KR102218582B1 - System for underwater localization - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수중 위치 인식 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중 이동체의 위치를 추적하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to underwater location recognition technology, and more particularly, to a technology for tracking the location of an underwater vehicle.
수중 이동체의 수중 위치를 인식하는 기술은 하이드로폰 배열을 사용하여 수중 이동체의 위치를 추적하는 USBL, 수중 이동체에 부착된 자이로 센서와 가속도계를 활용한 관성항법 등이 존재한다.Technologies for recognizing the underwater location of an underwater vehicle include USBL that tracks the location of an underwater vehicle using a hydrophone array, and inertial navigation using a gyro sensor and accelerometer attached to the underwater vehicle.
USBL을 활용한 위치 인식 방법은 여러 개의 하이드로폰 배열을 사용해야 함으로서 기술의 복잡도 및 비용이 상승한다는 문제가 있다. 또한, 수중 이동체의 내부 센서를 활용하는 관성항법 위치 인식 방법은 GPS 신호를 획득하여 초기 위치를 설정해야 하며, 주기적으로 수중 이동체가 수면 위로 올라와 GPS 신호를 받아 위치를 재설정해야 한다는 단점이 있다.The location recognition method using USBL has a problem in that the complexity and cost of the technology are increased as the array of several hydrophones must be used. In addition, the inertial navigation position recognition method using the internal sensor of the underwater vehicle has a disadvantage that the GPS signal must be acquired to set the initial position, and the underwater vehicle must periodically rise above the water surface and receive the GPS signal to reset the position.
본 발명의 선행문헌으로는 한국 공개특허 공보 제 2015-0059191호가 있다.As a prior document of the present invention, there is Korean Patent Publication No. 2015-0059191.
본 발명은 수중 음파통신에 기반한 거리 측정과 수압센서를 활용한 수심 측정을 통해 얻는 평면 상의 거리정보와 자이로스코프, 지자기 센서, 가속도 센서 등이 탐지하는 각도정보를 활용하여 수중 이동체의 수중 위치를 효과적으로 추적하는 수중 위치 인식 시스템을 제공하는 것이다.The present invention effectively determines the underwater position of an underwater vehicle by using distance information on a plane obtained through distance measurement based on underwater sound wave communication and depth measurement using a water pressure sensor, and angle information detected by a gyroscope, a geomagnetic sensor, and an acceleration sensor. It is to provide a tracking underwater location recognition system.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수면 상에서 위치하며 음파를 이용하여 거리측정 신호를 발신하고 응답 신호를 수신하는 제1 수상 노드 및 수중에서 이동하며 거리측정 신호를 수신하고 상기 응답 신호를 발신하는 수중 이동체를 포함하고, 응답 신호는 수중 이동체가 위치된 곳의 수심정보와 이동경로에 대한 각도정보를 포함하며, 수중 이동체가 이동할 때에 거리측정 신호 및 응답 신호를 이용하여 2개의 지점에서 제1 수상 노드와 수중 이동체 간의 수평거리를 산출하고, 2개의 지점의 수평 거리를 하나의 평면에 투영한 후에 각도정보를 이용하여 평면 상에서 수중 이동체의 평면적 이동위치를 산출하고, 수심정보 및 평면 상에서의 평면적 이동위치를 이용하여 수중 이동체의 공간적 이동위치를 파악하는 수중 위치 인식 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention, a first aquatic node located on the surface of the water and transmitting a distance measurement signal using sound waves and receiving a response signal, and an underwater mobile body moving underwater and receiving a distance measurement signal and transmitting the response signal Including, and the response signal includes depth information of the location where the underwater vehicle is located and angle information on the movement path, and when the underwater vehicle moves, the first water node and the first water node at two points using the distance measurement signal and the response signal Calculate the horizontal distance between underwater moving objects, project the horizontal distances of two points on one plane, and calculate the planar moving position of the underwater moving object on the plane using angle information, and calculate the depth information and the planar moving position on the plane. An underwater location recognition system is provided to determine the spatial movement location of an underwater vehicle by using.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 수면 상에서 서로 다른 곳에 위치하며 각각 음파를 이용하여 거리측정 신호를 발신하고 응답 신호를 수신하는 제1 및 제2 수상 노드와, 수중에서 이동하며 상기 거리측정 신호를 수신하고 상기 응답 신호를 발신하는 수중 이동체를 포함하고, 상기 응답 신호는 상기 수중 이동체가 위치된 곳의 수심정보와 이동경로에 대한 각도정보를 포함하며, 상기 수중 이동체가 이동할 때에 상기 응답 신호를 이용하여 2개의 지점에서 상기 제1 수상 노드와 상기 수중 이동체 간의 제1 수평거리 및 상기 제2 수상 노드와 상기 수중 이동체 간의 제2 수평거리를 각각 산출하고, 상기 수중 이동체가 상기 2개의 지점 사이를 이동할 때에 상기 제1 수평거리 및 상기 제2 수평거리 중 거리가 증가한 수평거리를 판단하고, 상기 2개의 지점에서 상기 거리가 증가한 수평 거리를 하나의 평면에 투영한 후에 상기 각도정보를 이용하여 상기 평면 상에서 상기 수중 이동체의 평면적 이동위치를 산출하고, 상기 수심정보 및 상기 평면 상에서의 상기 평면적 이동위치를 이용하여 상기 수중 이동체의 공간적 이동위치를 파악하는 수중 위치 인식 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, first and second floating nodes located at different places on the surface of the water and each transmitting a distance measurement signal using sound waves and receiving a response signal, and