KR101965843B1

KR101965843B1 - 수중운동체의 자기 신호 측정 방법

Info

Publication number: KR101965843B1
Application number: KR1020180100243A
Authority: KR
Inventors: 박현수; 임선호
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2019-04-05

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 수중운동체의 자기 신호 측정 방법은, 무인비행체가 해수면 위를 비행하며 수중운동체에 의해 발생되는 제1 자기 신호를 감지하고, 상기 수중운동체의 현재 위치에 따른 제1 위치 정보를 획득하는 단계 및 자기 신호 측정장치가 상기 비행체로부터 상기 제1 자기 신호 및 제1 위치 정보를 전달 받고, 전달 받은 제1 자기 신호 및 제1 위치 정보를 기초로 기 설정된 알고리즘을 통해 기 설정된 수심에서의 수중운동체의 제1 자기 신호의 크기를 측정하는 단계 포함할 수 있다.

Description

수중운동체의 자기 신호 측정 방법 {Method for measuring magnetic signature of underwater vehicle}

본 발명의 수중운동체의 자기 신호 측정 방법에 관한 것이다.

강자성체를 주재료로 사용하는 함정이 지구자기장 하에 위치하게 되면 지구자기장의 간섭으로 자기신호가 함정에 발생하게 된다. 함정의 자기신호는 영구자기장과 유도자기장으로 구분할 수 있다. 영구자기장은 함정을 건조하기 위하여 실시하는 함정 선체의 용접, 절단에 의한 국부적인 자기특성변화에 의해 발생하며, 항해동안 지속적으로 지구자기장에 노출되면서 발생하는 영구자화에 의해서도 발생된다. 유도자기장은 비 투자율을 갖는 함정선체에 외부에서 인가된 자기장에 의해 일시적으로 나타나는 유도자화에 의해 발생하며, 선체의 형상, 크기 및 재질의 특성 등에 따라 결정된다. 또한 유도자기장은 함정이 지구자기장 하에서 항해하는 방향이나 지역에 따라 변화하게 된다.

이와 같은 선박에 형성된 자기장은 일반 선박의 경우에 문제가 되지 않으나, 함정이나 함선과 같은 군사용 선박의 경우 기뢰 및 수중감시체계 등 자기감응 무기체계에 의해 쉽게 탐지됨으로써 큰 위험을 초래하는 요소로 작용될 수 있다는 문제가 있다. 즉 특정 거리에서 선박 자기장 신호의 크기가 자기감응 무기체계 탐지문턱 값보다 큰 경우, 무기체계가 활성화되어 선박의 생존성에 심각한 문제를 초래할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 자기감응 무기체계로부터 선박의 생존성을 증대시키기 위한 선박자기 스텔스 관련 기술에 대한 부단한 노력이 세계 각국의 군사 선진국을 중심으로 이루어지고 있다.

선박자기 스텔스 기술은 크게 부두에 설치되어 정박되어 있는 선박에 도전선을 권선한 후, 큰 자기장을 교번으로 인가함에 따라 선박에 생성된 영구자기성분을 저감 또는 원하는 크기로 제어하기 위한 선박자기 탈자(脫磁 :Demagnetization) 기술과 선박에 탑재되어 탈자 후 남아있는 영구자기성분 및 유도자기성분을 저감하기 위한 선박자기 소자(消磁 : Degaussing) 기술로 구분된다.

즉 탈자 기술은 선박의 영구자기성분을 1차로 저감하는 기술이며, 소자 기술은 선박 내부에 구비된 소자코일 및 전원공급기를 이용하여, 탈자 후 선박에 잔류되어 있거나 새로이 발생되는 영구자기 및 유도자기와 반대방향의 자기장을 형성함으로써, 선박 운용 중 외부로 방출되는 자기장의 크기를 최소화하기 위한 2차 저감 기술이다.

소자는 탈자처리 후 함정에 남아있는 영구자화와 지구자기장에 의해 선체에 유도되는 유도자화에 의한 자기장 신호를 최소화시키기 위한 방법으로 함정 내부에 3축 방향으로 코일을 설치하고 코일에 최적의 전류를 인가하여 수중 자기장 신호를 최소화 시킨다.

자기처리 시설에서는 함정의 탈자와 정밀교정 업무를 수행한다. 여기서, 정밀교정이란 함정 자기신호를 발생 원인에 따라 영구자기장과 유도자기장으로 분리 및 3축 방향 성분으로 분리하고, 함정 내부에 3축 방향 성분으로 설치된 소자 코일에 인가할 전류의 방향 및 크기를 산출하는 과정을 말한다.

함정의 작전이 장기간 지속되는 경우, 함정의 영구자기장 성분이 변화하며, 이러한 경우 함정에 대해 다시 정밀교정을 수행하여 소자코일에 인가되는 전류치를 재산정하여야 한다.

