KR101994104B1 - 수중 글라이더에 구비되는 바운스 경로 결정장치 - Google Patents

수중 글라이더에 구비되는 바운스 경로 결정장치 Download PDF

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송선호
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 수심에 따라 상승 운동 또는 하강 운동을 반복적으로 수행하는 수중 글라이더에 탑재되는 바운스 경로 결정장치는, 음향센서를 이용하여 음향신호를 송수신함에 따라 수중 객체를 탐지하는 음향탐지모듈, 현재 수심에 따른 부력을 측정하여 부력 측정값을 획득하는 부력 센서, 상기 수중 글라이더의 자세 각을 측정하는 자세 측정센서 및 상기 부력 측정값 및 상기 수중 글라이더의 자세 각을 고려하여, 상기 음향탐지모듈의 지향 각도를 제어하는 지향각 제어모듈을 포함할 수 있다.

Description

수중 글라이더에 구비되는 바운스 경로 결정장치 {Apparatus for determining driving path loaded in underwater glider}
본 발명의 바운스 경로 결정장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 수심에 따라 상승 운동 또는 하강 운동을 반복적으로 수행하는 수중 글라이더에 탑재되는 바운스 경로 결정장치에 관한 것이다.
수중 글라이더는 부력 조절을 통해 상승 동작과 하강 동작을 반복하면서 장시간 해양의 정보를 수집하는 수중운동체이다.
이렇게, 속을 주행하는 과정에서, 해양에서의 수중 글라이더의 현재 수심에 따른 부력 상태가 음성부력인 경우에 수중 글라이더는 자유낙하 운동을 하면서 전진하고, 해수면이 탐지되면 부력을 양성으로 조절하여 상승 운동을 하면서 전진한다.
일반적으로 수중 글라이더는 이러한 움직임을 반복하면서 장시간 운용하는데, 기존에는 전방탐지용 소나(sonar)를 사용하였으며, 사선으로 상승/하강 운동을 할 경우, 해저면/해수면으로 향하는 수중 글라이더의 입사 각도에 따라 음향 신호의 반사도가 낮아지게 된다. 즉, 도1의 (a)에 도시된 바와 같이 수중 글라이더의 입사 각도에 의해 발생하는 산란현상으로 인해 수중 글라이더의 탐지 효율이 저하된다.
이와 같은 이유로 종래에는 송신 파형의 크기를 증가시키거나, 수신 이득을 높여야 했고, 그에 따라 에너지 소모량이 발생하게 되어, 제한된 에너지 소스로 인한 운용시간이 줄어들게 된다는 한계가 있었다.
또한, 수중 글라이더의 입사 각도에 따라 해저면 반사정보가 수신되지 않을 경우에 수중 글라이더가 해저면과 충돌할 수 있다는 문제점이 있다.
한국 등록 특허 제10-1140604호 (등록)
상기 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 바운스 경로 결정장치는, 현재의 부력, 압력 그리고 자세에 따라 음향 신호를 송수신하는 송수신 방향을 다르게 제어함으로써 높은 반사도를 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수심에 따라 상승 운동 또는 하강 운동을 반복적으로 수행하는 수중 글라이더에 탑재되는 바운스 경로 결정장치는, 음향센서를 이용하여 음향신호를 송수신함에 따라 수중 객체를 탐지하는 음향탐지모듈, 현재 수심에 따른 부력을 측정하여 부력 측정값을 획득하는 부력 센서, 상기 수중 글라이더의 자세 각을 측정하는 자세 측정센서 및 상기 부력 측정값 및 상기 수중 글라이더의 자세 각을 고려하여, 상기 음향탐지모듈의 지향 각도를 제어하는 지향각 제어모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 지향각 제어모듈은, 상기 음향탐지모듈과 물리적으로 연결되어, 상기 음향탐지모듈이 지향하는 지향 각도를 제어하는 짐벌(gimbal) 및 상기 수중 글라이더의 자세 각 및 상기 부력 측정값을 고려하여 상기 지향 각도를 산출하고, 상기 음향탐지모듈을 상기 산출된 지향 각도로 제어하기 위해 제어 명령을 생성하여 생성된 제어 명령을 상기 짐벌로 인가하는 지향각 산출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지향각 제어모듈은, 상기 부력 측정값 및 상기 수중 글라이더의 자세 각을 기반으로 상기 수중 글라이더가 상승 운동 중인 제1 상태, 하강 운동 중인 제2 상태 및 기 설정된 수심 영역에 도달한 제3 상태 중 하나에 따른 상기 수중 글라이더의 상태를 판단하는 상태 판단부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 지향각 산출부는, 수평 상태에서의 상기 수중 글라이더의 자세 각으로 정의되는 기준 각도로부터 변환된 현재 시점에서의 상기 수중 글라이더의 자세 각에 따른 변환 각을 기초로 상기 지향 각도를 산출하되, 상기 부력 측정 값을 더욱 고려하여 상기 음향탐지모듈의 회전 방향을 결정하고, 상기 짐벌은 상기 결정된 회전 방향으로 상기 산출된 지향 각도만큼 상기 음향탐지모듈을 회전시킬 수 있다.
