KR102140650B1 - Evaluation methods of underwater navigation performance of unmanned underwater vehicles - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법을 공개한다. 이 방법은 (a) 무인수상선이 수직 방향의 제1 이미지 소나 및 수평 방향의 제2 이미지 소나를 장착하고, 수중을 이동하는 무인잠수정의 3차원 위치를 추적하여 수직 및 수평 조향 음향 이미지와 절대 위치 데이터를 전송하는 단계; 및 (b) 중앙 통제소가 상기 수직 및 수평 조향 음향 이미지와 상기 절대 위치 데이터를 인가받아 상기 무인잠수정의 상대 위치가 측정범위 내에 유지되도록 상기 무인수상선의 경유점을 제어하면서, 상기 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가를 모니터링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 소나 센서 장착으로 인한 무인수상선에 작용하는 저항을 최소화하면서, 실해역 수중에서 임의의 궤적으로 장시간 운용되는 무인잠수정의 수중 항법 성능을 평가할 수 있게 된다. 또한, 천해용뿐 아니라 심해용 무인잠수정에 대해서도 항법성능 평가에 모두 적용 가능하게 된다.
The present invention discloses a method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submarine. This method includes (a) vertical and horizontal steering sound images and absolute positions by tracking the three-dimensional position of an unmanned submersible moving underwater, by mounting the first image sonar in the vertical direction and the second image sonar in the horizontal direction. Transmitting data; And (b) the central control station receives the vertical and horizontal steering sound images and the absolute position data, and controls the transit point of the unmanned submersible so that the relative position of the unmanned submersible is maintained within a measurement range, while underwater navigation of the unmanned submersible And monitoring performance evaluation. According to the present invention, it is possible to evaluate the underwater navigation performance of an unmanned submersible which is operated for a long time in an arbitrary trajectory in real water while minimizing the resistance acting on the unmanned watercraft due to the installation of the sonar sensor. In addition, it can be applied to both navigation performance evaluation for unmanned submarines for deep sea use as well as for deep sea use.

Description

무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법{Evaluation methods of underwater navigation performance of unmanned underwater vehicles}Evaluation methods of underwater navigation performance of unmanned underwater vehicles}

본 발명은 수중 항법 성능 평가 방법에 관한 것으로서, 특히 무인수상선에 자세 센서와 초음파 이미지 소나를 장착하여 무인잠수정의 수중 3차원 위치를 측정하는데 있어서, 무인수상선에 작용하는 저항을 최소화하면서 천해 및 심해의 실해역 수중에서 장시간 운용되는 무인잠수정의 수중 항법 성능을 효율적으로 평가할 수 있는 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가에 관한 것이다.The present invention relates to a method for evaluating underwater navigation performance, and in particular, in measuring a three-dimensional position in an unmanned submersible by attaching a posture sensor and an ultrasonic image sonar to the unmanned watercraft, minimizing the resistance acting on the unmanned watercraft while minimizing the resistance of the sea and deep sea The present invention relates to an underwater navigation performance evaluation of an unmanned submersible that can efficiently evaluate the underwater navigation performance of an unmanned submersible that is operated for a long time in real water.

수중을 운항하는 무인잠수정 또는 수중로봇은 임무수행과 안전성 향상을 위하여 정확한 위치와 방위 자세 정보를 얻는 항법 시스템이 중요하다.For an unmanned submersible or underwater robot operating underwater, it is important to have a navigation system that obtains accurate position and azimuth information to improve mission performance and safety.

무인잠수정의 항법 시스템은 자체에 탑재하는 관성센서(IMU, Inertial Measurement Unit), 카메라 또는 소나와 같이 주변을 관측하는 시각센서, 해저면과의 음향 도플러 신호를 이용하는 관성센서 기반 수중복합항법이 일반적이다. The navigation system of an unmanned submersible ship is usually equipped with an inertial measurement unit (IMU), a visual sensor for observing the surroundings such as a camera or a sonar, and an inertial sensor-based underwater composite navigation using an acoustic Doppler signal with the sea floor. .

전통적으로 수중이동체의 위치측정은 수중초음파를 이용하며, 거리 또는 방위각을 측정하는 장기선(LBL, Long Base Line), 단기선(SBL, Short Base Line), 초단기선(USBL, Ultra-Short Base Line) 초음파 위치추적장치로 구별된다. Traditionally, the location measurement of underwater moving objects uses underwater ultrasonic waves, and the long or short base line (LBL), short base line (SBL), and ultra-short base line (USBL, Ultra-Short Base Line) ultrasound measuring distance or azimuth angle It is distinguished by location tracking device.

한편, 항공기 항법에 이용되는 지형 대조 항법이 적용되기도 한다. On the other hand, terrain control navigation used in aircraft navigation may be applied.

그런데, 관성센서 기반의 수중 항법 시스템은 시간이 경과함에 따라 드리프트하는 특성이 있고, 초음파 위치추적장치는 일정 시간간격(측정거리에 따라 1~20초 간격)으로 위치정보를 얻고 주변 음향환경에 따라 위치측정에 오차가 존재하는 단점이 있다. However, the underwater navigation system based on the inertial sensor has a characteristic of drifting with time, and the ultrasonic location tracking device obtains location information at regular time intervals (1-20 seconds depending on the measurement distance) and depends on the surrounding acoustic environment. There is a disadvantage that an error exists in the position measurement.

이에 관성센서 기반의 수중 항법과 초음파 위치측정장치의 단점을 융합하여 항법 시스템의 정밀도를 향상 시키는 기술이 개발되고 있지만, 무인잠수정 항법 시스템의 성능을 평가하는 것은 또 다른 문제이다.Accordingly, a technique has been developed to improve the accuracy of the navigation system by fusing the disadvantages of the inertial sensor-based underwater navigation and the ultrasonic position measuring device, but evaluating the performance of the unmanned submersible navigation system is another problem.

장기선 초음파 위치추적장치는 해저면에 기준이 되는 음향 트랜스폰더를 3개 이상 설치하고, 무인잠수정에도 트랜스폰더를 장착해야 한다. In the long-term ship ultrasonic position tracking device, three or more acoustic transponders that are the reference to the sea floor should be installed, and the transponders should be installed in the unmanned submersible.

초단기선 초음파 위치추적장치를 이용하는 경우도 무인잠수정 선체에 음향신호를 발신하는 트랜스폰더를 별도로 장착해야 한다. In the case of using the ultra-short-line ultrasonic location tracking device, a transponder that transmits an acoustic signal to the unmanned submersible hull must be installed separately.

수중을 이동하는 무인잠수정은 선체 외부에 돌출되는 센서가 추가되면 이로 인해 저항이 증가하고 유체정력학적 특성과 동 특성이 변화하므로, 외부에 추가 장치를 부착하는 것을 피해야 한다. Unattended submersibles that move underwater should avoid avoiding attaching additional devices to the outside as sensors that protrude outside the hull will increase resistance and change hydrostatic and dynamic properties.

따라서 수중초음파를 이용하는 종래의 위치측정 방법은 무인잠수정의 항법 시스템 성능을 평가하는 방법으로 바람직하지 못하다. Therefore, a conventional position measurement method using underwater ultrasonic waves is not preferable as a method for evaluating the performance of an unmanned submersible navigation system.

무인잠수정에 추가 센서를 장착하지 않고도 무인잠수정의 위치를 파악하는 방법으로서, 수상 선박이나 해저 특정지점에서 멀티 빔 소나 또는 단일 빔 스캐닝 소나를 이용하여 수중을 지나가는 물체의 위치를 측정하는 것이 가능하다. As a method of determining the position of an unmanned submersible without mounting an additional sensor, it is possible to measure the position of an object passing underwater using a multi-beam sonar or a single beam scanning sonar at a specific point on a water vessel or undersea.

이중에서 수상 선박에 다운 스캔 소나 또는 사이드 스캔 소나를 장착하여 해저 지형 및 물체를 관측하는 방법이 있다. Among them, there is a method of observing submarine topography and objects by mounting a down scan sonar or a side scan sonar on a watercraft.

이 방법은 해저면의 윤곽과 해저면에 있는 물체의 위치를 파악하는 목적으로 사용이 가능하나, 수중을 운항하는 무인잠수정의 3차원 위치 측정에 적용하기는 한계가 있다. This method can be used for the purpose of determining the contour of the seabed and the position of objects on the seabed, but it is limited in application to the 3D position measurement of unmanned submarines operating underwater.

수중에서 운항하는 무인잠수정에서 반사되는 사이드 스캔 소나 이미지는 해저면 2차원 평면에 투영되므로 무인잠수정의 항법 성능 파악에 필요한 3차원 위치를 알 수 없다. The side scan sonar image reflected from the unmanned submersible operating in the water is projected onto the 2D plane of the seabed, so the 3D position necessary to understand the navigation performance of the unmanned submersible is unknown.

수상선 전방에 3차원 이미지 소나를 장착한 수중을 관측하는 방법은 수중 장애물을 판독하여 선박의 안전운항에 이용하고 있으며, 수중 이동체의 위치 파악에도 활용 가능하다. The method of observing underwater with a 3D image sonar in front of the watercraft is used for safe operation of the ship by reading underwater obstacles, and it can also be used to locate a moving object.

하지만, 이 방법은 대규모 소나 어레이를 이용하며 장애물 회피를 위한 전방 감시가 주요 목적이고, 수중 3차원 공간에서 자율 이동하는 소형 무인잠수정의 위치 추적에 적용하기에는 한계가 있었다. However, this method uses a large-scale sonar array, and its main purpose is to monitor ahead for obstacle avoidance, and has limitations in applying to the location tracking of small unmanned submarines that autonomously move in underwater 3D space.

