KR101928793B1 - 수중음향 센서 시스템 - Google Patents

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Abstract

제1 이더넷 스위치, 제1 이더넷 스위치에 이더넷 케이블로 연결된 제2 이더넷 스위치, 제1 이더넷 스위치의 입출력 포트에 연결된 제1 센서장치, 및 제2 이더넷 스위치의 입출력 포트에 연결된 제2 센서장치를 포함하는 수중음향센서 시스템을 공개한다. 제1 센서장치는 제1 하이드로폰 센서 및 제1 하이드로폰 센서에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 ADC를 포함하며, 제2 센서장치는 제2 하이드로폰 센서 및 제2 하이드로폰 센서에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 ADC를 포함하며, 제1 ADC의 제1 동작클록 및 제2 ADC의 제2 동작클록은 제1 동기클록 및 제2 동기클록에 대해 서로 동기화되도록 되어 있다. 그리고 제1 이더넷 스위치와 제2 이더넷 스위치에서 출력되는 제1 동기클록과 제2 동기클록은 서로 동기화되어 있다.

Description

수중음향 센서 시스템{Hydrophone sensor system}
본 발명은 수중음향 센서 시스템의 구성 및 운영방법에 관한 것이다.
대한민국 특허출원번호 10-2011-0133335에는 다수의 노드로부터 수신된 패킷에 대한 ACK/NAK를 선택적으로 동시에 브로드캐스팅하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK를 전송하는 방법이 공개되어 있다.
대한민국 특허출원번호 10-2010-0064112에는 해저면 상부에 포설되거나 해저면 퇴적층에 매설되어 반 영구적으로 운용될 수 있는 선배열 음향센서 시스템에 관한 기술이 공개되어 있다. 여기에 공개된 기술은 수중청음기, 인장 패키지, 관절부를 포함하는 수중음향센서의 기계적 구조에 관한 것이다.
대한민국 특허출원번호 10-2007-0105011에는 하우징, 압전소자, 진동체, 및 음향창을 포함하는 수중음향센서의 기계적 구조에 관한 기술이 공개되어 있다.
상술한 종래 기술들에 따르면 해저면에 안착되어 운용되는 배열형 수중센서 시스템은 길게 연장된 선형의 물리적 구조를 포함한다. 여기에 배치된 복수 개의 수중센서 모듈들이 특정 음향소스로부터 발생한 음향을 감지하는 경우 각 수중센서 모듈에서의 감지시간 간에 차이가 발생할 수 있다. 이러한 시간의 차이는 음향소스의 위치를 감지하기 위하여 이용되어야 하므로 수중센서 시스템은 상기 감지시간에 관한 정확한 값을 얻을 수 있어야 한다.
배열형 수중센서 시스템에는 복수 개의 수중센서 모듈을 제어하는 수중제어장치와, 이로부터 수집된 정보를 처리하는 신호정보 처리장치가 더 포함되어 있을 수 있다.
복수 개의 수중센서 모듈들이 수중제어장치(130)에 하드와이어들로 연결되어 써킷 통신을 하는 경우에는 실시간 통신을 구현하는 것이 용이하지만, 수중센서 모듈의 개수가 증가할수록 상기 하드와이어들의 개수가 증가하면서 시스템의 전체 무게 및 부피가 증가하며 설치 및 운용에 어려움이 발생한다.
