KR102212720B1 - 최적화된 능동핑어를 구비하는 원격 어구 모니터링 시스템 - Google Patents

최적화된 능동핑어를 구비하는 원격 어구 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 능동핑어의 전력소모를 저감할 수 있는 능동피어 최적화 원격 어구 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 원격 어구 모니터링 시스템은, 관리선에 구비되는 배열트래커와, 어구에 구비되고 상기 배열트래커와 초음파 통신을 위한 능동핑어를 포함하고, 상기 능동핑어가 상기 배열트래커에서 수신하는 초음파 신호는 2 이상의 펄스 사이 시간 간격에 디지털 정보가 대응되도록 변조된 것을 특징으로 하는 원격 어구 모니터링 시스템을 제공한다.

Description

최적화된 능동핑어를 구비하는 원격 어구 모니터링 시스템{REMOTE FISHING GEAR MONITORING SYSTEM WITH OPTIMIZED ACTIVE PINGERS}
본 발명은 능동핑어와 배열트래커를 포함하는 원격 어구 모니터링 시스템에 관한 것이며, 구체적으로 능동핑어의 전력소모를 저감할 수 있는 원격 어구 모니터링 시스템에 관한 것이다.
어부들은 통발어망, 자망 등의 어구를 바다에 설치하여 물고기나 어패류 등 수산물을 획득한다. 이러한 어구들은 고정되어 있는 것이 아니라 해류에 의해 이동하므로 어구들은 수면 위에 떠 있는 부표에 줄로 연결되어 있으며, 어부들은 상기 부표의 위치를 확인하여 어구를 수거한다. 하지만, 상기 부표도 고정된 위치에 있는 것이 아니라 마찬가지로 해류를 따라 이동하므로 부표를 찾는 것 자체도 쉬운 일이 아니다.
도 1에 나타낸 공개특허공보 제10-2017-0098572호에 의하면, GPS, IOT통신모뎀, 배터리, 등을 구비하고 해상에 설치되어 부유하는 IOT부표, 상기 IOT부표와의 통신을 위한 IOT 마스터 통신모뎀을 구비한 게이트웨이 부표, 상기 게이트웨이 부표와 공중망을 통해 교신하여 어구의 상태에 대한 모니터링을 수행하는 모니터링 서버를 포함하는 어구 모니터링 시스템이 게시되어 있다.
하지만, 도 1에 나타난 어구 모니터링 시스템은 수면 위에 떠 있는 부표에만 통신모뎀을 설치할 수 있어 수중에 있는 어망을 연결하는 줄이 끊어져 유실된 경우에는 어망을 회수할 수 있는 방법이 없는 문제점이 있다.
최근에는 수중 수신기에서 빔포밍을 하여 수중위치를 파악하는 시스템이 고안되기도 했다. 하지만 이러한 시스템은 수중발신기에 과도한 신호처리를 하고 있어 수중발신기의 전기적인 생존시간이 단축되는 문제가 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수중에 설치된 어구상태를 직접적으로 감시하고 어구들이 유실된 경우에도 위치를 추적하여 회수할 수 있으며, 능동핑어의 전력소비를 최소화하여 오랫동안 사용이 가능한 원격 어구 모니터링 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 최적화된 능동핑어를 구비하는 원격 어구 모니터링 시스템은, 관리선에 구비되는 배열트래커와, 어구에 구비되고 상기 배열트래커와 초음파 통신을 위한 능동핑어를 포함하고, 상기 능동핑어가 상기 배열트래커에서 수신하는 초음파 신호는 2 이상의 펄스 사이 시간 간격에 디지털 정보가 대응되도록 변조된 것을 특징으로 한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 능동핑어가 상기 배열트래커로 전송하는 신호는 주파수가 증가하는 형태인 업첩(up-chirp) 신호 또는 주파수가 감소하는 형태인 다운첩(down-chirp) 신호에 디지털 정보가 대응되도록 변조된 신호이다.