하지만, 정밀교정을 위한 자기측정/처리소는 국내에 위치하고 있기 때문에, 대양에서 작전 중인 함정이 다시 자기측정/처리소로 복귀하기는 현실적으로 불가능하다. 대기뢰전 또는 적 기뢰가 매설되어 있을 것으로 예상되는 지역을 항해해야 하는 지휘관은 아함의 자기신호 상태가 대기뢰전 작전 임무 수행에 적합한지 국내로 복귀하여 자기신호를 측정해 보기 전까지는 알 수 없다. 또한, 전시 적 공격기뢰에 의한 자기측정/처리소 출입항로 봉쇄 또는 자기측정/처리소 피폭 시에는 함정 자기신호를 측정 및 자기정숙화를 실시할 수 있는 대체 장비가 없다는 한계가 있다.

한국 등록 특허 제10-1548667호 (등록)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 자기 센서를 구비하는 무인비행체를 이용함으로써 자기 센서와 수중운동체와의 정확한 상대적 위치를 고려하여 수중운동체에 의해 발생되는 자기 신호의 크기를 보다 정확하게 측정 가능한 자기 신호 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수중운동체의 자기 신호 측정 방법은, 무인비행체가 해수면 위를 비행하며 수중운동체에 의해 발생되는 제1 자기 신호를 감지하고, 상기 수중운동체의 현재 위치에 따른 제1 위치 정보를 획득하는 단계 및 자기 신호 측정장치가 상기 비행체로부터 상기 제1 자기 신호 및 제1 위치 정보를 전달 받고, 전달 받은 제1 자기 신호 및 제1 위치 정보를 기초로 기 설정된 알고리즘을 통해 기 설정된 수심에서의 수중운동체의 제1 자기 신호의 크기를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 위성 항법 장치가 상기 수중운동체의 일단부에 위치하여, 상기 수중운동체의 타단부로부터 자신의 위치까지의 거리에 대한 거리 정보를 포함하는 위성 항법 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 자기 신호 측정장치가 상기 위성 항법 장치로부터 상기 수중운동체의 일단부로부터 상기 위성 항법 장치의 위치까지의 거리에 대한 거리 정보 및 위성 항법 정보를 전달 받는 단계 및 상기 전달 받은 거리 정보 및 위성 항법 정보를 기반으로 상기 수중운동체의 길이(LOA), 상기 무인비행체의 현재 위치 정보 및 상기 수중운동체의 주행 방향을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 무인비행체가 상기 수중운동체의 자기 신호를 측정한 이후, 상기 수중운동체에서 발생되는 제2 자기 신호를 감지하고, 상기 수중운동체의 현재 위치에서의 제2 위치 정보를 획득하는 단계, 상기 자기 신호 측정장치가 상기 비행체로부터 상기 제2 자기 신호 및 제2 위치 정보를 전달 받고, 전달 받은 제2 자기 신호 및 제2 위치 정보를 기초로 상기 제2 자기 신호의 크기를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 자기 신호 측정장치가, 상기 제1 자기 신호의 크기와 상기 제2 자기 신호의 크기를 비교함으로써, 상기 수중운동체의 영구자화에 의한 영구자기장의 증가율을 산출할 수 있다.

또한, 상기 자기 신호 측정장치는, 상기 제1 자기 신호의 크기 대비 상기 제2 자기 신호의 크기의 초과 여부를 판단할 수 있다.

또한, 상기 자기 신호 측정장치가 상기 비행체로부터 전달 받은 자기 신호 및 위치 정보를 기초로 상기 자기 신호의 소스(source) 신호를 예측하는 단계를 더 포함하고, 상기 예측한 자기 신호의 소스 신호를 이용하여 상기 기 설정된 수심에서의 수중운동체의 자기 신호의 크기를 측정할 수 있다.

또한, 상기 자기 신호 측정장치가 측정한 상기 제1 자기 신호의 크기에 대한 제1 자기 신호 데이터 및 제2 자기 신호의 크기에 대한 제2 자기 신호 데이터를 저장부에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 기 설정된 알고리즘은 다이폴 모델(dipole modeling) 알고리즘일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수중운동체의 자기 신호 측정 시스템은 다음과 같은 효과를 도출 가능하다.

첫째, 전시 적 공격기뢰에 의한 자기측정/처리시설 출입항로 봉쇄 또는 피폭시에도 수중운동체에 대한 자기 신호를 측정 가능한 대체 시설이 확보 가능하다.

둘째, 원해 작전 소요 증가에 따라 작전해역 지구자기장 특성을 고려한 함정 자기 신호 관리로 기뢰에 의한 아함의 피폭 가능성이 감소한다.

셋째, 무인비행체를 이용하여 수중운동체의 자기 신호 측정을 수행하므로, 상기 수중운동체에 대한 자기 신호를 측정하는데 소요되는 시간을 현저하게 단축시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중운동체의 자기 신호 측정 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체(100)의 세부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체의 구조를 예시하여 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 신호 측정장치(200)의 세부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 신호 측정장치를 예시하여 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 정보 획득장치(300)의 세부 구성을 개략적으로 도시한 볼록도이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 정보 획득장치를 예시하여 도시한 도면이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중운동체의 자기 신호 측정 시스템의 운용 개념을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행운동체가 기동 시나리오에 따라 비행하는 비행 경로에 대하여 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중운동체의 자기 신호 측정 방법을 시간의 흐름에 따라 도시한 흐름도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록"등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로구현될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

종래에 이용되어 왔던 무인 수중운동체를 이용하여 측정하고자 하는 자기 신호를 발생시키는 수중운동체(이하, 함정)의 자기 신호를 측정하는 방법은 무인 수중운동체가 직접 함정의 길이 방향으로 이동하며 함정의 자기 신호의 크기를 측정하는 방법이다. 이러한 방법은 가장 큰 문제점은 무인 수중운동체의 정확한 위치를 알 수 없다는 점이다.