또한, 상기 지향각 제어모듈은, 상기 부력 측정값 및 상기 수중 글라이더의 자세 각을 기반으로, 상기 음향탐지모듈의 지향 각도를 해수면을 향하는 제1 방향 또는 해저면을 향하는 제2 방향 또는 전방을 향하는 제3 방향 중 하나의 방향으로 지향하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 현재 수심에 따른 압력을 측정하여 압력 측정값을 획득하는 압력 센서를 더 포함하고, 상기 지향각 제어모듈은, 상기 압력 센서로부터 획득된 상기 압력 측정값을 더욱 고려하여 상기 음향탐지모듈의 지향 각도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 짐벌은, 상기 지향각 산출부로부터 산출된 상기 지향 각도에 따라 상기 음향탐지모듈을 회전시키는 스텝모터(stepper motor)를 더 포함하고, 상기 스텝모터는 상기 제어 명령에 따른 상기 지향 각도로 상기 음향탐지모듈의 측면부에 배치되어 상기 음향탐지모듈을 회전시킬 수 있다.
또한, 상기 짐벌은, 상기 음향탐지모듈과 상기 스텝모터를 연결하는 모터 회전축, 상기 모터 회전축의 적어도 일부를 커버하며, 자력을 이용하여 상기 음향탐지모듈과 상기 짐벌을 결속시키는 마그네틱 패드를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 바운스 경로 결정장치는, 현재의 부력, 압력 그리고 자세에 따라 음향 신호를 송수신하는 송수신 방향을 다르게 제어함으로써 높은 반사도를 유지하여 적은 에너지로도 높은 탐지 효율로 운용할 수 있는 효과가 있다.
도1은 종래의 수중 글라이더와 본 발명의 수중 글라이더의 구동 원리를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 글라이더에 탑재되는 바운스 경로 결정장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 글라이더의 주행 경로를 예시하여 도시한 도면이다.
도4 내지 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 상태에 따라 음향탐지모듈의 지향 각도를 제어하는 바운스 경로 결정장치의 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향탐지모듈을 제어하고자 하는 지향 각도를 계산하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향탐지모듈과 지향각 탐지모듈의 연결상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도9는 음향탐지모듈과 지향각 제어모듈 사이에서 바라본 측면도(A)를 예시하여 도시한 도면이다.
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.
수중 글라이더는 부력 조절을 통해 상승 동작과 하강 동작을 반복하면서 장시간 해양의 정보를 수집하는 수중운동체이다. 이렇게, 해양 속을 주행하는 과정에서, 해양에서의 수중 글라이더의 현재 수심에 따른 부력 상태가 음성부력인 경우에 수중 글라이더는 자유낙하 운동을 하면서 전진하고, 해수면이 탐지되면 부력을 양성으로 조절하여 상승 운동을 하면서 전진한다.
종래의 전방탐지용 소나(sonar)를 사용하는 수중 글라이더의 입사 각도에 따라 음향 신호의 반사도가 낮아지게 되어, 입사 각도에 의해 발생하는 산란현상으로 인해 수중 글라이더의 탐지 효율이 저하되는 단점이 있다.
이와 같은 종래의 전방탐지용 수중 글라이더의 단점을 해결하기 위한 본발명의 탐지 성능을 향상시키는 바운스 경로 결정장치 및 이를 이용하는 수중 글라이더의 구성을 관련된 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.