또한 실시예에 있어서, 상기 능동핑어는, 일측 및 타측에 초음파 신호를 송수신하기 위한 초음파 송수파기를 각각 구비한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 배열트래커는 복수개의 수신센서가 원형으로 배열되며, 상기 능동핑어로부터 수신된 초음파 신호의 신호크기 및 위상을 이용하여 상기 능동핑어의 방위를 추출한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 능동핑어는, 수신되는 초음파신호를 전기신호로 변환하는 송수파기와, 국부발진신호를 이용하여 상기 전기신호의 주파수를 중간주파수로 변조하는 모듈레이터를 포함하고, 상기 중간주파수는 455kHz인 것을 특징으로 한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 배열트래커는, 수신되는 초음파신호를 전기신호로 변환하는 수신센서와, 국부발진신호를 이용하여 상기 전기신호의 주파수를 대역통과필터의 통과대역에 위치되는 제1 중간주파수로 변조하는 제1 모듈레이터를 포함한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 배열트래커는, 상기 제1 중간주파수로 변조된 신호를 아날로그/디지털 변환에 적합한 제2 중간주파수로 변조하는 제2 모듈레이터를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 능동핑어의 양측에 초음파 통신을 위한 송수파기 센서가 구비됨으로써, 어구가 유실되어 센서의 일측이 해저면에 묻히더라도 초음파 통신을 할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명에 이용되는 다운링크 방식은, 간단한 구성으로 구현되는 복조부를 갖는 능동핑어에서 소모되는 전력량을 대폭적으로 감소시킬 수 있다. 따라서 능동핑어의 생존시간을 연장할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명의 능동핑어 및 배열트래커는 중간주파수로서 455kHz를 이용하므로, 부피가 크지 않고 대역필터링이 용이한 세라믹대역통과필터가 이용될 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 의한 어구 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원격 어구 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도 3는 도 2에 도시된 능동핑어의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 배열트래커의 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 디지털신호처리기의 일부 구성을 블럭도로 간략하게 도시한 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 수신신호증폭기의 구성을 블럭도로 간략하게 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 원격 어구 모니터링 시스템에 이용되는 능동핑거의 다운링크 초음파 통신 방식을 설명하기 위한 전기신호의 파형도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 원격 어구 모니터링 시스템에 이용되는 능동핑거의 업링크 초음파 통신 방식을 설명하기 위한 전기신호의 파형도이다.
도 9는 본 발명에 의한 배열트래커의 방향추적방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 의한 능동핑어의 거리측정방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 어구에 배치된 능동핑어를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원격 어구 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 원격 어구 모니터링 시스템은 능동핑어(100), 배열트래커(200), 관리선(300), 어망(400)을 포함한다.
능동핑어(100)는 어망(400)에 결합되어 수중에서 초음파 신호를 송수신할 수 있는 장치이고, 배열트래커(200)는 관리선(300) 하부에 구비되어 능동핑어(100)와 초음파 신호를 이용하여 통신할 수 있는 장치이다.
능동핑어(100)는 상기 배열트래커(200)로부터의 신호를 받고 이에 대응하는 초음파 신호를 송출한다. 능동핑어(100)은 수중에서 물에 새어들어오지 못하게 수밀케이스에 의해 밀폐된다.
도 3는 도 2에 도시된 능동핑어의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 능동핑어(100)는 송수파기(110), 송수신전환부(120), 수신모듈(130), 송신모듈(140), 디지털신호제어부(150)를 포함한다.
송수파기(110)는 배열트래커(200)로부터의 초음파신호를 전기신호로 변환하거나 또는, 전기신호를 초음파신호로 변환한다. 배열트래커(200)로부터의 초음파신호는 일정대역폭을 갖는 특정 주파수대의 초음파가 사용된다. 예를 들어, 초음파신호는 28kHz 내지 31kH 사이 저주파수 대역을 갖을 수 있다.
송수신전환부(120)는 능동핑어(100)의 송신모드와 수신모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
수신모듈(130)은 저잡음증폭기(131), 모듈레이터(132) 중간주파수증폭기(133), 통과대역필터(134), 검파기(135), 레벨비교기(136)를 포함한다.