moving in water and receiving the distance measurement signal And an underwater mobile body that transmits the response signal, and the response signal includes depth information of a location where the underwater mobile body is located and angle information on a movement path, and when the underwater mobile body moves, the response signal is used. When calculating a first horizontal distance between the first floating node and the underwater vehicle at two points and a second horizontal distance between the second floating node and the underwater vehicle, respectively, and when the underwater vehicle moves between the two points The horizontal distance of the first horizontal distance and the second horizontal distance is determined, the horizontal distance of which the distance is increased from the two points is projected onto one plane, and the angle information is used on the plane. There is provided an underwater position recognition system for calculating a planar movement position of an underwater moving object, and identifying a spatial movement position of the underwater moving object using the depth information and the planar moving position on the plane.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수상에서 위치하며, 음파를 이용하여 거리측정 신호를 발신하고 응답 신호를 수신하는 음파 통신부를 구비한 제1 수상 노드 및 수중에서 이동하며 상기 거리측정 신호를 수신하고 상기 응답 신호를 발신하는 음파 통신부, 수압 센서, 자이로 센서 및 지자기 센서를 구비한 수중 이동체를 포함하고, 상기 응답 신호는 상기 수압 센서, 상기 자이로 센서 및 상기 지자기 센서의 측정 값을 포함하여, 상기 제1 수상 노드는 상기 거리측정 신호와 상기 응답 신호의 시간 차 및 상기 응답 신호를 이용하여 수중 이동체의 공간적 이동위치를 파악하는 수중 위치 인식 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, the first aquatic node is located on the water and has a sound wave communication unit that transmits a distance measurement signal using sound waves and receives a response signal, and moves in the water and receives the distance measurement signal. A sound wave communication unit that transmits the response signal, a water pressure sensor, a gyro sensor, and an underwater moving body including a geomagnetic sensor, and the response signal includes a measured value of the water pressure sensor, the gyro sensor, and the geomagnetic sensor, and the first 1 The aquatic node is provided with an underwater location recognition system for determining a spatial movement position of an underwater vehicle using the time difference between the distance measurement signal and the response signal and the response signal.
본 발명에 따르면, GPS 신호 수신을 위해 수중 이동체가 수면위로 올라오지 않아도 수중 이동체의 위치를 추적할 수 있다.According to the present invention, it is possible to track the position of the underwater vehicle even if the underwater vehicle does not rise above the water surface for GPS signal reception.
또한, 본 발명에 따르면, 하이드로폰 배열을 사용하지 않고 수중 이동체의 위치를 추적하도록 하여 수중 위치 인식 시스템의 구현 비용을 절감할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the implementation cost of the underwater location recognition system by tracking the location of the underwater vehicle without using a hydrophone arrangement.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템을 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템의 수상 노드를 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템의 수중 이동체를 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템이 수중 위치를 인식하는 과정을 예시한 순서도.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템에서 수평거리, 평면적 이동위치를 산출하는 방식을 구체적으로 예시한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템을 예시한 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템이 수중 위치를 인식하는 과정을 예시한 순서도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템에서 수평거리, 평면적 이동위치를 산출하는 방식을 구체적으로 예시한 도면.1 is a diagram illustrating an underwater location recognition system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a water node of an underwater location recognition system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an underwater moving body of the underwater location recognition system according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a process of recognizing an underwater location by an underwater location recognition system according to an embodiment of the present invention.
5 to 8 are views specifically illustrating a method of calculating a horizontal distance and a planar movement position in an underwater position recognition system according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating an underwater location recognition system according to another embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a process of recognizing an underwater location by an underwater location recognition system according to another embodiment of the present invention.