상술한 문제를 해결하기 위하여 복수 개의 수중센서 모듈을 한 개 또는 상대적으로 감소된 개수의 통신채널을 이용하여 서로 연결할 수 있다. 상기 통신채널은 예컨대 광케이블이나 동선과 같은 통신 미디어 및 이를 감싸는 보호 외피를 포함하여 이루어질 수 있다. 이와 같이 구성하는 경우 상술한 문제는 해결할 수 있지만 새로운 문제가 발생할 수 있다. 즉, 복수 개의 수중센서 모듈들이 한 개 또는 제한된 개수의 통신채널을 공유하여 패킷 통신을 하기 때문에 동기화에 실패할 수 있으며, 각 수중센서 모듈 내에 포함된 디지털 프로세싱을 위한 기준클록들의 위상이 서로 달라 문제가 발생할 수 있다. 감지된 수중음향을 이용하여 정확한 정보를 재생산하기 위해서는 상술한 기준클록들을 동기화할 필요가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 수중에서 배열된 하이드로폰 모듈들 간의 기준 시각을 동기화하여 데이터를 정확하게 처리할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따른 수중음향센서 배열 시스템은, 제1 이더넷 스위치; 상기 제1 이더넷 스위치에 이더넷 케이블로 연결된 제2 이더넷 스위치; 상기 제1 이더넷 스위치의 입출력 포트에 연결된 제1 센서장치; 및 상기 제2 이더넷 스위치의 입출력 포트에 연결된 제2 센서장치를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 이더넷 스위치와 상기 제2 이더넷 스위치에서 출력되는 제1 동기클록과 제2 동기클록은 서로 동기화되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제1 센서장치는 제1 하이드로폰 센서 및 상기 제1 하이드로폰 센서에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 ADC를 포함하며, 상기 제2 센서장치는 제2 하이드로폰 센서 및 상기 제2 하이드로폰 센서에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 ADC를 포함하며, 상기 제1 ADC의 제1 동작클록 및 상기 제2 ADC의 제2 동작클록은 상기 제1 동기클록 및 상기 제2 동기클록에 대해 서로 동기화되도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제1 센서장치 및 상기 제2 센서장치는 각각, 상기 제1 하이드로폰 센서 및 상기 제2 하이드로폰 센서가 출력한 정보를 포함하는 데이터 패킷을 생성하도록 되어 있고, 상기 데이터 패킷에는 상기 정보가 수집된 시각에 관한 타임스탬프 및 패킷정보가 포함되어 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 관점에 따른 수중음향정보 측정방법은, 이더넷 스위치를 포함하는 수중제어장치, 및 각각 이더넷 스위치를 포함하는 복수 개의 수중센서를 포함하는 수중음향센서 시스템에서 수중음향에 관한 정보를 측정하는 방법으로서, 상기 수중제어장치와 상기 복수 개의 수중센서들이 GPIO 클록 동기화 프로세스를 수행하여, 상기 수중제어장치에 포함된 이더넷 스위치의 GPIO 포트와 상기 복수 개의 수중센서들에 각각 포함된 이더넷 스위치들의 GPIO 포트들에서 출력되는 클럭들을 서로 동기화하는 제1동기화 단계; 및 상기 각각의 수중센서가, 상기 각각의 수중센서에 포함되어 있는 ADC의 동작클록을 상기 동기화된 클록에 동기화하는 제2동기화 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 수중음향센서 시스템은 상기 복수 개의 수중센서와 상기 수중제어장치에게 전원을 공급하는 신호정보 처리장치를 더 포함하며, 상기 수중음향정보 측정방법은, 상기 제1동기화 단계 이전에, 상기 신호정보 처리장치가, 상기 수중제어장치에게 측정시작명령을 전송하는 단계; 및 상기 제2동기화 단계 이후에, 상기 각각의 수중센서가, 상기 동기화된 ADC 동작클록을 이용하여 수중음향에 관한 정보를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 고나점에 따른 수중음향센서 시스템은, 이더넷 스위치를 포함하는 수중제어장치, 각각 이더넷 스위치를 포함하는 복수 개의 수중센서, 및 상기 복수 개의 수중센서와 상기 수중제어장치에게 전원을 공급하는 신호정보 처리장치를 포함하는 수중음향센서 시스템으로서, 상기 수중제어장치와 상기 복수 개의 수중센서들은, GPIO 클록 동기화 프로세스를 수행하여, 상기 수중제어장치에 포함된 이더넷 스위치의 GPIO 포트와 상기 복수 개의 수중센서들에 각각 포함된 이더넷 스위치들의 GPIO 포트들에서 출력되는 클럭들을 서로 동기화하는 제1동기화 단계를 수행하도록 되어 있고, 상기 각각의 수중센서는, 상기 각각의 수중센서에 포함되어 있는 ADC의 동작클록을 상기 동기화된 클록에 동기화하는 제2동기화 단계를 수행하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 수중제어장치는, 충전식 배터리 및 전원모듈을 포함할 수 있다. 