KR101878435B1 - A System and a Method for Monitoring a Fish Farm under Water Using Scanning Sonar with Variable Frequency - Google Patents
A System and a Method for Monitoring a Fish Farm under Water Using Scanning Sonar with Variable Frequency Download PDFInfo
- Publication number
- KR101878435B1 KR101878435B1 KR1020170169651A KR20170169651A KR101878435B1 KR 101878435 B1 KR101878435 B1 KR 101878435B1 KR 1020170169651 A KR1020170169651 A KR 1020170169651A KR 20170169651 A KR20170169651 A KR 20170169651A KR 101878435 B1 KR101878435 B1 KR 101878435B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- transmission
- ultrasonic
- monitoring system
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 43
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 27
- 238000009360 aquaculture Methods 0.000 claims description 23
- 244000144974 aquaculture Species 0.000 claims description 23
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 abstract description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 abstract 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
- G01S7/52085—Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
- A01K61/00—Culture of aquatic animals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/534—Details of non-pulse systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
- Y02A40/80—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in fisheries management
- Y02A40/81—Aquaculture, e.g. of fish
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Animal Husbandry (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Marine Sciences & Fisheries (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 가변주파수 방식 스캐닝 소나를 이용한 양식장 수중 모니터링 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 가변주파수 방식으로 원거리 및 근거리를 동시에 모니터링할 수 있는 스캐닝 소나를 구비한 양식장 수중 모니터링 시스템 및 그 사용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a monitoring system for aquaculture underwater using a variable frequency scanning sonar and a method thereof and more particularly to a monitoring system for aquaculture underwater having a scanning sonar capable of simultaneously monitoring far and near by a variable frequency system ≪ / RTI >
기존의 수중 감시 방법으로는 이동식 사이드 스캔 소나(Side Scan Sonar)를 이용한 방법과 해저에 다수의 고정형 하이드로폰 어레이를 설치하는 방법이 주로 사용되어 왔다. As a conventional underwater surveillance method, a method using a movable side scan sonar and a method of installing a plurality of fixed hydrophone arrays on the seabed have been mainly used.
하지만, 사이드 스캔 소나를 이용한 방법의 경우 이를 운용하기 위해서는 매번 별도의 선박에 사이드 스캔 소나를 장착한 뒤 선박을 움직이면서 영상을 취득해야 하기 때문에 넓은 범위를 실시간으로 감시해야 하는 부유식 구조물에 적용하는 데는 한계가 있다. 또한 고정형 하이드로폰 어레이를 설치하는 방법의 경우 넓은 영역에 설치하는 데는 한계가 있으며 한번 설치된 하이드로폰 어레이는 탐지 주기, 탐지 해상도를 바꿀 수 없으므로 속도와 크기가 다른 다양한 형태의 수중 침입체를 유연하게 감시 가능한 범용의 감지 시스템을 구축하는 데는 한계가 있다. However, in the case of the method using the side scan sonar, it is necessary to acquire the image while moving the ship after mounting the side scan sonar on a separate vessel every time, so that the application to the floating structure requiring a wide range of real- There is a limit. In addition, the method of installing the fixed hydrophone array has a limitation in the installation in a wide area. Since the once installed hydrophone array can not change the detection cycle and the detection resolution, various types of underwater intruders having different speeds and sizes can be flexibly monitored There is a limit to building a general-purpose sensing system as much as possible.
이러한 단점들을 극복하기 위한 방안으로 해면 또는 수중에 띠 형상으로 배치한 복수의 스캐닝 소나를 활용하여 양식장 등의 해양 부유식 구조물 주변의 원거리/근거리의 침투 인원 또는 침투 물체를 검출하는 시스템이 제안된 바 있었다.In order to overcome these drawbacks, a system has been proposed for detecting a penetrating person or an infiltrating object at a distance or a near vicinity of a marine floating structure such as a farm site by using a plurality of scanning sonar arranged in a band shape in the sea surface or underwater there was.
(특허문헌 1) KR10-1268402B(Patent Document 1) KR10-1268402B
단, 기존의 시스템에서는 서로 다른 스캐닝 주파수를 갖으며 대향하는 2개의 트랜스듀서가 하나의 하우징 내에 탑재되어 있는 회전식 스캐닝 소나를 구비해야 하기 때문에 시스템 구성비용이 높아 소규모 양식장 등에서 수중 감시를 위해 채택하기에는 어려움이 있었다. However, in the conventional system, since a rotary scanning sonar having two transducers opposed to each other having different scanning frequencies is mounted in one housing, the system construction cost is high and it is difficult to adopt it for underwater surveillance in a small scale farm etc. .
따라서, 고가의 고해상도 트랜스듀서를 대체하면서도 원거리/근거리의 침투 물체를 탐지할 수 있는 중저가형 고해상도 양식장 감시 경보 시스템의 기술 개발이 절실히 요청되고 있다.Therefore, it is urgently required to develop a mid-low-cost high resolution monitoring system for surveillance alarms that can detect infiltration objects at a distance or a close distance while replacing expensive high-resolution transducers.
본 발명은 상술한 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에 따르면, 가변주파수 방식의 단일 트랜스듀서를 구비하는 스캐닝 소나를 이용하여 원거리 및 근거리를 동시에 모니터링할 수 있는 양식장 수중 모니터링 시스템 및 그 방법이 제공된다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to meet the above-mentioned needs, and it is an object of the present invention to provide a monitoring system for aquaculture underwater which can simultaneously monitor a long distance and a short distance using a scanning sonar having a single frequency transducer / RTI >
본 발명의 실시예에 따른 양식장 수중 모니터링 시스템은, 송신 초음파를 송신하는 단일 트랜스 듀서; 복합 변조 신호에 기초하여 상기 단일 트랜스 듀서에 제공되는 송신 신호를 생성하는 송신 신호 증폭부; 공진 주파수 및 상한 주파수에 기초하여 상기 복합 변조 신호를 생성하고 상기 송신 신호 증폭부에 제공하는 변조부; 상기 송신 초음파가 외부 물체로부터 반사되어 수신된 초음파 반향 신호 및 상기 송신 신호에 기초하는 레퍼런스 신호에 의해 산출된 비교 기준 신호를 적응적으로 생성하는 비교 기준 신호 생성부; 상기 비교 기준 신호와 상기 수신된 초음파 반향 신호를 비교하여 초음파 출력 신호를 생성하는 비교부; 및 상기 초음파 출력 신호에 기초하여 상기 외부 물체와의 거리를 산출하고, 산출된 거리에 기초하여 원거리 모드 및 근거리 모드로 제어하는 신호 처리 제어부를 포함하는 스캐닝 소나를 포함하며, 상기 원거리 모드일 때에는 상기 송신 초음파가 상기 공진 주파수로 송신되고 근거리 모드일 때에는 상기 송신 초음파가 상기 상한 주파수로 송신될 수 있다.A monitoring system for aquaculture underwater according to an embodiment of the present invention includes: a single transducer for transmitting a transmission ultrasonic wave; A transmission signal amplifying unit for generating a transmission signal provided to the single transducer based on the composite modulation signal; A modulator for generating the complex modulation signal based on the resonance frequency and the upper frequency limit and providing the composite modulation signal to the transmission signal amplifier; A comparison reference signal generator for adaptively generating the comparison reference signal calculated by the ultrasonic echo signal reflected from the external object and the reference signal based on the transmission signal; A comparison unit for comparing the comparison reference signal with the received ultrasonic echo signal to generate an ultrasonic output signal; And a signal processing controller for calculating a distance to the external object based on the ultrasonic output signal and controlling the remote mode and the near mode on the basis of the calculated distance. In the remote mode, When the transmitting ultrasonic wave is transmitted at the resonant frequency and in the short-range mode, the transmitting ultrasonic wave can be transmitted at the upper limit frequency.