수중에서는 전파를 이용한 통신이 제한되기 때문에, GPS를 이용한 무인 수중운동체의 절대 위치 측정이 불가능하다는 한계가 있다. 함정 자기 신호의 측정에서 가장 중요한 요소 중 한가지는 함정과 자기 센서간 상대위치이다. 자기 신호는 거리에 따른 신호 감쇄가 상당히 크다는 특징이 있다.

또 다른 문제점은 무인 수중운동체의 기동을 위한 프로펠러 모터의 자기 신호 노이즈이다. 무인 수중운동체는 크기의 제한으로 인하여 모터와 자기 센서 간 이격 거리가 상대적으로 가깝기 때문에 이에 대한 노이즈가 발생하여 함정의 자기신호보다 큰 신호로 측정될 수 있다.

이하에서는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수중운동체의 자기 신호 측정 시스템 및 방법을 관련된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중운동체의 자기 신호 측정 시스템(이하, 자기 신호 측정 시스템)(10)의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자기 신호 측정 시스템(10)은 무인비행체(100), 자기 신호 측정장치(200) 및 위성 항법 정보 획득장치(300)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 무인비행체(100)는 해수면 위를 비행하며, 수중운동체에 의해 발생되는 자기 신호(magnetic signature)를 감지하고, 자신이 위치하고 있는 지점에 대한 무인비행체의 위치 정보를 획득할 수 있다.

예컨대, 본 발명의 무인비행체(100)는 수중운동체 마스트(mast) 위를 비행하며, 수중운동체의 자기 신호와 상기 무인비행체의 위치 정보, 그리고 영상 신호를 획득할 수 있다. 여기서 상기 수중운동체의 자기 신호는 수중운동체에 의해 발생되는 자기 신호(magnetic signature)로, 무인비행체(100) 내에 구비된 센서에 의해 감지될 수 있다. 또한, 상기 위치 정보는 현재 무인비행체의 위치에 대한 위치 정보로서 위치 좌표 값으로 나타낼 수 있다. 그리고, 상기 영상 신호는 무인비행체가 상기 수중운동체 및 수중운동체가 위치하는 영역 주변에 대한 영상을 포함하는 영상 신호일 수 있다.

이렇게, 무인비행체(100)는 획득된 자기 신호, 위치 정보 및 영상 신호를 자기 신호 측정장치(200)로 전송한다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체(100)는 획득한 자기 신호, 위치 정보 및 영상 신호를 통합하여 하나의 통합신호로 생성하여, 생성된 통합신호를 자기 신호 측정장치(200)로 전송하도록 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자기 신호 측정장치(200)는 무인비행체(100)로부터 자기 신호 및 위치 정보를 전달 받고, 전달 받은 자기 신호 및 위치 정보를 기초로 기 설정된 알고리즘을 통해 기 설정된 수심에서의 수중운동체의 자기 신호의 크기를 측정할 수 있다.

예컨대, 본 발명의 자기 신호 측정장치(200)는 수중운동체에 마련되어, 무인비행체(100)로부터 전송된 자기 신호, 위치 정보 및 영상 신호가 통합된 통합 신호를 수신하고, 수신된 통합 신호를 기반으로 다이폴 모델(dipole modeling) 알고리즘을 이용하여, 수중운동체의 자기 신호에 대한 소스(source) 신호를 예측할 수 있다. 예측된 소스 신호를 이용하여, 수중운동체의 기 설정된 깊이 위치에서의 수중운동체의 자기 신호의 크기를 측정하게 된다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 위성 항법 정보 획득장치(300)는 수중운동체의 일단부에 위치하여, 수중운동체의 타단부로부터 자신의 위치까지의 거리에 대한 거리 정보 및 위성 항법 정보(GPS 또는 DGPS 정보)를 획득할 수 있다.

예컨대, 본 발명의 위성 항법 정보 획득장치(300)는 상기 거리 정보 및 위성 항법 정보를 획득하기 위하여, 수중운동체의 길이 라인(keel line)에서의 함수와 함미에 DGPS가 각각 복수개로 설치되어, 복수개의 DGPS가 자신의 위치를 기반으로 수중운동체의 일 지점으로부터의 거리에 대한 정보를 획득하여 이렇게 획득된 거리 정보 및 위성 항법 정보 정보를 자기 신호 측정장치(200)로 전달하도록 구현될 수 있다.