이때, 상기 전원모듈은, 상기 신호정보 처리장치로부터 중간레벨 전압을 갖는 중간레벨 전원을 공급받고, 상기 공급받은 중간레벨 전압보다 낮은 저레벨 전압을 갖는 저레벨 전원을 출력하도록 되어 있으며, 상기 충전식 배터리는, 상기 신호정보 처리장치로부터 상기 중간레벨 전원을 공급받아 저장하도록 되어 있고, 상기 전원모듈 또는 상기 복수 개의 수중센서에게 상기 저레벨 전압보다 높은 전압을 갖는 예비전력을 제공하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명은 수중음향센서의 배열 시스템에 포함된 복수 개의 센서들의 감지 타이밍을 서로 동기화하는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템의 구성의 개념을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템에 포함된 신호정보 처리장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템에 포함된 수중제어장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템에 포함된 수중센서의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템에서 상기 복수 개의 수중센서를 통해 데이터를 수집하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템(100)의 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템(100)은 수중에 길게 연장되어 배치되어 있는 복수 개의 수중센서(110), 복수 개의 수중센서(110)를 제어하여 복수 개의 수중센서에서 측정된 데이터를 획득하도록 되어 있는 수중제어장치(130), 및 수중제어장치(130)에게 수집하고자 하는 데이터를 획득하도록 명령하고 상기 명령에 따라 획득한 데이터를 관리하도록 되어 있는 신호정보 처리장치(120)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 복수 개의 수중센서(110)들은 예컨대 이더넷 케이블 또는 광케이블 또는 동축케이블을 통해 서로 통신할 수 있도록 되어 있을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템(100)의 구성의 개념을 나타낸 것이다.
도 2에 나타낸 수중센서(110)들은 각각 통신반 및 센서장치를 포함할 수 있다. 상기 센서장치는 통신반(10)에 포함된 이더넷 스위치의 입출력포트에 연결되어 있을 수 있다. 상기 센서장치는 하이드로폰 센서 및 상기 하이드로폰 센서에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC를 포함할 수 있다.
이때, 수중센서(110)는 압력용기, 제어반, 전원부, 및 한 개 이상의 센서들을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 압력용기, 상기 제어반, 상기 전원부, 및 상기 한 개 이상의 센서는 상기 센서장치에 포함되어 있을 수도 있고, 또는 상기 센서장치와 별도로 제공될 수도 있다.
이때, 각 수중센서(110)들에 포함된 각각의 통신반(10)들은 서로 통신이 가능하도록 연결되어 있을 수 있다. 이때, 수중센서(110)들은 각각의 통신반(10)을 통해 수중제어장치(130)와 통신 가능하도록 구성되어 있을 수 있다.
또한 수중제어장치(130)는 신호정보 처리장치(120)와도 통신 가능하도록 구성되어 있을 수 있다.
이때, 신호정보 처리장치(120)가 수중제어장치(130)에게 데이터 측정 명령을 전송하면, 수중제어장치(130)는 복수 개의 수중센서(110)들에게 데이터 측정 명령을 전송할 수 있다. 이때, 상기 데이터 측정 명령에 따라 복수 개의 수중센서(110)들은 데이터를 측정하여 수중제어장치(130)에게 전송하도록 되어 있으며, 수중제어장치(130)는 복수 개의 수중센서(110)들로부터 수집한 데이터를 신호정보 처리장치(120)에게 전송하도록 되어 있을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템(100)에 포함된 신호정보 처리장치(120)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템(100)에 포함된 신호정보 처리장치(120)는, 신호수신기(121), 제1전원공급반(122), 및 전산기(123)를 포함하여 구성될 수 있다.
신호정보 처리장치(120)는 수중제어장치(130)와 서로 유선으로 통신가능하도록 되어 있으며, 신호수신기(121)를 통해 수중제어장치(130)로부터 데이터를 수신하도록 되어 있을 수 있다. 신호수신기(121)는 예컨대 광/이더넷 기술을 이용하여 제공될 수 있다.