11 is a diagram specifically exemplifying a method of calculating a horizontal distance and a planar movement position in an underwater position recognition system according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided. Specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail through detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템을 예시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an underwater location recognition system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템은, 제1 수상 노드(110) 및 수중 이동체(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an underwater location recognition system according to an embodiment of the present invention includes a first
제1 수상 노드(110)는, 수면 상에 위치하고 수중에 위치한 수중 이동체(130)와 음파를 이용하여 통신한다. 제1 수상 노드(110)는 수중 이동체(130)에 거리측정 신호를 발신하고 수중 이동체(130)로부터 응답 신호를 수신할 수 있다.The first
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템의 수상 노드를 예시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a water node of an underwater location recognition system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 제1 수상 노드(110)는 수중 이동체(130)와 음파 통신을 수행하는 음파 통신부(111)와, 다른 수상 노드 또는 다른 장치와 무선 통신을 위한 무선 통신부(112)를 포함할 수 있다. 또한, 음파 통신부(111)와 무선 통신부(112)를 제어하는 제어부(113)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 제어부(113)는 제1 수상 노드(110)의 정해진 위치 정보를 미리 저장하거나, 별도의 GPS 수신 모듈을 통해 제1 수상 노드(110)의 위치 정보를 산출할 수 있다.Referring to FIG. 2, the first
수중 이동체(130)는 수중에서 이동하는 장치로서, 수면 상에 위치한 수중 이동체(130)와 음파를 이용하여 통신한다. 수중 이동체(130)는 거리측정 신호를 수신하면, 거리측정 신호를 보낸 수상 노드에 응답 신호를 발신할 수 있다. 특히, 응답 신호는, 수중 이동체(130)가 위치된 곳의 수심정보와 이동경로에 대한 각도정보를 포함한다.The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템의 수중 이동체를 예시한 도면이다.3 is a diagram illustrating an underwater moving object of the underwater location recognition system according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 수중 이동체(130)는 제1 수상 노드(110)와 음파 통신을 수행하는 음파 통신부(131)를 포함할 수 있다. 음파 통신부(121)는 제1 수상 노드(110)로부터 거리 측정 신호를 수신하고, 응답 신호를 제1 수상 노드(110)에 발신할 수 있다.Referring to FIG. 3, the underwater
또한, 수중 이동체(130)는, 수압 센서(133)를 포함할 수 있다. 응답 신호의 수심정보는, 수압 센서(133) 측정 값으로서 이로부터 수중 이동체(130)가 위치한 곳의 수심을 산출할 수 있다.In addition, the underwater moving
또한, 수중 이동체(130)는, 자이로 센서(134) 및 지자기 센서(135) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 응답 신호의 각도정보는, 자이로 센서(134) 및 지자기 센서(135)의 측정 값을 포함할 수 있다.In addition, the underwater moving
또한, 수중 이동체(130)는 가속도 센서(132)를 포함할 수도 있다. 응답 신호는, 가속도 센서(132)의 측정 값을 포함할 수 있다.In addition, the underwater moving
또한, 수중 이동체(130)는, 음파 통신부(111) 및 상술한 센서들을 제어하는 제어부(136)를 더 포함할 수 있다. 제어부(136)는 음파 통신부(131)가 거리 측정 신호를 수신하는 경우, 상술한 센서들의 측정 값을 가지는 응답 신호를 생성할 수 있다. In addition, the underwater moving
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템은, 수면 상에 위치한 한 개의 수상 노드(110)와 수중에 위치한 수중 이동체(130)로 구성될 수 있으며, 다음의 설명하는 단계를 거쳐 수중 이동체(130)의 위치를 특정할 수 있다.As described above, the underwater location recognition system according to an embodiment of the present invention may be composed of a single