이에 따라, 자기 신호 측정장치(200)는 위성 항법 정보 획득장치(300)로부터 상기 거리 정보 및 위성 항법 정보를 수신하고, 수신된 거리 정보 및 위성 항법 정보를 이용하여 수중운동체의 길이(LOA), 수중운동체의 위치 대비 무인비행체(100)의 상대적 위치에 대한 정보 또는 무인비행체의 현재 위치에 대한 현재 위치 정보 그리고 수중운동체의 주행 방향에 대한 정보를 산출할 수 있다.

본 발명의 자기 신호 측정 시스템을 구성하는 비행운동체, 자기 신호 측정장치 및 위성 항법 정보 획득장치 각각의 동작원리에 대하여 이하 도2 내지 도7을 참고하여 보다 상세하게 후술하도록 한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체(100)의 세부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체의 구조를 예시하여 도시한 도면이며, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 신호 측정장치(200)의 세부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 신호 측정장치를 예시하여 도시한 도면이며, 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 정보 획득장치(300)의 세부 구성을 개략적으로 도시한 볼록도이고, 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 정보 획득장치를 예시하여 도시한 도면이다.

먼저, 도2 및 도3을 참조하면, 본 발명의 무인비행체(100)는 로터(rotor)(110), Fluxgate 자기센서(120), 짐벌(gimbal)(130), GPS(140), 저장부(150), 통합 신호 송신부(160), 영상 획득부(170), 전력 공급부(180) 및 영상 신호 송신부(190)를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 무인비행체(100)는 적어도 30kg 이상의 추력을 발생시킬 수 있고, 이에 따라 무인비행체의 로터(110)는 안전성을 확보하기 위하여 예컨대 900급 이상의 헥사멀티로터(Hexamultirotor) 또는 헥사콥터(Hexacopter)(이하, 헥사멀티로터를 이용할 수 있다. 헥사멀티콥터는 기체의 무게 대비 충분한 추력이 발생 가능하다면, 무인비행체에 구비된 프로펠러(propeller)들 중 일부가 이상이 있다 하더라도 정상적인 착륙(landing)이 가능하다는 장점이 있다.

Fluxgate 자기센서(120)는 3축 방향(예를 들어, x, y, z축)의 differential core로 구성되어, 수중운동체의 자기 신호를 측정하기 위한 자기센서이다. Fluxgate 자기센서(120)는 최초 기동 시 로터(110)(예를 들어, 밀리로터)의 자기 신호와 지구자기장의 자기 신호를 측정하여 통합 신호 송신부(160)를 통해 자기 신호 측정장치(200)로 전송할 수 있다. 여기서, 상기 통합 신호 송신부(160)로부터 송신되는 통합신호에는 자기 신호, 무인비행체의 위치 정보 그리고 time tag가 포함되어 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예로, 무인비행체(100)에 Fluxgate 자기센서가 아닌 다른 종류의 센서를 탑재함으로써 다양한 산업 분야에 이용 가능하다. 예를 들어, Fluxgate 자기센서 대신 IR 카메라를 구비함으로써 해양 조난자 수색 임무가 가능하다. IR 카메라는 야간에도 인체에서 발생하는 열을 감지할 수 있으며, 이러한 장비를 이용하면 해양 조난자 수색에 유용하다. 또한, Fluxgate 자기센서 대신 가시광선 카메라 및 전기장 센서를 구비하면, 전력선 고장 확인 임무가 가능하다. 송전 전압은 고전압을 이용하는 것이 바람직하며, 이 경우 안정을 위하여 송전탑은 적어도 100m 이상으로 설치하는 것이 바람직하다.

일 예로, 본 발명의 짐벌(130)는 요(yaw) 축의 움직임 없이 무인비행체의 주행 방향과 일치하도록 롤(roll) 축과 피치(pitch) 축으로만 움직일 수 있도록 구현될 수 있다. 또한, 도3에 도시된 바와 같이 짐벌(130)는 absorber와 연결되어 마련될 수 있고, 이에 따라 짐벌(130)는 비행 중 가속도 발생 시에도 영상 획득부와 Fluxgate 자기 센서의 일정한 자세를 유지시켜 줄 수 있다.

무인비행체의 GPS(140)는 무인비행체의 위치정보와 시간정보를 획득하기 위한 구성이다. 본 발명의 GPS(140)는 예컨대 GPS 또는 글로나스(GLONASS) 위성이 적어도 15 내지 20개 이상 수신 가능한 성능의 하드웨어로 구비될 수 있다.

저장부(150)는 자기센서(120)에서 측정한 자기신호 및 현재 위치에 대한 위치 정보를 통합한 통합 신호를 저장한다. 이와 같이 저장된 통합 신호는 수중운동체의 자기장 데이터를 사후에 분석하는 경우에 사용될 수 있다.

통합 신호 송신부(160)는 상기 통합 신호를 자기 신호 측정장치(200)로 송신하기 위한 구성이다.

그리고, 영상 획득부(170)는 무인비행체(100)의 비행 위치 및 상태 등을 촬영함에 따라 영상 신호를 획득하는 카메라로 구현될 수 있다. 이렇게, 영상 획득부(170)로부터 획득된 영상 신호는 영상 신호 송신부(190)를 통해 자기 신호 측정장치(200)로 송신된다. 즉, 자기 신호 측정장치(200)는 수중운동체에 대한 자기 신호, 무인비행체에 대한 위치 정보 및 상기 영상 신호를 전달 받게 된다.