US 8009516 B2US 8009516 B2

본 발명의 목적은 소형 무인수상선에 위치 추적용 센서나 트랜스폰더의 장착 없이 자세 센서와 초음파 이미지 소나를 장착하여 무인잠수정의 수중 3차원 위치를 측정함으로써, 무인잠수정의 항법 성능을 평가할 수 있는 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to mount a posture sensor and an ultrasonic image sonar without mounting a position tracking sensor or transponder on a small unmanned watercraft to measure a three-dimensional underwater position of the unmanned submersible, and to evaluate the navigation performance of the unmanned submersible It provides a method for evaluating underwater navigation performance.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법은 (a) 무인수상선이 수직 방향의 제1 이미지 소나 및 수평 방향의 제2 이미지 소나를 장착하고, 수중을 이동하는 무인잠수정의 3차원 위치를 추적하여 수직 및 수평 조향 음향 이미지와 절대 위치 데이터를 전송하는 단계; 및 (b) 중앙 통제소가 상기 수직 및 수평 조향 음향 이미지와 상기 절대 위치 데이터를 인가받아 상기 무인잠수정의 상대 위치가 측정범위 내에 유지되도록 상기 무인수상선의 경유점을 제어하면서, 상기 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가를 모니터링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object is (a) the unmanned submersible is equipped with a first image sonar in the vertical direction and a second image sonar in the horizontal direction, and moves the underwater Tracking the 3D position and transmitting vertical and horizontal steering sound images and absolute position data; And (b) the central control station receives the vertical and horizontal steering sound images and the absolute position data, and controls the transit point of the unmanned submersible so that the relative position of the unmanned submersible is maintained within a measurement range, while underwater navigation of the unmanned submersible And monitoring performance evaluation.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 상기 (a) 단계는 (a-1) 상기 무인잠수정이 상기 제1 이미지 소나에서 방사된 전방 수직 방향의 소나 빔을 인가받아 선체 표면에서 제1 반사시키면, 수직 조향 음향 이미지부가 상기 수직 조향 음향 이미지를 생성하는 단계; (a-2) 상기 무인잠수정이 상기 제2 이미지 소나에서 방사된 전방 수평 방향의 소나 빔을 인가받아 선체 표면에서 제2 반사시키면, 수평 조향 음향 이미지부가 상기 수평 조향 음향 이미지를 생성하는 단계; (a-3) 타겟 제1 및 제2 트래킹부가 각각 상기 수직 조향 음향 이미지 또는 상기 수평 조향 음향 이미지를 인가받아 상기 무인잠수정의 경사각도, 방향각, 상기 무인수상선과의 제1 및 제2 거리를 획득하는 단계; (a-4) 상대 위치 산출부가 상기 무인잠수정의 상기 경사각도, 상기 제1 및 제2 거리, 상기 방향각을 인가받아 상기 무인잠수정의 상대 위치를 산출하는 단계; (a-5) GPS가 상기 무인수상선 중심의 3차원 위치를 측정하고, 자세-방위 측정 장치가 상기 무인수상선 중심의 3 자유도 자세 데이터를 측정하는 단계; 및 (a-6) 절대 위치 산출부가 상기 3차원 위치 및 상기 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 상기 무인잠수정의 절대 위치를 산출하고, 경로 및 움직임 제어부가 상기 무인잠수정의 절대 위치를 인가받아 상기 무인수상선의 속도를 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step (a) of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object is (a-1) when the unmanned submersible receives a sonar beam in a forward vertical direction radiated from the first image sonar. Generating a vertical steering acoustic image when a first reflection is reflected from the hull surface; (a-2) when the unmanned submersible receives a sonar beam in the front horizontal direction emitted from the second image sonar and reflects it a second time on the surface of the hull, generating a horizontal steering sound image by a horizontal steering sound imager; (a-3) The target first and second tracking units receive the vertical steering sound image or the horizontal steering sound image, respectively, to determine the inclination angle, direction angle, and first and second distances from the unmanned submersible ship. Obtaining; (a-4) calculating a relative position of the unmanned submersible by receiving the inclination angle, the first and second distances, and the direction angle of the unmanned submersible; (a-5) GPS measuring a three-dimensional position of the center of the unmanned water line, and a posture-orientation measuring device measuring three degrees of freedom posture data of the center of the unmanned water line; And (a-6) the absolute position calculating unit receives the three-dimensional position and the three degrees of freedom posture data to calculate the absolute position of the unmanned submersible, and the path and motion control unit receives the absolute position of the unmanned submersible and receives the unmanned Controlling the speed of the watercraft; It characterized in that it comprises.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 상기 (a-1) 단계는 상기 제1 이미지 소나가 상기 전방 수직 방향의 소나 빔을 방사하는 단계; 상기 무인잠수정이 상기 방사된 수직 방향의 소나 빔을 인가받아 반사시켜 상기 제1 반사시키는 단계; 및 상기 수직 조향 음향 이미지부가 상기 제1 반사 신호를 인가받아 상기 수직 조향 음향 이미지를 생성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step (a-1) of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object includes: the first image sonar emitting the sonar beam in the front vertical direction; The unmanned submersible receiving and reflecting the radiated vertical sonar beam to reflect the first; And generating the vertical steering acoustic image by receiving the first reflection signal from the vertical steering acoustic image unit. It characterized in that it comprises.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 상기 (a-2) 단계는 상기 제2 이미지 소나가 상기 전방 수평 방향의 소나 빔을 방사하는 단계; 상기 무인잠수정이 상기 방사된 수평 방향의 소나 빔을 인가받아 반사시켜 상기 제2 반사시키는 단계; 및 상기 수평 조향 음향 이미지부가 상기 제2 반사 신호를 인가받아 상기 수평 조향 음향 이미지를 생성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step (a-2) of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object includes: the second image sonar emitting the sonar beam in the front horizontal direction; The unmanned submersible receiving and reflecting the radiated horizontal sonar beam to reflect the second; And generating the horizontal steering sound image by receiving the second reflection signal from the horizontal steering sound image section. It characterized in that it comprises.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 상기 (a-3) 단계는 상기 타겟 제1 트래킹부가 상기 수직 조향 음향 이미지를 인가받아 상기 경사각도 및 상기 제1 거리를 획득하는 단계; 및 상기 타겟 제2 트래킹부가 상기 수평 조향 음향 이미지를 인가받아 상기 방향각 및 상기 제2 거리를 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the step (a-3) of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object, the target first tracking unit receives the vertical steering sound image to obtain the inclination angle and the first distance To do; And obtaining the direction angle and the second distance by receiving the horizontal steering sound image by the target second tracking unit. It characterized in that it comprises.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 상기 (a-5) 단계는 상기 GPS가 상기 무인수상선 중심의 3차원 위치

Figure 112018130004360-pat00001
를 측정하는 단계; 및 상기 자세-방위 측정 장치가 상기 무인수상선 중심의 3 자유도 자세 데이터
Figure 112018130004360-pat00002
를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the step (a-5) of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object, the GPS is a three-dimensional position in the center of the unmanned watercraft.
Figure 112018130004360-pat00001
Measuring; And the posture-orientation measuring device has three degrees of freedom posture data centered on the unmanned waterline
Figure 112018130004360-pat00002
It characterized in that it comprises a.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 상기 (a-6) 단계는 상기 절대 위치 산출부가 상기 무인잠수정의 상기 3차원 위치

Figure 112018130004360-pat00003
및 상기 3 자유도 자세 데이터
Figure 112018130004360-pat00004
를 인가받아 상기 무인잠수정의 절대 위치 (X, Y, Z)를 산출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the step (a-6) of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object, the absolute position calculating unit is the three-dimensional position of the unmanned submersible
Figure 112018130004360-pat00003
And the three degrees of freedom posture data
Figure 112018130004360-pat00004
Calculating the absolute position (X, Y, Z) of the unmanned submersible by receiving the; It characterized in that it comprises.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 상기 (a-6) 단계는 상기 경로 및 움직임 제어부가 상기 무인잠수정의 절대 위치 (X, Y, Z)를 인가받아 상기 무인잠수정이 관측 범위 내에 위치하여 상기 무인수상선이 상기 무인잠수정을 추적할 수 있도록 상기 무인수상선의 속도를 제어하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In step (a-6) of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object, the route and the motion control unit receive the absolute position (X, Y, Z) of the unmanned submersible and the unmanned Controlling a speed of the unmanned watercraft so that the submersible is located within an observation range so that the unmanned watercraft can track the unmanned submersible; Characterized in that it further comprises.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법은 상기 (a-6) 단계 이후에 무선 모뎀이 상기 무인잠수정의 절대 위치, 상기 수직 및 수평 조향 음향 이미지, 상기 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 무인잠수정의 무선 안테나를 통하여 상기 중앙 통제소로 전송하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for evaluating the underwater navigation performance of the unmanned submersible of the present invention for achieving the above object is the absolute position of the unmanned submersible after the step (a-6), the vertical and horizontal steering sound image, and the three degrees of freedom posture. Receiving data and transmitting it to the central control station through a wireless antenna of an unmanned submarine; Characterized in that it further comprises.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 상기 무인수상선은 쌍동(Small Water-plane Area Twin Hull, SWATH)형 선체인 것을 특징으로 한다.The unmanned watercraft of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object is characterized by being a small water-plane area twin hull (SWATH) type ship.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 상기 제1 및 제2 이미지 소나는 실린더 형태의 유선형으로서, 상기 무인수상선의 선저 좌우에 수평 방향으로 장착되는 것을 특징으로 한다.The first and second image sonar of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object is characterized by being mounted in a horizontal direction to the left and right of the bottom of the unmanned watercraft.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법은 (a) 복수개의 무인수상선이 수직 방향의 이미지 소나를 장착하고, 일정 간격으로 연속한 측정 구역에서 위치를 확보하면, 수중을 이동하는 무인잠수정의 3차원 위치를 추적하여 음향 이미지 및 절대 위치 데이터를 전송하는 단계; 및 (b) 중앙 통제소가 상기 음향 이미지 및 상기 절대 위치 데이터를 인가받아 상기 무인잠수정의 수중 위치 및 상기 복수개의 측정 구역을 통과하는 시간을 측정하여 상기 무인잠수정의 속도를 계산하고, 상기 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 시스템을 통제하고 종합 모니터링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object is: (a) When a plurality of unmanned watercrafts are equipped with image sonar in a vertical direction and secure a position in a continuous measuring area at regular intervals, the underwater Tracking the 3D position of the moving unmanned submersible and transmitting sound images and absolute position data; And (b) calculating the speed of the unmanned submersible by measuring the underwater position of the unmanned submersible and the time passing through the plurality of measurement zones by receiving the acoustic image and the absolute position data from the central control station. And controlling and comprehensively monitoring the underwater navigation performance evaluation system.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 상기 (a) 단계는 (a-1) 상기 복수개의 무인수상선이 각 이미지 소나에서 하방 수직 방향의 소나 빔을 방사하면, 각 음향 이미지부가 상기 음향 이미지를 생성하는 단계; (a-2) 상기 무인잠수정의 반사 신호가 수신되었는지 여부를 판단하여, 긍정의 경우 타겟 감지부가 상기 음향 이미지를 인가받아 상기 무인잠수정의 방향각 및 상기 무인수상선과의 거리를 획득하는 단계; (a-3) 상대 위치 산출부가 상기 무인잠수정의 상기 방향각 및 상기 거리를 인가받아 상기 무인잠수정의 상대 위치를 산출하는 단계; (a-4) GPS가 상기 무인수상선 중심의 3차원 위치를 측정하고, 자세-방위 측정 장치가 상기 무인수상선 중심의 3 자유도 자세 데이터를 측정하는 단계; 및 (a-5) 절대 위치 산출부가 상기 3차원 위치 및 상기 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 상기 무인잠수정의 절대 위치를 산출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step (a) of the method for evaluating underwater navigation performance of the unmanned submersible of the present invention for achieving the above object is (a-1) when the plurality of unmanned watercraft emit a sonar beam in a vertical direction downward from each image sonar, respectively. An acoustic image unit generating the acoustic image; (a-2) determining whether a reflection signal of the unmanned submersible has been received, and in the case of affirmative, a target detection unit receiving the acoustic image to obtain a direction angle of the unmanned submersible and a distance from the unmanned submersible; (a-3) calculating a relative position of the unmanned submersible by receiving the direction angle and the distance of the unmanned submersible; (a-4) GPS measuring a three-dimensional position of the center of the unmanned water line, and a posture-orientation measuring device measuring three degrees of freedom posture data of the center of the unmanned water line; And (a-5) calculating an absolute position of the unmanned submersible by receiving the three-dimensional position and the three degrees of freedom posture data by an absolute position calculator; It characterized in that it comprises.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 상기 (a-1) 단계는 상기 복수개의 무인수상선의 각 이미지 소나가 상기 하방 수직 방향의 소나 빔을 상기 복수개의 무인수상선 각각의 측면 양쪽 하방으로 방사하는 것을 특징으로 한다.In the method (a-1) of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object, each image sonar of the plurality of unmanned submerged ships receives the sonar beam in the downward vertical direction, and each of the plurality of unmanned submerged ships Characterized in that it radiates to both sides of the side.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법은 상기 (a-2) 단계에서, 상기 무인잠수정의 반사 신호가 수신되지 않은 것으로 판단된 경우, 상기 무인잠수정이 상기 측정 구역을 통과하는지 여부를 판단하는 단계; 긍정의 경우, 상기 중앙 통제소가 각 측정 구역에서 측정된 상기 무인잠수정의 절대 위치를 산출하는 단계; 및 상기 중앙 통제소가 상기 측정 구역의 통과 시간의 차이, 상기 무인잠수정의 속도 및 통과 각도를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible of the present invention for achieving the above object, in the step (a-2), when it is determined that the reflected signal of the unmanned submersible is not received, the unmanned submersible is configured to measure the measurement area. Determining whether to pass; In the case of affirmation, the central control station calculating an absolute position of the unmanned submersible measured in each measurement zone; And calculating, by the central control station, a difference in the passage time of the measurement zone, the speed and the passing angle of the unmanned submersible.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법은 상기 (a-5) 단계 이후에 무선 모뎀이 상기 무인잠수정의 절대 위치, 상기 음향 이미지, 상기 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 상기 무인잠수정의 무선 안테나를 통하여 상기 중앙 통제소로 전송하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for evaluating the underwater navigation performance of the unmanned submersible of the present invention for achieving the above object is obtained by receiving the absolute position of the unmanned submersible, the acoustic image, and the 3 degrees of freedom posture data after step (a-5). Transmitting to the central control station through the wireless antenna of the unmanned submersible; Characterized in that it further comprises.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 상기 (b) 단계는 (b-1) 타겟 강도 윤곽선 생성부가 통제소 무선 모뎀을 통하여 상기 복수개의 측정 구역을 통과하는 상기 무인잠수정의 수중 위치 및 통과 시간에 대한 데이터를 무선으로 인가받아, 신호 강도 및 시간 경과에 따라 변화되는 무인잠수정의 복수개의 윤곽선을 생성하는 단계; (b-2) 윤곽선 매칭 및 시간 지연부가 상기 생성된 복수개의 윤곽선의 데이터를 인가받아, 각 윤곽선의 중앙값 시간을 통과 시간으로 간주하여 이웃하는 관측 지점에서의 무인잠수정 통과 시간을 계측하는 단계; (b-3) 타겟 속도 산출부가 상기 계측된 무인잠수정 통과 시간의 데이터를 인가받아, 각 무인잠수정의 이동 거리를 고려하여 이웃하는 관측 지점에서의 상기 무인잠수정의 속도 및 방향을 산출하는 단계; (b-4) 제어부가 상기 생성된 복수개의 윤곽선의 형태를 비교하여 일정값 이상의 상관관계가 있는지 여부를 판단하는 단계; (b-5) 상기 일정값 이상의 상관관계가 없으면 상기 제어부가 노이즈로 판별하는 단계; 및 (b-6) 상기 일정값 이상의 상관관계가 유지되면 디스플레이부가 상기 복수개의 측정 구역에서의 상기 무인잠수정의 속도 및 방향을 출력하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step (b) of the method for evaluating the underwater navigation performance of the unmanned submersible of the present invention for achieving the above object is (b-1) the unmanned submersible passing through the plurality of measurement zones through a wireless modem in the target intensity contour generator Wirelessly receiving the data about the underwater position and the time of passage, generating a plurality of contours of the unmanned submarine that changes over time with the signal strength; (b-2) receiving data of the plurality of contours by which the contour matching and the time delay unit are applied, and measuring the unmanned submersible passing time at a neighboring observation point by considering the median time of each contour as a passing time; (b-3) a step of calculating a speed and a direction of the unmanned submersible at a neighboring observation point in consideration of a moving distance of each unmanned submersible by receiving a data of the measured unmanned submersible passing time; (b-4) comparing the shapes of the plurality of contours by the control unit to determine whether there is a correlation of a predetermined value or more; (b-5) determining that the control unit is noise if there is no correlation above the predetermined value; And (b-6) displaying a speed and a direction of the unmanned submersible in the plurality of measurement zones when a correlation of the predetermined value or more is maintained; It characterized in that it comprises.