신호정보 처리장치(120)에 포함된 제1전원공급반(122)은 수중제어장치(130)에게 중간레벨 전압 및 전류(ex: 28V/3~5A)를 갖는 중간레벨 전원을 공급하도록 되어 있을 수 있다. 이때, 상기 중간레벨 전원의 공급을 위하여 신호정보 처리장치(120)와 수중제어장치(130) 사이는 전선으로 연결되어 있을 수 있다.
신호정보 처리장치(120)의 내부회로는 제1전원공급반(122)에서 제공하는 상기 중간레벨 전원을 저레벨 전원으로 변환하는 컨버터(미도시)로부터 작동전류를 공급받을 수 있다.
전산기(123)는 데이터 저장부(21), 센서별 분류부(22), 데이터별 분류부(23), 신호 처리부(24), 및 모니터링 소프트웨어(25)를 포함할 수 있다.
신호수신기(121)를 통해 수중제어장치(130)로부터 데이터를 수신하면, 전산기(123)는 데이터 저장부(21)에 상기 수신한 데이터를 저장할 수 있다.
센서별 분류부(22)는, 복수 개의 수중센서(110)가 복수 개의 종류의 센서를 이용하는 경우, 수중제어장치(130)로부터 수신된 데이터를 상기 데이터를 감지한 센서별로 1차 분류할 수 있다.
데이터별 분류부(23)는, 센서별 분류부(22)가 출력한 정보를 기초로 수중제어장치(130)로부터 수신된 데이터를 2차 분류를 할 수 있다.
상기 데이터별로 2차 분류한 데이터 중 상태 데이터, 온도 데이터, 압력 데이터, 지자기 데이터, 및 염도 데이터는 바로 전산기(123)에 포함된 모니터링 소프트웨어(25)가 이용할 수 있도록 제공될 수 있다.
상기 데이터별로 2차 분류한 데이터 중 음향 데이터는 신호 처리부(24)에 제공될 수 있다.
신호 처리부(24)는 후처리된 음향 데이터를 모니터링 소프트웨어(25)에게 제공할 수 있다.
모니터링 소프트웨어(25)는 신호 전시(display), 상태 전시, 변수 제어, 및 디버깅을 수행하도록 되어 있을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템(100)에 포함된 수중제어장치(130)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 수중제어장치(130)는 제2전원공급반(131), 제1통신반(132), 제1제어반(133), 및 저장반(134)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 수중제어장치(130)는 외부의 충격 또는 침수 등으로부터 보호하기 위해 압력용기로 감싸져있을 수 있다.
제2전원공급반(131)은 충전식 배터리(35)를 포함할 수 있다. 이때, 충전식 배터리(35)는 신호정보 처리장치(120)로부터 상기 중간레벨 전원을 공급받아 저장하도록 되어 있을 수 있다.
그리고 신호정보 처리장치(120)로부터 제공된 상기 중간레벨 전원은 수중제어장치(130)에 포함된 전원모듈(135)에게 직접 제공될 수 있다.
이때, 신호정보 처리장치(120)로부터 제공된 중간레벨 전원은 연장된 전선을 통하여 수중음향센서 배열 시스템(100)에 포함된 복수 개의 수중센서(110)들에게 제공될 수 있다. 이때, 수중제어장치(130)가 수중제어장치(130)와 통신 가능하게 연결되어 있는 복수 개의 수중센서(110)들에게도 전선을 통해 상기 중간레벨 전원을 공급하도록 되어 있을 수 있다. 즉, 수중음향센서 배열 시스템(100)에 포함된 복수 개의 수중센서(110)들은 신호정보 처리장치(120) 및 수중제어장치(130)에 포함된 충전식 배터리(35)로부터 함께 또는 선택적으로 상기 중간레벨 전원을 제공받을 수 있다.
전원모듈(135)은 신호정보 처리장치(120)로부터 제공된 중간레벨 전원 및 충전식 배터리(35)로부터 출력되는 중간레벨 전원을 함께 또는 선택적으로 입력받아 수중제어장치(130)의 내부 회로에 필요한 레벨의 전압을 생성하여 제공할 수 있다. 즉 전원모듈(135)은 저레벨 전원의 역할을 할 수 있다.