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템이 수중 위치를 인식하는 과정을 예시한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a process of recognizing an underwater location by an underwater location recognition system according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템은, 수중 이동체(130)가 이동할 때에, 거리측정 신호 및 응답 신호를 이용하여 2개의 지점에서 각각 제1 수상 노드(110)와 수중 이동체(130) 간의 수평거리를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 지점에서 제1-1 수평거리를 산출하고, 수중 이동체(130)가 이동한 이후 제2 지점에서 제1-2 수평거리를 산출할 수 있다.Referring to Figure 4, the underwater location recognition system according to an embodiment of the present invention, when the underwater moving
다음에, 2의 지점의 수평 거리를 하나의 평면에 전사한 후에 2개의 지점 사이의 각도정보를 이용하여 하나의 평면 상에서 수중 이동체(130)가 이동한 평면적 이동위치를 산출하고, 여기에 수심정보를 추가하여 위치 정보를 생성함으로써 수중 이동체(130)의 공간적 이동위치를 파악할 수 있다.Next, after transferring the horizontal distance of the point of 2 to one plane, using the angle information between the two points, calculate the planar movement position of the underwater moving
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템에서 수평거리, 평면적 이동위치를 산출하는 방식을 구체적으로 예시한 도면이다.5 to 8 are views specifically exemplifying a method of calculating a horizontal distance and a planar movement position in an underwater position recognition system according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 수중 이동체(130)가 수중평면 1 상의 에 위치할 경우, 에 위치한 제1 수상 노드(110)는 음파통신을 통하여 제1 수상 노드(110)와 수중 이동체(130) 간의 거리 을 획득할 수 있다. 구체적으로, 거리측정 신호와 응답 신호의 시간 차를 이용하여 제1 수상 노드(110)와 수중 이동체(130)의 거리를 산출할 수 있다. 또한, 제1 수상 노드(110)는 수중 이동체(130)의 수압 센서(133)가 측정한 수심 정보도 전달받을 수 있다. 이 때, 피타고라스 공식을 활용하여 수중평면 1로 투영한 제1 수상 노드(110)와 수중 이동체(130) 간의 거리 을 산출할 수 있다. 즉, 첫 번째 위치에서 제1 수상 노드(110)와 수중 이동체(130) 간의 수평거리를 산출할 수 있다 (상술한 제1 지점에서 제1-1 수평거리를 산출에 해당한다).5, the underwater moving
도 6을 참조하면, 수중 이동체(130)가 제1 지점인 에서 제2 지점인 으로 이동할 수 있다. 여기서, 은 수심이 인 수중평면 1에 위치하고 은 수심이 인 수중평면 2에 위치한다. 이 때, 제1 수상 노드(110)와 수중 이동체(130)() 간의 거리 와 수심 정보를 활용하여, 제1 수상 노드(110)와 수중 이동체(130) 간의 거리 를 산출할 수 있다. 즉, 두 번째 위치에서 제1 수상 노드(110)와 수중 이동체(130) 간의 수평거리를 산출할 수 있다(상술한 제2 지점에서 제1-2 수평거리를 산출에 해당한다).6, the underwater moving
다음에, 2개의 지점의 수평 거리를 하나의 평면에 전사하여 나타낼 수 있다. 본 실시예에서는 수중평면 1에 2개의 수평거리 과 를 나타낸다.Next, the horizontal distance of the two points can be transferred to one plane and displayed. In this example, two horizontal distances to the underwater plane 1 and Represents.
도 7을 참조하면, 수중 이동체(130)로부터 받은 자이로 센서(134) 또는 지자기 센서(135)의 측정 값을 이용하여, 평면 상에서 변화한 각도정보(Yaw, )를 얻을 수 있고, 이를 통해 인 도 얻을 수 있다. Referring to FIG. 7, using the measured value of the
이 때, 삼각형 에 대해 제2코사인법칙을 적용하면 다음의 식 (1)을 얻으며, 이를 풀면 식 (2)의 해를 구할 수 있다.At this time, the triangle If the second cosine law is applied to, the following equation (1) is obtained, and by solving it, the solution of equation (2) can be obtained.
(1) (One)
(2) (2)
한편, 식 (2)는 두 개의 실근을 갖거나 두 개의 허근을 갖거나 한 개의 중근을 가질 수 있는데, 거리 를 특정하기 위한 충분조건으로써 두 개의 실근을 가지면서도 한 개의 양수 근과 한 개의 음수 근을 갖기 위해서는 다음의 식 (3)과 (4)를 동시에 만족해야 한다.On the other hand, Equation (2) can have two real roots, two false roots, or one median root. In order to have two real roots and one positive root and one negative root as a sufficient condition to specify the following equations (3) and (4) must be satisfied at the same time.
(3) (3)
(4) (4)
식 (3)과 (4)를 정리하면 식 (5)와 (6)으로 표현할 수 있고, 식 (5)와 (6)에 제곱을 취하여 두 식을 동시에 만족하는 식 (7)을 얻을 수 있다.If equations (3) and (4) are summarized, it can be expressed by equations (5) and (6), and equation (7) that satisfies both equations at the same time can be obtained by taking the square of equations (5) and (6). .