기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the "specific contents for carrying out the invention" and the accompanying "drawings".

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and/or features of the present invention and methods for achieving them will be made clear by referring to various embodiments described below in detail together with the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.However, the present invention is not limited to the configuration of each embodiment disclosed below, but may also be implemented in various different forms. Each embodiment disclosed in the present specification makes the disclosure of the present invention complete, and It is to be understood that the scope of the present invention is provided to those skilled in the art to which the present invention pertains, and the present invention is only defined by the scope of each claim of the claims.

본 발명에 의할 경우, 소나 센서 장착으로 인한 무인수상선에 작용하는 저항을 최소화하면서, 실해역 수중에서 임의의 궤적으로 장시간 운용되는 무인잠수정의 수중 항법 성능을 평가할 수 있고, 수중 장애물 회피 성능 및 수중 스테이션에 도킹하는 무인잠수정의 도킹 정밀도 평가 등에 활용할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to evaluate the underwater navigation performance of an unmanned submersible which is operated for a long time in an arbitrary trajectory in the real sea water while minimizing the resistance acting on the unmanned watercraft due to the installation of the sonar sensor, underwater obstacle avoidance performance and underwater It can be used to evaluate the docking precision of the unmanned submersible docked to the station.

또한, 수평면에서의 항법성능이 중요한 실해역 시험에서 해상의 수면효과가 없는 수심에서 무인잠수정을 운용하며 평가할 수 있으므로, 천해용뿐 아니라 심해용 무인잠수정에 대해서도 항법성능 평가에 모두 적용 가능하게 된다.In addition, in a real sea area test where navigation performance in the horizontal plane is important, it is possible to operate and evaluate an unmanned submersible at a depth without a sea surface effect, so it can be applied to evaluating navigation performance not only for shallow seas but also for unmanned submersibles for deep seas.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중 항법 성능 평가 시스템에서 무인잠수정의 수중 항법 성능을 평가하는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중 항법 성능 평가 시스템 내 무인수상선(100)의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 전반적인 동작을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 복수개의 측정 구역에서의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 수중 항법 성능 평가 시스템 내 제1 무인수상선(200-1)과 제1 무인잠수정(300-1) 간의 수중 항법 성능을 평가하는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 7은 도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따라 제1 내지 제4 측정 구역에서의 수중 항법 성능 평가 시스템에서 무인잠수정(300, 300')의 수중 항법 성능을 평가하는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 8은 도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 수중 항법 성능 평가 시스템 내 복수개의 측정 구역에서의 제1 내지 제3 무인수상선(200-1 내지 200-3)의 블록도이다.
도 9는 도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 수중 항법 성능 평가 시스템 내 중앙 통제소(300)의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 전반적인 동작을 나타내는 순서도이다.
도 11은 도 5에 도시된 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법 중 단계(S270)의 부분 동작을 나타내는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 단계(S204)에서 복수개의 측정 구역에서의 제1 내지 제3 무인수상선(200-1 내지 200-3)의 각 윤곽선 매칭 및 시간 지연부에서 무인잠수정의 속도에 따라 통과 시간 대비 이미지 소나의 강도를 측정한 그래프이다.1 is a schematic configuration diagram of an underwater navigation performance evaluation system of an unmanned submersible according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a process of evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible in the underwater navigation performance evaluation system according to the first embodiment of the present invention illustrated in FIG. 1.
3 is a block diagram of an unmanned watercraft 100 in an underwater navigation performance evaluation system according to a first embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
4 is a flow chart showing the overall operation of the underwater navigation performance evaluation method of the unmanned submersible according to the first embodiment of the present invention.
5 is a schematic configuration diagram of an underwater navigation performance evaluation system of an unmanned submersible in a plurality of measurement zones according to a second embodiment of the present invention.
6 is a process for evaluating underwater navigation performance between the first unmanned watercraft 200-1 and the first unmanned submersible 300-1 in the underwater navigation performance evaluation system according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. It is a conceptual diagram showing.
FIG. 7 illustrates a process of evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible 300, 300 ′ in an underwater navigation performance evaluation system according to a second embodiment of the present invention illustrated in FIG. 5. It is a conceptual diagram.
FIG. 8 is a block diagram of first to third unmanned watercrafts 200-1 to 200-3 in a plurality of measurement zones in an underwater navigation performance evaluation system according to a second embodiment of the present invention shown in FIG.
9 is a block diagram of a central control station 300 in an underwater navigation performance evaluation system according to a second embodiment of the present invention shown in FIG. 5.
10 is a flowchart illustrating the overall operation of a method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible according to a second embodiment of the present invention.
11 is a flowchart illustrating a partial operation of step S270 of the method for evaluating underwater navigation performance of the unmanned submarine shown in FIG. 5.
12 is an angle of the first to third unmanned watercraft (200-1 to 200-3) in a plurality of measurement zones in step (S204) of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible according to a second embodiment of the present invention. It is a graph measuring the intensity of the image sonar versus the passing time according to the speed of the unmanned submersible in the contour matching and time delay section.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before describing the present invention in detail, the terms or words used in the present specification should not be interpreted as being unconditionally limited in a conventional or dictionary meaning, and in order for the inventors of the present invention to explain their invention in the best way It should be understood that the concept of various terms can be properly defined and used, and furthermore, these terms or words should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical spirit of the present invention.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.That is, the terms used in the present specification are only used to describe preferred embodiments of the present invention, and are not intended to specifically limit the contents of the present invention, and these terms represent various possibilities of the present invention. It should be understood that this is a term defined in consideration.

또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.In addition, in this specification, it is to be understood that a singular expression may include a plurality of expressions, unless similarly indicated in a different meaning in the context, and similarly, even if expressed in plural, may include the meaning of the singular. do.

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.When describing a component as "comprising" another component throughout this specification, it does not exclude any other component unless specifically stated otherwise, and further includes any other component. It could mean you can do it.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Furthermore, when a component is described as being "existing in or connected to another component", the component may be installed directly connected to or in contact with another component, and may be It may be installed spaced apart at a distance, and when installed spaced apart at a certain distance, there may be a third component or means for fixing or connecting the component to other components. It should be noted that the description of the components or means of 3 may be omitted.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, if a component is described as being “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that the third component or means does not exist.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Similarly, other expressions describing the relationship between each component, such as "between" and "immediately between", or "neighboring to" and "directly neighboring to", have the same effect. It should be interpreted as.

또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In addition, in this specification, the terms "one side", "other side", "one side", "other side", "first", "second", etc., if used, this one component for one component It is used to clearly distinguish from other components, and it should be noted that the meanings of the components are not limited by these terms.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.In addition, in the present specification, terms related to positions such as “upper,” “lower,” “left,” “right,” etc., when used, should be understood as indicating relative positions in corresponding drawings with respect to corresponding components, Unless an absolute position is specified for their position, these position-related terms should not be understood as referring to an absolute position.

더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.Moreover, in the specification of the present invention, terms such as “…unit”, “…group”, “module”, and “device”, if used, mean a unit capable of processing one or more functions or operations, which is hardware Or it should be understood that it can be implemented in software, or a combination of hardware and software.

또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.In addition, in this specification, in designating reference numerals for each component in each drawing, for the same component, the component has the same reference number even though it is displayed in different drawings, that is, the same reference throughout the specification. Reference numerals denote the same components.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings attached to the present specification, the size, position, and coupling relationship of each component constituting the present invention are partially exaggerated, reduced, or omitted in order to sufficiently convey the spirit of the present invention or for convenience of explanation. It may be described, and therefore the proportion or scale may not be strict.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.In addition, in the following, in describing the present invention, a detailed description of a configuration determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, for example, a known technology including the conventional technology may be omitted.

제1 실시예Example 1

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 시스템의 개략적인 구성도로서, 무인수상선(100), 무인잠수정(300) 및 중앙 통제소(400)를 포함한다. 무인수상선(100)은 제1 이미지 소나(110), 제2 이미지 소나(120), 자세-방위 측정 장치(140), GPS(150) 및 통신 안테나(180)를 포함한다.1 is a schematic configuration diagram of an underwater navigation performance evaluation system of an unmanned submersible according to the first embodiment of the present invention, and includes an unmanned watercraft 100, an unmanned submersible 300, and a central control station 400. The unmanned watercraft 100 includes a first image sonar 110, a second image sonar 120, a posture-orientation measurement device 140, a GPS 150 and a communication antenna 180.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중 항법 성능 평가 시스템에서 무인잠수정(300)의 수중 항법 성능을 평가하는 과정을 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a process of evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible 300 in the underwater navigation performance evaluation system according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1.

도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중 항법 성능 평가 시스템 내 무인수상선(100)의 블록도로서, 제1 이미지 소나(110), 제2 이미지 소나(120), 이미지 처리기(130), 자세-방위 측정 장치(140), GPS(150), 절대 위치 산출부(160), 경로 및 움직임 제어부(170) 및 무선 모뎀(180)을 포함한다.3 is a block diagram of an unmanned watercraft 100 in an underwater navigation performance evaluation system according to a first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the first image sonar 110, the second image sonar 120, and the image It includes a processor 130, a posture-orientation measuring device 140, a GPS 150, an absolute position calculator 160, a route and motion controller 170, and a wireless modem 180.

이미지 처리기(130)는 수직 조향 음향 이미지부(131-1), 수평 조향 음향 이미지부(131-2), 타겟 제1 트래킹부(132-1), 타겟 제2 트래킹부(132-2) 및 상대 위치 산출부(133)를 포함한다.The image processor 130 includes a vertical steering sound image unit 131-1, a horizontal steering sound image unit 131-2, a target first tracking unit 132-1, a target second tracking unit 132-2, and And a relative position calculating unit 133.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 전반적인 동작을 나타내는 순서도이다.4 is a flow chart showing the overall operation of the underwater navigation performance evaluation method of the unmanned submersible according to the first embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 시스템의 전반적인 동작을 설명하면 다음과 같다. The overall operation of the underwater navigation performance evaluation system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 as follows.

무인잠수정(300)이 제1 이미지 소나(110)에서 방사된 전방 수직 방향의 소나 빔을 인가받아 제1 반사 신호를 출력하면, 수직 조향 음향 이미지부(131-1)가 수직 조향 음향 이미지를 생성한다.When the unmanned submersible 300 receives the first vertical sonar beam emitted from the first image sonar 110 and outputs the first reflected signal, the vertical steering sound image unit 131-1 generates a vertical steering sound image. do.

무인수상선(100)의 제1 이미지 소나(110)가 전방 수직 조향 소나 빔을 방사하고, 제2 이미지 소나(120)가 전방 수평 방향 조향 소나 빔을 방사한다(S110).The first image sonar 110 of the unmanned watercraft 100 emits a forward vertical steering sonar beam, and the second image sonar 120 emits a front horizontal steering sonar beam (S110).

무인잠수정(300)은 방사된 전방 수직 및 전방 수평 방향 조향 소나 빔을 인가받아 선체 표면에서 반사한다(S115).The unmanned submersible 300 receives the emitted forward vertical and forward horizontal steering sonar beams and reflects them on the surface of the hull (S115).

수직 조향 음향 이미지부(131-1)가 무인잠수정(300)에서 반사되는 신호를 수신하여 수직 조향 음향 이미지를 생성하고, 수평 조향 음향 이미지부(131-2)가 무인잠수정(300)에서 반사되는 신호를 수신하여 수평 조향 음향 이미지를 생성한다(S120).The vertical steering sound image unit 131-1 receives a signal reflected from the unmanned submersible 300 to generate a vertical steering sound image, and the horizontal steering sound image unit 131-2 is reflected from the unmanned submersible 300 A horizontal steering sound image is generated by receiving the signal (S120).