도1은 종래의 수중 글라이더와 본 발명의 수중 글라이더의 구동 원리를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도1의 (a)는 종래의 수중 글라이더의 운용 방식을 나타내는 것으로서, 수중 글라이더의 주행 방향과 같은 전방 탐지만이 가능하기에, 수중 글라이더와 해수면 또는 해저면과의 입사각이 클 경우에 음향이 산란되어 반사파가 작아지게 된다.
반면, 본 발명의 탐지 성능이 향상된 수중 글라이더(10)는 현재의 부력값, 압력값 그리고 자세에 따라 음향 신호를 송수신하는 송수신 방향을 다르게 제어하여, 일 실시예에 따른 도1의 (b)와 같이 0도에 가까운 입사각을 설정함으로써 높은 반사도를 유지할 수 있으므로, 적은 에너지로 높은 탐지 효율을 기대할 수 있게 된다.
본 발명의 수중 글라이더(10)는 부력 조절모듈(미도시)과 후술하는 바운스 경로 결정장치(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 글라이더(10)에 탑재되는 바운스 경로 결정장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 바운스 경로 결정장치(100)는 부력 센서(110), 자세 측정센서(120), 압력 센서(130), 음향탐지모듈(140) 및 지향각 제어모듈(150)을 포함하여 구성될 수 있고, 여기서 지향각 제어모듈(150)은 지향각 산출부(151) 및 짐벌(gimbal)(152)을 더욱 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 부력 센서(110)는 수중 글라이더(10)가 위치하고 있는 현재 수심(해심)에 따른 부력을 측정하여 부력 측정값을 획득할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 자세 측정센서(120)는 수중 글라이더(10)의 현재 자세에 따른 자세 각을 측정할 수 있다. 예컨대, 자세 측정센서(120)는 자이로센서(gyro sensor)로 구현 가능하다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(130)는 현재 수심에 따른 압력을 측정하여 압력 측정값을 획득할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 음향탐지모듈(140)은 음향센서를 이용하여 음향신호를 송수신함에 따라 수중 객체를 탐지할 수 있다. 여기서, 수중 객체란 해수면, 해저면 또는 수중 표적 등을 포함하는 수중(예컨대, 해양)에 존재하는 모든 객체를 의미한다. 본 발명의 음향센서는 예를 들어 소나(sonar, sound navigation and ranging)로 구현될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 지향각 제어모듈(150)은 상기 음향탐지모듈(140)의 구동 각도, 즉 지향 각도를 제어하는 것으로서 보다 구체적으로는 부력 센서(110)로부터 획득된 부력 측정값, 자세 측정센서(120)로부터 측정된 수중 글라이더의 자세 각 및 압력 센서(130)로부터 획득된 압력 측정값을 고려하여, 음향탐지모듈(140)의 지향 각도를 제어할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 짐벌(152)은 음향탐지모듈(140)과 물리적으로 연결되어, 음향탐지모듈(140)의 음향센서(141)가 지향하는 방향을 제어할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 지향각 산출부(151)는 자세 측정센서(120)로부터 측정된 수중 글라이더의 자세 각, 압력센서(130)로부터 획득된 압력 측정 값 및 부력 센서(110)로부터 획득된 부력 측정 값을 고려하여 지향 각도를 산출하고, 산출된 지향 각도로 음향탐지모듈(140)을 제어하기 위한 제어 명령을 생성하여 생성된 제어 명령을 짐벌(152)로 인가할 수 있다.
이하, 도3 내지 도7을 참고하여 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 바운스 경로 결정장치(100)의 동작 원리에 대하여 상세하게 설명한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 글라이더의 주행 경로를 예시하여 도시한 도면이고, 도4 내지 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 상태에 따라 음향탐지모듈의 지향 각도를 제어하는 바운스 경로 결정장치의 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향탐지모듈을 제어하고자 하는 지향 각도를 계산하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
먼저, 도3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수중 글라이더(10)는 초기 진수(launching) 상태인 주행 모드 A로 주행을 시작하여 하강 주행하는 주행 모드 B로 주행하고, 해저면 부근에서 하강 주행모드를 중단하여 방향 전환 모드인 주행 모드 C를 거친 후에, 해수면을 향해 상승 주행하는 주행 모드 D로 주행을 한 후, 해수면 부근에서 상승 주행모드를 중단하여 방향 전환 모드인 주행 모드 E로 주행한다. 그 이후에도 수중 글라이더(10)는 이와 같은 주행 모드 B 내지 E를 반복한다.