저잡음증폭기(131)는 송수신전환부(120)를 거친 송수파기(110)로부터의 전기신호 세기를 증폭한다. 송수파기(110)에서 수신되는 초음파신호는 수중에서 감쇄되기 때문에 송수파기(110)에서 변환된 전기신호의 세기도 작다. 이에 따라, 정확한 복조를 위해서는 전기신호 세기의 증폭이 필요하다. 수신모듈(130)에 구비되는 저잡음증폭기(131)는 전기신호의 세기를 증폭한다. 예를 들어, 저잡음증폭기(131)는 수신신호를 40db정도로 증폭할 수 있다.
모듈레이터(132)는 국부발진신호(137)를 이용하여 수신신호의 주파수를 대역통과필터의 통과대역에 위치한 중간주파수를 갖는 신호로 변조한다. 예를 들어, 모듈레이터(132)는 455kHz의 중간주파수를 갖는 국부발진신호(137)를 이용하여, 28kHz 내지 31kH 주파수를 갖는 입력신호를 455kHz의 중간주파수를 갖는 신호로 변조할 수 있다. 이에 따라 능동핑어(100)는 455kHz의 통과대역을 갖는 세라믹대역통과필터를 통과대역필터(134)로서 이용할 수 있게 된다.
중간주파수 증폭기(133)는 중간주파수로 변조된 신호를 증폭한다. 예를 들어, 중간주파수 증폭기(133)는 중간주파수로 변조된 신호를 최대 60dB만큼 증폭할 수 있다.
통과대역필터(134)는 증폭된 신호를 필터링한다. 증폭된 신호는 통과대역필터의 통과대역 주파수에 대응되도록 모듈레이터(132)에서 변조된 신호이다. 따라서 통과대역필터(134)로서 세라믹대역통과필터가 사용될 수 있다. 세라믹대역통과필터는 455kHz의 중심주파수를 기준으로 일정범위 내의 주파수대역을 벗어나는 주파수를 갖는 전기신호를 차단할 수 있다. 세라믹대역통과필터는 부피가 크지 않고 능동핑어(100)의 소형화에 적합하고, 대역차단 효과도 우수하다.
검파기(135)는 변조된 신호의 포락선을 검출하고, 레벨비교기(136)는 검출된 포락선에 기반하여 미리 설정된 레벨을 기준으로 펄스를 검출한다.
수신모듈(130)과 관련하여, 디지털신호제어부(150)는 검출된 2 이상의 펄스신호 사이 시간 간격 또는 2 이상 펄스신호 각각의 펄스폭을 이용하여 디지털정보로 변환한다. 본 발명의 다운링크 방식은, ASK(amplitude shift keying)방식과 유사하지만, 본 발명의 다운링크 방식은 2 이상의 신호 펄스 사이 시간간격 및 신호 펄스폭 중 적어도 하나에 정보가 포함된다는 점에서, 일정주기마다 펄스유무에 정보가 포함되는 종래의 ASK방식과 상이하다. 본 발명의 다운링크 방식은 ASK방식보다는 좀 더 정확한 정보전달이 가능하다.
또한 본 발명에 따른 다운링크 방식은, 배열트래커(200)의 변조부에서는 전력을 많이 소모하게 되지만, 변조된 신호를 수신하여 복조하는 쪽인 능동핑어(100)에서는 신호펄스들의 시간간격 또는 펄스의 폭을 감지하기 위한 신호처리만 하면 되므로, 과도한 신호처리가 불필요하여 배터리를 절약할 수 있다.
업링크 및 다운링크 초음파 통신 방식에 대한 상세한 설명은 후술한다.
송신모듈(140)은 전원제어부(141), 전지부(142), 송신에너지저장부(143), 송신전력발생부(144)를 포함한다.
전원제어부(141)는 디지털신호제어부(150)의 제어 하에 전지부(142)의 전원을 공급하거나 차단할 수 있다. 즉, 디지털신호제어부(150)가 배열트래커(200)로부터의 신호를 감지하는 경우, 전원제어부(141)는 전지부(142)의 전원공급이 이루어진다. 따라서 상시로 전원을 공급하지 않고 선택적으로 전원을 공급할 수 있어 전력소모를 저감할 수 있다.
전지부(142)는 전기에너지를 저장한다. 전지부(142)는 적어도 하나의 배터리로 구성될 수 있다. 송신에너지저장부(143)은 전지부(142)로부터의 전기에너지를 증폭시킨다. 송신에너지저장부(143)는 커패시터로 구성될 수 있다.
