 그리고 종래의 사이드 스캔 소나는 수심이 얕은지역에서 계절적인 요인으로 인하여 해수면이 낮의 열기로 인해 데워져 수층의 온도 구배가 커지는 시기에 해저면이 머드층 또는 오니층으로 구성된 지역을 통과할 경우 해저면에 1차적으로 반사되어 수신되는 신호는 상대적으로 약한 반면, 해수면에서 1차, 2차적으로 반사되어 수신되는 신호는 강하게 되어 노이즈 성분으로 작용한다. 도 2의 (b, c)는 해저면 영상과 함께 가장자리에서 나타나고 있는 해수면 에러를 나타내고 있다. 도 2의 (b)를 살펴보면 해저면에서 1차적으로 반사된 신호만이 사이드 스캔 소나에 수신되어야 하는데 정상이나 해저면에서 회절되어 해수면에서 2차적으로 반사된 신호가 수신되어서 데이터에 에러를 발생시키는 것을 알 수 있다. 도 2의 (c)는 해저면 영상보다 해수면에서 1차적으로 반사된 신호가 상대적으로 크기 때문에 해저면 영상과 함께 수신되어 데이터에 에러를 발생시키는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 토우 피시가 수온 약층대나, 머드층 또는 오니층(해저면 반사신호가 약한 지역)으로 구성된 지역을 통과하는 경우 회절된 음파가 해수면에 반사되어 수신되는 신호(노이즈로 작용함)를 제거할 수 있는 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나를 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시형태에 의한 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나는, 하나 이상의 양측면 하부의 액티브 센서, 선박에 연결된 예인 케이블에 의해 견인되며 상기 하나 이상의 양측면 하부의 액티브 센서에서 초음파를 발생시켜 이 양측면 하부의 액티브 센서를 통해 반사된 신호를 수신하여 영상 신호로 변환하여서 선박측으로 송신하는 토우 피시를 포함하는 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나로서: 상기 토우 피시의 양측면 상부에 하나 이상 설치되어 회절된 신호가 해수면에서 1, 2차적으로 반사된 신호만을 실질적으로 수신하도록 구성된 상방 수신전용 센서를 더 포함하며; 상기 토우 피시는 상기 해수면에서 1, 2차적으로 반사된 신호가 상기 액티브 센서와 상기 상방 수신전용 센서를 통해 동시에 수신될 경우 상기 액티브 센서를 통해 수신된 신호를 상기 상방 수신전용 센서를 통해 수신된 신호에 의해 캔슬링시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 실시형태에 의한 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나에 있어서, 상기 토우 피시는, 상기 액티브 센서 및 상방 수신전용 센서로부터 감지 신호를 입력받아 동일한 신호가 입력되는 지의 여부를 판단하여 동일한 신호가 입력될 경우 상기 액티브 센서로부터의 감지 신호를 상기 상방 수신전용 센서로부터의 감지 신호에 의해 캔슬링시키며, 상기 액티브 센서로부터 입력되는 감지 신호를 영상 신호로 변환하도록 구성된 제어부; 및 상기 제어부로부터 영상 신호를 입력받아 디지털화하여 선박측 통신부에 송신하도록 구성된 통신부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 의한 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나에 의하면, 토우 피시가 수온 약층대나, 머드층 또는 오니층(해저면 반사신호가 약한 지역)으로 구성된 지역을 통과하는 경우 회절된 음파가 해수면에서 반사되어 액티브 센서에 인입되면 상방 수신전용 센서에 의해서도 동일한 신호가 인입되어서, 상기 액티브 센서에 인입된 해수면에서 반사된 신호를 상기 상방 수신전용 센서에 인입된 신호에 의해 캔슬링시켜 해수면 노이즈 성분을 확실히 제거함으로써 정확한 측정을 가능하게 한다는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 종래에 선박에 의해 견인되면서 사용되는 사이드 스캔 소나의 실제 적용예를 나타내는 도면이다.
도 2의 (a)는 사이드 스캔 소나에 있어서 초음파를 해저면에 조사하여 해저면에서 1차적으로 반사되어 수신되는 신호와, 회절된 신호가 해수면에서 2차적으로 반사되어 수신되는 신호의 경로를 도시하는 도면이다.
도 2의 (b)는 해저면 영상과 함께 가장자리에서 나타나고 있는 해수면 에러를 도시하는 도면이다.
도 2의 (c)는 해저면 영상과 함께 중앙자리에서 나타나고 있는 해수면 에러를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나를 정면에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 3의 사이드 스캔 소나의 상세 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나를 정면에서 바라본 도면이며, 도 4는 도 3의 사이드 스캔 소나의 상세 회로도이다.
본 발명의 실시예에 의한 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나(10)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 토우 피시(20), 액티브 센서(AS) 및 상방 수신전용 센서(TS)를 포함한다.
토우 피시(20)는 선박의 윈치에 연결된 예인 케이블에 의해 견인되며, 초음파를 발생시켜 2개의 액티브 센서(AS)를 통해 조사하여 해저면에서 1차적으로 반사된 신호를 수신하여서 영상 신호로 변환하여 선박측으로 송신하는 역할을 한다. 또한, 토우 피시(20)는 수온 약층이나, 머드층 또는 오니층으로 구성된 지역을 통과할 경우 회절된 신호가 해수면에서 1, 2차적으로 반사되어 수신된 신호가 액티브 센서(AS)와 상방 수신전용 센서(TS)를 통해 동시에 수신되면 액티브 센서(AS)를 통해 수신된 1, 2차적으로 반사된 신호를 상방 수신전용 센서(TS)를 통해 수신된 1, 2차적으로 반사된 신호에 의해 캔슬링(cancelling)시켜서 소망하는 감지 신호(즉, 해저면에 1차적으로 반사되어 수신되는 신호) 만을 입력받을 수 있다.
토우 피시(20)의 구성에 대해 좀더 상세하게 설명하면 제어부(100)와 통신부(200)를 포함한다.
제어부(100)는 사이드 스캔 소나(10) 전체를 제어하는 역할을 하며, 예컨대 마이크로 컴퓨터로 구성될 수 있다. 제어부(100)는 초음파를 발생시켜 액티브 센서(AS)를 통해 조사하고 액티브 센서(AS)로 입력되는 신호를 인가받아 영상 신호로 변환하도록 구성되어 있다. 제어부(100)는 액티브 센서(AS) 및 상방 수신전용 센서(TS)로부터 감지 신호를 입력받아 동일한 신호(즉, 회절된 신호가 해수면에서 1, 2차적으로 반사되어 수신되는 신호)가 입력되는 지의 여부를 판단하여 동일한 신호가 입력될 경우 액티브 센서(AS)로부터 입력받은 동일한 감지 신호를 상방 수신전용 센서(TS)로부터 입력받은 동일한 감지 신호에 의해 캔슬링시키도록 구성되어 있다.
통신부(200)는 제어부(100)로부터 영상 신호를 입력받아 디지털화하여 선박측 통신부(300)에 송신하는 역할을 한다. 통신부(200)는 선박측 통신부(300)와 유, 무선 통신가능하며 통신방식은 예컨대, CDMA, FDMA, TDMA, LTE 등이 될 수 있으며 특별히 제한되지는 않는다.
액티브 센서(AS)는 토우 피시(20)의 양측면 하부에 하나 이상 장착되어 토우 피시(20)로부터 발생된 초음파를 해저면을 향해 조사하고 해저면으로부터 1차적으로 반사되어 되돌아오는 신호를 수신하여 제어부(100)에 전달해주는 역할을 한다. 만약, 토우 피시(20)가 수온 약층이나, 머드층 또는 오니층으로 구성된 지역을 통과할 경우 액티브 센서(AS)는 해저면에서 1차적으로 반사되어 되돌아오는 신호뿐 아니라, 회절된 음파가 해수면에 1, 2차적으로 반사되어 되돌아오는 신호를 수신하게 된다. 좀더 상세하게는 액티브 센서(AS)는 해저면을 향하기 때문에 해저면에서 반사되어 되돌아오는 신호가 강하게 수신되는 한편, 해수면에 1, 2차적으로 반사된 신호는 상대적으로 약하게 수신된다.
상방 수신전용 센서(TS)는 해저면으로부터 1차 반사된 신호를 수신하지 않지만 해수면에 1, 2차적으로 반사되어 되돌아오는 신호는 강하게 수신하도록 토우 피시(20)의 양측면 하부에 하나이상 설치되어 있다.
한편, 사이드 스캔 소나(10)는 구동 전원을 선박으로부터 예인 케이블을 통해 공급받거나 배터리를 장착하여 공급받을 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시형태에 의한 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나의 작용을 설명하기로 한다.
먼저, 사이드 스캔 소나(10)가 선박의 윈치에 연결된 예인 케이블에 의해 견인되고 있다고 가정하자.
토우 피시(20)가 일반적인 해수면을 통과할 경우는 액티브 센서(AS)를 통해 초음파를 조사하여 해수면에서 1차적으로 반사된 신호가 수신하게 되며, 이 수신된 1차적으로 반사된 신호를 영상 신호로 변환하여 선박측으로 송신하게 됨으로써 선박측에서는 영상 신호를 분석하여 해저 지형을 탐사할 수 있다.
한편, 토우 피시(20)는 액티브 센서(AS) 및 상방 수신전용 센서(TS)를 통해 감지신호를 입력받아 동일한 감지 신호(즉, 수온 약층이나, 머드층 또는 오니층으로 구성된 지역을 통과할 경우 회절된 신호가 해수면에서 1, 2차적으로 반사되어 되돌아오는 신호)가 입력되는 지의 여부를 계속해서 판단하여, 동일한 감지 신호가 입력될 경우 액티브 센서(AS)를 통해 입력되는 해수면에서 1, 2차적으로 반사되어 되돌아오는 신호를 상방 수신전용 센서(TS)를 통해 입력되는 해수면에서 1, 2차적으로 반사되어 되돌아오는 신호에 의해 캔슬링시킨다. 이에 따라서, 토우 피시(20)는 해저면에서 1차적으로 반사되어 되돌아오는 신호만을 수신하여 영상 신호로 변환하고 선박측으로 전달한다.
본 발명의 실시예에 의한 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나에 의하면, 토우 피시가 수온 약층대나, 머드층 또는 오니층으로 구성된 지역을 통과하는 경우 회절된 음파가 해수면에서 반사되어 액티브 센서에 인입되면 상방 수신전용 센서에 의해서도 동일한 신호가 인입되어서, 상기 액티브 센서에 인입된 해수면에서 반사된 신호를 상기 상방 수신전용 센서에 인입된 신호에 의해 캔슬링시킴으로써 정확한 측정을 가능하게 한다.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
AS: 액티브 센서 TS: 상방 수신전용 센서
10: 사이드 스캔 소나 20: 토우 피시
100: 제어부 200: 통신부
300: 선박측 통신부

Claims (2)

  1. 측면 하부에 한 쌍 이상 장착된 액티브 센서와, 선박에 연결된 예인 케이블에 의해 견인되며 상기 한 쌍 이상의 액티브 센서에서 초음파를 발생시켜 이 액티브 센서를 통해 해저면에서 반사된 신호를 수신하여 영상 신호로 변환하여서 선박측으로 송신하는 토우 피시를 포함하는 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나로서:
    상기 토우 피시의 측면 상부에 한 쌍 이상 설치되어 수온약층대 등에 의해 회절된 신호가 해수면에서 1, 2차적으로 반사된 신호만을 수신하도록 구성된 상방 수신전용 센서를 더 포함하며;
    상기 토우 피시는 상기 해수면에서 1, 2차적으로 반사된 신호가 상기 액티브 센서와 상기 상방 수신전용 센서를 통해 동시에 수신될 경우 상기 액티브 센서를 통해 수신된, 상기 해수면에서 1, 2차적으로 반사된 신호를 상기 상방 수신전용 센서를 통해 수신된, 상기 해수면에서 1, 2차적으로 반사된 신호에 의해 캔슬링시키도록 구성된, 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 토우 피시는, 상기 액티브 센서 및 상방 수신전용 센서로부터 수신된 신호를 입력받아 동일한 신호가 입력되는 지의 여부를 판단하여 동일한 신호가 입력될 경우 상기 액티브 센서로부터 수신된, 상기 해수면에서 1, 2차적으로 반사된 신호를 상기 상방 수신전용 센서로부터 수신된, 상기 해수면에서 1, 2차적으로 반사된 신호에 의해 캔슬링시키며, 상기 액티브 센서로부터 입력되는, 해저면에 1차적으로 반사되어 수신되는 감지 신호를 영상 신호로 변환하도록 구성된 제어부; 및
    상기 제어부로부터 해수면에서 1, 2차적으로 반사된 신호가 제거된 영상 신호를 입력받아 디지털화하여 선박측 통신부에 송신하도록 구성된 통신부를 포함하는, 해수면 노이즈 제거 성능을 가진 사이드 스캔 소나.
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