도4는 도3에 도시된 주행 모드 A, C 그리고 E일 때의 바운스 경로 결정장치(100)의 동작 상태를 나타내는 일 실시예이다.
먼저 초기 진수(launching) 상태인 주행 모드 A인 경우, 본 발명의 수중 글라이더(10)는 해수면에 근접한 상태이기 때문에, 압력 센서(130)로부터 측정된 압력 측정값이 없고, 자세 측정센서(120)로부터 측정된 수중 글라이더의 자세 각이 기준 자세 각도인 0도 임에, 지향각 산출부(151)는 음향탐지모듈의 지향각을 0도로 설정함에 따라, 짐벌(152)은 음향탐지모듈(140)이 전방(front)을 계속 유지할 수 있도록 음향탐지모듈(140)을 제어하지 않는다.
도5는 도3에 도시된 주행모드 B일 때의 탐지성능 향상 제어 장치(100)의 동작 상태를 나타내는 일 실시예이다. 하강 주행 모드인 주행 모드 B인 경우, 부력 센서부(110)는 음성 부력값을 획득하게 된다. 또한, 자세 측정센서(120)는 주행모드 A일 때의 자세 각도로부터 변환된 수중 글라이더(10)의 현재 자세 각을 측정한다. 또한, 압력 측정 값은 주행모드 A 상태일 때에 비해 매우 높은 측정 값을 압력 센서(130)가 획득함에 따라 지향각 제어모듈(150)은 음향탐지모듈(140)을 하측방향(해저면방향)을 향하도록 지향 각도를 제어한다.
주행모드 B의 과정에서, 음향탐지모듈(110)로부터 해저면을 인식함에 따라, 수중 글라이더(10)와 해저면과의 거리가 기 설정된 거리에 도달하였을 때 수중 글라이더(10)의 부력 조절모듈(미도시)에 의해 수중 글라이더(10)는 도3에 도시된 주행모드 C 상태로 전환된다. 이에 따라, 본 발명의 지향각 제어모듈(150)은 도4에 도시된 실시예와 같이, 음향 탐지 모듈(140)이 다시 전방을 지향할 수 있도록 제어한다.
다음으로, 도6은 도3에 도시된 주행모드 D일 때의 탐지성능 향상 제어 장치(100)의 동작 상태를 나타내는 일 실시예이다. 상승 주행 모드인 주행 모드 D인 경우, 부력 센서부(110)는 양성 부력값을 획득하게 된다. 또한, 자세 측정센서(120)는 주행모드 C일 때의 자세 각도로부터 변환된 수중 글라이더(10)의 현재 자세 각을 측정하고, 압력 센서(130)는 주행모드 C 상태일 때에 비해 낮은 압력 측정 값을 획득한다. 이에 따라 본 발명의 지향각 제어모듈(150)은 음향탐지모듈(140)을 상측방향(해수면방향)을 향하도록 지향 각도를 제어한다.
그 후에, 주행모드 D 과정에서, 음향탐지모듈(110)에 의해 해수면을 인식함에 따라, 수중 글라이더(10)와 해수면과의 거리가 기 설정된 거리 범위에 도달하였을 때 수중 글라이더(10)의 부력 조절모듈(미도시)에 의해 수중 글라이더(10)는 도3에 도시된 주행모드 E 상태로 전환된다. 주행모드 E 상태가 되면, 지향각 제어모듈(150)은 다시 도4에 도시된 바와 같이, 음향 탐지 모듈(140)이 전방을 지향하도록 지향 각도를 제어하게 된다.
위에서는, 수중 글라이더(10)의 주행 모드를 A 내지 E에 따른 5가지 유형으로 분류하여 설명하였으나, 보다 구체적으로는 아래 본 발명의 일 실시예에 따른 <표1>과 같이 7가지 주행 모드로 분류되어 바운스 경로 결정장치(100)가 운용될 수 있다.
