KR101896813B1

KR101896813B1 - 수중 항법 성능 검증 장치

Info

Publication number: KR101896813B1
Application number: KR1020160179382A
Authority: KR
Inventors: 김준형; 김현기; 김정원; 남창우
Original assignee: 주식회사 한화
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-09-07
Also published as: KR20180075259A

Abstract

본 발명은 GPS가 가용하지 않은 수중 환경에서 항체의 위치, 속도, 자세 을 측정하는 수중 항법 성능을 검증하기 위한 수중 항법 성능 검증 장치에 관한 것이다. 본 발명의 배에 장착되는 수중 항법 성능 검증 장치는 배에 대한 제 1 위치 정보를 획득하는 항법 감지 수단; 복수의 센서들을 포함하고, 복수의 센서들로부터 생성된 센서 데이터를 수집하며, 입력된 알고리즘에 따라 수집한 센서 데이터들을 근거로 배에 대한 제 2 위치 정보를 측정하는 항법 측정 수단; 및 배에 고정되고, 항법 감지 수단과 항법 측정 수단이 고정되는 고정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수중 항법 성능 검증 장치{APPARATUS FOR VERIFYING AUV NAVIGATION}

본 발명은 항법 성능 검증 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게 GPS가 가용하지 않은 수중 환경에서 항체의 위치, 속도, 자세 을 측정하는 수중 항법 성능을 검증하기 위한 장치에 관한 것이다.

객체의 위치를 추적 또는 탐색하는 기술로, GPS(Global Positioning System)가 잘 알려져 있다. 다만, 이러한 GPS 방식은 수중 환경에서 적용되기 어렵고, 이에 따라 수중 항법 알고리즘은 수중에서 측정된 다양한 센서 데이터를 근거로 항법을 수행한다. 일반적인 수중 항법 알고리즘은 도플러 속도 센서(DVL: Doppler Velocity Log), 지자기 센서, 심도계, 지자기 센서를 칼만필터를 통해 융합하여 항법을 계산한다. 하지만, 수중 항법 기술의 경우 수중에서 이루어지는 점에 기인하여, 수중 항법에 이용되는 알고리즘의 검증 과정이 매우 중요하다. 이에 따라, 이러한 수중 항법 알고리즘에 대한 검증 기술이 연구되고 있고, 이러한 검증 기술은 수중 환경에서 획득된 센서 데이터를 활용하여, 검증을 수행한다.

기존엔 무인잠수정을 이용한 센서 데이터 획득 후, 후처리(Post-processing)를 하거나, 실제 잠수정을 진수하여 실시간으로 항법성능을 검증하였다. 이러한 경우는 실해역에 진수하기 전, 수중항법을 검증하기 어려울 뿐만 아니라 항법계산의 오류로 고가의 잠수정의 유실이 발생할 수 있는 문제점이 있었다. 일반적으로 지상에서 운용되는 항법장치인 경우 차량시험을 통해 항법성능을 검증하지만 수중에서 항법을 검증하기 위한 방법이 고안되지 않았다. 또한, 무인 잠수정 운용을 통한 항법 검증 시험은 시간과 비용이 크게 발생하며 무인잠수정이 개발되기까지 시간이 소요 되며 항법이 검증되지 않은 상태에서 실해역 시험은 무인잠수정 분실의 위험이 크다. 시뮬레이션 또한 수치적 모델을 기반으로 데이터를 생성하기 때문에 실제 데이터와 상이 하며 수치 모델의 오차로 인하여 실제적인 항법 성능을 평가하기에는 어려움이 있다.

한국등록특허 제2003-0044685호(명칭: 수중 항법 시스템)

본 발명은 무인 잠수정이 아닌 일반적인 배를 활용하더라도, 수중 항법 알고리즘을 검증할 수 있는 수중 항법 성능 검증 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 배에 장착되는 수중 항법 성능 검증 장치는 배에 대한 제 1 위치 정보를 획득하는 항법 감지 수단; 복수의 센서들을 포함하고, 복수의 센서들로부터 생성된 센서 데이터를 수집하며, 입력된 알고리즘에 따라 수집한 센서 데이터들을 근거로 배에 대한 제 2 위치 정보를 측정하는 항법 측정 수단; 및 배에 고정되고, 항법 감지 수단과 항법 측정 수단이 고정되는 고정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 항법 측정 수단은 상기 제 1 위치 정보와 상기 제 2 위치 정보를 비교함으로써, 입력된 알고리즘을 검증할 수 있다.