(5) (5)
(6) (6)
(7) (7)
이 때, 식 (7)은 식 (8)을 통해 식 (9)로 더욱 간단화된다.At this time, equation (7) is further simplified to equation (9) through equation (8).
(8) (8)
(9) (9)
결론적으로 의 조건을 만족한다면, 식 (3)의 을 이동거리 로 특정할 수 있다. 따라서, 초기위치 을 알고 있을 때, , , 를 식 (3)에 대입하여 산출한 이동거리 와 각도정보 를 활용하여 의 위치를 도출한 후, 수심정보 를 적용하면 수중평면 2 상의 의 위치를 파악할 수 있다.In conclusion If the condition of is satisfied, Moving distance It can be specified as Therefore, the initial position When you know , , The travel distance calculated by substituting in equation (3) And angle information Using After deriving the location of the water depth information When applied to the underwater plane 2 Can determine the location of.
또한, 평면 상에서 제1 수상 노드(110)와 수중 이동체(130) 간의 거리가 증가하는 방향으로 수중 이동체(130)가 이동하는 경우, 상술한 단계를 반복 적용하여 수중 이동체(130)의 새로운 위치를 지속적으로 파악할 수 있다.In addition, when the
본 실시예에서는 제1 수상 노드(110)의 제어부(113)에서 거리측정 신호 및 응답 신호를 이용하여 상술한 산출방법을 수행할 수 있다. 한편, 상술한 산출은 제1 수상 노드(110)가 아닌 다른 장치에서 수행될 수도 있으며, 무선 통신부(112)를 통하여 거리측정 신호 및 응답 신호를 다른 장치에 전달할 수 있다.In the present embodiment, the
상술한 실시예는 수중 이동체(130)가 제1 수상 노드(110)를 기준으로 평면 상의 거리가 증가하는 방향으로 이동할 경우에 위치를 파악하는 방식에 유용하다.The above-described embodiment is useful for a method of determining a location when the underwater moving
이후에서는 두 개 이상의 수상 노드를 배치하고 수상 노드 간 무선 통신 등으로 서로 정보를 공유하여 언제든지 수중 이동체(130)의 수중 위치를 파악할 수 있는 실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment in which two or more floating nodes are arranged and information is shared with each other through wireless communication between the floating nodes, so that the underwater location of the underwater mobile 130 can be determined at any time will be described.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템을 예시한 도면이다.9 is a diagram illustrating an underwater location recognition system according to another embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템은, 상술한 실시예와 비교하여 제2 수상 노드(120)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 제2 수상 노드(120)는 상술한 제1 수상 노드(110)와 유사한 구성을 가지고 유사한 기능을 수행할 수 있다. 또한, 수상 노드(110, 120) 간 무선 통신을 위하여, 제1 및 제2 수상 노드(110, 120)는 각각 무선 통신부(112)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the underwater location recognition system according to the present embodiment may further include a second floating
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템이 수중 위치를 인식하는 과정을 예시한 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a process of recognizing an underwater location by an underwater location recognition system according to another embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 수중 이동체(130)가 이동할 때에, 2개의 지점에서 제1 수상 노드(110)와 수중 이동체(130) 간의 제1 수평거리(제1-1 수평거리 및 제1-2 수평거리) 및 제2 수상 노드(120)와 수중 이동체(130) 간의 제2 수평거리(제2-1 수평거리 및 제2-2 수평거리)를 각각 산출할 수 있다.Referring to FIG. 10, when the underwater
다음에, 수중 이동체(130)가 2개의 지점 사이를 이동(제1 지점에서 제2 지점으로 이동)할 때에, 어느 쪽의 수상 노드에서 수평거리가 증가하게 되었는지를 판단할 수 있다. 즉, 제1 수평거리 및 제2 수평거리 중 어느 쪽이 거리가 증가하였는지 판단할 수 있다. 이 때, 제2 수상 노드(120)는 제2 수평거리를 포함한 수중 이동체(130)와의 관계에서 산출된 정보를 무선통신으로 제1 수상 노드(110)에 전달할 수 있다. 즉, 제1 수상 노드(110)에서 어느 쪽의 수상 노드에서 수평거리가 증가하게 되었는지를 판단할 수 있다. Next, when the underwater moving
수평거리가 증가한 수상 노드가 판단되면, 상술한 실시예의 방법으로 수중 이동체(130)의 공간적 이동위치를 파악할 수 있다. 즉, 거리가 증가한 수평 거리를 하나의 평면에 전사한 후에, 각도정보를 이용하여 평면 상에서 수중 이동체(130)의 평면적 이동위치를 산출할 수 있다. 그리고 수심정보 및 평면 상에서의 평면적 이동위치를 이용하여, 수중 이동체(130)의 공간적 이동위치를 파악할 수 있다.When it is determined that the floating node with an increased horizontal distance is determined, the spatial movement position of the underwater moving