그리고, 전력 공급부(180)는 무인비행체에서 필요로 하는 전력을 공급하는 배터리(battery)로 마련될 수 있고, 일 실시예에 따른 전력 공급부(180)는 무게 대비 방전율이 좋은 Li-po 계열을 적용하며, 무인비행체의 연속 운용을 적어도 20분 이상 유지할 수 있도록 하는 제품을 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도4 내지 도5를 참고하여 본 발명의 자기 신호 측정장치(200)의 구성 및 동작에 대하여 설명하도록 한다. 본 발명의 자기 신호 측정장치(200)는 도4에 도시된 바와 같이, 통합 신호 수신부(210), DGPS 정보 수신부(220), 영상 신호 수신부(230), 자기 신호 분석부(240), DGPS 정보 처리부(250), 로터 제어부(260) 및 영상 전시부(270)를 더 포함할 수 있다.

먼저, 통합 신호 수신부(210)는 무인비행체로부터 수중운동체에 대한 자기 신호 및 무인비행체의 위치 정보가 통합된 통합 신호를 수신한다.

DGPS 정보 수신부(220)는 위성 항법 정보 획득장치(300)로부터 획득된 위성 항법 정보(DGPS)를 수신할 수 있고, 영상 신호 수신부(230)는 무인비행체(영상 신호 송신부, 190)에서 송신한 영상 신호를 수신한다.

일 실시예에 따르면, 본 발명의 자기 신호 측정장치(200)는 도면에 따로 도시하지는 않았으나, 무인비행체(100)의 비행 경로를 설정하기 위한 기동 시나리오를 생성하는 기동 시나리오 생성부를 더욱 포함할 수 있다. 예컨대, 기동 시나리오 생성부는 도9에 도시된 바와 같이, 수중운동체의 길이 방향인 keel line의 직선 방향, 수중운동체 길이의 적어도 2배 이상 되는 거리를 최소 3회 왕복하는 기동 시나리오 및 수중운동체의 길이 방향으로 일단부터 타단까지 자기 신호에 따른 빔 폭(Beam width) 1/2 위치에서 길이 방향으로 수중운동체의 길이의 최소 2배 이상 되는 거리를 최소 3회 왕복하는 기동 시나리오를 생성할 수 있다.

DGPS 정보 처리부(250)는 이렇게 수신된 영상 신호를 이용하여 수중운동체의 위치, 수중운동체의 길이(LOA) 및 수중운동체의 주행 방향을 산출할 수 있다.

자기 신호 분석부(240)는 통합 신호 수신부(210)로부터 수신된 통합 신호를 전달 받아, 수중운동체의 위치에 대한 정보, 상기 수중운동체의 위치에 대한 정보가 획득된 시점(time tag) 그리고 상기 시점에서 감지된 수중운동체의 자기 신호를 테이블로 정리한다.

이렇게 테이블로 저장되는 데이터는 예를 들어 수중운동체의 길이 방향(예를 들어, keel line 방향)으로 왕복 3회 측정한 데이터, 수중운동체의 일단부에서 길이 방향으로 왕복 3회 측정한 데이터, 수중운동체의 타단부에서 길이 방향으로 왕복 3회 측정한 데이터로 편도를 기준으로 총 18개의 데이터가 저장될 수 있다.

자기 신호 분석부(240)는 이렇게 저장된 데이터를 기반으로 역문제 해석을 통한 다이폴 모델(dipole modeling) 알고리즘을 통해 수중운동체의 자기 신호의 소스(source) 신호(발생원)을 예측하고, 예측된 상기 자기 신호의 소스 신호를 이용하여 수중운동체의 기 설정된 수심에서의 자기 신호의 크기를 측정할 수 있게 된다. 여기서, 상기 기 설정된 수심은 수중운동체에 의해 발생되는 자기 신호에 따른 빔 폭(Beam width)에 해당하는 빔 깊이(이하, Beam depth)일 수 있다.

신호원으로부터 자기신호 측정장치까지의 거리를 r이라 할 때, 자기신호는 1/r³으로 변화한다. 수중운동체에 대한 자기 신호 한계치 또는 기준치는 자기 신호의 값으로 정의되는데, 통상적으로 대형 수중운동체와 소형 수중운동체에 대한 자기 신호 한계치 또는 기준치는 수중운동체 하측으로부터 자기 신호를 측정하는 상측까지의 상대 거리가 다르기 때문에 동일한 수치를 이용한다. 여기서, 상기 상대 거리를 빔 깊이(Beam deapth)라 할 수 있다. 즉, 빔 깊이(Beam depth)란 해수면으로부터 수중운동체의 형상에 따른 다양한 폭 길이 중 가장 큰 폭 길이에 따른 수중 거리로 정의할 수 있다. 예컨대, 수중운동체의 빔 폭(Beam width)은 10 내지 40m로 형성될 수 있고, 자기신호 측정은 해수면으로부터 해저면 방향으로 10 내지 40m 깊이에서 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 자기 신호 분석부(240)는 측정된 자기 신호가 초기에 수행된 정밀교정 시점에 비하여 어느 정도 변화하였는지 분석 가능하며, 수중운동체의 자기 한계치 대비 수준을 제시할 수 있고, 최종적으로 대기뢰전 또는 기뢰 위험지역에 대한 항해 가능 여부에 대하여 권고할 수 있도록 구현될 수 있다.