또한, 항법 감지 수단은 위성 항법 장치를 포함하고, 상기 제 1 위치 정보는 상기 위성 항법 장치를 통해 획득될 수 있다.

또한, 고정 수단이 배에 장착될 때, 항법 감지 수단은 수면 위에 위치하고, 항법 측정 수단은 수면 내에 위치할 수 있다.

또한, 고정 수단은 몸체; 몸체의 일측 하부에 결합되는 제 1 브라켓; 및 몸체의 타측 상부에 결합되는 제 2 브라켓을 포함할 수 있다.

또한, 몸체의 일 측에는 복수의 체결공들이 형성되고, 제 1 브라켓은 체결 부재를 통해 상기 복수의 체결공들 중 적어도 일부를 통해 고정될 수 있다.

또한, 제 1 브라켓은 제 1 고정부와 제 2 고정부를 포함하고, 제 2 고정부의 내측은 항법 측정 수단의 일측 외주에 대응하는 형상을 갖고, 제 1 고정부의 내측은 항법 측정 수단의 타측 외주에 대응하는 형상을 가질 수 있다.

또한, 제 1 브라켓은 상기 몸체의 선단부보다 더 돌출되어 몸체의 일측 하부에 결합될 수 있다.

또한, 제 2 고정부는 체결 부재를 통해 제 1 고정부에 결합되고, 항법 측정 수단은 제 1 고정부와 제 2 고정부 사이에 형성된 수납부에 배치될 수 있다.

또한, 제 1 브라켓은 제 1 고정부의 내측에 결합되는 제 1 진동 저감 부재; 및 제 2 고정부의 내측에 결합되는 제 2 진동 저감 부재를 더 포함하고, 항법 측정 수단은 일 측면이 제 2 진동 저감 부재에 접촉하고, 타 측면이 제 1 진동 저감 부재에 접촉할 수 있다.

또한, 제 1 고정부는 항법 측정 수단을 지지하는 돌출 지지부를 더 포함하고, 제 1 고정부는 돌출 지지부 상에 형성된 제 3 진동 저감 부재를 더 포함하며, 항법 측정 수단의 하면은 제 3 진동 저감 부재의 상면과 접촉할 수 있다.

또한, 제 2 브라켓은 상면에 형성된 제 4 진동 저감 부재를 더 포함하고, 항법 감지 수단은 제 2 고정 브라켓에 고정 결합되며, 항법 감지 수단의 하면은 제 4 진동 저감 부재의 상면에 접촉할 수 있다.

또한, 항법 측정 수단은 기밀 상자를 포함하고, 기밀 상자의 4개의 측면 중 적어도 2개의 측면은 굴곡진 형상을 가질 수 있다.

또한, 복수의 센서들은 기밀 상자 내부에 배치될 수 있다.

또한, 복수의 센서들은 지자계 센서, 속도 센서, 관성 측정기 및 심도계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 수중 항법 성능 검증 장치에 따르면 GPS가 가용하지 않은 수중환경에서 항법을 수행하는 경우 항법 알고리즘의 검증을 원활하게 할 수 있으며, 실제 무인잠수정 운용 시 항법 성능과 동일한 수준으로 항법 알고리즘을 검증할 수 있어 무인잠수정 개발 시간 및 비용을 단축하고 실제 수준의 항법 결과를 예측할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치에 대한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항법 측정 수단에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항법 측정 수단에 대한 저면도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 수중 항법 성능 검증 장치에 포함된 관성 측정기의 출력에 대한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치에 포함된 관성 측정기의 출력에 대한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 종래 기술에 따른 수중 항법 성능 검증 장치를 통한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치를 통한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)에 대한 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항법 측정 수단에 대한 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항법 측정 수단에 대한 저면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 무인 잠수정 없이, 배를 이용하여 수중에서 복수의 센서 데이터들을 획득하며, 획득한 복수의 센서 데이터들을 근거로 수중 항법 알고리즘에 대한 검증을 수행하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 장치(100)는 항법 감지 수단(110), 고정 수단(120), 항법 측정 수단(130), 제 1 브라켓(140) 및 제 2 브라켓(150)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이제, 도 1을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)에 대한 설명이 이루어진다.