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 위치 인식 시스템에서 수평거리, 평면적 이동위치를 산출하는 방식을 구체적으로 예시한 도면이다. 11 is a diagram specifically illustrating a method of calculating a horizontal distance and a planar movement position in an underwater position recognition system according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 2개의 수상 노드(110, 120)를 사용하여 수중 이동체(130)의 위치를 추적하는 경우에, 수중 이동체(130)가 어느 하나의 수상 노드에 가까워지는 방향으로 이동하면 다른 하나의 수상 노드로부터는 멀어지게 된다. 이 때, 거리가 멀어지는 수상 노드를 기준으로 본 발명의 상술한 실시예의 방법을 적용하여 수중 이동체(130)의 위치를 추적할 수 있다. 이하에서는 본 실시예의 산출방식을 구체적으로 설명한다.Referring to FIG. 11, in the case of tracking the position of the underwater moving
우선, 수중 이동체(130)가 초기 상태에 수중평면 1 상의 에 위치할 경우에, 상술한 실시예의 방법에 따라, 수중평면 1로 투영한 제1 수상 노드(110, 에 위치)와 수중 이동체(130) 간의 거리 를 계산할 수 있다. 또한, 수중평면 1로 투영한 제2 수상 노드(120, 에 위치)와 수중 이동체(130) 간의 거리 도 산출할 수 있다.First, the underwater moving
다음으로, 수중 이동체(130)가 수중평면 1 상의 에서 수중평면 2 상의 로 이동한 경우에, 상술한 실시예의 방법에 따라, 수중평면 1로 투영된 제1 수상 노드(110)와 수중 이동체(130, 에 위치) 간의 거리 를 산출하고, 수중평면 1로 투영된 제2 수상 노드(120)와 수중 이동체(130)간의 거리 를 산출할 수 있다. Next, the underwater moving
다음으로, 각 수상 노드에서 수평거리의 증가 여부를 확인할 수 있다. >를 만족한다면, 제1 수상 노드(110)를 기준으로 , , 를 이용하여, 상술한 실시예의 방법에 따라, 의 위치를 산출할 수 있다. 한편, >를 만족한다면 제2 수상 노드(120)를 기준으로 , , 를 이용하여, 상술한 실시예의 방법에 따라, 의 위치를 산출할 수 있다.Next, it is possible to check whether the horizontal distance is increased at each floating node. > If satisfied, based on the
또한, 수중 이동체(130)가 다시 이동한 경우, 상술한 과정을 반복적으로 적용하여 수중 이동체(130)의 새로운 위치를 계속 파악할 수 있다.In addition, when the
본 실시예에서는 제1 수상 노드(110)의 제어부(113)에서 거리측정 신호 및 응답 신호를 이용하여 1차로 산출하고 제2 수상 노드(120)에서 산출된 정보를 받아서 전체적으로 위치를 산출하고 판단하는 방법을 수행할 수 있다. 한편, 상술한 산출방법은 제1 수상 노드(110)가 아닌 다른 장치에서 수행될 수도 있으며, 무선 통신부(112)를 통하여 거리측정 신호, 응답 신호 및 산출 정보 등을 다른 장치에 전달할 수 있다.In this embodiment, the
상술한 실시예에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 GPS 신호 수신을 위해 수중 이동체가 수면위로 올라오지 않아도 수중 이동체의 위치를 추적할 수 있다. 또한, 하이드로폰 배열을 사용하지 않고 수중 이동체의 위치를 추적하도록 하여 수중 위치 인식 시스템의 구현 비용을 절감할 수 있다.As described in the above-described embodiment, the present invention can track the location of the underwater vehicle even if the underwater vehicle does not rise above the water surface for GPS signal reception. In addition, it is possible to reduce the implementation cost of the underwater location recognition system by tracking the location of the underwater vehicle without using a hydrophone array.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 전술한 실시 예 외의 많은 실시 예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at centering on the embodiment. Many embodiments other than the above-described embodiments exist within the scope of the claims of the present invention. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
110, 120: 수상 노드
111: 음파 통신부
112: 무선 통신부
130: 수중 이동체
131: 음파 통신부
133: 수압 센서
134: 자이로 센서
135: 지자기 센서110, 120: floating node
111: sound wave communication unit
112: wireless communication unit
130: underwater vehicle
131: sound wave communication unit
133: water pressure sensor
134: gyro sensor
135: geomagnetic sensor
Claims (9)
수중에서 이동하며, 상기 거리측정 신호를 수신하고 상기 응답 신호를 발신하는 수중 이동체를 포함하고,
상기 응답 신호는, 상기 수중 이동체가 위치된 곳의 수심정보와 이동경로에 대한 각도정보를 포함하며,
상기 수중 이동체가 이동할 때에, 상기 거리측정 신호 및 상기 응답 신호를 이용하여 2개의 지점에서 상기 제1 수상 노드와 상기 수중 이동체 간의 수평거리를 산출하고,
상기 2개의 지점의 상기 수평 거리를 하나의 평면에 투영한 후에, 상기 평면 상에서 상기 제1 수상 노드와 상기 수중 이동체 간의 거리가 증가하는 방향으로 상기 수중 이동체가 이동하는 경우에, 상기 각도정보를 이용하여 상기 평면 상에서 상기 수중 이동체의 평면적 이동위치를 산출하고,
상기 수심정보 및 상기 평면 상에서의 상기 평면적 이동위치를 이용하여, 상기 수중 이동체의 공간적 이동위치를 파악하는 수중 위치 인식 시스템.