이 경우, 상기 변조부는 제 1 반송파 및 제 1 주파수 제어 신호에 기초하여 제 1 주파수 변조파를 생성하고, 제 2 반송파 및 제 2 주파수 제어 신호에 기초하여 제 2 주파수 변조파를 생성할 수 있다.In this case, the modulator may generate the first frequency modulated wave based on the first carrier and the first frequency control signal, and generate the second frequency modulated wave based on the second carrier and the second frequency control signal.
또한, 상기 변조부는 상기 제 1 주파수 변조파 및 상기 제 2 주파수 변조파의 듀티비를 제어하여 제어된 진폭을 가지는 제 1 복합변조파 및 제 2 복합변조파를 각각 생성할 수 있다.The modulator may generate the first complex modulated wave and the second composite modulated wave having the controlled amplitude by controlling the duty ratio of the first frequency modulated wave and the second frequency modulated wave, respectively.
또한, 상기 복합 변조 신호는 상기 복합 변조 신호의 시작을 표시하는 동기화 신호; 원거리 또는 근거리 모드 정보를 포함하는 헤더; 스캐닝 소나의 고유번호인 ID 신호; 상기 외부 물체 검출에 이용되는 스캔 신호 및 상기 복합 변조 신호의 오류 여부를 판단하기 위한 패리티 신호를 포함하는 송출 프로토콜에 따를 수 있다.The composite modulation signal may further include: a synchronization signal indicating the start of the composite modulation signal; A header including far or near mode information; An ID signal which is a unique number of a scanning sonar; A scan signal used for detecting the external object, and a parity signal for determining whether the composite modulation signal is erroneous.
또한, 상기 기준 신호 생성부는 상기 수신된 초음파 반향 신호 및 상기 레퍼런스 신호를 입력으로 하여 배타적논리합(XOR) 신호를 생성하는 배타적논리합 회로; 및 상기 배타적논리합 신호를 적분하여 비교 기준 신호를 적응적으로 생성할 수 있다.The reference signal generator may include an exclusive-OR circuit that receives the received ultrasonic echo signal and the reference signal and generates an exclusive-OR (XOR) signal. And integrating the exclusive-OR signal to generate a comparison reference signal adaptively.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 양식장 수중 모니터링 시스템 및 그 방법은, 중저가형 단일 트랜스듀서를 구비하는 스캐닝 소나를 활용하여 환경/거리별 특성에 따라 주파수 가변이 가능하다. 따라서, 기존의 고가형 듀얼 트랜스듀서를 활용한 양식장 모니터링 시스템 대비하여 현저한 비용 절감이 가능하다.The monitoring system and method for monitoring aquaculture underwater according to the present invention as described above can change the frequency according to characteristics of environment / distance by utilizing a scanning sonar equipped with a low-cost single transducer. Therefore, significant cost reduction is possible compared to farm monitoring system using existing high-priced dual transducers.
또한, 본 발명에 따른 양식장 수중 모니터링 시스템은 시스템 구성이 간단하고, 다양한 환경 조건에 적용이 가능하여 소규모 양식장까지 적용이 가능하므로 상용화에 상당히 유리하다.In addition, the monitoring system for aquaculture underwater according to the present invention is advantageous for commercialization since the system configuration is simple and applicable to various environmental conditions so that it can be applied to small scale farms.
또한, 본 발명에 따른 양식장 수중 모니터링 시스템은 단일 트랜스듀서를 구비하는 스캐닝 소나를 이용하여 근/원거리 접근 물체를 감시할 수 있으며, 중저가형 스캐닝 소나 만으로도 고해상도의 감시 시스템 구현이 가능하다. 또한, 수중 환경 상태 및 구조물의 건전성 모니터링, 양식장의 수중 도난 및 위해물체 검지 모니터링이 가능하다. 물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.In addition, the monitoring system for aquaculture underwater according to the present invention can monitor a near / far approaching object using a scanning sonar having a single transducer, and can realize a high-resolution surveillance system with only a mid-sized scanning scanner. In addition, it is possible to monitor underwater environmental condition and structure health, underwater theft in the farm, and to monitor the detection of the dangerous object. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양식장 모니터링 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 소나를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소나 처리부 및 모터 구동부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 소나의 트랜스듀서 공진부의 등가 회로 및 전달 곡선을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 변조파를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 진폭 변조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 복합 변조 신호의 송출 프로토콜을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 송신 신호 증폭부를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 송신 신호를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 비교 기준 신호 생성부 및 비교 기준 신호 생성부의 동작을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 비교부의 동작을 통해 근거리 원거리 동작모드를 선택하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a farm monitoring system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a scanning sonar according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating a sonar processing unit and a motor driving unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing equivalent circuits and transmission curves of the transducer resonator of the scanning sonar according to the embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a frequency modulated wave according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating amplitude modulation according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a transmission protocol of a composite modulation signal according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a transmission signal amplifier according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a transmission signal according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating operations of a comparison reference signal generator and a comparison reference signal generator according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram for selecting a short-distance remote operation mode through an operation of a comparison unit according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. In addition, for convenience of explanation, components may be exaggerated or reduced in size.
그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not.
본 발명에 따른 가변주파수 방식의 스캐닝 소나 수중 모니터링 시스템은 양식장 환경조건에 따라 최적의 주파수 및 소나 특성설정을 통해 검지영역 내의 양식장 운용환경을 소나 이미지로 검출한다. 근거리와 원거리의 최적 검출조건이 다르기 때문에 주기적으로 주파수와 특성설정을 가변하여 근/원거리를 동시에 모니터링이 가능하도록 구성되었다. 또한 수중 도난을 위한 침입자 발생 및 위해물체, 이상상태 발생 시 소나 검출 이미지를 통해 검출대상의 위치(거리, 방향)를 표시와 함께 경보를 울려 운용자에게 상황을 전달할 수 있다.The variable frequency scanning sonar or underwater monitoring system detects the farm environment in the detection area as a sonar image by setting optimal frequency and sonar characteristics according to the farm environment conditions. Since the optimal detection conditions are different between near and far, it is configured to be able to monitor both near and far distance at the same time by varying frequency and characteristic setting periodically. In addition, an intruder for underwater robbery, a dangerous object, an abnormal state, and an image can be used to display the position (distance, direction) of the detection target and alert the operator with the alarm.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양식장 수중 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a system for monitoring aquaculture underwater according to an embodiment of the present invention.