항법 감지 수단(110)은 배에 대한 위치 정보(이하, 제 1 위치 정보)를 획득하는 기능을 한다. 여기서, 항법 감지 수단(110)은 위성 항법 장치(즉, GPS)를 포함할 수 있고, 제 1 위치 정보는 위성 항법 장치(GPS)를 통해 획득될 수 있다.

일반적으로, 수중 항법 기술의 경우 수중 환경에서 GPS가 가용되기 어려운 점에 기인하여 센서 데이터들만을 이용한다. 다만, 본 발명은 이러한 수중 항법 기술에 이용되는 수중 항법 알고리즘을 검증하기 위한 것이므로, 검증을 원하는 알고리즘을 통해 배의 위치가 정확히 산출되는지의 판단이 요구된다. 이에 따라, 항법 감지 수단(110)은 상술한 위성 항법 장치를 이용하여 기준이 되는 제 1 위치 정보를 획득하고, 획득한 제 1 위치 정보는 아래에서 설명되는 바와 같이 검증 대상인 수중 항법 알고리즘을 통해 산출된 제 2 위치 정보와 비교되는 데 이용될 수 있다.

항법 측정 수단(130)은 복수의 센서들을 포함하고, 복수의 센서들로부터 생성된 센서 데이터를 수집하며, 입력된 수중 항법 알고리즘에 따라 수집한 센서 데이터들을 근거로 배에 대한 제 2 위치 정보를 측정하는 기능을 한다.

또한, 항법 측정 수단(130)은 도 2에 도시된 것처럼 기밀 상자를 포함하여 구성될 수 있고, 기밀 상자 내부에 배치된 처리부(131) 및 복수의 센서(132, 133, 134, 135)들을 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 센서들은 지자계 센서(132), 속도 센서(133), 관성 측정기(134) 및 심도계(135)를 포함할 수 있다. 여기서, 지자계 센서(132)는 항체의 자세를 측정하는 기능을 하고, 속도 센서(133)는 항체의 속도를 측정하는 기능을 하고, 관성 측정기(134)는 항체의 가속도 및 각속도를 측정하는 기능을 하며, 심도계(135)는 수심을 측정하는 기능을 한다.

또한, 기밀 상자의 하면에는 관통홀이 형성될 수 있는데, 해당 관통홀을 통해 속도 센서(133)의 하면과 관성 측정기(134)의 하면이 수중에 노출될 수 있다. 다만, 물이 기밀 상자 내에 스며들지 못하도록, 기밀 상자의 관통홀에는 방수 부재가 더 포함될 수 있다.

또한, 처리부(131)는 설정된 수중 항법 알고리즘에 따라 배의 위치를 측정함으로써 제 2 위치 정보를 획득하고, 제 2 위치 정보를 근거로 상기 수중 항법 알고리즘에 대한 검증을 수행할 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 기밀 상자의 4개의 측면 중 적어도 2개의 측면은 단면이 굴곡진 형상을 가질 수 있는데, 이는 물의 저항을 최소화하기 위함이다.

위에서 설명한 것처럼, 항법 측정 수단(130)은 입력된 수중 항법 알고리즘에 따라 측정된 제 2 위치 정보와 항법 감지 수단(110)을 통해 획득된 제 1 위치 정보를 비교함으로써, 입력된 수중 항법 알고리즘을 검증하는 기능을 한다. 즉, 항법 측정 수단(130)은 제 1 위치 정보와 제 2 위치 정보 간 오차에 따라 수중 항법 알고리즘의 신뢰도를 결정할 수 있다.

또한, 상술한 항법 측정 수단(130)을 통한 검증 과정을 수행하기 전, 아래에서 설명되는 고정 수단을 통해 장착된 항법 감지 수단(110)과 항법 측정 수단(130) 간 비정렬(Mis-alignment)을 측정하는 것이 바람직하며, 측정된 비정렬을 항법 측정 수단(130)에 입력함으로써, 상기 검증 과정을 수행할 때 비정렬에 따른 오차 보상을 수행하는 것이 요구된다.