이때, 제1통신반(132)은 이더넷 스위치(31)를 포함하며, 제1제어반(133)은 제1MCU(32)를 포함하도록 되어 있을 수 있다. 이때, 제1통신반(132)에 포함된 이더넷 스위치(31)의 제1입출력포트(PORT1)를 통해 신호정보 처리장치(120)와 서로 통신 가능하도록 연결되어 있으며, 제2입출력포트(PORT2)를 통해 수중센서(110)와 서로 통신 가능하도록 연결되어 있을 수 있다. 이를 위하여, 신호정보 처리장치(120)와 수중제어장치(130) 사이는 광케이블 또는 랜케이블과 같은 유선의 통신 미디어로 연결되어 있을 수 있다. 제2입출력포트(PORT2)를 통해 수중센서(110)에게 제공하는 정보는 브로드캐스팅 방식으로 제공될 수 있다.
제1MCU(32)는 SPI(Serial Peripheral Interface)를 이용하여 제1통신반(132)에 포함된 이더넷 스위치(31)를 제어할 수 있고, MII(Media Independent Interface)를 이용하여 제1통신반(132)에 포함된 이더넷 스위치(31)와 데이터를 주고 받을 수 있다.
제1MCU(32)는 제1제어반(133)에 포함된 TCXO(Temperature-Compensated Crystal Oscillator)(33)로부터 작동클록을 공급받을 수 있으며, 제1통신반(132)에 포함된 이더넷 스위치(31)의 GPIO(General Purpose Input/Output) 포트를 통해 동기 클럭을 제공받을 수 있다.
그리고 제1MCU(32)는 예컨대 저장반(134)에 포함된 SD카드(34)에 원시 자료를 저장하도록 되어 있을 수 있다. 상기 원시자료는 수중센서(110)들 및/또는 신호정보 처리장치(120)로부터 이더넷 스위치(31)를 통해 제공받은 것일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템에 포함된 수중센서의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 수중음향센서 배열 시스템(100)에 포함된 수중센서(110)는 제2통신반(111) 및 제2제어반(112)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 수중센서(110)는 외부의 충격 또는 침수 등으로부터 보호하기 위해 압력용기로 감싸져있을 수 있다.
제2통신반(111)은 이더넷 스위치(11)를 포함하며, 제2제어반(112)은 제2MCU(12), PLL(Phase Locked Loop)(13), 및 FPGA(Field Programmable Gate Array)(14)를 포함할 수 있다.
제2통신반(111)에 포함된 이더넷 스위치(11)의 제1입출력포트(PORT1)를 통해 수중제어장치(130)와 서로 통신 가능하도록 연결되어 있으며, 제2입출력포트(PORT2)를 통해 또 다른 수중센서(110)와 서로 통신 가능하도록 연결되어 있을 수 있다. 이때, 각 수중센서(110)에 포함된 이더넷 스위치(11)는 이더넷 케이블로 서로 연결되어 있으며, 각 이더넷 스위치에서 출력되는 각각의 동기클록은 서로 동기화되어 있을 수 있다.
예컨대, 수중음향센서 시스템(100)은 제1수중센서(110) 및 제2수중센서(110)를 포함할 수 있다. 이때, 제1수중센서(110)는 제1이더넷 스위치 및 상기 제1이더넷 스위치의 입출력포트에 연결된 제1센서장치를 포함하며, 제2수중센서(110)는 제2이더넷 스위치 및 상기 제2이더넷 스위치의 입출력포트에 연결된 제2센서장치를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1이더넷 스위치와 상기 제2이더넷 스위치는 이더넷 케이블로 서로 연결되어 있으며, 상기 제1이더넷 스위치와 상기 제2이더넷 스위치에서 출력되는 제1 동기클록과 제2 동기클록은 서로 동기화되어 있을 수 있다.
이때, 제2통신반(111)에 포함된 이더넷 스위치(11)의 제3입출력포트(PORT3)는 MII를 통해 제2제어반(112)에 포함된 제2MCU(12)와 서로 통신 가능하도록 연결되어 있을 수 있다.