도 1에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 양식장 수중 모니터링 시스템(100)은 정보 처리부(120) 및 회전식 스캐닝 소나(10)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 양식장 수중 모니터링 시스템(100)은 양식장 그물망(170)의 상태 모니터링, 수중 침투인원(130) 탐지, 양식장 해저면 오염물(160) 모니터링 및 경보가 가능하다.1, a
본 발명에 따른 양식장 수중 모니터링 시스템(100)의 정보 처리부(120)는 회전식 스캐닝 소나(10)의 제어 보드(110)와 연동되어, 회전식 스캐닝 소나(10)의 각종 사용자 설정, 소나로 생성한 이미지 등을 표시할 수 있으며, 또는 소나로부터 생성된 정보들을 저장할 수 있다.The
도 2를 참조하면, 회전식 스캐닝 소나(10)는 음향 덮개(11), 트랜스듀서(12), 슬립링(14), 제어 보드(110), 스텝핑 모터(20), 하우징(18) 및 수밀 커넥터(19)를 포함할 수 있다.2, the
트랜스듀서(12)는 압전소자로 이루어져서 제어 보드(110)로부터 공급받은 전압 신호를 압력 신호(소나 신호)로 변환하여 외부에 발신하는 역할과 외부에서 반사되어 온 소나 수신 신호를 전압 신호로 변환하여 하단에 장착된 제어 보드(110)로 전달하는 역할을 한다.The
단, 본 발명의 실시예에 따르면 트랜스듀서(12)는 단일 트랜스듀서이며, 본 발명의 회전식 스캐닝 소나(10)는 단일 트랜스듀서에서 복수의 주파수 및 복수의 진폭을 가지는 소나를 송신하게 된다. 따라서, 기존 단일 트랜스듀서에서 단일 주파수 및 진폭을 송신하던 스캐닝 소나 및 각각의 단일 주파수를 가지는 복수의 트랜스듀서를 구비하는 스캐닝 소나와는 구별된다.However, according to the embodiment of the present invention, the
한편, 트랜스듀서(12)의 회전은 트랜스듀서에 체결된 고정된 스텝핑 모터(20)에 의해서 이루어진다. 이때 스테핑 모터(20)의 회전 속도가 빠를수록 영상 이미지의 해상도는 감소하는 반면 영상 측정 속도는 증가한다. 이때 스텝핑 모터(20)의 제어는 하단에 장착된 음향 신호 처리 보드(17)의 모터 제어부에 의해서 이루어진다. 트랜스듀서(12)가 스텝핑 모터(20)에 의해서 회전하기 때문에 하단의 제어 보드(110)와의 전기적인 연결은 슬립링(14)을 통하여 이루어진다. 또한, 트랜스듀서를 직접 스텝핑 모터에 체결하는 것이 곤란하므로 트랜스듀서(12)가 설치되는 하우징(18)을 마련하고 하우징을 스텝핑 모터(20)와 체결할 수 있다.On the other hand, the rotation of the
제어 보드(110)는 한 개의 인쇄회로기판(PCB)로 이루어져 있으며 외부 노이즈의 최소화를 위해서 위쪽의 슬립링(14)과도 알루미늄 격벽으로 차폐되어 있다. 슬립링(14)으로부터 전달된 신호의 연결을 위해서 트랜스듀서(12)와 제어 보드(110)는 패네트레이트 커넥터(15)로 연결된다.The
제어 보드(110)는 도 3과 같이 소나 처리부(300)와 모터 구동부(400)를 포함할 수 있으며, 소나 처리부(300)의 상세한 동작에 대해서는 도 3 내지 도 11을 참조하여 상세히 후술하도록 한다.The
한편, 모터 구동부(400)는 정보 처리부(120)의 사용자 인터페이스 또는 설정에 의해 제어되며 스텝핑 구동부(모터 드라이버, 420)를 통해서 스테핑 모터(20)를 제어한다. 또한 위치 감지 센서(440)를 통해서 모터의 현재 위치를 감지하게 된다. 이를 통해 트랜스듀서(12)의 지향 방향을 알 수 있다.The
스캐닝 소나(10)의 외부는 수중에서 작동하기 위해서 방수성의 하우징(18)에 제어 보드(110), 트랜스듀서(12) 등이 안치되는 구조를 갖추고 있다. 트랜스듀서(12)의 음향 신호가 통과하는 부분인 위쪽 부분은 음향 신호의 투과율을 높이기 위해 별도로 제작된 음향 덮개(11)로 이루어져 있으며 정보 처리부(120)과의 신호 전송을 위해 하우징(18)에는 수밀 커넥터(19)가 장착될 수 있다. 이 경우, 스캐닝 소나(10)의 해수에 접하게 되는 외부 부분은 음향 덮개를 제외하고 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.The outside of the
이상과 같이 스캐닝 소나(회전식 스캐닝 소나 포함)를 해양 부유식 구조물의 주변에 설치함으로써 수중의 침투물, 수중 퇴적물 및 양식장의 어망 상태 등을 탐지/감시할 수 있게 된다.As described above, by installing the scanning sonar (including the rotary scanning sonar) around the floating structure of the ocean, it becomes possible to detect / monitor the penetration water, the underwater sediment and the fishery condition of the farm.