고정 수단은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)에 포함된 항법 감지 수단(110)과 항법 측정 수단(130)의 위치를 고정하는 기능을 한다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)는 배의 측면에 배치될 수 있고, 배의 ㅁ 자 기동 시, 다른 배에 의해서 발생하는 파도의 영향을 배제하고자 회전반경 안쪽 측면에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 고정 수단(120)은 상술한 항법 감지 및 측정의 정확도를 높이기 위해, 배에 고정될 수 있고, 항법 감지 수단(110)과 항법 측정 수단(130)을 고정하기 위해, 몸체(120), 제 1 브라켓(140) 및 제 2 브라켓(150)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 몸체(120)는 고정 수단의 베이스가 되는 구성을 나타내고, 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 브라켓(140)은 몸체(120)의 일측 하부에 결합되고, 제 2 브라켓(150)은 몸체(120)의 타측 상부에 결합될 수 있다. 여기서, 몸체(120)는 세로 방향으로 연장하는 형상을 가질 수 있는데, 몸체의 길이가 길수록, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)에 가해지는 외부의 힘(예를 들어, 파도 등의 접촉)이 커지고, 이에 따라, 수중 항법 성능 검증 장치(100)에 발생하는 진동량도 커지게 된다. 이에 따라, 몸체(120)의 길이는 항법 측정 수단(130)이 수면 내에 잠길 수 있을 정도로 최소로 이루어지는 것이 바람직하다.

여기서, 항법 측정 수단(130)은 제 1 브라켓(140)의 내부 즉, 제 1 브라켓(140) 내부에 형성된 수납부에 고정되고, 항법 감지 수단(110)은 제 2 브라켓(150)의 상부에 고정될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 검증 장치(100)가 배에 장착될 때, 위성 항법 장치를 포함하는 항법 감지 수단(110)은 수면을 기준으로 위에 위치하게 되고, 복수의 센서들을 포함하는 항법 측정 수단(120)은 수면을 기준으로 아래 즉, 수중에 배치될 수 있다.

또한, 제 1 브라켓(140)은 체결 부재를 이용하여 몸체(120)의 일측 하부에 고정될 수 있다. 이를 위해, 몸체(120)의 일측에는 제 1 브라켓(140)과의 결합을 위한 복수의 체결공들이 형성될 수 있고, 제 1 브라켓(140)은 복수의 체결공에 체결 부재를 삽입함으로써, 몸체(120)에 고정이 될 수 있다. 다만, 시험의 편의를 위해 몸체(120)의 일측에는 특정 위치의 일부에만 체결공들이 형성되는 것이 아닌 다수의 위치에 체결공들이 형성될 수 있고, 이에 따라 제 1 브라켓(140)은 시험자의 조작에 따라 복수의 체결공들 중 일부 체결공을 통해 몸체(120)와 결합될 수 있다. 즉, 제 1 브라켓(140)은 몸체(120)의 하부 중 다양한 위치에 결합될 수 있다.