타겟 제1 및 제2 트래킹부가 각각 수직 조향 음향 이미지 또는 수평 조향 음향 이미지를 인가받아 무인잠수정(300)의 경사각도, 방향각, 무인수상선(100)과의 제1 및 제2 거리를 획득한다(S125).The target first and second tracking units respectively receive a vertical steering sound image or a horizontal steering sound image to obtain first and second distances of the inclination angle, direction angle, and unmanned watercraft 100 of the unmanned submersible 300 ( S125).

상대 위치 산출부(133)가 무인잠수정(300)의 경사각도, 제1 및 제2 거리, 방향각을 인가받아 무인잠수정(300)의 상대 위치를 산출한다(S130).The relative position calculator 133 receives the inclination angle, first and second distances, and direction angles of the unmanned submersible 300 to calculate the relative position of the unmanned submersible 300 (S130).

무인수상선(100)의 GPS(150)가 무인수상선(100) 중심의 3차원 위치를 측정하고, 자세-방위 측정 장치(140)가 무인수상선(100) 중심의 3 자유도 자세 데이터를 측정한다(S135).The GPS 150 of the unmanned watercraft 100 measures the three-dimensional position of the center of the unmanned watercraft 100, and the posture-orientation measuring device 140 measures the three degrees of freedom posture data centered on the unmanned watercraft 100 ( S135).

절대 위치 산출부(160)가 3차원 위치 및 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 무인잠수정(300)의 절대 위치를 산출하고, 경로 및 움직임 제어부(170)가 무인잠수정(300)의 절대 위치를 인가받아 무인수상선(100)의 속도를 제어한다(S140, S145).The absolute position calculating unit 160 receives the three-dimensional position and three degrees of freedom posture data to calculate the absolute position of the unmanned submersible 300, and the path and motion control unit 170 applies the absolute position of the unmanned submersible 300 Receive and control the speed of the unmanned watercraft (100) (S140, S145).

무선 모뎀(180)이 무인잠수정(300)의 절대 위치, 수직 및 수평 조향 음향 이미지, 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 무인잠수정(300)의 무선 안테나를 통하여 중앙 통제소(400)로 전송한다(S150).The wireless modem 180 receives the absolute position of the unmanned submersible 300, vertical and horizontal steering sound images, and three degrees of freedom posture data and transmits it to the central control station 400 through the wireless antenna of the unmanned submersible 300 (S150). ).

중앙 통제소(400)가 수직 및 수평 조향 음향 이미지와 절대 위치 데이터를 인가받아 무인수상선(100)의 경유점을 제어하면서, 무인잠수정(300)의 수중 항법 성능 평가를 모니터링한다(S160).The central control station 400 receives vertical and horizontal steering sound images and absolute position data to control the transit point of the unmanned watercraft 100, and monitors the underwater navigation performance evaluation of the unmanned submersible 300 (S160).

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 구체적인 동작을 설명하면 다음과 같다. A detailed operation of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 as follows.

먼저, 본 발명의 제1 실시예는 소형 무인수상선(100)이 무인잠수정(300)을 따라 이동 추적하며 3차원 위치를 평가하는 방법으로서, 수중을 자율 운항하는 무인잠수정(300)의 3차원 위치 추적에 적용 가능하다.First, the first embodiment of the present invention is a method for evaluating a three-dimensional position by tracking the movement of the small unmanned watercraft 100 along the unmanned submersible 300, the three-dimensional position of the unmanned submersible 300 that autonomously operates underwater. Applicable to tracking.

즉, 소형 무인수상선(100)에 무인잠수정(300)의 3차원 위치추적을 위하여 수직 방향의 제1 이미지 소나(110)와 수평 방향의 제2 이미지 소나(120)를 장착하고, 소형 무인수상선(100)이 수중을 이동하는 무인잠수정(300)을 추적하며 무인잠수정(300)의 3차원 궤적을 전체 구간에 대해 평가한다. That is, the first image sonar 110 in the vertical direction and the second image sonar 120 in the horizontal direction are mounted on the small unmanned watercraft 100 to track the three-dimensional position of the unmanned submersible 300 and the small unmanned watercraft ( 100) tracks the unmanned submersible 300 moving in the water, and evaluates the 3D trajectory of the unmanned submersible 300 for the entire section.

일반적으로 두 개의 이미지 소나를 무인수상선(100)에 장착하면, 이로 인하여 무인수상선(100)이 이동 중 받는 저항이 증가하게 되는데, 본 발명의 제1 실시예는 무인수상선(100)이 쌍동선 형상을 가지며, 쌍동선체 전방 선저 좌우에 수직 방향의 제1 이미지 소나(110)와 수평 방향의 제2 이미지 소나(120)를 각각 장착하여, 소나 센서 장착으로 인한 무인수상선(100)에 작용하는 저항을 최소화한다.Generally, when two image sonars are mounted on the unmanned watercraft 100, this increases the resistance received by the unmanned watercraft 100 while the unmanned watercraft 100 forms a catamaran shape. The first and second image sonars 110 in the vertical direction and the second image sonar 120 in the horizontal direction are mounted on the left and right sides of the front hull of the catamaran, thereby minimizing the resistance acting on the unmanned watercraft 100 due to the attachment of the sonar sensor. do.

또한, 두 개의 이미지 소나의 분리에 따라 이미지 소나에서 측정되는 위치 옵셋을 보정함으로써, 수중에서 운항하는 무인잠수정(300)의 3차원 위치를 평가한다. In addition, by correcting the position offset measured in the image sonar according to the separation of the two image sonar, the three-dimensional position of the unmanned submersible 300 operating in the water is evaluated.

여기에서, 소형 무인수상선(100)은 쌍동(카타마란(Catamaran) 또는 Small Water-plane Area Twin Hull, SWATH)형 선체이며, 제1 및 제2 이미지 소나(110, 120)는 실린더 형태의 유선형으로 제작되고, 이동 중 저항을 최소화하도록 선저 좌우에 수평 방향으로 장착된다. Here, the small unmanned watercraft 100 is a catamaran (Catamaran or Small Water-plane Area Twin Hull, SWATH) type hull, and the first and second image sonars 110 and 120 are manufactured in a streamlined form of a cylinder It is mounted horizontally to the left and right of the ship to minimize resistance during movement.

설치된 두 개의 이미지 소나의 트랜스폰더 헤드의 위치는 다음과 같다.The locations of the two installed image sonar transponder heads are:

수직 방향의 제1 이미지 소나(110)의 설치 위치는

Figure 112018130004360-pat00005
이고, 수평 방향의 제2 이미지 소나(120)의 설치 위치는
Figure 112018130004360-pat00006
이다.The installation position of the first image sonar 110 in the vertical direction is
Figure 112018130004360-pat00005
The installation position of the second image sonar 120 in the horizontal direction is
Figure 112018130004360-pat00006
to be.

타겟 제1 트래킹부(132-1)는 무인수상선(100)의 수직 방향의 제1 이미지 소나(110)에서 측정되는 이미지로부터 무인잠수정(300)의 경사각도(slant angle)

Figure 112018130004360-pat00007
와 무인수상선(100)과의 제1 거리 R1을 얻을 수 있다.The target first tracking unit 132-1 is a slant angle of the unmanned submersible 300 from the image measured by the first image sonar 110 in the vertical direction of the unmanned watercraft 100.
Figure 112018130004360-pat00007
And a first distance R 1 between the unmanned watercraft 100.

타겟 제2 트래킹부(132-2)는 무인수상선(100)의 수평 방향의 제2 이미지 소나(120)에서 측정되는 이미지로부터 무인잠수정(300)의 방향각(bearing angle)

Figure 112018130004360-pat00008
와 무인수상선(100)과의 제2 거리 R2를 얻을 수 있다. The target second tracking unit 132-2 is the bearing angle of the unmanned submersible 300 from the image measured by the second image sonar 120 in the horizontal direction of the unmanned watercraft 100.
Figure 112018130004360-pat00008
And the second distance R 2 between the unmanned watercraft 100.

따라서, 상대 위치 산출부(133)는 다음의 수학식 1을 이용하여 무인잠수정(300)의 상대 위치를 산출한다.Therefore, the relative position calculator 133 calculates the relative position of the unmanned submersible 300 using Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018130004360-pat00009
Figure 112018130004360-pat00009

무인수상선(100)은 해상 상태에 따라 6 자유도로 운동하므로, 무인수상선(100)에서 운동을 보정하여 무인잠수정(300)의 3차원 위치를 계산해야 한다. Since the unmanned watercraft 100 moves in six degrees of freedom depending on the sea state, the three-dimensional position of the unmanned submersible 300 should be calculated by correcting motion in the unmanned watercraft 100.

무인수상선(100) 중심의 3차원 위치

Figure 112018130004360-pat00010
는 GPS(150)를 이용해 측정되며, 3 자유도 자세 데이터
Figure 112018130004360-pat00011
는 자세-방위 측정 장치(140)(Attitude Heading Reference System, AHRS)를 이용하여 각각 측정된다. 3D position of the center of the unmanned watercraft (100)
Figure 112018130004360-pat00010
Is measured using GPS (150), 3 degrees of freedom posture data
Figure 112018130004360-pat00011
Is measured using a posture-orientation measuring device 140 (Attitude Heading Reference System, AHRS).

이때, 3 자유도 자세 데이터란 무인수상선(100)의 롤, 피치, 요잉(roll, pitch, yawing) 운동을 통해 획득된 데이터를 의미한다.In this case, the three degrees of freedom posture data refers to data obtained through roll, pitch, yawing motions of the unmanned watercraft 100.

절대 위치 산출부(160)는 다음의 수학식 2를 이용하여 무인잠수정(300)의 무인잠수정(300)의 절대 위치 (X, Y, Z)를 계산한다.The absolute position calculator 160 calculates the absolute position (X, Y, Z) of the unmanned submersible 300 of the unmanned submersible 300 using Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018130004360-pat00012
Figure 112018130004360-pat00012

여기에서,

Figure 112018130004360-pat00013
이다.From here,
Figure 112018130004360-pat00013
to be.

무인수상선(100) 중심의 3차원 위치는 GPS(150)로부터 얻어지며, GPS(150)가 설치된 옵셋의 레버암 효과(lever-arm effect)를 보정한다.The three-dimensional position of the center of the unmanned watercraft 100 is obtained from the GPS 150 and corrects the lever-arm effect of the offset in which the GPS 150 is installed.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예는 무인수상선(100)에 탑재된 수직 방향의 제1 이미지 소나(110) 및 수평 방향의 제2 이미지 소나(120)를 이용하여 무인잠수정(300)을 추적하며 항법성능을 평가한다. As shown in FIG. 2, the first embodiment of the present invention uses an unmanned submersible boat using a first image sonar 110 in the vertical direction and a second image sonar 120 in the horizontal direction mounted on the unmanned watercraft 100. 300) to evaluate navigation performance.

무인잠수정(300)이 수중에서 임의의 방향으로 운항할 때, 무인수상선(100)은 무인잠수정(300)을 추적하며, 무인잠수정(300)이 소나 측정범위 내에 유지하도록 경로 제어를 실시한다. When the unmanned submersible 300 operates in any direction in the water, the unmanned watercraft 100 tracks the unmanned submersible 300 and performs route control so that the unmanned submersible 300 remains within the sonar measurement range.

본 발명의 제1 실시예는 무인수상선(100)의 두 이미지 소나가 무인잠수정(300)을 추적할 수 있게 하기 위하여 관측 범위 내에 위치하도록 무인수상선(100) 내 경로 및 움직임 제어부(170)를 제어한다.The first embodiment of the present invention controls the path and motion control unit 170 in the unmanned watercraft 100 so that the two image sonars of the unmanned watercraft 100 are located within the observation range in order to track the unmanned submersible 300 do.

도 3 에서 보는 바와 같이, 수직 방향의 제1 이미지 소나(110)에서 얻어진 2차원 이미지(I1)으로부터 무인수상선(100)에 탑재된 이미지 처리기를 통해 무인잠수정(300)의 경사각

Figure 112018130004360-pat00014
와 무인잠수정(300)까지의 거리 R1을 산출한다. As shown in FIG. 3, the inclination angle of the unmanned submersible 300 through the image processor mounted on the unmanned watercraft 100 from the two-dimensional image I 1 obtained from the first image sonar 110 in the vertical direction
Figure 112018130004360-pat00014
And the distance R 1 to the unmanned submersible 300.

또한, 수평 방향의 제2 이미지 소나(120)에서 얻어진 2차원 이미지(I2)로부터 영상 처리를 통해 무인잠수정(300)의 방향각

Figure 112018130004360-pat00015
와 무인잠수정(300)까지의 거리 R2를 산출한다. In addition, the direction angle of the unmanned submersible 300 through image processing from the two-dimensional image I 2 obtained from the second image sonar 120 in the horizontal direction
Figure 112018130004360-pat00015
And the distance R 2 to the unmanned submersible 300.