A first floating node located on the water surface and transmitting a distance measurement signal using sound waves and receiving a response signal; And
An underwater moving body that moves underwater, receives the distance measurement signal, and transmits the response signal,
The response signal includes depth information of a place where the underwater moving object is located and angle information of a movement path,
When the underwater vehicle moves, calculate a horizontal distance between the first floating node and the underwater vehicle at two points using the distance measurement signal and the response signal,
After projecting the horizontal distances of the two points onto one plane, the angle information is used when the underwater mobile body moves in a direction in which the distance between the first floating node and the underwater mobile body increases on the plane. To calculate the planar movement position of the underwater moving object on the plane,
An underwater position recognition system for identifying a spatial movement position of the underwater moving object by using the depth information and the planar movement position on the plane.
상기 거리측정 신호와 상기 응답 신호의 시간 차를 이용하여 상기 제1 수상 노드와 상기 수중 이동체의 거리를 산출하며,
상기 수중 이동체는, 수압 센서를 포함하고, 상기 수압 센서의 측정값을 이용하여 상기 수심정보를 산출하며,
상기 제1 수상 노드 및 상기 수중 이동체 간의 수평거리는, 상기 제1 수상 노드와 상기 수중 이동체의 거리 및 상기 수심정보를 이용하여 산출하는 수중 위치 인식 시스템.
The method of claim 1,
The distance between the first floating node and the underwater moving object is calculated using a time difference between the distance measurement signal and the response signal,
The underwater moving body includes a water pressure sensor, and calculates the water depth information using a measured value of the water pressure sensor,
An underwater location recognition system that calculates a horizontal distance between the first floating node and the underwater vehicle using the distance between the first floating node and the underwater vehicle and the depth information.
상기 수중 이동체는, 자이로 센서 및 지자기 센서 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 각도정보는, 상기 자이로 센서 및 상기 지자기 센서의 측정 값을 포함하는 수중 위치 인식 시스템
The method of claim 1,
The underwater moving body includes at least one of a gyro sensor and a geomagnetic sensor,
The angle information is an underwater position recognition system including the measured values of the gyro sensor and the geomagnetic sensor
수중에서 이동하며, 상기 거리측정 신호를 수신하고 상기 응답 신호를 발신하는 수중 이동체를 포함하고,
상기 응답 신호는, 상기 수중 이동체가 위치된 곳의 수심정보와 이동경로에 대한 각도정보를 포함하며,
상기 수중 이동체가 이동할 때에, 상기 응답 신호를 이용하여 2개의 지점에서 상기 제1 수상 노드와 상기 수중 이동체 간의 제1 수평거리 및 상기 제2 수상 노드와 상기 수중 이동체 간의 제2 수평거리를 각각 산출하고,
상기 수중 이동체가 상기 2개의 지점 사이를 이동할 때에, 상기 제1 수평거리 및 상기 제2 수평거리 중 거리가 증가한 수평거리를 판단하고,
상기 2개의 지점에서 상기 거리가 증가한 수평 거리를 하나의 평면에 투영한 후에, 상기 각도정보를 이용하여 상기 평면 상에서 상기 수중 이동체의 평면적 이동위치를 산출하고,
상기 수심정보 및 상기 평면 상에서의 상기 평면적 이동위치를 이용하여, 상기 수중 이동체의 공간적 이동위치를 파악하는 수중 위치 인식 시스템.