다만, 제 1 브라켓(140)은 몸체(120)의 선단부보다 더 돌출되어 몸체의 일측 하부에 결합되는 것이 바람직하다. 이는 위에서 설명된 바와 같이 속도 센서(133)의 하면과 관성 측정기(134)의 하면이 수중에 노출되어 항체의 속도, 가속도 및 각속도를 측정하는데, 만일 제 1 브라켓(140)이 몸체(120)의 선단부보다 돌출되지 않을 경우, 배의 움직임에 따라 몸체(120)에 의해 야기되는 물의 흐름으로 인해, 속도 센서(133)의 하면과 관성 측정기(134)의 작용에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)는 수중에서 검출된 센서 데이터를 이용하여 수중 항법 알고리즘을 검증하는 방식이므로, 정확한 센서 데이터를 획득하는 것이 중요하다. 다만, 항법 측정 수단(130)에 포함된 복수의 센서들이 배의 이동에 따른 물의 흐름에 의해 영향을 받거나, 또는 다른 원인 등에 의해(예를 들어, 진동 등) 영향을 받을 경우, 정확한 센서 데이터의 취득이 어려울 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)는 항법 측정 수단(120)에 포함된 복수의 센서들이 진동 등에 영향을 받지 않도록 복수의 진동 저감 부재(141a, 141b, 142a, 142b, 150a)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 도 1 및 도 3에 도시된 것처럼 제 1 브라켓(140)은 제 1 고정부(141)와 제 2 고정부(142)를 포함하고, 제 2 고정부(142)의 내측은 항법 측정 수단(130)의 일측 외주에 대응하는 형상을 갖고, 제 1 고정부(141)의 내측은 항법 측정 수단(130)의 타측 외주에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 다만, 항법 측정 수단(130)이 제 1 브라켓(140)에 직접 접촉하게 되면 물의 흐름 등에 의해 야기되는 진동의 영향으로 인해 센서 데이터의 신뢰도를 보장할 수 없으므로, 제 고정부(141)의 내측에는 제 1 진동 저감 부재(141a)가 결합되고, 제 2 고정부(142)의 내측에는 제 2 진동 저감 부재(151a)가 결합될 수 있다. 여기서, 진동 저감 부재는 예를 들어, 고탄성 고무일 수 있다. 이에 따라, 제 1 고정부(141)와 제 2 고정부(142)의 볼트 체결에 의해 제 1 브라켓(140)이 형성될 경우, 제 1 브라켓(140) 내부에 형성되는 수납부에 배치되는 항법 측정 수단(130)은 도 3에 도시된 것처럼 제 1 고정부(141) 및 제 2 고정부(142)와 직접적으로 접촉하는 것이 아닌, 진동 저감 수단에 접촉하게 된다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 항법 측정 수단(130)은 체결 부재를 통해 직접적으로 제 1 브라켓(140)에 고정되는 것이 아닌, 2개의 고정부(141, 142)들의 내측 구조에 기인하여, 2개의 고정부(141, 142)의 결합 시(예를 들어, 볼트 또는 너트와 같은 복수의 체결 부재를 이용하여 동일한 토크로 체결함으로써), 제 1 브라켓(140) 내부에 끼움 결합되는 구조이다. 이는 항법 측정 수단(130)을 제 1 브라켓(140)에 직접적으로 결합하면, 파도, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)에 발생하는 떨림, 그리고 배에서 발생하는 진동 등이 항법 측정 수단(130)에 그대로 전달되기 때문이다. 이에 따라, 항법 측정 수단(130)은 2개의 고정부(141, 142) 사이에 끼움 결합되도록 설계되었다. 또한, 2개의 고정부(141, 142) 내부에 형성된 진동 저감 부재(141a. 151a)에 기인하여, 항법 측정 수단(130)에 가해지는 진동 등은 최소화될 수 있다.

또한, 제 1 브라켓(140)에서, 제 1 고정부(141)의 하부에는 항법 측정 수단(130)을 지지하는 돌출 지지부(143)가 더 포함되는데, 이러한 돌출 지지부(143)를 통해 항법 측정 수단(130)에 진동이 전달되지 않도록, 돌출 지지부(143)의 상면에는 제 3 진동 저감 부재(141b)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 항법 측정 수단(130)의 하면은 제 3 진동 저감 부재(141b)의 상면과 접촉하고, 이에 따라 항법 측정 수단(130)에 야기되는 진동의 영향을 최소화할 수 있다.

뿐만 아니라, 돌출 지지부(143) 상면에 제 3 진동 저감 부재(141b)를 형성하지 않을 경우, 항법 측정 수단(130)과 제 1 브라켓(140) 간 정렬이 어렵다. 이에 따라, 이러한 정렬을 위해서도 제 3 진동 저감 부재(141b)가 돌출 지지부(143) 상면에 배치되는 것이 바람직하다.

위에서 설명한 것과 유사하게, 제 2 브라켓(150)의 상부에는 항법 감지 수단(110)이 배치될 수 있다. 즉, 항법 감지 수단(110)의 위치 정보 생성 정밀도를 보다 높이기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(110)는 제 2 브라켓(150)의 상면에 제 4 진동 저감 부재(150a)를 더 형성할 수 있다. 이에 따라, 항법 감지 수단(130)은 제 2 고정 브라켓(150)에 고정 결합될 때, 항법 감지 수단(130)의 하면은 제 4 진동 저감 부재(150a)의 상면에 접촉하여, 진동의 영향을 최소화할 수 있다. 위의 설명에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)는 4개의 진동 저감 부재를 포함하는 것으로 설명하였다. 다만, 이는 각 진동 저감 부재의 크기에 따라, 또는 설계에 따라 다양한 개수 및 형태의 진동 저감 부재가 적용되는 것도 가능하다.