이하에서는 도 3 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 회전식 스캐닝 소나(10)의 소나 송수신에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the sonar transmission / reception of the
먼저, 도 4(a) 내지 도 4(c)를 참조하여 본 발명의 회전식 스캐닝 소나(10)가 사용하는 초음파의 주파수 영역에 대하여 설명한다. 도 4(a)는 본 발명의 실시예에 따른 회전식 스캐닝 소나의 트랜스듀서 공진부의 등가회로를 나타내며, 도 4(b)는 상기 등가 회로의 전달 곡선을 나타낸다. 또한, 도 4(c)는 일반적인 공진주파수 및 반전력점 등 충실도(Q)에 따른 공진대역폭을 위한 도면이다. 한편, 도 4(a) 및 도 4(b)에서 나타낸 등가 회로 및 전달 곡선에 나타낸 용량, 인덕턴스, 저항, 주파수 값은 모두 실시예로서 본 발명은 이에 한정되지 않는다.First, the frequency range of ultrasonic waves used by the
기본적으로 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 소나(10)는 공진 주파수(Fr)와 상한 주파수(Fh)를 사용한다. 이 경우, 상기 스캐닝 소나는 공진 주파수(예컨대, 675kHz)에서 양식장 수중 모니터링을 수행하다가 원거리에서 물체가 검지되면 저주파수로 가변, 근거리에 물체가 검지되면 고주파수로 가변하여 검출함.Basically, the
통상적인 스캐닝 소나 또는 초음파 송수신기는 송수신 효율을 최대화하기 위하여 공진주파수(Fr) 또는 그 주변의 주파수를 주로 활용한다. 즉, 통상적인 스캐닝 소나에서는 공진주파수(Fr) 또는 그 주변의 주파수 중 목적에 맞게 효율성을 최대한 고려하여 고정된 단일 주파수를 사용하는 초음파를 송수신하도록 구성된다. 이 경우, 통상적인 회전식 스캐닝 소나(10)는 초음파 화상의 해상도 개선 및 노이즈 제거를 위하여 좁은 대역폭 (또는 높은 Q값)을 가지는 고가형의 소나를 활용한다. 특히, 고대역의 소나를 활용하기 위해서는 증폭도를 높이기 위하여 높은 Q값을 선호하며, 스캐닝 소나의 구성 가격이 현저히 높아지게 된다. A conventional scanning sonar or ultrasonic transceiver mainly utilizes the resonance frequency (Fr) or its surrounding frequency in order to maximize the transmission / reception efficiency. That is, in a typical scanning sonar, it is configured to transmit and receive an ultrasonic wave using a fixed single frequency in consideration of the efficiency of the frequency of the resonant frequency (Fr) or its surroundings as much as possible. In this case, the conventional
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 회전식 스캐닝 소나(10)는 비용 절감을 위하여 단일 트랜스듀서에서 공진 주파수(Fr)와 상한 주파수(Fh)의 2개의 주파수를 모두 활용한다. 상한 주파수는 전달 곡선에서 최대값의 1/√2배가 되는 값을 가질 경우의 주파수 중 높은 주파수를 의미한다. 특히, 회전식 스캐닝 소나(10)는 양식장의 어망 등의 크기를 고려하여 원거리 영역(예컨대, 5m에서 50m 사이의 영역)에서는 공진 주파수(Fr) 예컨대, 675kHz를 적용하며, 근거리 영역(예컨대, 5m 이하 영역)에서는 상한 주파수(Fh), 예컨대, 900kHz를 적용할 수 있다. However, in order to reduce the cost, the
따라서, 원거리 영역에서는 외부 침입 물체가 있는지 여부를 개략적으로 확인하는 것이 가능하며, 침입 물체가 가깝게 도달하는 경우에는 상한 주파수를 이용하여 고해상도의 이미지를 획득하는 것이 가능하다.Therefore, it is possible to roughly confirm whether there is an intruding object in the remote area, and in the case where the intruding object approaches closely, it is possible to acquire a high-resolution image using the upper frequency.
본 발명의 실시예에 따른 회전식 스캐닝 소나(10)는 공진 주파수(Fr)와 상한 주파수(Fh)를 반송파로 사용하기 위하여 도 3 내지 도 11에 나타낸 바와 같은 구조를 가지며, 근거리 영역 탐지와 원거리 영역 탐지가 자동으로 전환될 수 있다.The
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 회전식 스캐닝 소나(10)의 소나 처리부(300)는 신호 처리 제어부(310), 반송파 및 신호 생성부(320), 변조부(330), 송신 신호 증폭부(340), 수신 신호 증폭부(380), 필터부(370), 비교 기준 신호 생성부(360) 및 비교부(350)를 포함할 수 있다.3, the
신호 처리 제어부(310)는 트랜스듀서(12)의 구동 및 초음파 수신과 관련된 전체적인 프로세스를 제어하며, 근거리 모드 및 원거리 모드의 모드 전환을 결정할 수 있다.The signal
반송파 및 신호 생성부(320)는 주파수 변조 및 진폭 변조를 위한 반송파 및 변조 신호를 생성하여 변조부(330)에 제공한다. The carrier and
변조부(330)는 반송파 및 신호 생성부(320)의 반송파 및 변조 신호를 활용하여 근거리 모드 또는 원거리 모드에 적합한 신호를 생성하고, 이를 송신 신호 증폭부(340)에 제공한다.The
도 5를 참조하면, 반송파 및 신호 생성부(320)는 원하는 복수의 주파수의 트랜스듀서 구동 신호를 생성하기 위하여 필요한 반송파와 제어 신호를 생성한다. 이 경우, 도 5(a)는 원거리 모드로 구동하기 위한 공진 주파수(Fr)를 생성하기 위한 제 1 반송파 및 제 1 주파수 제어 신호이고, 도 5(b)는 근거리 모드로 구동하기 위한 상한 주파수(Fh)를 생성하기 위한 제 2 반송파 및 제 2 주파수 제어 신호이다. 이 경우, 바람직하게는 공진 주파수(Fr)를 생성하기 위한 제 1 반송파는 상한 주파수(Fh)를 생성하기 위한 제 2 반송파보다 낮은 주파수를 활용한다.Referring to FIG. 5, the carrier and
변조부(330)는 원거리 모드에서 제 1 반송파 및 제 1 주파수 제어 신호를 합성하여 제 1 주파수 변조파를 생성하고, 제 2 반송파 및 제 2 주파수 제어 신호를 합성하여 제 2 주파수 변조파를 생성한다. 이 때, 합성된 제 1 주파수 변조파 및 제 2 주파수 변조파의 주파수는 각각 공진 주파수(Fr) 및 상한 주파수(Fh)에 대응한다.The
또한, 변조부(330)는 제 1 주파수 변조파 및 제 2 주파수 변조파의 듀티비를 결정하는데, 이는 최종적으로 송신되는 초음파의 진폭을 결정하게 된다. 이러한 듀티비는 펄스의 온(ON)되는 시간과 오프(OFF)되는 시간의 비율로 결정된다. Also, the
이 경우, 듀티비는 진폭 제어 신호(도 6(c) 참조)에 따라 결정되며, 제 1 및 제 2 주파수 변조파와 제 1 진폭 제어 신호 및 제 2 진폭 제어 신호를 각각 합성하여 듀티비가 제어된 제 1 복합변조파 및 제 2 복합변조파가 각각 생성된다. 예컨대, 제 1 복합변조파의 듀티비는 0.7 내지 0.9 사이의 값으로(실시예는 0.8, 도 6(a) 참조), 제 2 복합변조파의 듀티비는 0.2 내지 0.4 사이의 값으로(실시예는 0.3 도 6(b) 참조) 결정될 수 있다. In this case, the duty ratio is determined according to the amplitude control signal (see FIG. 6 (c)), and the first and second frequency modulated waves are combined with the first amplitude control signal and the second amplitude control signal, 1 complex modulated wave and the second composite modulated wave are generated, respectively. For example, the duty ratio of the first composite modulated wave is a value between 0.7 and 0.9 (for example, 0.8, see Fig. 6 (a)) and the duty ratio of the second composite modulated wave is a value between 0.2 and 0.4 An example can be determined by referring to FIG.
듀티비가 30%(0.3)인 경우에, 수중 초음파 신호는 최대치의 30%로 출력되며, 듀티비가 80%인 경우에는 수중 초음파 신호는 최대치의 80%로 출력된다. 즉, 듀티비를 통한 출력 신호의 세기의 조정이 가능하다.When the duty ratio is 30% (0.3), the underwater ultrasonic signal is output at 30% of the maximum value, and when the duty ratio is 80%, the underwater ultrasonic signal is output at 80% of the maximum value. That is, it is possible to adjust the intensity of the output signal through the duty ratio.