송신전력발생부(144)는 2이상의 주파수를 갖는 신호를 스위칭을 이용하여 주파수가 증가하는 형태인 up-chirp형태의 출력신호 또는 주파수가 감소하는 형태인 down-chirp형태의 출력신호를 조합형성한다. 즉, 능동핑어로부터 상기 배열트래커로 전송되는 신호는 주파수가 증가하는 형태인 업첩(up-chirp) 신호 또는 주파수가 감소하는 형태인 다운첩(down-chirp) 신호이며, 업첩 신호 및 다운 첩 신호에 디지털 정보 0과 1이 각각 대응된다.
디지털신호제어부(150)는 능동핑어(100)의 모든 구성을 제어한다. 전원제어부(141)의 전지부(142)의 전원공급 여부를 결정하며, 레벨비교기(136)를 통해 입력된 신호펄스를 디지털 정보로 변환하고, 디지털 정보에 기반하여 능동핑어(100)의 전체적인 동작을 제어한다.
어구마다 복수 개의 능동핑어(100)가 줄로 결합되어 있어서, 복수 개의 능동핑어(100) 각각을 식별하기 위한 식별코드가 필요하며, 복수개의 능동핑어를 다수의 그룹으로 묶어 관리하기 위한 식별코드도 필요하다. 다운링크, 업링크에서 전송되는 신호는 이러한 식별코드 정보를 포함한다.
구체적으로 식별코드는 각 개별 능동핑어를 구분하기 위한 코드이며, 식별코드는 지역ID, 어구ID, 조ID를 포함한다. 지역ID는 어구의 관할지역을 식별하기 위한 ID로서 4비트로 표현될 수 있다. 어구ID는 어구를 식별하기 위한 ID로서 16비트로 표현될 수 있으며, 어구ID는 육상통합관제센터에서 관리된다. 조ID는 하나의 어구를 더 작은 단위로 나눈 것으로서, 4비트로 표현될 수 있다. 특히 업링크에서의 신호는 배터리양에 대한 정보도 더 포함될 수 있다.
디지털신호제어부(150)에서는 수신된 신호에 포함된 식별코드를 분석하여 자신의 식별코드와 일치하는지 판단할 수 있다. 수신된 신호에 포함된 식별코드가 자신의 식별코드와 일치하면 능동핑어(100)와 배열트래커(200) 사이에 채널이 형성되며 수중통신이 시작된다. 반면, 수신된 신호에 포함된 식별코드가 자신의 식별코드와 일치하지 않으면 전원공급을 차단하여 전력소비를 최소화할 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 배열트래커의 구성을 간략하게 도시한 도면이고, 도 5은 도 4에 도시된 디지털신호처리기의 일부 구성을 블럭도로 간략하게 도시한 도면이다. 그리고 도 6은 도 4에 도시된 수신신호증폭기의 구성을 블럭도로 간략하게 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 배열트래커(200)는 센서모듈(210)과, 수신신호증폭기(220)와, 디지털신호처리기(230)를 포함한다.
센서모듈(210)은 초음파 신호를 송수신할 수 있는 서로 다른 방향을 향하도록 원형으로 배열되는 복수개의 수신센서를 포함한다. 센서모듈(210)에는 예를 들어 8개의 수신센서가 구비될 수 있다. 수신신호증폭기(220)는 수신신호를 증폭하고 디지털신호처리기의 신호처리에 적합한 형태로 가공한다. 디지털신호처리기(230)는 가공된 신호를 이용하여 신호에 포함된 디지털 정보를 복원한다.
도 5를 참조하면, 수신신호증폭기(220)는, 복수의 수신센서 각각의 채널에 대응될 수 있도록, 저잡음증폭기(221), 1차 모듈레이터(222), 1차 중간주파수 증폭기(223), 1차 통과대역필터(224), 2차 모듈레이터(225), 2차 중간주파수 증폭기(226), 2차 통과대역필터(227)가 채널별로 구비될 수 있다. 센서모듈(210)은 복수개의 초음파 센서를 포함한다. 복수개의 초음파 센서는 여러방향에서 전송되는 초음파 신호를 수신하여 전기신호로 변환하며, 저잡음증폭기(221)는 변환된 전기신호의 세기를 증폭한다.