주행 모드(상태) 부력 측정값 자세 각 지향 각(짐벌)
초기 진수(launching) 양성 0° 전방 0°
하강 초기 양성→음성 0° 전방 0°
하강 모드 음성 -60° -60°
해저면 근접 음성→중성 -5°~ 5° 전방 0°
상승 초기 중성→양성 0° 전방 0°
상승 모드 양성 60° 60°
해수면 근접 양성→중성 -5°~ 5° 전방 0°
이와 같이, <표1> 또는 주행모드 A 내지 E에 따라 지향각 제어모듈(150)이 음향탐지모듈(140)의 지향 방향을 제어하기 위해 산출하는 지향 각 산출 방법을 도7을 참고하여 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 지향각 산출부(151)는 도7에 도시된 바와 같이, 수중 글라이더(10)가 주행하는 과정에서, 수중 글라이더(10)의 각속도를 측정하여, 측정된 각속도를 이용하여 수중 글라이더(10)의 자세 각을 측정할 수 있다. 예를 들어, 수평한 상태에서 수중 글라이더(10)의 각속도는 0도/sec일 것이다. 이때, 수중 글라이더가 10초 동안 움직이는 동안 60도만큼 기울어졌다면, 10초 동안의 평균 각속도는 6도/sec가 되고, 기울어진 각도 60도를 일정 시간만큼 유지하면 각속도는 다시 0도/sec가 된다. 이러한 과정을 거치면서 각속도는 0 → 6 → 0으로 바뀌고, 자세 각은 0도에서 60도가 된다. 일 실시예에 따른 도7의 하강모드와 같이 오른쪽 아래로 기울게 되면 수중 글라이더의 자세 각은 -60도가 되고, 상승모드와 같이 오른쪽 위로 기울게 되면 수중 글라이더의 자세 각은 60가 된다.
일 예로, 본 발명의 수중 글라이더(10)가 도7의 하강모드와 같이 운용되는 경우, 수중 글라이더의 자세 각이 기준 자세 각도(초기 진수 시 자세 각)로부터 -60도(θ) 기울어진 상태에서 자세 측정센서(120)가 측정한 수중 글라이더(10)의 현재시점에 따른 자세 각은 -60도로 측정될 것이다. 이때, 본 발명의 지향각 제어모듈(150)은 하강 모드에 따른 부력 측정 값이 양성 부력에서 음성 부력으로 전환되고 있다는 점을 고려하여, 음향탐지모듈(140)을 -60도만큼 회전시킨다.
또 다른 예로, 본 발명의 수중 글라이더(10)가 도7의 상승모드와 같이 운용되는 경우, 수중 글라이더의 자세 각이 상기 기준 자세 각도로부터 60도(θ) 기울어진 상태에서 자세 측정센서(120)가 측정한 수중 글라이더(10)의 현재시점에 따른 자세 각은 60도로 측정될 것이다. 이때, 본 발명의 지향각 제어모듈(150)은 상승 모드에 따른 부력 측정 값이 음성 부력에서 양성 부력으로 전환되고 있다는 점을 고려하여, 음향탐지모듈(140)을 60도만큼 회전시킬 수 있다.
즉, 지향각 제어모듈(150)은 현시점에서의 수중 글라이더(10)의 자세 각과 부력 센서(110)에 의해 측정된 부력 측정 값을 고려하여 음향탐지모듈(140)의 제어시키고자 하는 지향 각을 산출할 수 있다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향탐지모듈과 지향각 제어모듈의 연결상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향탐지모듈(140)의 중앙에는 음향센서(예를 들어, 소나)(141)가 배치되고, 음향센서(141)의 외표면에는 음향센서를 커버하는 하우징이 마련될 수 있다. 여기서, 음향센서를 커버하는 음향탐지모듈의 하우징(몸체)은 자성이 없는 복합재로 구현될 수 있고, 짐벌(152)과의 연결을 위해 음향탐지모듈(140)의 측면부의 일 영역에 제1 마그네틱 패드(magnetic pad)(142)가 부착된 상태로 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 지향각 탐지모듈(150)은 지향각 산출부(151)로부터 산출된 지향각으로 음향탐지모듈(140)을 제어 즉, 회전구동시키기 위해 마련된 스텝모터(stepper motor)(153), 음향탐지모듈(140)과 스텝모터(153)를 연결하는 회전축(154) 및 음향탐지모듈(140)의 양측면에 부착된 제1 마그네틱 패드(142)와 자력을 이용하여 연결 가능한 제2 마그네틱 패드(magnetic pad)(155)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스텝모터(153)는 음향탐지모듈(140)의 양 측면부에 위치하는 지향각 제어모듈의 짐벌(152) 내부에 배치되어 지향각 제어모듈(150)로부터 산출된 지향 각도로 음향탐지모듈(140)을 회전시키며, 상기 산출된 지향 각도로 회전시킨 후에는 그 각도를 유지할 수 있도록 제어할 수 있다.