여기서, 정밀교정이란 수중운동체의 자기 신호 발생 원인에 따라 영구자기장과 유도자기장으로 분리하고, 3축 방향(예를 들어, x, y, z축) 성분으로 분리하여, 수중운동체에 의해 발생하는 수중 자기장 신호를 최소화시키기 위해 수중운동체 내부에 마련된 소자 코일에 인가하고자 하는 전류를 산출하는 과정이다.

그리고, 본 발명의 로터 제어부(260)는 기동 시나리오 생성부에 의해 생성된 기동 시나리오에 의해 자동 비행하는 무인비행체(100)를 수동으로 제어하는 경우 사용하는 구성으로서, 멀티로터 기동에 필요한 4채널과 짐벌 제어에 필요한 2채널, Fluxgate 자기 센서 동작 명령에 필요한 1채널, 통합 신호 및 영상 신호 전송 명령에 필요한 2채널, 비상 시 랜딩 기어(landing gear) 작동에 필요한 1채널, RTH(Return to Home) 기능에 필요한 1채널 등 최소 11채널 이상으로 동작 가능하다.

마지막으로, 영상 전시부(270)는 무인비행체(100)의 영상 획득부(170)에서 획득된 영상 신호를 화면으로 전시할 수 있다.

다음으로, 도6 내지 도7를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 위성 항법 정보 획득장치(300)에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 정보 획득장치(300)는 제1 DGPS(310), 제2 DGPS(320) 및 DGPS 정보 송신부(330)를 더욱 포함할 수 있다.

제1 DGPS(310)는 수중운동체의 일단에 위치하는 GPS로 예를 들어, GPS 스탠드와 결합하여 수중운동체의 함수에 설치될 수 있다. 이때, 제1 DGPS 설치 시 함수 끝 부분에서 제1 DGPS가 설치된 위치까지의 거리를 기록해둘 수 있다. 그리고, 제2 DGPS(320)는 수중운동체의 타단에 위치하는 GPS로, 예를 들어 GPS 스탠드와 결합하여 수중운동체의 함미에 설치될 수 있다. 마찬가지로, 제2 DGPS 설치 시 함미 끝 부분에서 제2 DGPS가 설치된 위치까지의 거리를 기록해둘 수 있다.

그리고, DGPS 정보 송신부(330)는 상기 제1 및 제2 DGPS(310, 320)로부터 획득된 DGPS 정보(위성 항법 정보)를 자기 신호 측정장치(200)로 송신한다.

도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중운동체(20)의 자기 신호 측정 시스템의 운용 개념을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

무인비행체(100)는 수중운동체(20)의 mast의 5 내지 7m 이내 높이(800), 수중운동체(20)의 길이 방향으로 수중운동체(20) 함미 끝에서 수중운동체의 길이(LOA)의 1/2에 해당하는 위치(810)에서부터 수중운동체(20)의 함수 끝으로부터 LOA의 1/2에 해당하는 위치(820)까지 비행하며, 최초 통합신호를 획득한다.

도8에 도시된 그래프에서 파란색 그래프는 수중운동체(20)의 자기 신호 한계치를 의미하며, 녹색 그래프가 파란색 그래프 상단으로 넘어가게 되면 수중운동체(20)는 작전지역에서 대기뢰전 임무 수행이 불가능하다. 빨간색 그래프는 정밀 교정 후 자기 신호로 녹색 그래프와 빨간색 그래프의 비교를 통해 수중운동체(20)의 영구자기장이 50% 이상 변화하였음을 확인 가능하며, 대기뢰전 임무 수행은 가능하지만, 근 시일 내에 자기처리가 필요하다는 것을 알 수 있다.

도8에서 빨간색과 녹색의 그래프의 형태는 정밀교정 실시 후 수중운동체 내부에 설치된 소자코일에 의해 수중운동체의 자기 신호가 상쇄되었기 때문에 나타나는 형태이다.

도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행운동체(100)가 기동 시나리오에 따라 비행하는 비행 경로에 대하여 설명하기 위해 도시한 도면이다. 최초 무인비행체(100)는 수중운동체(20)의 길이 방향과 같은 방향으로 3회 왕복 기동하여 수중운동체(20)의 자기 신호를 측정하며, 이후 수중운동체(20)의 일단으로부터 수중운동체의 길이 방향(예컨대, keel line과 같은 방향)으로 3회 왕복 기동한다. 이어서 타단에서 길이 방향으로 3회 왕복 기동하여 수중운동체(20)의 자기 신호의 크기 측정 동작을 종료한다.

도10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중운동체의 자기 신호 측정 방법을 시간의 흐름에 따라 도시한 흐름도이다.