저잡음증폭기(221)은 센서(210)로부터의 전기신호의 세기를 증폭한다.
1차 모듈레이터(222)는 제1 중간주파수를 갖는 국부발진신호를 이용하여 전기신호를 제1 중간주파수로 변조한다. 예를 들어 제1 중간주파수는 455kHz로 설정될 수 있다. 이에 따라 455kHz를 중심주파수로 갖는 세라믹필터가 제1 통과대역필터에 적용될 수 있다. 제1 중간주파수로 변조된 신호는 제1 중간주파수 증폭기(223)에 의해 신호세기가 증폭된다.
1차 통과대역필터(224)는 증폭된 신호의 잡음을 제거하여 신호대잡음비를 최대화한다. 예를 들어, 1차 통과대역필터는 455kHz를 중심주파수로 갖는 세라믹통과대역필터가 적용될 수 있다.
2차 모듈레이터(225)는 국부발진신호를 이용하여 제2 중간주파수로 변조함으로써, 이후 아날로그/디지털(A/D)변환을 용이하게 한다. 예를 들어 제2 중간주파수는 A/D변환이 용이한 20kHz 일 수 있다. 제2 중간주파수로 변조된 신호는 제2 중간주파수 증폭기(226)에 의해 신호의 세기가 증폭되며, 2차 통과대역필터 및 버퍼(227)를 거쳐 신호대잡음비가 향상된 상태에서 출력된다.
도 6을 참조하면, 디지털신호처리기(230)는 A/D변환부(231)와 매치드필터부(232)를 포함한다. 수신신호증폭기(220)로부터 증폭된 신호는 A/D변환부(231)에서 디지털 스트림으로 가공된다. 매치드필터부(232)는 up-chirp 신호를 매칭하기 위한 제1 매치드필터와 down-chirp 신호를 매칭하기 위한 제2 매치드필터를 포함하며, 제1 및 제2 매치드필터를 이용하여 잡음을 제거할 수 있다. 디지털신호처리기(230)는 잡음이 제거된 신호를 이용하여 디지털 정보를 복원할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 원격 어구 모니터링 시스템에 이용되는 능동핑거의 다운링크 초음파 통신 방식을 설명하기 위한 전기신호의 파형도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 원격 어구 모니터링 시스템에 이용되는 능동핑거의 업링크 초음파 통신 방식을 설명하기 위한 전기신호의 파형도이다.
업링크는 능동핑어(100)로부터 배열트래커(200)로의 신호전송 방향이고, 다운링크는 배열트래커(200)로부터 능동핑어(100)로의 신호전송 방향을 의미한다.
배열트래커(200)는 관리선(300)으로 전원을 공급받지만, 능동핑어(100)은 배터리로 전원을 공급받는다. 따라서 능동핑어(100)의 생존수명은 배터리에 저장되는 전기에너지에 결정된다. 일반적으로 송신신호 변조과정보다 복잡한 신호처리를 요하는 수신신호 복조과정에서 더 많은 배터리가 소모된다. 능동핑어(100)의 생존수명을 늘리려면, 수신신호의 복조과정에서 복잡한 신호처리를 요하지 않도록 해야한다. 본 발명의 다운링크 방식은 수신신호의 복조과정에서 복잡한 신호처리를 요하지 않는다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다운링크 방식은, ASK(amplitude shift keying)방식을 기반으로 하지만, 본 발명의 다운링크 방식은, 2 이상의 펄스 사이 시간간격 또는 펄스폭에 디지털정보가 포함된다는 점에서, 일정주기마다 펄스유무에 따라 정보가 포함되는 종래의 ASK방식과 상이하다.
한편, 본 발명의 다운링크 방식에는 ASK 방식이 사용될 수 있다.
제1 수신신호(s1) 이후 제2 수신신호(s2)가 수신된 경우를 가정하면, 본 발명의 다운링크 방식에서는 제1 수신신호(s1)의 펄스와 제2 수신신호(s2)의 펄스 사이 시간차(dt)에 디지털 정보가 포함된다.