그리고, 음향탐지모듈(140)의 측면에 배치되는 제1 마그네틱 패드(142) 및 제1 마그네틱 패드와 자력으로 연결되는 제2 마그네틱 패드(155)는 각각 서로 다른 극성을 띠며, 제1 마그네틱 패드(142) 및 제2 마그네틱 패드(155)는 예를 들어 네오디뮴(Neodymium) 자석일 수 있다.
그리고, 짐버(152)에 구비되는 레일 테이프는 스텝모터(153)의 측면부에 위치한 제2 마그네틱 패드(155)가 짐벌(152) 몸체와 마찰 없이 회전할 수 있도록 짐벌 몸체 내부에 마련될 수 있다.
그리고, 레일테이프 조립체(156)는 짐벌(152)과 음향탐지모듈(140)을 마찰 발생 없이 고정 지지한다.
상술한 바와 같은, 지향각 제어모듈(150)의 짐벌(152), 스텝모터(153), 회전축(154), 레일테이프 조립체(156) 등은 수밀 구조형으로 마련될 수 있고, 이러한 지향각 제어모듈(150), 음향탐지모듈(140) 및 다중센서(110, 120, 130)들을 포함하는 수중 글라이더(10)의 내부는 물이 차 있는 수통 구조로 마련될 수 있다.
이와 같이, 수통 구조로 구현되는 수중 글라이더(10)의 내부 구성품(110 내지 150) 각각을 수밀 구조로 구현함에 따라 깊은 수심에서 수중 글라이더가 운용될 경우에 수밀 구조가 파괴될 수 있다는 단점을 극복하기 위해 음향탐지모듈(140)을 마그네틱 패드(142, 155)를 이용하여 지향각 탐지모듈(150)에 의해 회전시킬 수 있도록 한다.
도9는 음향탐지모듈(140)과 지향각 제어모듈(150) 사이에 배치된 일 제1 마그네틱 패드(142)에서 일 스텝모터(153)가 위치하는 방향으로 바라본 측면도(A)를 예시하여 도시한 도면이다. 도9를 참조하면, 짐버(152) 내에 스텝모터(153)가 구비되고, 스텝모터(150)의 일 측면에는 제2 마그네틱 패드(155)가 배치되며, 제2 마그네틱 패드(155)는 레일 테이프로 레일 테이프 조립체(156)와 도9와 같이 배치되어 고정될 수 있다.
다음으로, 수중 글라이더의 탐지 성능을 제어하는 방법을 시간의 흐름에 따라 개략적으로 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 수중 글라이더(10)의 부력조절모듈(미도시)은 수중 글라이더(10)가 상승 운동 또는 하강 운동을 반복적으로 수행할 수 있도록 수심에 따라 부력을 지속적으로 조절한다.
그리고, 부력조절모듈에 의해 수중 글라이더(10)가 상승 운동 및 하강 운동을 반복적으로 수행하는 동안, 음향탐지모듈(140)은 음향센서(141)를 이용하여 음향신호를 송수신함에 따라 수중 객체를 탐지한다.
이와 같이, 수중 글라이더(10)의 부력조절모듈과 음향탐지모듈이 동작하는 동안, 부력 센서(110)는 현재 수심에서의 부력을 측정하여 부력 측정값을 획득한다. 그리고, 자세 측정센서(120)는 현재 수중 글라이더의 자세 각을 측정하며, 압력 센서(130)는 현재 수심에서의 압력을 측정하여 압력 측정값을 획득한다.
이에 따라, 지향각 제어모듈(150)은 부력 측정값, 압력 측정값 및 수중 글라이더(10)의 자세 각을 고려하여, 상기 음향탐지모듈의 지향 각도를 짐벌(152)을 이용하여 제어하도록 한다.