바람직하게는 공진 주파수(Fr)에 대응하는 원거리 모드의 제 1 복합변조파의 듀티비가 상한 주파수(Fh)에 대응하는 근거리 모드의 제 2 복합변조파의 듀티비 보다 크게 할 수 있다. 이유는, 높은 주파수의 제 2 복합변조파를 통하여 보다 고해상도의 초음파 이미지를 생성할 때에는 작은 진폭의 초음파를 활용하여 수신 시간을 단축시키는 것이 유리하기 때문이다. The duty ratio of the first composite modulated wave in the long distance mode corresponding to the resonant frequency Fr may be made larger than the duty ratio of the second composite modulated wave in the short range mode corresponding to the high frequency Fh. This is because it is advantageous to shorten the reception time by utilizing ultrasonic waves of small amplitude when generating a high-resolution ultrasonic image through the second complex modulated wave of high frequency.
즉, 단일 트랜스듀서를 사용하면서도, 진폭 변조를 통하여 수중 초음파 신호의 크기 조절이 가능하고, 근거리/원거리의 양식장 수중 모니터링 수행이 가능하다. 또한, 듀티비의 조정을 통하여 즉, 듀티비를 근거리의 물체검지에는 30%, 원거리의 물체검지에는 80% 크기로 출력을 제어하여 검출하고자 하는 검지영역의 물체를 최적의 해상도로 검출할 수 있게 된다.In other words, while using a single transducer, it is possible to control the size of underwater ultrasonic signal through amplitude modulation, and it is possible to perform near-distance / remote monitoring in aquaculture site. In addition, by adjusting the duty ratio, that is, by controlling the output to a magnitude of 30% for detecting a near object and 80% for detecting a remote object with a duty ratio, an object in the detection area to be detected can be detected with an optimal resolution do.
따라서, 주파수와 진폭을 양식장 검지환경의 특성에 맞게 가변하면 근거리/원거리의 검지영역 모두를 최적의 해상도로 검출이 가능하다. 또한, 소나의 특성설정(Pulse Length, Threshold, TVG Slope, Duty Cycle, Gain, Contrast, Sensitivity)을 통해 보다 높은 해상도로 소나 검출 이미지를 확보할 수 있음. 본 발명에 따른 양식장 모니터링 시스템의 기술은 기존의 스캐닝소나 기술보다 양식장의 원거리에서 접근하는 수중 도난을 위한 침입자 또는 위해물체 검지와 양식장 내부 또는 근거리에서 발생하는 운용 중 이상상태 검출에 유리하고 효과적이다.Therefore, if the frequency and amplitude are varied according to the characteristics of the farm detection environment, it is possible to detect both the near and far detection areas with the optimal resolution. In addition, sonar detection images can be acquired with higher resolution through sonar characteristics setting (Pulse Length, Threshold, TVG Slope, Duty Cycle, Gain, Contrast, Sensitivity). The technology of the farm monitoring system according to the present invention is advantageous for detection of an intruder or a dangerous object for underwater theft approaching from a remote place of the farm than a conventional scanning sonar or a technology for detecting an abnormal condition in a farm or near the farm.
최종적으로는 제 1 복합변조파 및 제 2 복합변조파는 송신 제어부(315)의 제어에 따라 송출 프로토콜(도 7에 도시)에 따른 복합 변조 신호로서 송신 신호 증폭부(340)에 제공된다.Finally, the first composite modulated wave and the second composite modulated wave are provided to the transmission
상술한 주파수 변조 및 진폭 변조를 통하여, 근거리 모드에서는 해상 양식장 오염 상태, 양식장 그물 오염 및 훼손 상태를 고해상도로 모니터링 할 수 있으며, 원거리 모드에서는 해상 양식장의 침투 인원 및 물체 검지/경보 가 가능하다.Through the above-described frequency modulation and amplitude modulation, it is possible to monitor the pollution state of the marine aquaculture farm, the contamination of the farm net and the damaged state in high resolution in the near mode, and the infiltration personnel and the object detection / alarm of the marine farm in the remote mode.
도 7에 나타낸 송출 프로토콜에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 송신 신호는 근거리/원거리를 자동으로 판별할 수 있는 정보 및 다른 스캐닝 소나에 의하여 송신된 복수의 초음파가 인가되는 상황에서 어느 스캐닝 소나에서 송신된 초음파인지를 명확하게 구별할 수 있다.According to the transmission protocol shown in FIG. 7, the transmission signal according to the embodiment of the present invention can be transmitted at any scanning position in a situation where information capable of automatically determining a near / far distance and a plurality of ultrasonic waves transmitted by other scanning sonar are applied. It is possible to clearly distinguish the transmitted ultrasonic waves.
본 발명의 실시예에 따른 송신 신호는 동기화 신호(Sync Signal, 710), 헤더(Header, 720), ID 신호(730), 스캔 신호(740) 및 패리티(Parity) 신호(750)를 포함할 수 있다.A transmission signal according to an embodiment of the present invention may include a
동기화 신호(710)는 통신의 시작을 알리는 신호로서, 수신 시 동기화 신호(710)를 기준으로 수신된 신호를 디코딩하게 된다. 헤더(720)는 근거리 모드 및 원거리 모드의 식별을 위한 정보를 포함하고 있다. ID 신호는 수신장치의 고유번호로서, 복수의 스캐닝 소나에 의하여 송신된 복수의 초음파가 인가되는 상황에서 어느 스캐닝 소나에서 송신된 초음파인지를 ID 신호에 따라 명확하게 구별할 수 있다. 예컨대, ID 신호는 000~777을 포함하는 스캐닝 소나의 고유번호 일 수 있다.The
한편, 스캔 신호(740)는 실질적으로 스캐닝을 수행하는 신호로서, 본 발명의 실시예에 따른 회전식 스캐닝 소나(10)는 스캔 신호에 기초하여 외부 물체와의 거리를 산출할 수 있다.Meanwhile, the
패리티 신호는 송출 신호의 오류를 체크할 수 있는 정보를 포함하고 있다.The parity signal includes information for checking the error of the transmission signal.