제1 수신신호(s1)의 펄스와 제2 수신신호(s2)의 펄스 사이의 시간차(dt)에 정보가 포함되는 경우를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
t1, t2를 각각 디지털정보 1, 0에 대응되는 설정치로 미리 설정된 경우, 제1 및 제2 수신신호(s1, s2) 사이 시간차(dt)가 t1인 경우, 1로 변환되고, t1+t2인 경우 0으로 변환될 수 있다.
신호처리과정 또는 수신과정에서 지연을 감안하여, 미리 설정된 오차범위 t3가 적용될 수 있다. 예를 들어, 시간차(dt)가 t1-t3 < dt < t1+t3 일 때, 1로 변환될 수 있고, 시간차(dt)가 t1+t2-t3 < dt < t1+t2+t3일 때, 0으로 변환될 수 있다. 여기서, t1은 정보1에 대응되는 설정치이고, t2는 정보0에 대응되는 설정치이다. 그리고 t3는 오차범위를 나타내기 위한 것이다. t1, t3는 양수이고, t2는 양수 또는 음수일 수 있다.
또한, 제1 수신신호(s1)의 펄스와 제2 수신신호(s2)의 펄스 사이의 시간차(dt)뿐 아니라, 제1 및 제2 수신신호(s1, s2)의 펄스 각각의 펄스폭(dW)에 정보가 포함될 수 있다.
펄스폭(dW)에 정보가 포함되는 경우를 설명하면 다음과 같다.
W1, W2를 각각 디지털 정보 1, 0에 대응되는 설정치로 미리 설정된 경우, 펄스폭(dW)이 dW가 w1일 때 1의 정보를 포함하고, w2일 때 0의 정보를 포함할 수 있다.
신호처리과정 또는 수신과정에서의 오차를 감안하면, w1-w3< dW < w1+w3 인 경우 1의 정보를 포함하고, w1+w2-w3< dW < w1+w2+w3 인 경우 0의 정보를 포함할 수 있다. 여기서, w1은 정보1에 대응되는 설정치이고, w2는 정보0에 대응되는 설정치이다. 그리고 w3은 오차범위를 나타내기 위한 것이다. W1, W3는 양수이고, w2는 양수 또는 음수일 수 있다.
또한, 펄스폭(dW)을 기준으로 신호펄스인지 여부가 판단될 수도 있다. 즉, 신호펄스의 펄스폭이 일정범위 내에 존재하지 않는 경우 정보를 갖는 신호가 아닌 것으로 판단되며, 신호펄스의 펄스폭이 일정범위 내에 존재하는 경우 정보를 갖는 신호로 판단될 수 있다.
상기와 같은 다운링크 방식은 신호펄스의 시간간격 또는 펄스폭만을 탐지하면 되므로 과도한 신호처리를 요하지 않아, 능동핑어에서 소모되는 전력량을 대폭적으로 감소시킬 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 업링크 방식은, FSK(frequency shift keying) 방식을 기반으로 하되, 주파수가 F1에서 F4로 증가하는 형태(up-chirp)인 경우 1의 정보가 포함되며, 주파수가 F4에서 F1으로 감소되는 형태(down-chirp)인 경우 0의 정보를 포함되도록 설정될 수 있다. 이와 반대의 경우도 가능하다.
이를 위해 최소 2 이상의 주파수를 갖는 신호가 디지털신호제어부(150)로부터 생성되며, 생성된 2이상의 주파수 신호는 송신전력발생부(144)에서 스위칭됨으로써 up-chirp 형태 또는 down-chirp형태로 조합생성되어 송수파기(110)를 통해 출력된다.
상기와 같은 업링크 방식은, 단지 스위칭에 의해 up-chirp 형태 또는 down-chirp형태의 출력신호를 생성할 수 있어 구조가 간단하므로 변조부를 갖는 능동핑어에서 소모되는 전력량을 감소시킬 수 있다.