무인수상선(100)에 탑재된 마이크로프로세서를 이용하여 무인잠수정(300)의 상대 위치를 [수학식 1]로 계산하고, 무인수상선(100)의 위치 및 자세를 다음의 [수학식 2]를 이용하여 계산하여 보정한다.The relative position of the unmanned submersible 300 is calculated as [Equation 1] by using the microprocessor mounted on the unmanned watercraft 100, and the position and posture of the unmanned watercraft 100 are used by the following [Equation 2] Calculate and correct.

무인잠수정(300)의 수중 절대 위치, 제1 이미지 소나(110)에서 얻어진 수직 방향 소나 이미지, 제2 이미지 소나(120)에서 얻어진 수평 방향 소나 이미지 및 3 자유도 자세 데이터는 무인수상선(100)에 탑재된 무선 모뎀(180)을 통하여 중앙 통제소(400)로 전송된다.The absolute position of the underwater submersible 300, the vertical sonar image obtained from the first image sonar 110, the horizontal sonar image obtained from the second image sonar 120, and the three degrees of freedom posture data are transmitted to the unmanned watercraft 100. It is transmitted to the central control station 400 through the mounted wireless modem 180.

중앙 통제소(400)에서는 무인수상선(100)으로부터 무인잠수정(300)의 절대 위치, 수직/수평 조향 음향 이미지 및 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 무인잠수정(300)의 수중 항법 성능 평가를 종합 모니터링하면서, 무인수상선(100) 및 무인잠수정(300)의 상대 위치가 측정범위 내에 유지되도록 무인수상선(100)의 경유점을 제어한다. The central control station 400 receives the absolute position of the unmanned submersible 300 from the unmanned submersible vessel 100, vertical/horizontal steering sound images, and 3 degrees of freedom attitude data, while comprehensively monitoring the underwater navigation performance evaluation of the unmanned submersible 300 , The control point of the unmanned watercraft 100 is controlled so that the relative positions of the unmanned watercraft 100 and the unmanned submersible 300 are maintained within the measurement range.

제2 실시예Example 2

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 복수개의 측정 구역에서의 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 시스템의 개략적인 구성도로서, 복수개의 측정 구역에서의 무인수상선(200-1 내지 200-3), 복수개의 측정 구역에서의 무인잠수정(300, 300', 300) 및 중앙 통제소(400)를 포함한다. 5 is a schematic configuration diagram of an underwater navigation performance evaluation system of an unmanned submersible in a plurality of measurement zones according to a second embodiment of the present invention, in which the unmanned watercraft (200-1 to 200-3) in a plurality of measurement zones , Including unmanned submersibles (300, 300', 300) in a plurality of measurement zones and a central control station (400).

도 6은 도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 수중 항법 성능 평가 시스템 내 제1 무인수상선(200-1)과 제1 무인잠수정(300-1) 간의 수중 항법 성능을 평가하는 과정을 나타내는 개념도로서, 무인수상선(200-1)은 이미지 소나(210), 자세-방위 측정 장치(240), GPS(250) 및 통신 안테나(280)를 포함한다.6 is a process for evaluating underwater navigation performance between the first unmanned watercraft 200-1 and the first unmanned submersible 300-1 in the underwater navigation performance evaluation system according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. As a conceptual diagram showing, the unmanned watercraft 200-1 includes an image sonar 210, a posture-orientation measurement device 240, a GPS 250, and a communication antenna 280.

도 7은 도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따라 제1 내지 제4 측정 구역에서의 수중 항법 성능 평가 시스템에서 무인잠수정(300, 300')의 수중 항법 성능을 평가하는 과정을 나타내는 개념도이다.FIG. 7 illustrates a process of evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible 300, 300 ′ in an underwater navigation performance evaluation system according to a second embodiment of the present invention illustrated in FIG. 5. It is a conceptual diagram.

도 8은 도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 수중 항법 성능 평가 시스템 내 복수개의 측정 구역에서의 제1 내지 제3 무인수상선(200-1 내지 200-3)의 블록도이다. FIG. 8 is a block diagram of first to third unmanned watercrafts 200-1 to 200-3 in a plurality of measurement zones in an underwater navigation performance evaluation system according to a second embodiment of the present invention shown in FIG.

제1 무인수상선(200-1)은 제1 이미지 소나(210-1), 제1 음향 이미지부(231-1), 제1 타겟 감지부(232-1), 제1 자세-방위 측정 장치(240-1), 제1 GPS(250-1), 제1 절대 위치 산출부(260-1) 및 제1 무선 모뎀(285-1)을 포함한다.The first unmanned watercraft 200-1 includes a first image sonar 210-1, a first acoustic image unit 231-1, a first target detection unit 232-1, and a first posture-orientation measurement device ( 240-1), a first GPS 250-1, a first absolute position calculator 260-1, and a first wireless modem 285-1.

제2 무인수상선(200-2)은 제2 이미지 소나(210-2), 제2 음향 이미지부(231-2), 제2 타겟 감지부(232-2), 제2 자세-방위 측정 장치(240-2), 제2 GPS(250-2), 제2 절대 위치 산출부(260-2) 및 제2 무선 모뎀(285-2)을 포함한다.The second unmanned watercraft 200-2 includes a second image sonar 210-2, a second acoustic image unit 231-2, a second target detection unit 232-2, and a second posture-orientation measurement device ( 240-2), a second GPS 250-2, a second absolute position calculator 260-2, and a second wireless modem 285-2.

제3 무인수상선(200-3)은 제3 이미지 소나(210-3), 제3 음향 이미지부(231-3), 제3 타겟 감지부(232-3), 제3 자세-방위 측정 장치(240-3), 제3 GPS(250-3), 제3 절대 위치 산출부(260-3) 및 제3 무선 모뎀(285-3)을 포함한다.The third unmanned watercraft 200-3 includes a third image sonar 210-3, a third acoustic image unit 231-3, a third target detection unit 232-3, and a third posture-orientation measurement device ( 240-3), a third GPS 250-3, a third absolute position calculator 260-3, and a third wireless modem 285-3.

도 9는 도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 수중 항법 성능 평가 시스템 내 중앙 통제소(400)의 블록도로서, 통제소 무선 모뎀(310), 타겟 강도 윤곽선 생성부(320), 윤곽선 매칭 및 시간 지연부(330), 타겟 속도 산출부(340), 제어부(350) 및 디스플레이부(360)를 포함한다.9 is a block diagram of the central control station 400 in the underwater navigation performance evaluation system according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5, the control station wireless modem 310, the target strength contour generation unit 320, the contour It includes a matching and time delay unit 330, a target speed calculating unit 340, a control unit 350 and a display unit 360.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 전반적인 동작을 나타내는 순서도이다.10 is a flowchart illustrating the overall operation of a method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible according to a second embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 시스템의 전반적인 동작을 설명하면 다음과 같다. The overall operation of the underwater navigation performance evaluation system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 10 as follows.

복수개의 무인수상선(200-1 내지 200-n)이 수직 방향의 이미지 소나(210)를 장착하고, 일정 간격으로 연속한 측정 구역에서 위치를 확보한다(S210).A plurality of unmanned watercraft (200-1 to 200-n) is mounted on the image sonar 210 in the vertical direction, and secures the position in a continuous measurement zone at regular intervals (S210).

복수개의 무인수상선(200-1 내지 200-n)이 각 이미지 소나에서 하방 수직 방향의 소나 빔을 방사하면, 각 음향 이미지부가 음향 이미지를 생성한다(S215, S225).When a plurality of unmanned water lines 200-1 to 200-n emit a sonar beam in a vertical direction downward from each image sonar, each acoustic image unit generates an acoustic image (S215, S225).

무인잠수정(300, 300’, 300)의 반사 신호가 수신되었는지 판단하여(S230), 긍정의 경우 타겟 감지부가 음향 이미지를 인가받아 무인잠수정(300, 300’, 300)의 방향각 및 무인수상선(200-1 내지 200-n)과의 거리를 획득 (S240)하고, 부정의 경우 무인잠수정(300, 300’, 300)이 측정 구역을 통과하는지 판단한다(S235).Determining whether the reflected signal of the unmanned submersible 300 (300, 300', 300) has been received (S230), and in the case of affirmative, the target sensing unit receives the acoustic image and the direction angle and unmanned water line of the unmanned submersible 300, 300', 300 A distance from 200-1 to 200-n) is obtained (S240), and if it is negative, it is determined whether the unmanned submersible 300 (300', 300', 300) passes through the measurement zone (S235).

단계(S240) 후에 상대 위치 산출부가 무인잠수정(300, 300’, 300)의 방향각 및 거리를 인가받아 무인잠수정(300, 300’, 300)의 상대 위치를 산출한다(S245).After the step S240, the relative position calculating unit receives the direction angles and distances of the unmanned submersibles 300, 300', and 300 to calculate the relative positions of the unmanned submersibles 300, 300', and 300 (S245).

GPS가 무인수상선(200-1 내지 200-n) 중심의 3차원 위치를 측정하고, 자세-방위 측정 장치가 무인수상선(200-1 내지 200-n) 중심의 3 자유도 자세 데이터를 측정한다(S250).GPS measures the three-dimensional position of the center of the unmanned watercraft (200-1 to 200-n), and the posture-orientation measurement device measures three degrees of freedom posture data centered on the unmanned watercraft (200-1 to 200-n) ( S250).

절대 위치 산출부가 3차원 위치 및 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 무인잠수정(300, 300’, 300)의 절대 위치를 산출한다(S255).The absolute position calculator receives the three-dimensional position and three degrees of freedom posture data and calculates the absolute position of the unmanned submersibles 300, 300', and 300 (S255).

무선 모뎀이 무인잠수정(300, 300’, 300)의 절대 위치, 음향 이미지, 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 무선 안테나를 통하여 중앙 통제소(400)로 전송한다(S260).The wireless modem receives the absolute position, sound image, and 3 degrees of freedom posture data of the unmanned submersibles (300, 300', 300) to the central control station 400 through the wireless antennas of the unmanned submersibles (300, 300', 300"). Transmit (S260).

중앙 통제소(400)가 음향 이미지 및 절대 위치 데이터를 수신하여수신 시간을 저장한 후에(S270), 단계(S215)로 회귀한다.After the central control station 400 receives the acoustic image and the absolute position data and stores the reception time (S270), the process returns to step S215.

한편, 단계(S235)에서 무인잠수정(300, 300’, 300)이 측정 구역을 통과한 것으로 판단된 경우, 중앙 통제소(400)가 각 측정 구역에서 측정된 무인잠수정(300, 300’, 300)의 절대위치를 산출하고(S280), 측정 구역 통과 시간의 차이, 무인잠수정(300, 300’, 300)의 속도 및 통과 각도를 산출한다(S285).On the other hand, if it is determined in step S235 that the unmanned submersibles 300, 300', and 300 have passed through the measurement area, the central control station 400 measures the unmanned submersibles 300, 300', 300 in each measurement area. Calculates the absolute position of (S280), calculates the difference in the passage time of the measurement zone, the speed and the passing angle of the unmanned submersibles (300, 300', 300) (S285).

중앙 통제소(400)가 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 수중 항법 성능 평가 시스템을 통제하고 종합 모니터링한다(S290).The central control station 400 controls and monitors the underwater navigation performance evaluation system of the unmanned submarines (300, 300', 300”) (S290).

도 11은 도 5에 도시된 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 수중 항법 성능 평가 방법 중 단계(S270)의 부분 동작을 나타내는 순서도이다.11 is a flowchart illustrating a partial operation of step S270 of the method for evaluating underwater navigation performance of unmanned submersibles 300, 300', and 300" shown in FIG.

도 5 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법 중 단계(S270)의 부분 동작을 설명하면 다음과 같다. A partial operation of step S270 of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 11 as follows.

타겟 강도 윤곽선 생성부(320)가 통제소 무선 모뎀(310)을 통하여 복수개의 측정 구역을 통과하는 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 수중 위치 및 통과 시간에 대한 데이터를 무선으로 인가받아, 신호 강도 및 시간 경과에 따라 변화되는 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 복수개의 윤곽선을 생성한다(S271, S272).The target intensity contour generating unit 320 wirelessly receives data about the underwater position and the passing time of the unmanned submersible 300, 300 ′, 300 ″ passing through a plurality of measurement zones through the control station wireless modem 310, A plurality of contours of the unmanned submersibles 300, 300', and 300" that change over time with signal strength is generated (S271, S272).