먼저, 본 발명의 수중운동체의 자기 신호 측정 시스템(10)은 이전에 수중운동체의 자기 신호 크기에 대하여 측정하였던 자기 신호 데이터를 보유하고 있는지 확인할 수 있다(S1000).

또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 자기 신호 측정 시스템(10)은 최초 자기 신호 측정 시스템이 전원 ON이 되면, 임무 선택을 수행할 수 있다. 임무는 정밀교정 후 수중운동체의 자기 신호 크기에 대한 데이터 보유 여부에 따라 선택이 가능하고, 정밀교정 임무는 수중운동체에 따라 반복 수행 가능하다. 정밀교정 후 수중운동체 자기 신호 측정 임무 선택 시 수중운동체 정밀교정 완료 여부를 확인할 수 있다.

자기 신호 데이터를 보유하고 있지 않다면, S1100단계로 진행되어, 위성 항법 정보 획득장치(300)는 수중운동체 상에 구비되어, 수중운동체의 일단부로부터 자신의 위치까지의 거리에 대한 거리 정보를 포함하는 위성 항법 정보(이하, DGPS 신호)를 생성(S1110)하고, 생성된 DGPS 신호를 자기 신호 측정장치(200)로 전달하여, 자기 신호 측정장치는 위성 항법 정보 획득장치로부터 DGPS 신호를 전달 받아 저장한다.

이에 따라, 도10에는 도시하지 않았으나, 자기 신호 측정장치(200)는 상술한 바와 같이 상기 전달 받은 DGPS 신호를 기반으로 수중운동체의 위치 정보, 수중운동체의 길이(LOA) 및 수중운동체의 주행 방향을 산출한다.

또한, 자기 신호 측정장치(200)는 산출된 정보를 이용하여 무인비행체(100)의 기동 시나리오를 생성 및 산출할 수 있다.

이에 따라, 무인비행체(100)의 전원이 ON 되면 무인비행체(100)와 자기 신호 측정장치(200)가 서로 통신하며 자동으로 자기 신호 측정장치(200)로부터 생성된 기동 시나리오가 무인비행체(100)에 업로드 되고, 무인비행체(100)는 상기 기동 시나리오에 따라 비행을 시작한다.

이렇게, 무인비행체(100)는 상기 기동 시나리오 따라서 비행을 하며, 수중운동체에 의해 발생되는 자기 신호를 감지하고, 이렇게 감지된 자기 신호를 자기 신호 측정장치(200)로 전송한다(S1110).

S1110 단계에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, 무인비행체(100)는 수중운동체의 자기 신호, 무인비행체의 위치 정보 및 time tag가 통합된 통합신호를 자기 신호 측정장치로 전송한다.

그리고, 자기 신호 측정장치(200)가 상기 무인비행체(100)로부터 감지된 자기 신호를 정상적으로 수신하였는지 판단함(S1120)에 따라 정상적으로 수신되었다면, S1130 단계에서 자기 신호 측정장치(200)는 수신된 자기 신호를 기반으로 다이폴 모델(dipole modeling) 알고리즘을 수행한다.

자기 신호 측정장치(200)는 수신된 자기 신호를 기반으로 다이폴 모델 알고리즘을 수행함에 따라 기준 수심(기 설정된 수심, 예컨대, 자기신호에 따른 빔의 깊이(beam depth)에서의 수중운동체의 자기 신호 크기를 측정한다(S1140).

그리고, 자기 신호 측정장치(200)는 측정된 수중운동체의 자기 신호 크기에 대한 데이터를 저장해둔다(S1150).

상술한 바와 같은 동작단계 이후 시점에서 다시 수중운동체의 자기 신호 크기를 측정하고자 하는 경우, 다시 S1000 단계로 돌아가 S1200 단계로 진행하게 된다. S1200 단계부터 S1240 단계까지는 상술한 S1100 단계부터 S1140 단계까지 동일하게 동작한다.

그리고, S1240 단계에서 측정된 자기 신호 크기에 대한 데이터와 S1150 단계에서 저장되었던 자기 신호 크기에 대한 데이터를 로딩함으로써 두 데이터를 서로 비교 분석한다(S1250).

S1250 단계에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 본 발명의 자기 신호 측정장치(200)는 과거 시점 및 위치에서 측정했던 수중운동체의 자기 신호 크기(S1140) 대비 현재 시점 및 위치에서 측정한 자기 신호 크기(S1240)가 초과했는지 여부를 확인하고, 또한 현재 시점 및 위치에서 측정한 자기 신호 크기(S1240)가 기 설정된 임계치를 초과하였는지 여부를 판단한다.

S1250 동작 단계에 의해 수중운동체 자기 신호에 대한 영구자기장의 증가율을 확인 가능하며, 이를 이용하여 수중운동체의 최적 자기 처리 시기를 용이하게 도출할 수 있다.