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: 수중 글라이더
100: 바운스 경로 결정장치
110: 부력 센서
120: 자세 측정센서
130: 압력 센서
140: 음향탐지모듈
141: 음향센서
142: 제1 마그네틱 패드
150: 지향각 제어모듈
151: 지향각 산출부
152: 짐벌
153: 스텝모터
154: 회전축
155: 제2 마그네틱 패드
156: 레일테이프 조립체

Claims (8)

  1. 수심에 따라 상승 운동 또는 하강 운동을 반복적으로 수행하는 수중 글라이더에 탑재되는 바운스 경로 결정장치에 있어서,
    음향센서를 이용하여 음향신호를 송수신함에 따라 수중 객체를 탐지하는 음향탐지모듈;
    현재 수심에 따른 부력을 측정하여 부력 측정값을 획득하는 부력 센서;
    상기 수중 글라이더의 자세 각을 측정하는 자세 측정센서; 및
    상기 부력 측정값 및 상기 수중 글라이더의 자세 각을 고려하여, 상기 음향탐지모듈의 지향 각도를 제어하는 지향각 제어모듈;를 포함하되,
    상기 지향각 제어모듈은, 상기 음향탐지모듈과 물리적으로 연결되어, 상기 음향탐지모듈이 지향하는 지향 각도를 제어하는 짐벌(gimbal); 및 상기 수중 글라이더의 자세 각 및 상기 부력 측정값을 고려하여 상기 지향 각도를 산출하고, 상기 음향탐지모듈을 상기 산출된 지향 각도로 제어하기 위해 제어 명령을 생성하여 생성된 제어 명령을 상기 짐벌로 인가하는 지향각 산출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바운스 경로 결정장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지향각 제어모듈은,
    상기 부력 측정값 및 상기 수중 글라이더의 자세 각을 기반으로 상기 수중 글라이더가 상승 운동 중인 제1 상태, 하강 운동 중인 제2 상태 및 기 설정된 수심 영역에 도달한 제3 상태 중 하나에 따른 상기 수중 글라이더의 상태를 판단하는 상태 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바운스 경로 결정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지향각 산출부는, 수평 상태에서의 상기 수중 글라이더의 자세 각으로 정의되는 기준 각도로부터 변환된 현재 시점에서의 상기 수중 글라이더의 자세 각에 따른 변환 각을 기초로 상기 지향 각도를 산출하되, 상기 상태 판단부로부터 판단된 상기 수중 글라이더의 상태를 고려하여 상기 음향탐지모듈의 회전 방향을 결정하고,
    상기 짐벌은 상기 결정된 회전 방향으로 상기 산출된 지향 각도만큼 상기 음향탐지모듈을 회전시키는 것을 특징으로 하는 바운스 경로 결정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지향각 제어모듈은,
    상기 부력 측정값 및 상기 수중 글라이더의 자세 각을 기반으로, 상기 음향탐지모듈의 지향 각도를 해수면을 향하는 제1 방향 또는 해저면을 향하는 제2 방향 또는 전방을 향하는 제3 방향 중 하나의 방향으로 지향하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 바운스 경로 결정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 현재 수심에 따른 압력을 측정하여 압력 측정값을 획득하는 압력 센서;를 더 포함하고,
    상기 지향각 제어모듈은, 상기 압력 센서로부터 획득된 상기 압력 측정값을 더욱 고려하여 상기 음향탐지모듈의 지향 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 바운스 경로 결정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 짐벌은,
    상기 지향각 산출부로부터 산출된 상기 지향 각도에 따라 상기 음향탐지모듈을 회전시키는 스텝모터(stepper motor)를 더 포함하고,
    상기 스텝모터는 상기 제어 명령에 따른 상기 지향 각도로 상기 음향탐지모듈의 측면부에 배치되어 상기 음향탐지모듈을 회전시키는 것을 특징으로 하는 바운스 경로 결정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 짐벌은,
    상기 음향탐지모듈과 상기 스텝모터를 연결하는 모터 회전축;
    상기 모터 회전축의 적어도 일부를 커버하며, 자력을 이용하여 상기 음향탐지모듈과 상기 짐벌을 결속시키는 마그네틱 패드;를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 바운스 경로 결정장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6223894A (ja) * 1985-07-24 1987-01-31 Tokyo Univ グライダ−型潜水艇の潜降浮上推進システム
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