First and second floating nodes located at different places on the water surface, each transmitting a distance measurement signal using sound waves and receiving a response signal; And
An underwater moving body that moves underwater, receives the distance measurement signal, and transmits the response signal,
The response signal includes depth information of a place where the underwater moving object is located and angle information of a movement path,
When the underwater vehicle moves, a first horizontal distance between the first floating node and the underwater vehicle and a second horizontal distance between the second floating node and the underwater vehicle are calculated at two points using the response signal, and ,
When the underwater moving body moves between the two points, determining a horizontal distance in which a distance increases among the first horizontal distance and the second horizontal distance,
After projecting the horizontal distance increased by the distance from the two points onto one plane, the planar movement position of the underwater moving object on the plane is calculated using the angle information,
An underwater position recognition system for identifying a spatial movement position of the underwater moving object by using the depth information and the planar movement position on the plane.
상기 거리측정 신호와 상기 응답 신호의 시간 차를 이용하여, 각각의 상기 수상 노드와 상기 수중 이동체의 거리를 각각 산출하며,
상기 응답 신호는 수압정보를 포함하고, 상기 수압정보를 이용하여 상기 수심정보를 산출하며,
각각의 상기 수상 노드와 상기 수중 이동체 간의 수평거리는, 각각의 상기 수상 노드와 상기 수중 이동체의 거리 및 상기 수심정보를 이용하여 산출하는 수중 위치 인식 시스템.
The method of claim 4,
Using a time difference between the distance measurement signal and the response signal, each of the distances between the water node and the underwater mobile is calculated,
The response signal includes water pressure information, and the water depth information is calculated using the water pressure information,
An underwater location recognition system that calculates a horizontal distance between each of the aquatic nodes and the underwater vehicle using distances between each of the aquatic nodes and the underwater vehicle and the depth information.
상기 수중 이동체는, 자이로 센서 및 지자기 센서 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 각도정보는, 상기 자이로 센서 및 상기 지자기 센서의 측정 값을 포함하는 수중 위치 인식 시스템.
The method of claim 4,
The underwater moving body includes at least one of a gyro sensor and a geomagnetic sensor,
The angle information is an underwater position recognition system including the measured values of the gyro sensor and the geomagnetic sensor.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113141591A (en) * | 2021-04-08 | 2021-07-20 | 武汉理工大学 | Anti-interference system of multi-agent search and rescue network model |
CN114993302A (en) * | 2022-05-27 | 2022-09-02 | 中国人民解放军海军工程大学 | Underwater intelligent positioning system and method based on multiple flexible nodes |
CN116074853A (en) * | 2023-03-07 | 2023-05-05 | 华东交通大学 | Deployment optimization method for monitoring network of variable water area |
WO2023182800A1 (en) * | 2022-03-25 | 2023-09-28 | 한국해양과학기술원 | Underwater drift tracking system based on marine positioning platform |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101643967B1 (en) * | 2015-03-17 | 2016-08-11 | 홍익대학교 산학협력단 | System and method for extracting ocean disasters position |
KR20190012311A (en) * | 2017-07-26 | 2019-02-11 | 강릉원주대학교산학협력단 | System and method for underwater localization |
-
2019
- 2019-08-22 KR KR1020190103117A patent/KR102218582B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101643967B1 (en) * | 2015-03-17 | 2016-08-11 | 홍익대학교 산학협력단 | System and method for extracting ocean disasters position |
KR20190012311A (en) * | 2017-07-26 | 2019-02-11 | 강릉원주대학교산학협력단 | System and method for underwater localization |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113141591A (en) * | 2021-04-08 | 2021-07-20 | 武汉理工大学 | Anti-interference system of multi-agent search and rescue network model |
CN113141591B (en) * | 2021-04-08 | 2024-04-30 | 武汉理工大学 | Anti-interference system of multi-agent search and rescue network model |
WO2023182800A1 (en) * | 2022-03-25 | 2023-09-28 | 한국해양과학기술원 | Underwater drift tracking system based on marine positioning platform |
CN114993302A (en) * | 2022-05-27 | 2022-09-02 | 中国人民解放军海军工程大学 | Underwater intelligent positioning system and method based on multiple flexible nodes |
CN114993302B (en) * | 2022-05-27 | 2024-05-28 | 中国人民解放军海军工程大学 | Underwater intelligent positioning system and method based on multiple flexible nodes |
CN116074853A (en) * | 2023-03-07 | 2023-05-05 | 华东交通大学 | Deployment optimization method for monitoring network of variable water area |
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