이에 따라, 자기 신호 측정장치(200)는 S1250 단계에서의 비교 분석 결과를 화면으로 전시하고, 결과에 따라 최종적으로 대기뢰전 작전 가능 여부를 판단함(S1260)으로써 사용자에게 알리도록 구현될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 자기 신호 측정 시스템
20: 수중운동체
100: 무인비행체
110: 로터
120: Fluxgate 자기 센서
130: 짐벌
140: GPS
150: 저장부
160: 통합 신호 송신부
170: 영상 획득부
180: 전력 공급부
190: 영상 신호 송신부
200: 자기 신호 측정장치
210: 통합 신호 수신부
220: DGPS 정보 수신부
230: 영상 신호 수신부
240: 자기 신호 분석부
250: DGPS 정보 처리부
260: 로터 제어부
270: 영상 전시부
300: 위성 항법 정보 획득장치
310: 제1 DGPS
320: 제2 DGPS
330: DGPS 정보 송신부

Claims

무인비행체가 해수면 위를 비행하며 수중운동체에 의해 발생되는 제1 자기 신호를 감지하고, 상기 수중운동체의 위치 정보를 분석하기 위한 제1 영상 신호 및 상기 무인비행체의 현재 위치에 따른 제1 위치 정보를 획득함에 따라, 상기 제1 자기 신호, 상기 제1 영상 신호 및 상기 제1 위치 정보가 통합된 제1 통합 신호를 생성하는 단계;
자기 신호 측정장치가 상기 무인비행체로부터 상기 제1 통합 신호를 전달 받고, 전달 받은 제1 통합 신호를 기초로 기 설정된 알고리즘을 통해 기 설정된 수심에서의 상기 수중운동체의 제1 자기 신호의 크기를 측정하는 단계;
위성 항법 장치가 상기 수중운동체의 일단부에 위치하여, 상기 수중운동체의 타단부로부터 자신의 위치까지의 거리에 대한 거리 정보 및 위성 항법 정보를 획득하는 단계;
상기 자기 신호 측정장치가 상기 위성 항법 장치로부터 상기 거리 정보 및 상기 위성 항법 정보를 전달 받는 단계;
상기 자기 신호 측정장치가 상기 전달 받은 거리 정보 및 위성 항법 정보를 기반으로 상기 수중운동체의 길이(LOA)를 산출하고, 상기 무인비행체에서 획득된 상기 제1 영상 신호를 기반으로 상기 수중운동체의 현재 위치 정보 및 주행 방향을 산출하는 단계; 및
상기 자기 신호 측정장치가 상기 제1 위치 정보, 상기 수중운동체의 주행 방향 및 상기 수중운동체의 길이를 고려하여 상기 제1 자기 신호의 크기를 측정한 이후 상기 수중운동체에서 발생되는 자기 신호를 측정하기 위해, 상기 무인비행체의 비행 경로를 설정하기 위한 기동 시나리오를 생성하는 단계;
를 포함하는 수중운동체의 자기 신호 측정 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 무인비행체가 상기 수중운동체에서 발생된 상기 제1 자기 신호를 측정한 이후, 상기 수중운동체에서 발생되는 제2 자기 신호를 감지하고, 상기 수중운동체의 현재 위치에서의 제2 위치 정보를 획득하여 상기 제2 자기 신호 및 상기 제2 위치 정보가 통합된 제2 통합 신호를 생성하는 단계;
상기 자기 신호 측정장치가 상기 무인비행체로부터 상기 제2 통합 신호를 전달 받고, 전달 받은 제2 통합 신호를 기초로 상기 제2 자기 신호의 크기를 측정하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중운동체의 자기 신호 측정 방법.
제4항에 있어서,
상기 자기 신호 측정장치가,
상기 제1 자기 신호의 크기와 상기 제2 자기 신호의 크기를 비교함으로써, 상기 수중운동체의 영구자화에 의한 영구자기장의 증가율을 산출하는 것을 특징으로 하는 수중운동체의 자기 신호 측정 방법.
제5항에 있어서, 상기 자기 신호 측정장치는,
상기 제1 자기 신호의 크기 대비 상기 제2 자기 신호의 크기의 초과 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 수중운동체의 자기 신호 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 자기 신호 측정장치가 상기 무인비행체로부터 전달 받은 자기 신호 및 상기 제1 위치 정보를 기초로 상기 제1 자기 신호의 소스(source) 신호를 예측하는 단계를 더 포함하고,
상기 자기 신호 측정장치는 상기 예측한 자기 신호의 소스 신호를 이용하여 상기 기 설정된 수심에서의 상기 수중운동체의 제1 자기 신호의 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 수중운동체의 자기 신호 측정 방법.
제4항에 있어서,
상기 자기 신호 측정장치가 측정한 상기 제1 자기 신호의 크기에 대한 제1 자기 신호 데이터 및 제2 자기 신호의 크기에 대한 제2 자기 신호 데이터를 저장부에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중운동체의 자기 신호 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 기 설정된 알고리즘은 다이폴 모델(dipole modeling) 알고리즘인 것을 특징으로 하는 수중운동체 자기 신호 측정 방법.
제1항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 수중운동체 자기 신호 측정 방법을 위한 분석 방법을 컴퓨터에서 수행하기 위한 컴퓨터에서 판독 가능한 프로그램이 기록된 저장 매체.