윤곽선 매칭 및 시간 지연부(330)가 생성된 복수개의 윤곽선의 데이터를 인가받아, 각 윤곽선의 중앙값 시간을 통과 시간으로 간주하여 이웃하는 관측 지점에서의 무인잠수정 통과 시간을 계측한다(S273).The contour matching and the time delay unit 330 receives the data of the plurality of contours generated, and considers the median time of each contour as a passing time to measure the passing time of an unattended submersible at a neighboring observation point (S273).

타겟 속도 산출부(340)가 계측된 무인잠수정 통과 시간의 데이터를 인가받아, 각 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 이동 거리를 고려하여 이웃하는 관측 지점에서의 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 속도 및 방향을 산출한다(S274).The target speed calculating unit 340 receives the measured unmanned submersible passing time data, and considers the moving distance of each unmanned submersible 300 (300, 300', 300”). ', 300”) is calculated (S274).

제어부(350)가 생성된 복수개의 윤곽선의 형태를 비교하여 일정값 이상의 상관관계가 있는지 여부를 판단한다(S275, S276).The controller 350 compares the shapes of the plurality of contours generated to determine whether there is a correlation of a predetermined value or more (S275, S276).

판단결과, 일정값 이상의 상관관계가 유지되면 디스플레이부(360)가 복수개의 측정 구역에서의 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 속도 및 방향을 출력하고(S277), 일정값 이상의 상관관계가 없으면 제어부(350)가 노이즈로 판별하여 단계(S271)로 회귀한다(S278).As a result of determination, if the correlation above a certain value is maintained, the display unit 360 outputs the speed and direction of the unmanned submersibles 300, 300', and 300" in a plurality of measurement areas (S277), and the correlation above a certain value If there is no, the control unit 350 determines as noise and returns to step S271 (S278).

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 단계(S204)에서 복수개의 측정 구역에서의 제1 내지 제3 무인수상선(200-1 내지 200-3)의 각 윤곽선 매칭 및 시간 지연부(330)에서 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 속도에 따라 통과 시간 대비 이미지 소나의 강도를 측정한 그래프로서, (a)는 중간 속도, (b)는 저속, (c)는 고속인 경우이다.12 is an angle of the first to third unmanned watercraft (200-1 to 200-3) in a plurality of measurement zones in step (S204) of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible according to a second embodiment of the present invention. Contour matching and time delay unit 330 is a graph of the intensity of the image sonar compared to the passing time according to the speed of the unmanned submersible (300, 300', 300"), (a) is the medium speed, (b) is low speed , (c) is a case of high speed.

도 5 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법의 구체적인 동작 및 결과를 설명하면 다음과 같다. The specific operation and results of the method for evaluating underwater navigation performance of an unmanned submersible according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 12 as follows.

먼저, 본 발명의 제2 실시예는 소형 무인수상선(200-1 내지 200-n)이 수중 고정 지점을 통과하는 무인잠수정(300, 300’, 300)의 3차원 위치를 평가하는 방법으로서, 무인잠수정(300, 300’, 300”)이 미리 계획된 궤적을 장시간 반복하며 운항하는 시험평가 또는 수중 스테이션에 도킹하는 무인잠수정(300, 300’, 300)의 성능시험 평가에 적용 가능하다.First, the second embodiment of the present invention is a method for evaluating the three-dimensional position of the unmanned submersible 300 (300', 300', 300) through which the small unmanned submarines 200-1 to 200-n pass through underwater anchor points. It can be applied to the test evaluation of submersibles (300, 300', 300”) operated for a long time by repeating a previously planned trajectory, or to the performance test evaluation of unmanned submersibles (300, 300', 300) docked at underwater stations.

즉, 복수개의 측정 구역에서 위치가 고정된 무인수상선(200-1 내지 200-n)(또는 수상 계류선으로 위치가 고정된 소형 바지선 또는 부이)에 수직으로 설치된 이미지 소나를 통하여 일정거리 떨어진 연속 지점에서 무인잠수정(300, 300’, 300)이 수중 특정 지점을 통과하는 위치를 측정함으로써 이동 속도를 산출한다. That is, in a plurality of measurement zones at a continuous distance away from a fixed distance through the image sonar vertically installed on the unmanned watercraft (200-1 to 200-n) (or small barge or buoy whose position is fixed by the mooring mooring) fixed in position. The moving speed is calculated by measuring the position where the unmanned submersible 300, 300', 300 passes through a specific point in the water.

무인수상선(200-1 내지 200-n)에 탑재된 이미지 소나는 무인수상선(200-1 내지 200-n)에 수직하게 설치되며, 무인수상선(200-1 내지 200-n)의 측면 양쪽 하방으로 소나 빔이 방사되어 롤 방향으로 분해능을 갖도록 설치한다. The image sonar mounted on the unmanned watercraft (200-1 to 200-n) is installed perpendicular to the unmanned watercraft (200-1 to 200-n), and the sides of the unmanned watercraft (200-1 to 200-n) on both sides below. The sonar beam is radiated and installed to have resolution in the roll direction.

무인수상선(200-1 내지 200-n)은 일정 위치를 확보하기 위하여 동 위치제어(dynamic positioning)를 실시하거나 수면 상에서 계류선으로 고정한다. The unmanned watercraft 200-1 to 200-n are subjected to dynamic positioning or secured with a mooring line on the water surface to secure a certain position.

이 방법은 무인잠수정(300, 300’, 300)이 미리 계획된 궤적을 장시간 반복하며 운항하는 시험평가에 적용하거나, 수중 또는 수상 장애물 회피 성능 시험평가에 적용하기 적합하며, 수중 스테이션에 도킹하는 무인잠수정(300, 300’, 300)의 수중 항법 및 도킹 성능시험 평가에도 적용 가능하다.This method is suitable for test evaluation in which unmanned submersibles (300, 300', 300) pre-planned trajectories are operated over a long period of time, or is suitable for evaluating underwater or water obstacle avoidance performance test, and unmanned submersible docking at underwater stations It is applicable to the evaluation of underwater navigation and docking performance test of (300, 300', 300).

도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예는 수중을 운항하는 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 항법성능 평가에 있어서 특정 위치를 지날 때의 항법 오차를 측정하는 방법이므로, 관심있는 지점에 동일한 측정장치를 복수개 설치하여 이동 궤도 구간별로 항법 오차를 평가할 수 있다.As shown in FIG. 5, the second embodiment of the present invention is a method of measuring navigation errors when passing a specific position in evaluating navigation performance of an unmanned submersible 300, 300', 300” operating in water, By installing multiple identical measuring devices at points of interest, navigation errors can be evaluated for each moving trajectory section.

도 6에서 보는 바와 같이, 정지된 무인수상선(200-1 내지 200-n)(또는 계류 바지선 또는 부이) 선저에 이미지 소나 헤드가 수직 하방을 향하고 방사되는 소나 빔이 무인수상선(200-1 내지 200-n)의 측면 방향으로 방사되도록 설치하고, 무인잠수정(300, 300’, 300)에서 반사되어 수신되는 소나 이미지를 이용하여 무인잠수정(300, 300’, 300)이 수중 특정 지점을 통과하는 위치를 측정한다. As shown in FIG. 6, the sonar beam radiated with the image sonar head directed vertically downward to the bottom of the stationary unmanned watercraft 200-1 to 200-n (or mooring barge or buoy) is the unmanned watercraft 200-1 to 200 It is installed to radiate in the lateral direction of -n, and the position where the unmanned submersible 300, 300', 300 passes through a specific point in the water by using the sonar image reflected and received from the unmanned submersible 300, 300', 300 Measure.

무인수상선(200-1 내지 200-n)에 설치된 이미지 소나의 트랜스폰더 헤드의 위치는

Figure 112018130004360-pat00016
이다. The position of the transponder head of the image sonar installed on the unmanned watercraft (200-1 to 200-n) is
Figure 112018130004360-pat00016
to be.

이미지 소나에서 측정되는 수직 하방 이미지로부터 무인잠수정(300, 300’, 300)의 방향각

Figure 112018130004360-pat00017
와 무인수상선(200-1 내지 200-n)과의 거리 R을 얻으면, 통과하는 무인잠수정(300, 300’, 300)의 상대 위치는 다음의 수학식 3과 같다.Direction angle of the unmanned submersible (300, 300', 300) from the vertical downward image measured in the image sonar
Figure 112018130004360-pat00017
When the distance R between and the unmanned watercraft (200-1 to 200-n) is obtained, the relative positions of the unmanned submersibles (300, 300', 300) passing through are as shown in Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018130004360-pat00018
Figure 112018130004360-pat00018

무인잠수정(300, 300’, 300”)의 절대 위치(X,Y,Z)는 제1 실시예와 마찬가지로 수학식 2와 동일한 방법으로 구할 수 있다. The absolute positions (X, Y, Z) of the unmanned submersible 300, 300', 300" can be obtained in the same manner as in Equation 2, as in the first embodiment.

이와 같은 측정장치를 일정 간격으로 연속한 복수개의 지점(본 실시예에서는 세 지점)에 설치(바지선에 장착할 경우는 하나의 바지선에 3개의 측정장치를 연속하여 설치)하면, 무인잠수정(300, 300’, 300”)이 이 지점들을 지나는 시간을 측정함으로써 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 속도와 방향각을 측정할 수 있다. If such a measuring device is installed at a plurality of points (three points in this embodiment) continuously at regular intervals (when installed on a barge, three measuring devices are continuously installed on one barge), the unmanned submersible 300 ( 300', 300”) can measure the speed and direction angle of the unmanned submersible 300, 300', 300” by measuring the time passing through these points.

도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예는 무인잠수정(300, 300’)의 수중 항법 성능 평가를 위하여 관심지역인 측정 구역 1 내지 4에 가변적으로 기준점을 설치한다.As shown in FIG. 7, in the second embodiment of the present invention, reference points are variably installed in measurement areas 1 to 4, which are regions of interest, for evaluating underwater navigation performance of unmanned submersibles 300 and 300'.

도 6 및 도 8에서 보는 바와 같이, 세 지점 각각의 수직 하방 이미지 소나에서 얻어진 2차원 이미지 I1, I2, I3로부터 각 무인수상선(200-1 내지 200-n)에 탑재된 음향 이미지부(231-1, 231-2, 231-3), 타겟 감지부(232-1, 232-2, 232-3), 자세-방위 측정 장치(240-1, 240-2, 240-3), GPS(250-1, 250-2, 250-3), 절대 위치 산출부(260-1, 260-2, 260-3)를 통해 무인잠수정(300-1)의 방향각 와 무인잠수정(300-1)까지의 거리 R을 산출한다. As shown in FIGS. 6 and 8, the acoustic image unit mounted on each unmanned watercraft 200-1 to 200-n from the two-dimensional images I 1 , I 2 , and I 3 obtained from the vertical downward image sonar of each of the three points (231-1, 231-2, 231-3), target detection unit (232-1, 232-2, 232-3), posture-orientation measurement device (240-1, 240-2, 240-3), Direction angle and unmanned submersible (300-) of the unmanned submersible (300-1) through the GPS (250-1, 250-2, 250-3), absolute position calculator (260-1, 260-2, 260-3) Calculate the distance R to 1).

무인수상선(200-1 내지 200-n)에 탑재된 프로세서를 이용하여 각 지점을 통과하는 무인잠수정(300-1)의 상대 위치를 수학식 3으로 계산하고, 무인수상선(200-1 내지 200-n) 각각의 위치 및 자세를 수학식 2로 보정하여 계산한다. The relative position of the unmanned submersible 300-1 passing through each point is calculated by using Equation 3, using the processors mounted on the unmanned submerged vessels 200-1 to 200-n, and the unmanned submerged vessels 200-1 to 200-n n) Calculate each position and posture by correcting with Equation 2.

한편, 각 지점을 통과하는 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 수중 절대 위치, 수직 하방 소나 이미지, 무인수상선(200-1 내지 200-n)의 자세 및 위치 정보는 무인수상선(200-1 내지 200-n) 각각에 탑재된 무선 모뎀을 통하여 중앙 통제소(400)로 전송한다.On the other hand, the absolute position of the underwater of the unmanned submersible (300, 300', 300”) passing through each point, the vertical downward sonar image, the attitude and position information of the unmanned watercraft (200-1 to 200-n) are unmanned watercraft (200- 1 to 200-n) are transmitted to the central control station 400 through the wireless modem mounted on each.

도 9에서 보는 바와 같이, 중앙 통제소(400)에서는 타겟 강도 윤곽선 생성부(320)가 통제소 무선 모뎀(310)을 통하여 세 지점의 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 수중위치와 통과 시간에 대한 데이터를 무선으로 인가받아, 신호 강도 및 시간 경과에 따라 변화되는 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 복수개의 윤곽선을 생성한다.As shown in FIG. 9, in the central control station 400, the target intensity contour generator 320 passes through the control station wireless modem 310 to the underwater locations and transit times of three unmanned submersibles 300, 300', 300". By receiving data for wirelessly, a plurality of contours of unmanned submersibles 300, 300', and 300" that change over time with signal strength is generated.