제2통신반(111)에 포함된 이더넷 스위치(11)의 GPIO 포트를 통해 출력된 동기 클럭과 이벤트 신호는 PLL(13)를 통하거나 또는 통하지 않고 제2MCU(12)와 FPGA(14)에게 제공하도록 되어 있을 수 있다. 즉, PLL(13)은 생략될 수도 있다.
제2MCU(12)는 제2통신반(111)에 포함된 이더넷 스위치(11)의 SPI를 통해 제2통신반(111)에 포함된 이더넷 스위치(11)를 제어하도록 되어 있다.
FPGA(14)는 FIFO(First In First Out) 방식의 메모리를 포함하며, 상기 메모리는 제2MCU(12)와 서로 통신 가능하도록 되어 있을 수 있다.
또한, 수중센서(110)는 다양한 데이터를 수집하기 위한 센서들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 센서는 음향 센서(하이드로폰 센서), 온도 센서, 압력 센서, 지자기 센서, 및 염도 센서를 포함할 수 있다.
상기 센서들을 통해 획득한 아날로그 데이터 각각은 ADC(Analog-Digital Converter)를 통해 디지털 신호로 변환되어 SPI를 통해 FPGA(14)에게 제공될 수 있다.
이때, 도 4에 도시한 수중제어장치(130)에 포함된 제1통신반(132)은 마스터(master)로서 동작하고, 도 5에 도시한 복수 개의 수중센서(110) 각각에 포함된 제2통신반(111)은 슬레이브(slave)로서 동작할 수 있다.
상기 마스터에 포함된 이더넷 스위치(31)는 상기 슬레이브들에 포함된 이더넷 스위치들(11)로부터 출력되는 동기 클럭들이 서로 동기화되도록 하는 기능을 제공할 수 있다. 이러한 기능은 이미 종래의 국제표준규격 기술에 의해 제공되는 것이다.
이때, 각각의 수중센서(110)에 포함된 ADC들은 상기 ADC에 입력되는 클록인 'ADC 클록'에 의해 동작하도록 되어 있을 수 있다. 이때, 복수 개의 수중센서(110)들에서 제공되는 상기 ADC 클록들은 서로 동기화되어 있지 않을 수 있다. 그런데 복수 개의 수중센서(110)들은 동일한 시각에 데이터를 수집할 필요가 있다. 즉, 각 수중센서(110)에 포함되어 있는 상기 ADC 클록들이 서로 동기화되는 것은 매우 중요하다. 왜냐하면, 수중에서의 음향의 전파속도는 공기 중에 비하여 매우 빠르기 때문에 서로 다른 수중센서(110)에 포함된 ADC 클록들 간의 클록위상 차이로 인한 데이터 수집의 시간정밀도에 악영향을 미칠 수 있기 때문이다.
따라서 각 수중센서(110)에 포함된 상기 ADC 클록들이 이더넷 스위치(11) 각각에서 출력되는 상기 동기 클록들에 동기화되도록 한다면, 상기 ADC 클록들을 서로 동기화할 수 있다. 왜냐하면, 복수 개의 수중센서(110)에 포함된 이더넷 스위치(11)들에서 제공하는 동기 클록들은 상술한 바와 같이 종래 기술에 의해 이미 서로 동기화될 수 있기 때문이다. 이때, 각 수중센서(110)에 포함된 PLL(13)을 이용함으로써 이러한 목적을 달성할 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5를 함께 참고하여 설명하면, 수중제어장치(130)와 복수 개의 수중센서(110)들은, GPIO 클록 동기화 프로세스를 수행하여, 수중제어장치(130)에 포함된 이더넷 스위치(31)의 GPIO 포트와 복수 개의 수중센서(110)들에 각각 포함된 이더넷 스위치(11)들의 GPIO 포트들에서 출력되는 클럭들을 서로 동기화하는 제1동기화 단계를 수행하도록 되어 있을 수 있다. 그리고 각각의 수중센서(110)는, 각각의 수중센서(110)에 포함되어 있는 ADC의 동작클록을 상기 동기화된 클록에 동기화하는 제2동기화 단계를 수행하도록 되어 있
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중음향센서 배열 시스템(100)에서 복수 개의 수중센서(110)를 통해 데이터를 수집하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 수중제어장치(130)는 신호정보 처리장치(120)로부터 중간레벨 전원을 공급받을 수 있다. 그리고 각 수중센서(110)는 신호정보 처리장치(120)로부터 또는 수중제어장치(130)에 포함된 충전식 배터리(35)로부터 중간레벨 전원을 공급받을 수 있다.
단계(S110)에서, 수중제어장치(130)는 복수 개의 수중센서(110) 각각에게 복수 개의 수중센서(110)를 동기화하기 위한 ‘수중센서 동기화신호’를 전송할 수 있다.
단계(S120)에서, 복수 개의 수중센서(110) 각각은 수중제어장치(130)에게 상기 동기화가 완료되었음을 나타내는 ‘동기화 응답신호’를 전송할 수 있다.
단계(S130)에서, 복수 개의 수중센서(110)들 간의 동기화가 완료되면, 신호정보 처리장치(120)는 수중제어장치(130)에게 데이터 측정을 위한 ‘측정시작 명령신호’를 전송할 수 있다.
단계(S140)에서, 수중제어장치(130)는 복수 개의 수중센서(110) 각각에게 데이터를 측정하라는 ‘측정명령신호’를 전송할 수 있다.
단계(S150)에서, 주기적으로 데이터를 측정하여 연속 데이터를 추출할 수 있다. 이때, 단계(S150)는 단계(S51) 내지 단계(S57)를 포함할 수 있다.
단계(S51)에서, 복수 개의 수중센서(110) 각각은 데이터를 측정할 수 있다.
단계(S52) 내지 단계(S53)에서, 복수 개의 수중센서(110) 각각은 상기 측정한 데이터를 패킷화하여 수중제어장치(130)에게 전송할 수 있다.
단계(S54)에서, 수중제어장치(130)는 복수 개의 수집센서(110)로부터 수집한 데이터를 신호정보 처리장치(120)에게 전송할 수 있다.
단계(S55) 및 단계(S56)에서, 신호정보 처리장치(120)는 상기 데이터를 저장하고 전시할 수 있다.
단계(S57)에서, 수중제어장치(130)는 복수 개의 수중센서(110)에게 주기적 동기 신호를 전송함에 따라, 복수 개의 수중센서(110)를 통해 주기적으로 데이터를 측정함으로써 연속 데이터를 추출하도록 되어 있을 수 있다.
데이터의 측정을 완료하고자 할 때에는, 단계(S160)에 따라, 신호정보 처리장치(120)가 수중제어장치(130)에게 데이터의 측정을 정지하라는 ‘측정정지 명령신호’를 전송하면, 단계(S170)에서, 수중제어장치(130)는 복수 개의 수중센서(110)를 제어함으로써 데이터 측정을 정지할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.

Claims (6)

  1. 수중에 연장되어 배치되는 제1 수중센서 및 제2 수중센서를 포함하고,
    상기 제1 수중센서는, 제1 이더넷 스위치 및 상기 제1 이더넷 스위치의 입출력 포트에 연결된 제1 센서장치를 포함하며,
    상기 제2 수중센서는, 제2 이더넷 스위치 및 상기 제2 이더넷 스위치의 입출력 포트에 연결된 제2 센서장치를 포함하고,
    상기 제2 이더넷 스위치는 상기 제1 이더넷 스위치에 이더넷 케이블로 연결되어 있으며,
    상기 제1 센서장치는 제1 하이드로폰 센서 및 상기 제1 하이드로폰 센서에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 ADC를 포함하고,
    상기 제2 센서장치는 제2 하이드로폰 센서 및 상기 제2 하이드로폰 센서에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 ADC를 포함하며,
    상기 제1 이더넷 스위치에서 출력되는 제1 동기클록과 상기 제2 이더넷 스위치에서 출력되는 제2 동기클록은 서로 동기화되어 있고,
    상기 제1 ADC의 제1 동작클록을 상기 제1 동기클록에 동기화하고 그리고 상기 제2 ADC의 제2 동작클록을 상기 제2 동기클록에 동기화함으로써, 상기 제1 동작클록과 상기 제2 동작클록을 서로 동기화하도록 되어 있는,
    수중음향센서 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서장치 및 상기 제2 센서장치는 각각, 상기 제1 하이드로폰 센서 및 상기 제2 하이드로폰 센서가 출력한 정보를 포함하는 데이터 패킷을 생성하도록 되어 있고,
    상기 데이터 패킷에는 상기 정보가 수집된 시각에 관한 타임스탬프 및 패킷정보가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는,
    수중음향센서 시스템.
  3. 이더넷 스위치를 포함하는 수중제어장치, 및 각각 이더넷 스위치를 포함하는 복수 개의 수중센서를 포함하는 수중음향센서 시스템에서 수중음향에 관한 정보를 측정하는 방법으로서,
    상기 수중제어장치와 상기 복수 개의 수중센서들이 GPIO 클록 동기화 프로세스를 수행하여, 상기 수중제어장치에 포함된 이더넷 스위치의 GPIO 포트와 상기 복수 개의 수중센서들에 각각 포함된 이더넷 스위치들의 GPIO 포트들에서 출력되는 클럭들을 서로 동기화하는 제1동기화 단계; 및
    상기 복수 개의 수중센서들이, 상기 복수 개의 수중센서들에 각각 포함되어 있는 ADC의 동작클록을 상기 동기화된 클록에 동기화함으로써, 상기 복수 개의 수중센서들에 포함된 복수 개의 ADC들의 동작클록들을 서로 동기화하는 제2동기화 단계
    를 포함하며,
    상기 복수 개의 수중센서는 수중에 연장되어 배치되는 것을 특징으로 하는,
    수중음향정보 측정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수중음향센서 시스템은 상기 복수 개의 수중센서와 상기 수중제어장치에게 전원을 공급하는 신호정보 처리장치를 더 포함하며,
    상기 수중음향정보 측정방법은,
    상기 제1동기화 단계 이전에, 상기 신호정보 처리장치가, 상기 수중제어장치에게 측정시작명령을 전송하는 단계; 및
    상기 제2동기화 단계 이후에, 상기 각각의 수중센서가, 상기 동기화된 ADC 동작클록을 이용하여 수중음향에 관한 정보를 측정하는 단계
    를 더 포함하는,
    수중음향정보 측정방법.
  5. 이더넷 스위치를 포함하는 수중제어장치, 각각 이더넷 스위치를 포함하는 복수 개의 수중센서, 및 상기 복수 개의 수중센서와 상기 수중제어장치에게 전원을 공급하는 신호정보 처리장치를 포함하는 수중음향센서 시스템으로서,
    상기 수중제어장치와 상기 복수 개의 수중센서들은, GPIO 클록 동기화 프로세스를 수행하여, 상기 수중제어장치에 포함된 이더넷 스위치의 GPIO 포트와 상기 복수 개의 수중센서들에 각각 포함된 이더넷 스위치들의 GPIO 포트들에서 출력되는 클럭들을 서로 동기화하는 제1동기화 단계를 수행하도록 되어 있고,
    상기 복수 개의 수중센서들이, 상기 복수 개의 수중센서들에 각각 포함되어 있는 ADC의 동작클록을 상기 동기화된 클록에 동기화함으로써, 상기 복수 개의 수중센서들에 포함된 복수 개의 ADC들의 동작클록들을 서로 동기화하는 제2동기화 단계를 수행하도록 되어 있고,
    상기 복수 개의 수중센서는 수중에 연장되어 배치되는 것을 특징으로 하는,
    수중음향센서 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수중제어장치는,
    충전식 배터리 및 전원모듈을 포함하며,
    상기 전원모듈은, 상기 신호정보 처리장치로부터 중간레벨 전압을 갖는 중간레벨 전원을 공급받고, 상기 공급받은 중간레벨 전압보다 낮은 저레벨 전압을 갖는 저레벨 전원을 출력하도록 되어 있으며,
    상기 충전식 배터리는, 상기 신호정보 처리장치로부터 상기 중간레벨 전원을 공급받아 저장하도록 되어 있고, 상기 전원모듈 또는 상기 복수 개의 수중센서에게 상기 저레벨 전압보다 높은 전압을 갖는 예비전력을 제공하도록 되어 있는,
    수중음향센서 시스템.
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