이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)는 실제 무인잠수정 운용 시 발생하지 않는 외란(진동 및 거동에 의해 발생하는 기포 등)을 차단하기 위해 상술한 구조를 채택하였다.

이제, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)를 통한 실험 결과에 대해 설명된다. 항법 검증 시험은 1시간 이상 운용 시간에 운용 속도는 3~4kts로 진행하며 운용 항법은 관성측정기와 속도 센서(예를 들어, 도플러 속도 센서)의 복합 항법으로 수행한다. 기준 궤적은 GPS로 측정하며 항법 위치 정확도는 GPS 위치 대비 최종오차, 이동거리 대비 오차 0.5%이내로 정의한다.

도 4는 종래 기술에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)에 포함된 관성 측정기의 출력에 대한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치에 포함된 관성 측정기의 출력에 대한 그래프이다. 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)는 상술한 구조(즉, 제 1 브라켓(140) 내부에서 항법 측정 장치(130)가 끼움 결합되고, 제 1 브라켓(140) 내부에 형성된 진동 저감 부재가 형성된 구조)에 기인하여, 수중 항법의 핵심 센서인 관성측정기의 노이즈 수준이 크게(종래기술 대비 기존 2배) 개선됨을 확인할 수 있다.

만약 어선에 상술한 구조를 적용하지 않고, ㅁ 궤적을 운행할 때에는, 도 6a 및 도 6b에 도시된 것처럼 진동에 의해 항법 오차가 매우 큰 결과로 나타나게 된다. 6a 및 도 6b는 관성측정치의 노이즈로 인해 최종 위치오차가 101.07m로 이동거리 대비 1.37%의 오차로 요구사항을 만족시키지 못한 결과이다.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)는 도 1 내지 도 3을 참조로 설명된 구조를 통해, 어선의 엔진 및 발전기로부터 유발되는 진동을 저감하여 동일한 시험을 한 결과 아래 그림 7a, 도 7b, 도 8a 및 도 8b 에서 보는 바와 같이, 수중항법 결과 위치오차가 11.8m에 이동거리 대비오차가 0.14%로 10배 이상 개선됨을 확인할 수 있다.

이렇게 검증된 수중항법 알고리즘을 자율무인잠수정에 탑재하여, 실해역에서 수상/수중항법을 실시한 결과 도 9a 및 도 9b에서 보는 바와 같이 이동거리 대비 위치오차 0.38%(25.7m 위치오차, 이동거리 6.6km)로 요구사항을 만족함을 볼 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100) 대비해서 실제 자율 무인 잠수정의 오차가 큰 이유는 초기정렬을 GPS를 이용한 개략정렬을 수행했기 때문이다. 도 9a 및 도 9b에서 빨간색은 GPS 수신데이터를 표현하며, 파란색 선은 자율무인잠수정의 항법 위치 궤적이다.

이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 항법 성능 검증 장치(100)는 GPS가 가용하지 않은 수중 환경에서 항법을 수행하는 경우, 항법 알고리즘의 검증을 원활하게 할 수 있으며 실제 무인잠수정 운용 시 항법 성능과 동일한 수준으로 항법 알고리즘을 검증할 수 있어 무인잠수정 개발 시간 및 비용을 단축하고 실제 수준의 항법 결과를 예측할 수 있는 장점이 있다.

또한, 종래에는 수중항법 단독으로 항법을 검증하는 프로세서 및 방법이 고안되지 않았으며, 무인 잠수정으로부터 수집된 센서 데이터를 이용하여 후 처리로 수중 항법을 검증하거나, 기동에 따른 센서 데이터를 수치적 모델로 생성하여 시뮬레이션으로 검증하였다.

다만, 시뮬레이션을 통한 검증을 할 경우 실제와 다른 수치모델과 각 센서의 모델을 정화하게 예측하기 어렵기 때문에 실제와 다른 항법 성능을 예측할 수 있으며 무인잠수정 운용으로 검증할 경우 무인잠수정 선채 및 구동/제어 등의 개발이 완료되어야 항법을 검증할 수 있기 때문에 시간/비용적 위험이 존재한다. 이처럼, 종래기술의 이러한 문제점을 갖는 반면, 본 발명은 무인잠수정 개발 프로세서와 별개로 항법 단독 성능을 검증할 수 있으며 실제 운용 시험과 유사한 결과를 확보하여 신뢰성을 높일 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 수중 항법 성능 검증 장치
110 : 항법 감지 수단 120 : 고정 수단
130 : 항법 측정 수단 140 : 제 1 브라켓
141 : 제 1 고정부 141a : 제 1 진동 저감 부재
141b : 제 3 진동 저감 부재 142 : 제 2 고정부
142a : 제 2 진동 저감 부재 150 : 제 1 브라켓
150a : 제 4 진동 저감 부재

Claims

배에 장착되는 수중 항법 성능 검증 장치로서,
상기 배에 대한 제 1 위치 정보를 획득하는 항법 감지 수단;
복수의 센서들을 포함하고, 상기 복수의 센서들로부터 생성된 센서 데이터를 수집하며, 입력된 알고리즘에 따라 상기 수집한 센서 데이터들을 근거로 상기 배에 대한 제 2 위치 정보를 측정하는 항법 측정 수단; 및
상기 배에 고정되고, 상기 항법 감지 수단과 상기 항법 측정 수단이 고정되는 고정 수단; 을 포함하고,
상기 고정 수단이 상기 배에 장착될 때, 상기 항법 감지 수단은 수면 위에 위치하고, 상기 항법 측정 수단은 수면 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
제1항에 있어서,
상기 항법 측정 수단은 상기 제 1 위치 정보와 상기 제 2 위치 정보를 비교함으로써, 상기 입력된 알고리즘을 검증하는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
제1항에 있어서,
상기 항법 감지 수단은 위성 항법 장치를 포함하고, 상기 제 1 위치 정보는 상기 위성 항법 장치를 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 고정 수단은,
몸체;
상기 몸체의 일측 하부에 결합되는 제 1 브라켓; 및
상기 몸체의 타측 상부에 결합되는 제 2 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
제5항에 있어서,
상기 제 1 브라켓은 제 1 고정부와 제 2 고정부를 포함하고, 상기 제 2 고정부의 내측은 상기 항법 측정 수단의 일측 외주에 대응하는 형상을 갖고, 상기 제 1 고정부의 내측은 상기 항법 측정 수단의 타측 외주에 대응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
제5항에 있어서,
상기 제 1 브라켓은 상기 몸체의 선단부보다 더 돌출되어 상기 몸체의 일측 하부에 결합되는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
제6항에 있어서,
상기 제 2 고정부는 체결 부재를 통해 상기 제 1 고정부에 결합되고,
상기 항법 측정 수단은 상기 제 1 고정부와 상기 제 2 고정부 사이에 형성된 수납부에 배치되는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
제6항에 있어서,
상기 제 1 브라켓은
상기 제 1 고정부의 내측에 결합되는 제 1 진동 저감 부재; 및
상기 제 2 고정부의 내측에 결합되는 제 2 진동 저감 부재를 더 포함하고, 상기 항법 측정 수단은 일 측면이 상기 제 2 진동 저감 부재에 접촉하고, 타 측면이 상기 제 1 진동 저감 부재에 접촉하는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
제6항에 있어서,
상기 제 1 고정부는 상기 항법 측정 수단을 지지하는 돌출 지지부를 더 포함하고, 상기 제 1 고정부는 상기 돌출 지지부 상에 형성된 제 3 진동 저감 부재를 더 포함하며, 상기 항법 측정 수단의 하면은 상기 제 3 진동 저감 부재의 상면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
제5항에 있어서,
상기 제 2 브라켓은 상면에 형성된 제 4 진동 저감 부재를 더 포함하고,
상기 항법 감지 수단은 상기 제 2 고정 브라켓에 고정 결합되며, 상기 항법 감지 수단의 하면은 상기 제 4 진동 저감 부재의 상면에 접촉하는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
제5항에 있어서,
상기 몸체의 일 측에는 복수의 체결공들이 형성되고, 상기 제 1 브라켓은 체결 부재를 통해 상기 복수의 체결공들 중 적어도 일부를 통해 고정되는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
제1항에 있어서,
상기 항법 측정 수단은 기밀 상자를 포함하고, 상기 기밀 상자의 4개의 측면 중 적어도 2개의 측면은 굴곡진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
제13항에 있어서,
상기 복수의 센서들은 상기 기밀 상자 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 센서들은 지자계 센서, 속도 센서, 관성 측정기 및 심도계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 항법 성능 검증 장치.