한편, 변조부(330)에서 생성된 송출 프로토콜에 따른 복합 변조 신호는 송신 신호 증폭부(340)에 의하여 증폭되어 트랜스듀서(12)에 전달된다.Meanwhile, the composite modulation signal according to the transmission protocol generated by the
도 8에 따르면, 송신 신호 증폭부(340)는 제 1 및 제 2 입력부(342, 343), 스위칭부(345) 및 변압부(347)를 포함할 수 있다. 이 때, 송신 신호 증폭부(340)는 변조부(330)로부터 제공된 복합 변조 신호를 목표한 거리까지 송신할 수 있도록 구동 신호를 생성하여 트랜스듀서(12)에 제공한다.8, the transmission
제 1 및 제 2 입력부(342, 343)는 변조부(330)으로부터 복합 변조 신호를 인가 받는다. The first and
스위칭부(345)는 제 1 및 제 2 입력부(342, 343)를 통해 인가받은 복합 변조 신호에 기초하여 스위칭 된다. 바람직하게는 스위칭부(345)는 제 1 트랜지스터(345-1) 및 제 2 트랜지스터(345-2)를 스위칭 소자로서 포함하며, 제 1 트랜지스터(345-1)와 제 2 트랜지스터(345-2) 사이에 접지부(346)를 포함할 수 있다.The
스위칭부(345)가 스위칭되면서 변압부(347)의 1차측에 전류가 흘러 2차측에 전압을 유도하게 된다. 2차측에 유도된 전압은 트랜스듀서(12)에 구동 신호로서 전달된다. A current flows to the primary side of the transforming
한편, 트랜스듀서(12)는 송신 신호 증폭부(340)의 송신 신호에 기초하여 초음파 신호를 송신한다. 트랜스듀서(12)는 일반적으로 피에조(Piezo) 소자이며, 전압이 인가되고 차단되는 것에 따라 수축을 반복하여 초음파를 송신할 수 있다. On the other hand, the
트랜스듀서(12)를 통해 송신된 초음파는 다시 트랜스듀서(12)를 통하여 수신되며, 최종적으로는 도 9(b) 및 도 9(c)와 같은 신호가 수신되게 된다.Ultrasonic waves transmitted through the
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 복합 변조 신호는 최종적으로 트랜스듀서를 통하여 초음파 신호로 송신된다. 이 경우, 스캐닝 소나의 트랜스듀서 공진부의 등가 회로는 도 4(a)에 나타낸 바와 같기 때문에, 최종적으로는 도 9(a)와 같은 대역통과필터를 거친 출력신호가 수신되게 된다. More specifically, the composite modulated signal according to the present invention is ultimately transmitted as an ultrasonic signal through a transducer. In this case, since the equivalent circuit of the transducer resonance portion of the scanning sonar is as shown in Fig. 4 (a), finally, the output signal through the band-pass filter as shown in Fig. 9 (a) is received.
따라서, 원거리 모드에서는 도 9(b)와 같이 감쇄 없는 큰 진폭의 낮은 주파수(공진 주파수(Fr))의 신호가 수신되며, 근거리 모드에서는 도 9(c)와 같이 저감된 작은 진폭의 높은 주파수(상한 주파수(Fr))가 수신된다. 단, 근거리 모드에서는 상한 주파수(Fr)의 사용에 따라 일부 신호의 저감이 있을 수 있으나, 가까운 곳에서 반사된 초음파를 수신하는 것이므로, 일부 감쇄에도 불구하고 고해상도의 화질을 얻을 수 있다.Therefore, in the long distance mode, a signal of low amplitude (resonance frequency Fr) with large amplitude without attenuation is received as shown in FIG. 9 (b) The upper limit frequency Fr) is received. However, in the near-field mode, some signals may be reduced depending on the use of the upper limit frequency (Fr). However, since the reflected ultrasonic waves are received in a close vicinity, high-resolution image quality can be obtained in spite of some attenuation.
이하에서는 도 3, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 소나(10)의 초음파 수신 동작에 대하여 설명한다.Hereinafter, the ultrasonic reception operation of the
도 3에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 소나(10)는 트랜스듀서(12)에서 송신된 초음파 신호에 의해 외부 침입 인원(150) 등의 외부 물체로부터 반사된 초음파 반향을 트랜스듀서(12)에서 수신한다. 3, a
트랜스듀서(12)는 수신된 초음파 반향을 전기적 신호로 변환하여 수신 신호 증폭부(380)에 제공한다.The
수신된 초음파 반향은 그 후, 외부 물체에서 반사된 초음파를 수신하여 전기적 신호로 바꾼 후 수신 신호 증폭부(380)에 전송한다.The received ultrasonic echoes then receive the ultrasonic waves reflected from the external object and convert them into electric signals, and then transmit them to the received
수신 신호 증폭부(380)는 트랜스듀서(12)에서 수신한 초음파 반향 신호를 증폭하여 필터부(370)에 제공하면, 필터부(370)는 생성된 주파수를 대역통과 필터를 통해 통과 시켜서 필요한 대역의 주파수만을 수신하다. The received
필터부(370)의 수신 전달 곡선은 도 4(b)와 같으며, 공진 주파수(Fr)를 중심으로 일정 대역의 주파수의 신호를 통과시키게 된다.The reception transfer curve of the
비교 기준 신호 생성부(360)는 배타적논리합(XOR) 회로(365) 및 적분 회로(367)를 포함하는 배타적논리합 비교부를 포함할 수 있다. 이 경우, 배타적논리합 회로(365)는 필터부(370)를 통과한 수신 초음파 반향 신호와, 레퍼런스 신호를 입력 받아서 배타적논리합 연산, 예컨대, 서로 동일한 신호일 경우 0을 출력하고 동일한 신호가 아닐 경우에 1을 출력하는 배타적논리합 신호(361)를 생성할 수 있다. 이 경우, 레퍼런스 신호는 송신된 초음파 신호에 기초하여 생성할 수 있다.The comparison
배타적논리합 신호(361)는 적분 회로(367)에 인가되어, 적분된 비교 기준 신호(363)가 생성된다. The exclusive OR signal 361 is applied to an integrating
요약하면, 송신 신호와 수신된 신호 사이의 차이가 큰 경우(예컨대, 원거리인 경우)에는 비교 기준 신호도 커지며, 또한 송신 초음파 신호와 수신 초음파 신호의 차이가 작은 경우(예컨대, 근거리인 경우)에는 비교 기준 신호도 작아지게 된다. In summary, when the difference between the transmitted signal and the received signal is large (e.g., when the distance is long), the comparison reference signal also becomes large. When the difference between the transmitted ultrasonic signal and the received ultrasonic signal is small The comparison reference signal also becomes smaller.