한편, 일반적인 송수신기의 업링크, 다운링크 방식은 서로 동일한 방식을 사용하는 것이 보통이다. 그러나 본 발명의 원격 어구 모니터링 시스템은 능동핑어의 신호수신 시 전력소모 감소를 위해 그리고 신호전송 시 정확한 데이터 전송을 위해, 다운링크 방식과 업링크 방식을 서로 다르게 설정함으로써, 능동핑어의 생존시간을 대폭적으로 늘릴 수 있고 정확한 데이터 전송이 가능하다.
도 9는 본 발명에 의한 배열트래커의 방향추적방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9을 참조하면, 상기 배열트래커(200)는 원형프레임 내에 복수 개의 초음파 신호를 수신하기 위한 센서모듈을 구성하는 수신센서(S1~S8)가 원형으로 동일한 각도차이로 배열되어 있다. 이러한 배열트래커(200)는 배열의 구조가 간단하면서 기계적으로 강인한 배열구조체이다. 상기 배열트래커는 수상함의 하부에 설치되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 사용주파수가 28 내지 31KHz인 톤필츠센서를 사용하였지만, 이에 제한되지는 않는다.
배열트래커(200)의 8개의 수신센서는 능동핑어에서 송신되는 초음파 신호를 수신하며, 제어부에서는 각 수신센서의 신호크기를 비교하게 된다. 신호크기가 가장 큰 순서대로 배열이 되며, 제어부에서는 신호크기가 가장 큰 수신센서를 중심으로 각 수신센서의 위상차를 계산한다. 계산된 위상차에 의해 보다 정밀한 미세방향이 추정될 수 있다.
예를 들어, S8이 최대 신호크기를 나타내었다면 인접한 S1 및 S7과의 위상차를 계산하여 위상차가 적은 방향으로의 미세조정을 할 수 있다.
상기 제어부는 배열트래커와는 별도의 단말기로 구성될 수 있으며, 이때, 유무선으로 배열트레커와 신호를 송수신하게 된다.
배열트래커가 특정 식별코드정보를 포함한 신호를 수중으로 전송하는 경우, 특정 식별코드정보를 갖는 능동핑어가 이에 대응한 신호를 전송할 수 있다. 한편, 복수의 능동핑어(100)들 사이에 중계핑어가 어망(400)에 포함하여 구성될 수도 있다. 중계핑어는 주위의 복수의 능동핑어(100)를 보조하기 위한 것으로서, 중계핑어는 능동핑어(100)의 다운링크, 업링크 방식과 동일한 방식을 이용할 수 있다. 중계핑어는 인접한 복수의 능동핑어를 식별하기 위한 복수의 식별코드정보들을 갖을 수 있다. 이에 따라, 배열트래커로부터 특정 식별코드정보가 포함된 신호가 수신되면, 특정 식별코드정보를 갖는 능동핑어와, 그 특정 식별코드정보를 포함하는 중계핑어가 이에 대응하여 신호를 전송할 수 있다. 이때 신호 간 간섭을 막기 위해, 농등핑어가 신호를 전송한 후, 중계핑어가 신호를 전송할 수 있다. 한편, 특정 능동핑어로부터 배열트래커로 전송되는 신호에는 특정 능동핑어의 식별코드정보가 포함되며, 중계핑어로부터 배열트래커로 전송되는 신호에는 중계핑어 자신만의 식별코드정보가 포함될 수 있다. 이에 따라 배열트래커가 능동핑어의 신호인지 중계핑어의 신호인지 구별할 수 있도록 할 수 있다. 중계핑어는 주변의 능동핑어가 배터리가 소진되거나 고장이 발생한 경우를 대비한 것으로서,중계핑어의 신호전송 횟수가 능동핑어의 신호전송 회수보다 많을 수 있으므로, 능동핑어에 장착된 배터리보다는 더 큰 용량의 배터리가 중계핑어에 장착됨이 바람직하다.
도 10은 본 발명에 의한 능동핑어의 거리측정방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 능동핑어(100)와 배열트래커(200) 사이의 거리는 송신신호와 수신신호의 시간차(dt)를 통해 계산된다.
구체적으로, 배열트래커(200)는 송신신호와 수신신호의 시간차를 이용하여 배열트래커와 능동핑어의 거리를 계산하게 된다. 상기 거리는 아래와 같은 식으로 계산될 수 있다.