윤곽선 매칭 및 시간 지연부(330)는 타겟 강도 윤곽선 생성부(320)로부터 생성된 세 지점의 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 복수개의 윤곽선 데이터를 인가받아, 각 윤곽선의 중앙값 시간을 통과 시간으로 간주하여 이웃하는 3개 관측 지점에서의 무인잠수정(300, 300’, 300”) 통과 시간을 계측한다. The contour matching and time delay unit 330 receives a plurality of contour data of unmanned submersibles 300, 300', and 300" generated from the target intensity contour generator 320, and calculates the median time of each contour. Consider the transit time and measure the transit time of unmanned submersibles (300, 300', 300”) at three neighboring observation points.

타겟 속도 산출부(340)는 윤곽선 매칭 및 시간 지연부(330)로부터 계측된 3개 관측 지점에서의 무인잠수정(300, 300’, 300”) 통과 시간 데이터를 인가받아, 각 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 이동 거리를 고려하여 이웃하는 3개 관측 지점에서의 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 속도 및 방향을 산출한다.The target speed calculating unit 340 receives unmanned submersible submersible (300, 300', 300") passing time data at the three observation points measured by the contour matching and time delay unit 330, and each unmanned submersible 300 (300, The speed and direction of the unmanned submersible (300, 300', 300”) at three neighboring observation points are calculated in consideration of the moving distance of 300', 300”).

이때, 제어부(350)는 3개 지점에서 얻어진 신호의 복수개의 윤곽선 형태를 서로 비교하여 일정값 이상의 상관관계(coherence)가 있는지 여부를 판단하여, 일정값 이상의 상관관계가 없으면 노이즈로 판별하고, 일정값 이상의 상관관계가 유지되면 3개 관측 지점에서의 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 속도 및 방향을 디스플레이부(360)를 통하여 출력한다.At this time, the controller 350 compares a plurality of contour shapes of signals obtained at three points to each other to determine whether there is a correlation over a certain value, and if there is no correlation over a certain value, determines the noise as a constant, If a correlation of more than the value is maintained, the speed and direction of the unmanned submersibles 300, 300', and 300" at three observation points are output through the display unit 360.

이와 같이, 중앙 통제소(400)에서는 세 지점의 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 수중위치와 통과 시간을 측정하여 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 속도와 방향각을 계산하고, 관심있는 복수의 지점에 대해 동일한 방법으로 측정함으로써, 특정 지점을 통과하는 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 수중 항법 성능 평가 시스템을 통제하고 종합 모니터링한다. As described above, the central control station 400 calculates the speed and direction angle of the unmanned submersible 300, 300', 300” by measuring the underwater position and the passing time of the three unmanned submersibles 300, 300', 300”. Then, by measuring the multiple points of interest in the same way, the underwater navigation performance evaluation system of unmanned submersibles (300, 300', 300”) passing through a specific point is controlled and comprehensively monitored.

도 11에서 보는 바와 같이, 무인잠수정(300, 300’, 300”)이 이미지 소나가 연속해 설치된 제1 내지 제3 관측 지점을 순차적으로 통과할 때에, 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 속도 변화에 따라 신호 강도 윤곽선이 변화되므로, 각 지점에서 이미지 소나 영상의 신호가 시간 증가에 따라 변하는 신호 강도의 시계열 데이터와 이의 윤곽선을 찾아 통과 시간이 측정된다.As shown in FIG. 11, when the unmanned submersibles 300, 300', and 300" sequentially pass through the first to third observation points where the image sonar is continuously installed, the unmanned submersibles 300, 300', 300" Since the signal strength contour changes according to the speed change of, the passing time is measured by finding the time series data of the signal intensity and the contours of the signal so that the signal of the image sonar image changes with time.

즉, 이미지 소나에서 방사되는 음향신호는 일정한 각도를 갖고 방사되므로 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 크기, 관측거리, 속도 및 이미지 소나 관측 평면으로의 진입 각도에 따라 신호 강도와 신호 감지 주기가 변화한다. In other words, since the acoustic signal emitted from the image sonar is radiated at a certain angle, the signal strength and signal are detected according to the size, observation distance, speed of the unmanned submersible (300, 300', 300”) and the angle of entry into the image sonar observation plane. The cycle changes.

따라서, 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 속도 측정 정확도를 향상시키기 위하여, 연속하는 지점에서 관측되는 이미지 소나 영상에 대하여 신호 처리를 수행한다. Therefore, in order to improve the speed measurement accuracy of the unmanned submersibles 300, 300', and 300", signal processing is performed on the image sonar images observed at consecutive points.

각 이미지 소나 영상에 대하여, 시간 스텝별로 얻어지는 소나 영상을 비교하여 신호 강도가 임계값 이상 변하는 지점을 찾고, 이 지점에서의 신호 강도와 시간 경과에 따른 변화 윤곽선을 계산하여 윤곽선의 중앙값 시간을 통과 시간으로 측정한다. For each image sonar image, compare the sonar image obtained for each time step to find a point where the signal strength changes more than a threshold value, calculate the signal strength at this point and the change contour over time, and pass the median time of the contour Measure with.

이러한 방법을 통하여 이웃하는 3개 관측 지점에서의 무인잠수정(300, 300’, 300”) 통과 시간을 계측할 수 있고, 각 지점에서 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 수중 위치와의 상관 관계를 통하여 무인잠수정(300, 300’, 300”)의 속도와 방향을 계산할 수 있게 된다. Through this method, the passing time of unmanned submersibles (300, 300', 300”) at three neighboring observation points can be measured, and the position of the unmanned submersibles (300, 300', 300”) at each point Through the correlation, it is possible to calculate the speed and direction of the unmanned submersible (300, 300', 300”).

이와 같이, 본 발명은 소형 무인수상선에 위치 추적용 센서나 트랜스폰더의 장착 없이 초음파 이미지 소나 만을 장착하여 무인잠수정의 수중 3차원 위치를 측정함으로써, 무인잠수정의 항법 성능을 평가할 수 있는 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 방법을 제공한다. As described above, the present invention measures the three-dimensional underwater position of an unmanned submersible by mounting only an ultrasound image sonar without mounting a position tracking sensor or transponder on a small unmanned submersible ship, thereby allowing the unmanned submersible to evaluate the navigation performance of the unmanned submersible A method for evaluating navigation performance is provided.

이를 통하여, 소나 센서 장착으로 인한 무인수상선에 작용하는 저항을 최소화하면서, 실해역 수중에서 임의의 궤적으로 장시간 운용되는 무인잠수정의 수중 항법 성능을 평가할 수 있고, 수중 장애물 회피 성능 및 수중 스테이션에 도킹하는 무인잠수정의 도킹 정밀도 평가 등에 활용할 수 있게 된다.Through this, it is possible to evaluate the underwater navigation performance of an unmanned submersible which is operated for a long time in an arbitrary trajectory in the real sea water while minimizing the resistance acting on the unmanned watercraft due to the installation of the sonar sensor, and to avoid underwater obstacle avoidance and docking to the underwater station. It can be used for evaluating the docking precision of unmanned submersible boats.

또한, 수평면에서의 항법성능이 중요한 실해역 시험에서 해상의 수면효과가 없는 수심에서 무인잠수정을 운용하며 평가할 수 있으므로, 천해용뿐 아니라 심해용 무인잠수정에 대해서도 항법성능 평가에 모두 적용 가능하게 된다.In addition, in a real sea area test where navigation performance in the horizontal plane is important, it is possible to operate and evaluate an unmanned submersible at a depth without a sea surface effect, so it can be applied to evaluating navigation performance not only for shallow seas but also for unmanned submersibles for deep seas.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.In the above, several preferred embodiments of the present invention have been described with some examples, but the description of various exemplary embodiments described in the “Details for Carrying Out the Invention” section is merely exemplary, and the present invention Those of ordinary skill in the art to which they belong will understand well that from the above description, various modifications of the present invention can be carried out or equivalent implementation of the present invention.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.In addition, since the present invention can be implemented in various other forms, the present invention is not limited by the above description, and the above description is intended to make the disclosure of the present invention complete, and it is common in the art to which this invention pertains. It should be understood that the present invention is only provided to those who have knowledge of the present invention, and the present invention is only defined by each claim of the claims.

100, 200: 무인수상선
300: 무인잠수정
400: 중앙 통제소100, 200: Unmanned watercraft
300: unmanned submersible
400 Central control station

Claims (17)

(a) 무인수상선이 수직 방향의 제1 이미지 소나 및 수평 방향의 제2 이미지 소나를 장착하고, 수중을 이동하는 무인잠수정의 3차원 위치를 추적하여 수직 및 수평 조향 음향 이미지와 절대 위치 데이터를 중앙 통제소로 전송하는 단계; 및
(b) 상기 중앙 통제소가 상기 수직 및 수평 조향 음향 이미지와 상기 절대 위치 데이터를 인가받아 상기 무인잠수정의 상대 위치가 측정범위 내에 유지되도록 상기 무인수상선의 경유점을 제어하면서, 상기 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가를 모니터링하는 단계;
를 포함하고,
상기 무인수상선 내 경로 및 움직임 제어부가 상기 무인잠수정의 절대 위치를 이용하여 상기 무인수상선의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
(a) The unmanned watercraft is equipped with a first image sonar in the vertical direction and a second image sonar in the horizontal direction, and tracks the three-dimensional position of the unmanned submersible moving underwater to center vertical and horizontal steering sound images and absolute position data. Transmitting to a control station; And
(b) while the central control station receives the vertical and horizontal steering sound images and the absolute position data, while controlling the transit point of the unmanned submersible so that the relative position of the unmanned submersible is maintained within a measurement range, underwater navigation of the unmanned submersible Monitoring performance evaluation;
Including,
Characterized in that the path and the motion control unit in the unmanned watercraft control the speed of the unmanned watercraft using the absolute position of the unmanned submersible,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계는
(a-1) 상기 무인잠수정이 상기 제1 이미지 소나에서 방사된 전방 수직 방향의 소나 빔을 인가받아 선체 표면에서 제1 반사시키면, 수직 조향 음향 이미지부가 상기 수직 조향 음향 이미지를 생성하는 단계;
(a-2) 상기 무인잠수정이 상기 제2 이미지 소나에서 방사된 전방 수평 방향의 소나 빔을 인가받아 선체 표면에서 제2 반사시키면, 수평 조향 음향 이미지부가 상기 수평 조향 음향 이미지를 생성하는 단계;
(a-3) 타겟 제1 및 제2 트래킹부가 각각 상기 수직 조향 음향 이미지 또는 상기 수평 조향 음향 이미지를 인가받아 상기 무인잠수정의 경사각도, 방향각, 상기 무인수상선과의 제1 및 제2 거리를 획득하는 단계;
(a-4) 상대 위치 산출부가 상기 무인잠수정의 상기 경사각도, 상기 제1 및 제2 거리, 상기 방향각을 인가받아 상기 무인잠수정의 상대 위치를 산출하는 단계;
(a-5) GPS가 상기 무인수상선 중심의 3차원 위치를 측정하고, 자세-방위 측정 장치가 상기 무인수상선 중심의 3 자유도 자세 데이터를 측정하는 단계; 및
(a-6) 절대 위치 산출부가 상기 3차원 위치 및 상기 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 상기 무인잠수정의 상기 절대 위치를 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
According to claim 1,
Step (a) is
(a-1) when the unmanned submersible receives the first vertical sonar beam emitted from the first image sonar and reflects the first on the hull surface, generating a vertical steering sound image;
(a-2) when the unmanned submersible receives a sonar beam in the front horizontal direction emitted from the second image sonar and reflects it a second time on the surface of the hull, generating a horizontal steering sound image by a horizontal steering sound imager;
(a-3) The target first and second tracking units receive the vertical steering sound image or the horizontal steering sound image, respectively, to determine the inclination angle, direction angle, and first and second distances from the unmanned submersible ship. Obtaining;
(a-4) calculating a relative position of the unmanned submersible by receiving the inclination angle, the first and second distances, and the direction angle of the unmanned submersible;
(a-5) GPS measuring a three-dimensional position of the center of the unmanned water line, and a posture-orientation measuring device measuring three degrees of freedom posture data of the center of the unmanned water line; And
(a-6) calculating the absolute position of the unmanned submersible by receiving the three-dimensional position and the three degrees of freedom posture data by an absolute position calculator;
Characterized in that it comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 2 항에 있어서,
상기 (a-1) 단계는
상기 제1 이미지 소나가 상기 전방 수직 방향의 소나 빔을 방사하는 단계;
상기 무인잠수정이 상기 방사된 수직 방향의 소나 빔을 인가받아 반사시켜 상기 제1 반사시키는 단계; 및
상기 수직 조향 음향 이미지부가 상기 제1 반사된 신호를 인가받아 상기 수직 조향 음향 이미지를 생성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
According to claim 2,
Step (a-1) is
The first image sonar emitting a sonar beam in the front vertical direction;
The unmanned submersible receiving and reflecting the radiated vertical sonar beam to reflect the first; And
Generating the vertical steering sound image by receiving the first reflected signal from the vertical steering sound image section;
Characterized in that it comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 2 항에 있어서,
상기 (a-2) 단계는
상기 제2 이미지 소나가 상기 전방 수평 방향의 소나 빔을 방사하는 단계;
상기 무인잠수정이 상기 방사된 수평 방향의 소나 빔을 인가받아 반사시켜 상기 제2 반사시키는 단계; 및
상기 수평 조향 음향 이미지부가 상기 제2 반사된 신호를 인가받아 상기 수평 조향 음향 이미지를 생성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
According to claim 2,
Step (a-2) is
The second image sonar emitting a sonar beam in the front horizontal direction;
The unmanned submersible receiving and reflecting the radiated horizontal sonar beam to reflect the second; And
Generating the horizontal steering sound image by receiving the second reflected signal from the horizontal steering sound image section;
Characterized in that it comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 2 항에 있어서,
상기 (a-3) 단계는
상기 타겟 제1 트래킹부가 상기 수직 조향 음향 이미지를 인가받아 상기 경사각도 및 상기 제1 거리를 획득하는 단계; 및
상기 타겟 제2 트래킹부가 상기 수평 조향 음향 이미지를 인가받아 상기 방향각 및 상기 제2 거리를 획득하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
According to claim 2,
Step (a-3) is
Acquiring the inclination angle and the first distance by receiving the vertical steering sound image by the target first tracking unit; And
The target second tracking unit receiving the horizontal steering sound image to obtain the direction angle and the second distance;
Characterized in that it comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 2 항에 있어서,
상기 (a-5) 단계는
상기 GPS가 상기 무인수상선 중심의 3차원 위치
Figure 112018130004360-pat00019
를 측정하는 단계; 및
상기 자세-방위 측정 장치가 상기 무인수상선 중심의 3 자유도 자세 데이터
Figure 112018130004360-pat00020
를 측정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
According to claim 2,
Step (a-5) is
The GPS is the three-dimensional position of the center of the unmanned watercraft
Figure 112018130004360-pat00019
Measuring; And
The posture-orientation measuring device has three degrees of freedom posture data centered on the unmanned waterline.
Figure 112018130004360-pat00020
Measuring;
Characterized in that it comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 6 항에 있어서,
상기 (a-6) 단계는
상기 절대 위치 산출부가 상기 무인잠수정의 상기 3차원 위치
Figure 112018130004360-pat00021
및 상기 3 자유도 자세 데이터
Figure 112018130004360-pat00022
를 인가받아 상기 무인잠수정의 절대 위치(X, Y, Z)를 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
The method of claim 6,
Step (a-6) is
The absolute position calculation unit is the three-dimensional position of the unmanned submersible
Figure 112018130004360-pat00021
And the three degrees of freedom posture data
Figure 112018130004360-pat00022
Calculating the absolute position (X, Y, Z) of the unmanned submersible by receiving the;
Characterized in that it comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 2 항에 있어서,
상기 (a-6) 단계는
상기 경로 및 움직임 제어부가 상기 무인잠수정의 절대 위치 (X, Y, Z)를 인가받아 상기 무인잠수정이 관측 범위 내에 위치하여 상기 무인수상선이 상기 무인잠수정을 추적할 수 있도록 상기 무인수상선의 속도를 제어하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
According to claim 2,
Step (a-6) is
The path and motion controller receives the absolute position (X, Y, Z) of the unmanned submersible and controls the speed of the unmanned submersible so that the unmanned submersible can track the unmanned submersible. To do;
Characterized in that it further comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 2 항에 있어서,
상기 (a-6) 단계 이후에
무선 모뎀이 상기 무인잠수정의 절대 위치, 상기 수직 및 수평 조향 음향 이미지, 상기 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 무인잠수정의 무선 안테나를 통하여 상기 중앙 통제소로 전송하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
According to claim 2,
After step (a-6) above
Receiving, by the wireless modem, the absolute position of the unmanned submersible, the vertical and horizontal steering sound images, and the three degrees of freedom posture data and transmitting the data to the central control station through the wireless antenna of the unmanned submersible;
Characterized in that it further comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 2 항에 있어서,
상기 무인수상선은
쌍동(Small Water-plane Area Twin Hull, SWATH)형 선체인 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
According to claim 2,
The unmanned watercraft
Characterized by a twin water (Small Water-plane Area Twin Hull, SWATH) type chain,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 이미지 소나는
실린더 형태의 유선형으로서, 상기 무인수상선의 선저 좌우에 수평 방향으로 장착되는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
According to claim 2,
The first and second image sonar
As a streamlined cylinder-shaped, characterized in that mounted in the horizontal direction to the left and right of the bottom of the unmanned watercraft,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
(a) 복수개의 무인수상선이 수직 방향의 이미지 소나를 장착하고, 일정 간격으로 연속한 측정 구역에서 위치를 확보하면, 수중을 이동하는 무인잠수정의 3차원 위치를 추적하여 음향 이미지 및 절대 위치 데이터를 전송하는 단계; 및
(b) 중앙 통제소가 상기 음향 이미지 및 상기 절대 위치 데이터를 인가받아 상기 무인잠수정의 수중 위치 및 상기 복수개의 측정 구역을 통과하는 시간을 측정하여 상기 무인잠수정의 속도를 계산하고, 상기 무인잠수정의 수중 항법 성능 평가 시스템을 통제하고 종합 모니터링하는 단계;
를 포함하고,
상기 (b) 단계는
(b-1) 타겟 강도 윤곽선 생성부가 통제소 무선 모뎀을 통하여 상기 복수개의 측정 구역을 통과하는 상기 무인잠수정의 수중 위치 및 통과 시간에 대한 데이터를 무선으로 인가받아, 신호 강도 및 시간 경과에 따라 변화되는 무인잠수정의 복수개의 윤곽선을 생성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
(a) When a plurality of unmanned watercraft ships are equipped with a vertical image sonar and secure a position in a continuous measuring area at regular intervals, the acoustic image and absolute position data are tracked by tracking the three-dimensional position of the unmanned submersible moving underwater. Transmitting; And
(b) The central control station receives the acoustic image and the absolute position data, calculates the underwater position of the unmanned submersible and time passing through the plurality of measurement zones to calculate the speed of the unmanned submersible, and the underwater of the unmanned submersible Controlling and comprehensively monitoring the navigation performance evaluation system;
Including,
Step (b) is
(b-1) The target intensity contour generating unit wirelessly receives data on the underwater position and the passing time of the unmanned submersible passing through the plurality of measurement zones through the control station wireless modem, and changes according to the signal strength and the passage of time. Generating a plurality of contours of the unmanned submersible; Characterized in that it comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 12 항에 있어서,
상기 (a) 단계는
(a-1) 상기 복수개의 무인수상선이 각 이미지 소나에서 하방 수직 방향의 소나 빔을 방사하면, 각 음향 이미지부가 상기 음향 이미지를 생성하는 단계;
(a-2) 상기 무인잠수정의 반사 신호가 수신되었는지 여부를 판단하여, 긍정의 경우 타겟 감지부가 상기 음향 이미지를 인가받아 상기 무인잠수정의 방향각 및 상기 무인수상선과의 거리를 획득하는 단계;
(a-3) 상대 위치 산출부가 상기 무인잠수정의 상기 방향각 및 상기 거리를 인가받아 상기 무인잠수정의 상대 위치를 산출하는 단계;
(a-4) GPS가 상기 무인수상선 중심의 3차원 위치를 측정하고, 자세-방위 측정 장치가 상기 무인수상선 중심의 3 자유도 자세 데이터를 측정하는 단계; 및
(a-5) 절대 위치 산출부가 상기 3차원 위치 및 상기 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 상기 무인잠수정의 절대 위치를 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
The method of claim 12,
Step (a) is
(a-1) when the plurality of unmanned water lines emit a sonar beam in a vertical direction downward from each image sonar, each acoustic image unit generating the acoustic image;
(a-2) determining whether a reflection signal of the unmanned submersible has been received, and in the case of affirmative, a target detection unit receiving the acoustic image to obtain a direction angle of the unmanned submersible and a distance from the unmanned submersible;
(a-3) calculating a relative position of the unmanned submersible by receiving the direction angle and the distance of the unmanned submersible;
(a-4) GPS measuring a three-dimensional position of the center of the unmanned water line, and a posture-orientation measuring device measuring three degrees of freedom posture data of the center of the unmanned water line; And
(a-5) calculating an absolute position of the unmanned submersible by receiving the three-dimensional position and the three degrees of freedom posture data by an absolute position calculator;
Characterized in that it comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 13 항에 있어서,
상기 (a-1) 단계는
상기 복수개의 무인수상선의 각 이미지 소나가 상기 하방 수직 방향의 소나 빔을 상기 복수개의 무인수상선 각각의 측면 양쪽 하방으로 방사하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
The method of claim 13,
Step (a-1) is
Each image sonar of the plurality of unmanned watercraft is characterized by radiating the sonar beam in the vertical direction downward to both sides of each side of the plurality of unmanned watercraft,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 13 항에 있어서,
상기 (a-2) 단계에서,
상기 무인잠수정의 반사 신호가 수신되지 않은 것으로 판단된 경우,
상기 무인잠수정이 상기 측정 구역을 통과하는지 여부를 판단하는 단계;
긍정의 경우, 상기 중앙 통제소가 각 측정 구역에서 측정된 상기 무인잠수정의 절대 위치를 산출하는 단계; 및
상기 중앙 통제소가 상기 측정 구역의 통과 시간의 차이, 상기 무인잠수정의 속도 및 통과 각도를 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
The method of claim 13,
In step (a-2),
When it is determined that the reflection signal of the unmanned submarine has not been received,
Determining whether the unmanned submersible passes through the measurement zone;
In the case of affirmation, the central control station calculating an absolute position of the unmanned submersible measured in each measurement zone; And
Calculating, by the central control station, a difference in the passing time of the measurement zone, the speed and the passing angle of the unmanned submersible;
Characterized in that it comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 13 항에 있어서,
상기 (a-5) 단계 이후에
무선 모뎀이 상기 무인잠수정의 절대 위치, 상기 음향 이미지, 상기 3 자유도 자세 데이터를 인가받아 상기 무인잠수정의 무선 안테나를 통하여 상기 중앙 통제소로 전송하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.
The method of claim 13,
After step (a-5) above
Receiving, by the wireless modem, the absolute position of the unmanned submersible, the acoustic image, and the three degrees of freedom posture data and transmitting the data to the central control station through the wireless antenna of the unmanned submersible;
Characterized in that it further comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
제 12 항에 있어서,
상기 (b) 단계는
(b-2) 윤곽선 매칭 및 시간 지연부가 상기 생성된 복수개의 윤곽선의 데이터를 인가받아, 각 윤곽선의 중앙값 시간을 통과 시간으로 간주하여 이웃하는 관측 지점에서의 무인잠수정 통과 시간을 계측하는 단계;
(b-3) 타겟 속도 산출부가 상기 계측된 무인잠수정 통과 시간의 데이터를 인가받아, 각 무인잠수정의 이동 거리를 고려하여 이웃하는 관측 지점에서의 상기 무인잠수정의 속도 및 방향을 산출하는 단계;
(b-4) 제어부가 상기 생성된 복수개의 윤곽선의 형태를 비교하여 일정값 이상의 상관관계가 있는지 여부를 판단하는 단계;
(b-5) 상기 일정값 이상의 상관관계가 없으면 상기 제어부가 노이즈로 판별하는 단계; 및
(b-6) 상기 일정값 이상의 상관관계가 유지되면 디스플레이부가 상기 복수개의 측정 구역에서의 상기 무인잠수정의 속도 및 방향을 출력하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
무인잠수정 수중 항법 성능 평가 방법.The method of claim 12,
Step (b) is
(b-2) receiving data of the plurality of contours by which the contour matching and the time delay unit are applied, and measuring the unmanned submersible passing time at a neighboring observation point by considering the median time of each contour as a passing time;
(b-3) a step of calculating a speed and a direction of the unmanned submersible at a neighboring observation point in consideration of a moving distance of each unmanned submersible by receiving a data of the measured unmanned submersible passing time;
(b-4) comparing the shapes of the plurality of contours by the control unit to determine whether there is a correlation of a predetermined value or more;
(b-5) if there is no correlation above the predetermined value, determining by the control unit as noise; And
(b-6) outputting a speed and a direction of the unmanned submersible from the plurality of measurement zones when a correlation of the predetermined value or more is maintained;
Characterized in that it further comprises,
A method for evaluating the performance of an unmanned submarine underwater navigation.
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