수중과 같은 복잡한 환경에서는 다양한 노이즈가 발생할 가능성이 높으므로, 비교 기준 신호 이하의 크기의 신호는 노이즈로서 제거할 수 있다. 단, 본 발명의 실시예에서는 진폭 및 주파수가 다른 근거리 모드 및 원거리 모드를 활용해야 하기 때문에 비교 기준 신호도 외부 물체(150)의 거리에 따라 적응적으로 변화하도록 구성하였다.In a complicated environment such as underwater, there is a high possibility that various noises are generated, so that a signal having a size smaller than the comparison reference signal can be removed as noise. However, in the embodiment of the present invention, since the near mode and the remote mode having different amplitudes and frequencies are used, the comparison reference signal is adaptively changed according to the distance of the
도 11을 참조하면, 비교 기준 신호(363)가 생성된 후에, 입력 초음파 신호(수신 초음파 반향 신호)는 비교부(350)에 인가되어 상술한 비교 기준 신호(363)와 비교되고, 비교 기준 신호 이상의 입력 초음파 신호가 인가된 경우에만 초음파 출력 신호(375)가 생성된다.Referring to FIG. 11, after the
수신 제어부(317)는 초음파 출력 신호(375)에 기초하여 외부 물체(150)와의 거리를 측정할 수 있다. 또한, 측정된 외부 물체와의 거리에 기초하여 근거리 모드 및 원거리 모드를 결정할 수 있다.The
결정된 모드는 다시 송신 제어부(315)에 전달되고, 송신 제어부(315)는 수신 제어부(317)에서 결정한 원거리/근거리 모드에 따라 송신 주파수 및 진폭을 자동으로 설정할 수 있다.The determined mode is transmitted again to the
따라서, 본 발명에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 양식장 수중 모니터링 시스템 및 그 방법은, 중저가형 단일 트랜스듀서를 구비하는 스캐닝 소나를 활용하여 환경/거리별 특성에 따라 주파수 가변이 가능하다. 따라서, 기존의 고가형 듀얼 트랜스듀서를 활용한 양식장 모니터링 시스템 대비하여 현저한 비용 절감이 가능하다.Therefore, according to the present invention, the system and method for monitoring aquaculture underwater according to the embodiment of the present invention can change the frequency according to characteristics of environment / distance by utilizing a scanning sonar equipped with a low-cost single transducer. Therefore, significant cost reduction is possible compared to farm monitoring system using existing high-priced dual transducers.
또한, 시스템 구성이 간단하고, 다양한 환경 조건에 적용이 가능하여 소규모 양식장까지 적용이 가능하므로 상용화에 상당히 유리하다.In addition, since the system configuration is simple and applicable to various environmental conditions, it can be applied to a small scale farm, which is advantageous for commercialization.
또한, 단일 트랜스듀서를 구비하는 스캐닝 소나를 이용하여 근/원거리 접근 물체를 감시할 수 있으며, 중저가형 스캐닝 소나 만으로도 고해상도의 감시 시스템 구현이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 양식장 수중 모니터링 시스템 및 그 방법은 중저가형 단일 트랜스듀서를 활용하여, 수중 환경 상태 및 구조물의 건전성 모니터링, 양식장의 수중 도난 및 위해물체 검지 모니터링이 가능하다. In addition, it is possible to monitor near / far approaching objects using a scanning sonar equipped with a single transducer, and it is possible to implement a high-resolution surveillance system with only a mid-low-priced scanning sonar. In addition, the monitoring system and method for aquaculture underwater in accordance with the present invention can monitor the health of the underwater environment and structure, monitor underwater theft of the aquaculture site, and monitor the detection of a dangerous object by utilizing a low-cost single transducer.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Various substitutions, modifications, and variations are possible without departing from the scope of the invention. Accordingly, the scope of the present invention should be construed as being limited to the embodiments described, and it is intended that the scope of the present invention encompasses not only the following claims, but also equivalents thereto.
10: 스캐닝 소나
12: 트랜스듀서
100: 양식장 모니터링 시스템
110: 제어 보드
120: 정보 처리부
150: 외부 물체(침입 인원 등)
300: 소나 처리부
400: 모터 구동부10: Scanning Sonar
12: Transducer
100: Farm monitoring system
110: control board
120: Information processor
150: External object (invaders, etc.)
300: Sonar processor
400:
Claims (5)
복합 변조 신호에 기초하여 상기 단일 트랜스듀서에 제공되는 송신 신호를 생성하는 송신 신호 증폭부;
상기 복합 변조 신호를 생성하고 상기 송신 신호 증폭부에 제공하는 변조부;
상기 송신 초음파가 외부 물체로부터 반사되어 수신된 초음파 반향 신호 및 상기 송신 신호에 기초하는 레퍼런스 신호에 의해 산출된 비교 기준 신호를 적응적으로 생성하는 비교 기준 신호 생성부;
상기 비교 기준 신호와 상기 수신된 초음파 반향 신호를 비교하여 초음파 출력 신호를 생성하는 비교부; 및
상기 초음파 출력 신호에 기초하여 상기 외부 물체와의 거리를 산출하고, 상기 산출된 거리에 기초하여 원거리 모드 및 근거리 모드로 제어하는 신호 처리 제어부를 포함하는 스캐닝 소나를 포함하며,
상기 변조부는, 상기 원거리 모드일 때에는 공진 주파수에 기초하여 상기 복합 변조 신호를 생성하도록 되어 있고, 상기 근거리 모드일 때에는 상한 주파수에 기초하여 상기 복합 변조 신호를 생성하도록 되어 있고,
상기 단일 트랜스듀서는 상기 송신 신호에 따라 상기 송신 초음파를 송신하는,
양식장 수중 모니터링 시스템. A single transducer for transmitting a transmitted ultrasonic wave;
A transmission signal amplifying unit for generating a transmission signal provided to the single transducer based on the composite modulation signal;
A modulator for generating the complex modulation signal and providing the complex modulation signal to the transmission signal amplification unit;
A comparison reference signal generator for adaptively generating the comparison reference signal calculated by the ultrasonic echo signal reflected from the external object and the reference signal based on the transmission signal;
A comparison unit for comparing the comparison reference signal with the received ultrasonic echo signal to generate an ultrasonic output signal; And
And a signal processing control section that calculates a distance to the external object based on the ultrasonic output signal and controls the remote mode and the near mode based on the calculated distance,
Wherein the modulator is adapted to generate the composite modulated signal based on the resonant frequency when in the remote mode and to generate the composite modulated signal based on the upper frequency when in the short mode,
Wherein the single transducer transmits the transmission ultrasonic wave in accordance with the transmission signal,
Aquaculture underwater monitoring system.
상기 변조부는, 제 1 반송파 및 제 1 주파수 제어 신호에 기초하여 상기 공진 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 제 1 주파수 변조파를 생성하고,
제 2 반송파 및 제 2 주파수 제어 신호에 기초하여 상기 상한 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 제 2 주파수 변조파를 생성하는,
양식장 수중 모니터링 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the modulator generates a first frequency-modulated wave having a frequency corresponding to the resonance frequency based on the first carrier and the first frequency control signal,
And generating a second frequency modulated wave having a frequency corresponding to the upper frequency based on the second carrier and the second frequency control signal,
Aquaculture underwater monitoring system.
상기 변조부는, 상기 원거리 모드일 때에는 상기 제 1 주파수 변조파의 듀티비를 제어하여 제어된 진폭을 가지는 제 1 복합변조파를 생성하여 상기 복합 변조 신호로서 제공하고, 상기 근거리 모드일 때에는 상기 제 2 주파수 변조파의 듀티비를 제어하여 제어된 진폭을 가지는 제 2 복합변조파를 생성하여 상기 복합 변조 신호로서 제공하는,
양식장 수중 모니터링 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the modulator generates a first complex modulated wave having a controlled amplitude by controlling a duty ratio of the first frequency modulated wave to provide the first modulated wave as the composite modulated signal when in the long distance mode, Modulated wave to generate a second composite modulated wave having a controlled amplitude and providing the second modulated wave as the composite modulated signal,
Aquaculture underwater monitoring system.