R = dt*v/2
(R은 배열트래커와 능동핑어의 거리, dt는 송신신호와 수신신호의 시간차, v는 수중 초음파 속도)
도 11은 어구에 배치된 능동핑어를 설명하기 위한 도면이다.
도 11의 (a)를 참조하면, 어구가 유실되지 않은 경우, 송수파기L센서과 송수파기 R센서 모두 초음파 신호를 송수신할 수 있는 위치에 있다. 도 11의 (b)는 어구가 유실되어 능동핑어(100)가 해저면에 일측이 묻혀있을 때를 나타낸 도면이다. 능동핑어(100)의 일측이 해저면이 묻혀있더라도, 타측에 구비된송수파기L 센서가 초음파신호를 송신할 수 있다.
본 발명에 의하면, 능동핑어의 양측에 초음파 통신을 위한 송수파기 센서가 구비됨으로써, 어구가 유실되어 센서의 일측이 해저면에 묻히더라도 초음파 통신을 할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명에 이용되는 다운링크 방식은, 간단한 구성으로 구현되는 복조부를 갖는 능동핑어에서 소모되는 전력량을 대폭적으로 감소시킬 수 있다. 따라서 능동핑어의 생존시간을 연장할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명의 능동핑어 및 배열트래커는 대역통과필터의 통과대역에 위치한 중간주파수로 변조하는 모듈레이터를 포함하므로, 부피가 크지 않고 대역필터링이 용이한 세라믹대역통과필터가 이용될 수 있다는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 능동핑어 110 : 송수파기
120: 송수신전환부 130: 수신모듈
131: 저잡음증폭기 132: 모듈레이터
133: 중간주파수증폭기 134: 통과대역필터
135: 검파기 136: 레벨비교기
140: 송신모듈 141: 전원제어부
142: 전지부 143: 송신에너지저장부
144: 송신전력발생부 150: 디지털신호제어부
200: 배열트래커 210: 센서모듈
220: 수신신호증폭기 221: 저잡음증폭기
222: 1차 모듈레이터 223: 1차 중간주파수증폭기
224: 1차 통과대역필터 225: 2차 모듈레이터
226: 2차 중간주파수증폭기 227: 2차 통과대역필터
230: 디지털신호처리기

Claims (7)

  1. 관리선에 구비되는 배열트래커; 및
    어구에 구비되고, 상기 배열트래커와 초음파 통신을 위한 능동핑어를 포함하고,
    상기 능동핑어가 상기 배열트래커에서 수신하는 초음파 신호는 2 이상의 신호펄스 사이 시간 간격에 디지털 정보가 대응되도록 변조된 것이고,
    상기 능동핑어가 상기 배열트래커로 전송하는 신호는 주파수가 증가하는 형태인 업첩(up-chirp) 신호 또는 주파수가 감소하는 형태인 다운첩(down-chirp) 신호에 디지털 정보가 대응되도록 변조된 것을 특징으로 하는 원격 어구 모니터링 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 능동핑어는,
    일측 및 타측에 초음파 신호를 송수신하기 위한 초음파 송수파기를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 원격 어구 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배열트래커는 복수개의 수신센서가 원형으로 배열되며,
    상기 능동핑어로부터 수신된 초음파 신호의 신호크기 및 위상을 이용하여 상기 능동핑어의 방위를 추출하는 것을 특징으로 하는 원격 어구 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 능동핑어는,
    수신되는 초음파신호를 전기신호로 변환하는 송수파기와
    국부발진신호를 이용하여 상기 전기신호의 주파수를 중간주파수로 변조하는 모듈레이터를 포함하고,
    상기 중간주파수는 대역통과필터의 통과대역에 위치함을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 원격 어구 모니터링 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배열트래커는,
    수신되는 초음파신호를 전기신호로 변환하는 수신센서와,
    국부발진신호를 이용하여 상기 전기신호의 주파수를 대역통과필터의 통과대역에 위치되는 제1 중간주파수로 변조하는 제1 모듈레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 어구 모니터링 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배열트래커는,
    상기 제1 중간주파수로 변조된 신호를 아날로그/디지털 변환에 적합한 제2 중간주파수로 변조하는 제2 모듈레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 어구 모니터링 시스템.
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