상기 복합 변조 신호는
상기 복합 변조 신호의 시작을 표시하는 동기화 신호;
원거리 또는 근거리 모드 정보를 포함하는 헤더;
상기 스캐닝 소나의 고유번호인 ID 신호;
상기 외부 물체 검출에 이용되는 스캔 신호 및
상기 복합 변조 신호의 오류 여부를 판단하기 위한 패리티 신호를 포함하는 송출 프로토콜에 따르는,
양식장 수중 모니터링 시스템.The method of claim 3,
The complex modulation signal
A synchronization signal for indicating the start of the composite modulation signal;
A header including far or near mode information;
An ID signal that is a unique number of the scanning sonar;
A scan signal used for detecting the external object,
And a transmission protocol including a parity signal for determining whether the composite modulation signal is erroneous,
Aquaculture underwater monitoring system.
상기 비교 기준 신호 생성부는, ① 상기 수신된 초음파 반향 신호 및 상기 레퍼런스 신호를 입력으로 하여 배타적논리합(XOR) 신호를 생성하는 배타적논리합 회로 및 ② 상기 배타적논리합 신호를 적분하여 상기 비교 기준 신호를 적응적으로 생성하는 적분 회로를 포함하는 배타적논리합 비교부를 포함하는,
양식장 수중 모니터링 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the comparison reference signal generator comprises: an exclusive OR circuit for generating an exclusive OR (XOR) signal by receiving the received ultrasonic echo signal and the reference signal; and an exclusive OR circuit for integrating the exclusive OR signal to generate an adaptive reference signal And an exclusive OR circuit that includes an integrating circuit for generating an exclusive OR
Aquaculture underwater monitoring system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170169651A KR101878435B1 (en) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | A System and a Method for Monitoring a Fish Farm under Water Using Scanning Sonar with Variable Frequency |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170169651A KR101878435B1 (en) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | A System and a Method for Monitoring a Fish Farm under Water Using Scanning Sonar with Variable Frequency |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101878435B1 true KR101878435B1 (en) | 2018-07-13 |
Family
ID=62913743
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170169651A KR101878435B1 (en) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | A System and a Method for Monitoring a Fish Farm under Water Using Scanning Sonar with Variable Frequency |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101878435B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101978288B1 (en) * | 2018-11-13 | 2019-05-14 | 주식회사 글로비트 | Sonar apparatus installed in a floating fish cage |
KR20200054608A (en) * | 2018-11-12 | 2020-05-20 | 대윤계기산업 주식회사 | Distance measurement apparatus |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005114634A (en) * | 2003-10-10 | 2005-04-28 | Hitachi Ltd | Measuring device for hydraulic information of river or lake |
JP2006090800A (en) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Radar apparatus |
JP2006234715A (en) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Toshiba Corp | Method and device for calculating cpa, and image processing apparatus |
JP2006284257A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Nec Corp | Method and apparatus for estimating propagation distance of sonic wave |
KR101203269B1 (en) * | 2011-11-16 | 2012-11-21 | 한국해양연구원 | dual frequency underwater acoustic camera and it's operating method for precise underwater survey |
KR101268402B1 (en) * | 2011-10-18 | 2013-05-28 | 한국생산기술연구원 | Underwater Surveillance System |
JP2013244332A (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | Seiko Epson Corp | Processor, ultrasonic device, ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus |
KR20150076870A (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-07 | 만도헬라일렉트로닉스(주) | Apparatus for compensating the output of ultrasonic sensor |
WO2015159757A1 (en) * | 2014-04-14 | 2015-10-22 | 富山県 | Marine product aquaculture device and marine product aquaculture method |
-
2017
- 2017-12-11 KR KR1020170169651A patent/KR101878435B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005114634A (en) * | 2003-10-10 | 2005-04-28 | Hitachi Ltd | Measuring device for hydraulic information of river or lake |
JP2006090800A (en) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Radar apparatus |
JP2006234715A (en) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Toshiba Corp | Method and device for calculating cpa, and image processing apparatus |
JP2006284257A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Nec Corp | Method and apparatus for estimating propagation distance of sonic wave |
KR101268402B1 (en) * | 2011-10-18 | 2013-05-28 | 한국생산기술연구원 | Underwater Surveillance System |
KR101203269B1 (en) * | 2011-11-16 | 2012-11-21 | 한국해양연구원 | dual frequency underwater acoustic camera and it's operating method for precise underwater survey |
JP2013244332A (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | Seiko Epson Corp | Processor, ultrasonic device, ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus |
KR20150076870A (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-07 | 만도헬라일렉트로닉스(주) | Apparatus for compensating the output of ultrasonic sensor |
WO2015159757A1 (en) * | 2014-04-14 | 2015-10-22 | 富山県 | Marine product aquaculture device and marine product aquaculture method |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200054608A (en) * | 2018-11-12 | 2020-05-20 | 대윤계기산업 주식회사 | Distance measurement apparatus |
KR102154714B1 (en) * | 2018-11-12 | 2020-09-10 | 대윤계기산업 주식회사 | Distance measurement apparatus |
KR101978288B1 (en) * | 2018-11-13 | 2019-05-14 | 주식회사 글로비트 | Sonar apparatus installed in a floating fish cage |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7755974B2 (en) | Side scan sonar imaging system with enhancement | |
JP3793822B1 (en) | Microwave sensor | |
US4912464A (en) | Anchor alarm for boats and the like | |
KR101645646B1 (en) | Operating condition check system and method for underwater vehicle | |
KR101878435B1 (en) | A System and a Method for Monitoring a Fish Farm under Water Using Scanning Sonar with Variable Frequency | |
WO2006137477A1 (en) | Intrusion detection sensor | |
EP1891461B1 (en) | Sonar imaging system for mounting to watercraft | |
US3879697A (en) | Wide angle fish detector | |
US20100097891A1 (en) | Auto tune sonar system | |
US4072941A (en) | Underwater monitoring | |
CN114167427A (en) | Multi-frequency-band three-dimensional buried object detecting sonar device and method | |
KR101268402B1 (en) | Underwater Surveillance System | |
KR101320215B1 (en) | Monitoring system of marine life and method of monitoring of marine life using thereof | |
KR101652450B1 (en) | Offshore Wind Power Electricity Generating Farm Watching System | |
KR20170059595A (en) | Monitoring system for underwater object by using of floating measuring apparatus for radiated noise | |
CN217305533U (en) | Remote on-line monitoring device for underwater pile foundation scouring | |
KR101514407B1 (en) | Real time sea observation system | |
JP2723869B2 (en) | Underwater vehicle detection device | |
JP2889777B2 (en) | Scanning sonar | |
JP2845573B2 (en) | Broadband ultrasonic underwater responder | |
JP2002360106A (en) | Crime preventing system for cage culturing | |
Ferguson et al. | Advances in high-frequency active sonars for countering asymmetric threats in littoral waters | |
CN114779261A (en) | Remote underwater pile foundation scouring on-line monitoring device | |
JPH0295293A (en) | Monitor sonar | |
JPS62167496A (en) | Apparatus for detecting magnetism at water bottom |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |