KR102263037B1 - 수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 시스템 및 그 방법 - Google Patents

수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소나(SONAR)와 수중드론(ROV)을 이용하여 수중 환경의 지도를 작성하도록 구현한 수중 환경 지도 작성 시스템 및 방법에 관한 것으로, 소나부가 수중 환경의 영상을 탐지하여 수중 영상 데이터를 획득하며; 수중드론부가 수중 환경에서 유영하면서 수중 환경을 센싱하여 수중 드론 데이터를 획득하며; 소나영상수집부가 소나부에서 획득한 수중 영상 데이터를 수집하며; 수중드론데이터수집부가 수중드론부에서 획득한 수중 드론 데이터를 수집하며; 데이터통합부가 소나영상수집부에서 수집한 수중 영상 데이터와 수중드론데이터수집부에서 수집한 수중 드론 데이터를 통합하여 통합 수중 환경 정보를 생성하며; 지도작성부가 데이터통합부에서 생성한 통합 수중 환경 정보를 이용하여 수중 환경 지도를 작성한다.

Description

수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 시스템 및 그 방법{A Method of Underwater Environment Mapping System using Underwater Vehicle and Underwater Acoustic Detection Equipment}
본 발명의 기술 분야는 수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 소나(SONAR)와 수중드론(ROV)을 이용하여 수중 환경의 지도를 작성하도록 구현한 수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
수중 환경 지도는, 수중 환경에서 오일/가스 생산시스템을 설치하거나, 해저 자원 탐사 등을 위해서 필요로 하게 된다. 그리고 수중 환경 지도 작성 시에 선박에서 해저를 향해 음파를 발생하고, 해저로부터 반사되어 돌아오는 신호를 분석하여 수중 환경 지도를 작성하고 있다. 그러나 이러한 경우에는 해수면으로부터 음파를 쏘기 때문에 5000m 이상의 심해에 대해서는 50m 이상의 큰 오차가 발생할 수 있는 단점을 가지고 있다. 또한, 동굴 등과 같이 해수면에서 보이지 않는 사각지역에 대해서는 정확한 수중 환경 정보를 측정할 수 없는 단점도 있다.
한편, 조금 더 정확한 수중 환경의 측정과 사각지역의 탐사를 위해서, 수중 로봇을 이용하기도 한다. 수중 로봇은 선박 한 척당 1~2대 정도만 운용이 가능하므로, 광활한 해저 지형의 탐사를 수행하는데, 많은 시간이 소요되는 단점도 있다. 만약, 다른 수중 로봇을 추가로 운용하고자 할 경우, 추가 선박을 필요로 하게 되어 경제적으로 막대한 비용이 드는 단점도 있다.
한국등록특허 제10-1378898호(2014.03.21. 등록)는 해저 지형 지도 생성 장치 및 해저 지형 지도 생성 방법에 관하여 개시되어 있는데, 서로 다른 해저 영역에 대한 해저 지형 정보를 검출하는 복수의 수중 탐사 로봇; 그리고 복수의 수중 탐사 로봇에 의해 검출된 서로 다른 해저 영역에 대한 해저 지형 정보를 합성하여 해저 지형 지도를 작성하는 해저 지형 지도 작성부를 포함하되, 복수의 수중 탐사 로봇은, 수중 로봇; 그리고 수중 로봇에 분리 가능하도록 탑재되는 적어도 하나의 보조 수중 로봇을 포함하고, 해저 지형 지도 작성부는, 수중 로봇 측의 해저 지형 정보와, 보조 수중 로봇 측의 해저 지형 정보를 정합하는 정합부; 그리고 정합된 수중 로봇 측의 해저 지형 정보와, 정합된 보조 수중 로봇 측의 해저 지형 정보를 합성하여 해저 지형 지도를 작성하는 합성부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 개시된 기술에 따르면, 여러 대의 수중 탐사 로봇을 이용하여 동시다발적으로 해저 지형 정보들을 수집하고, 수집된 해저 지형 정보들을 합성하여 해저 지형 지도를 작성할 수 있어, 해저 지형 지도를 빠른 속도로 생성할 수 있으며, 또한 수중 로봇에 탑재된 보조 수중 로봇을 분리 운용하여 해저 지형 정보를 수집함으로써, 최소한의 수중 로봇만으로 광범위한 해저 지형을 탐사할 수 있다.
한국등록특허 제10-0879701호(2009.01.13. 등록)는 수중에서 자율 운항되는 무인 자율 잠수정(AUV; autonomous underwater vehicle)에 있어서 기존의 확장 칼만 필터(extended kalman filter)가 아닌 무향 칼만 필터를 사용하여 잠수정의 위치를 측정하고 주변 해역의 지도를 작성할 수 있는 무향 칼만 필터를 이용한 동시 위치 추정 및 지도 작성시스템 및 방법에 관하여 개시되어 있다. 개시된 기술에 따르면, 미리 설정된 주기마다 이동체의 운항 환경에 존재하는 물체들의 위치를 측정하는 측정 수단; 및 측정 수단과 송수신하며, 측정된 물체들의 위치를 이용하여 이동체의 위치를 측정하고, 이전 주기에 측정된 이동체의 위치 및 물체들의 위치를 포함하는 확률 분포로부터 가우시안(gaussian) 분포를 샘플링하기 위해 설정된 시그마 포인트(sigma point)를 사용하여 현 주기의 확률 분포를 계산하고, 계산된 확률 분포 및 측정 수단에서 현 주기에 측정된 물체들의 위치를 이용하여 확률 분포를 갱신하는 분석 수단을 포함하는 것을 특징으로 함으로써, AUV가 운항하는 환경의 비선형성으로 인한 오차 발생을 최소화할 수 있으며, AUV가 운항하는 해역을 몇 개의 서브맵으로 분할하여 계산함으로써 연산 부하를 줄일 수 있다.
한국등록특허 제10-1378898호 한국등록특허 제10-0879701호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로, 소나(SONAR)와 수중드론(ROV)을 이용하여 수중 환경의 지도를 작성하도록 구현한 수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 한 특징에 따르면, 수중 환경의 영상을 탐지하여 수중 영상 데이터를 획득하기 위한 소나부; 수중 환경에서 유영하면서 수중 환경을 센싱하여 수중 드론 데이터를 획득하기 위한 수중드론부; 상기 소나부에서 획득한 수중 영상 데이터를 수집하기 위한 소나영상수집부; 상기 수중드론부에서 획득한 수중 드론 데이터를 수집하기 위한 수중드론데이터수집부; 상기 소나영상수집부에서 수집한 수중 영상 데이터와 상기 수중드론데이터수집부에서 수집한 수중 드론 데이터를 통합하여 통합 수중 환경 정보를 생성하기 위한 데이터통합부; 및 상기 데이터통합부에서 생성한 통합 수중 환경 정보를 이용하여 수중 환경 지도를 작성하기 위한 지도작성부를 포함하는 수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 시스템을 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 소나부는, 수중 목표의 방위 및 거리를 알아내기 위한 수중 음향 탐지 장비를 구비하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 소나부는, 상기 수중 음향 탐지 장비에서 알아낸 수중 목표의 방위 및 거리를 수중 영상 데이터를 포함시켜 상기 소나영상수집부로 전달하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 소나부는, 복수 개의 멀티-빔 소나를 구비하여, 동시다발적으로 수중 환경 정보들을 획득하고 합성해서 합성 수중 환경 정보를 상기 소나영상수집부로 전달하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 수중드론부는, 내부에 설치되거나 외부에 부착된 복수 개의 드론센서를 구비하여, 수중 환경을 다중으로 센싱하여 다중 센싱 수중 환경 정보를 상기 수중드론데이터수집부로 전달하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 수중드론부는, 심도를 센싱하기 위한 심도 센서와, AHRS(Attitude & Heading Reference System)를 센싱하기 위한 AHRS 센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 소나영상수집부는, 상기 소나부로부터 수집한 수중 영상 데이터에서 수중 목표의 방위 및 거리를 확인하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 소나영상수집부는, 상기 소나부에서 획득한 합성 수중 환경 정보를 실시간으로 수집하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 수중드론데이터수집부는, 상기 수중드론부에서 획득한 다중 센싱 수중 환경 정보를 실시간으로 수집하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 데이터통합부는, 상기 소나영상수집부에서 수집한 합성 수중 환경 정보와 상기 수중드론데이터수집부에서 수집한 다중 센싱 수중 환경 정보를 통합하여 통합 수중 환경 정보를 상기 지도작성부에 전달하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 지도작성부는, 상기 데이터통합부로부터 전달되는 통합 수중 환경 정보를 분석하여 수중 환경 지도를 작성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 지도작성부는, 상기 데이터통합부로부터 전달되는 통합 수중 환경 정보를 분석하여 수중 환경 지도를 작성하기 위한 복수 개의 모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 지도작성부는, 상기 데이터통합부에서 생성한 통합 수중 환경 정보 중 수중 영상 데이터와 수중 환경 지도를 작성하기 위한 좌표의 비율을 계산하기 위한 비율계산모듈; 상기 비율계산모듈에서 계산한 좌표 비율을 이용하여 실제 거리가 수중 환경 지도에 표시될 거리로 계산하기 위한 거리계산모듈; 소나가 회전하는 방향에 맞추어 좌표가 표시될 각도를 계산하기 위한 방향계산모듈; 상기 거리계산모듈에서 계산한 거리와 상기 방향계산모듈에서 계산한 각도를 조합하여 수중 환경 지도에 표시될 좌표를 계산하기 위한 좌표변환모듈; 및 상기 좌표변환모듈에서 계산한 좌표를 실시간으로 나타내어 수중 환경 지도를 작성하기 위한 지도작성모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 비율계산모듈은, 상기 데이터통합부에서 생성한 통합 수중 환경 정보 중 수중 영상 데이터를 기준으로 소나 기준점을 설정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 비율계산모듈은, 소나의 격자를 기준으로 점과 점 사이의 거리를 구하도록 하며, 이를 1픽셀을 기준으로 나누어 1픽셀당 거리를 도출하도록 하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 거리계산모듈은, 상기 비율계산모듈에서 설정한 소나 기준점과 상기 데이터통합부에서 생성한 통합 수중 환경 정보 중 수중 영상 데이터에서 식별된 대상의 실제 거리를 도출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 지도작성모듈은, 한 지점 위치(A)에 소나가 탐색 중이고 다른 한 지점의 위치(B)에 물체가 식별되었을 경우에, 소나가 양의 방향으로 일정 각도만큼 이동하면서 일정 거리를 전진하였다면, 다른 한 지점의 위치(B)와 소나가 전진한 지점에서 물체를 식별한 지점의 위치(C)를 포함한 수중 환경 지도를 작성하며, 그런 후에 소나가 계속적으로 탐색하여 물체를 추가적으로 식별한 경우에, 다른 한 지점의 위치(B), 소나가 전진한 지점에서 물체를 식별한 지점의 위치(C), 추가적으로 물체를 식별한 지점의 위치(D)를 포함한 전체적인 수중 환경 지도를 작성하는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 다른 한 특징에 따르면, 소나부가 수중 환경의 영상을 탐지하여 수중 영상 데이터를 획득하는 단계; 수중드론부가 수중 환경에서 유영하면서 수중 환경을 센싱하여 수중 드론 데이터를 획득하는 단계; 소나영상수집부가 상기 소나부에서 획득한 수중 영상 데이터를 수집하는 단계; 수중드론데이터수집부가 상기 수중드론부에서 획득한 수중 드론 데이터를 수집하는 단계; 데이터통합부가 상기 소나영상수집부에서 수집한 수중 영상 데이터와 상기 수중드론데이터수집부에서 수집한 수중 드론 데이터를 통합하여 통합 수중 환경 정보를 생성하는 단계; 및 지도작성부가 상기 데이터통합부에서 생성한 통합 수중 환경 정보를 이용하여 수중 환경 지도를 작성하는 단계를 포함하는 수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 방법을 제공한다.
본 발명의 효과로는, 소나(SONAR)와 수중드론(ROV)을 이용하여 수중 환경의 지도를 작성하도록 구현한 수중 환경 지도 작성 시스템 및 방법을 제공함으로써, 수중 환경을 자유롭게 이동하면서 수중 환경을 측정할 수 있어, 보다 정확한 수중 환경을 측정할 수 있으며, 동굴 등과 같이 해수면에서 보이지 않는 사각지역에 대해서도 보다 정확한 수중 환경 정보를 측정할 수 있으며, 또한 최소한의 장비로 광범위한 수중 환경을 보다 빠른 속도로 탐사할 수 있어 경제적으로도 비용을 감소시킬 수 있다는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 지도작성부를 설명하는 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 있는 비율계산모듈을 예로 설명하는 도면이다.
도 5는 도 2에 있는 거리계산모듈을 예로 설명하는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 도 2에 있는 지도작성모듈을 예로 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 수중 환경 지도 작성 방법을 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 시스템 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 수중 환경 지도 작성 시스템(100)은, 소나(SONAR)부(110), 수중드론(ROV)부(120), 소나영상수집부(image receiver)(130), 수중드론데이터수집부(sensor data receiver)(140), 데이터통합(data integration)부(150), 지도작성부(map drawer)(160)를 포함한다.
소나부(110)는, 수중 환경의 영상을 탐지하여 수중 영상 데이터를 획득하고, 해당 획득한 수중 영상 데이터를 실시간으로 소나영상수집부(130)로 전달해 준다.
일 실시 예에서, 소나부(110)는, 수중 음향 탐지 장비로서, 수중 목표의 방위 및 거리를 알아낼 수 있으며, 해당 알아낸 수중 목표의 방위 및 거리를 수중 영상 데이터를 포함시켜 소나영상수집부(130)로 전달해 줄 수 있다.
일 실시 예에서, 소나부(110)는, 복수 개의 멀티-빔 소나를 구비할 수 있으며, 해당 복수 개의 멀티-빔 소나를 이용하여 동시다발적으로 수중 환경 정보들을 획득하고, 해당 획득한 수중 환경 정보들을 합성하여 해당 합성된 수중 환경 정보를 소나영상수집부(130)로 전달해 줌으로써, 지도작성부(160)에서 보다 빠른 속도로 수중 환경 지도를 작성할 수 있도록 해 주며, 또한 이러한 특정 소나만을 대상으로 하지 않고 모든 소나를 적용할 수 있다.
수중드론부(120)는, 수중 환경에서 유영하면서 수중 환경을 센싱하고, 해당 센싱한 수중 드론 데이터를 실시간으로 수중드론데이터수집부(140)로 전달해 준다.
일 실시 예에서, 수중드론부(120)는, 해저 탐사에 사용되는 장비로서, 내부에 설치되거나 외부에 부착된 복수 개의 드론센서(예를 들어, 심도, AHRS 등의 센서)를 구비할 수 있으며, 해당 복수 개의 드론센서를 이용하여 수중 환경(예를 들어, 심도, AHRS(Attitude & Heading Reference System) 등)을 다중으로 센싱하여 해당 다중 센싱된 수중 환경 정보를 수중드론데이터수집부(140)로 전달해 줌으로써, 지도작성부(160)에서 보다 빠른 속도로 수중 환경 지도를 작성할 수 있도록 해 준다.
소나영상수집부(130)는, 소나부(110)로부터 실시간으로 전달되는 수중 영상 데이터를 수집하고, 해당 수집한 수중 영상 데이터를 데이터통합부(150)로 전달해 준다.
일 실시 예에서, 소나영상수집부(130)는, 소나부(110)로부터 수집한 수중 영상 데이터에서 수중 목표의 방위 및 거리를 확인할 수 있다.
일 실시 예에서, 소나영상수집부(130)는, 소나부(110)에서 획득한 합성 수중 환경 정보를 실시간으로 수집할 수도 있다.
수중드론데이터수집부(140)는, 수중드론부(120)로부터 실시간으로 전달되는 수중 드론 데이터를 수집하고, 해당 수집한 수중 드론 데이터를 데이터통합부(150)로 전달해 준다.
일 실시 예에서, 수중드론데이터수집부(140)는, 수중드론부(120)에서 획득한 다중 센싱 수중 환경 정보(예를 들어, 심도, AHRS 등)를 실시간으로 수집할 수도 있다.
데이터통합부(150)는, 소나영상수집부(130)로부터 전달되는 수중 영상 데이터와 수중드론데이터수집부(140)로부터 전달되는 수중 드론 데이터를 통합하고, 해당 통합한 수중 환경 정보를 지도작성부(160)로 전달해 준다.
일 실시 예에서, 데이터통합부(150)는, 소나영상수집부(130)에서 수집한 합성 수중 환경 정보(수중 목표의 방위 및 거리를 포함한 수중 영상 데이터)와 수중드론데이터수집부(140)에서 수집한 다중 센싱 수중 환경 정보(예를 들어, 심도, AHRS 등)를 통합하여 해당 통합한 수중 환경 정보를 지도작성부(160)에 전달할 수 있다.
지도작성부(160)는, 데이터통합부(150)로부터 전달되는 통합 수중 환경 정보를 이용하여 수중 환경 지도를 작성해 준다.
일 실시 예에서, 지도작성부(160)는, 데이터통합부(150)에서 통합한 수중 환경 정보(즉, 수중 목표의 방위 및 거리를 포함한 수중 영상 데이터와, 심도, AHRS 등)를 분석하여 수중 환경 지도를 작성해 줄 수 있다.
일 실시 예에서, 지도작성부(160)는, 데이터통합부(150)에서 통합한 수중 환경 정보를 분석하여 수중 환경 지도를 작성하기 위한 복수 개의 모듈(즉, 비율을 구하는 모듈, 거리를 구하는 모듈, 방향 각도를 구하는 모듈, 좌표를 구하는 모듈, 지도를 작성하는 모듈)을 수행하여 수중 환경 지도를 작성해 줄 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가진 수중 환경 지도 작성 시스템(100)은, 소나부(110)와 수중드론부(120)를 이용하여 수중 환경 지도를 작성하도록 구현함으로써, 수중 환경을 자유롭게 이동하면서 수중 환경을 측정할 수 있어, 보다 정확한 수중 환경을 측정할 수 있으며, 동굴 등과 같이 해수면에서 보이지 않는 사각지역에 대해서도 보다 정확한 수중 환경 정보를 측정할 수 있으며, 또한 최소한의 장비로 광범위한 수중 환경을 보다 빠른 속도로 탐사할 수 있어 경제적으로도 비용을 감소시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 지도작성부를 설명하는 도면이며, 도 3 및 도 4는 도 2에 있는 비율계산모듈을 예로 설명하는 도면이며, 도 5는 도 2에 있는 거리계산모듈을 예로 설명하는 도면이며, 도 6 내지 도 8은 도 2에 있는 지도작성모듈을 예로 설명하는 도면이다.
도 2 내지 도 8을 참조하면, 지도작성부(160)는, 비율계산(ratio calculate)모듈(161), 거리(distance)계산모듈(162), 방향(heading)계산모듈(163), 좌표변환(coordinate)모듈(164), 지도작성모듈(165)을 포함한다.
비율계산모듈(161)은, 데이터통합부(150)로부터 전달되는 통합 수중 환경 정보 중 수중 영상 데이터와 수중 환경 지도를 작성하기 위한 좌표의 비율을 계산하고, 해당 계산된 좌표 비율을 거리계산모듈(162)에 전달해 준다.
일 실시 예에서, 비율계산모듈(161)은, 데이터통합부(150)로부터 전달되는 통합 수중 환경 정보 중 수중 영상 데이터와 수중 환경 지도를 작성하기 위한 좌표의 비율을 계산할 시에, 도 3에 도시된 바와 같이, 기준점 A(5,5)의 좌표와 측정점 B(5,10)의 좌표가 X축은 5도 동일하고 Y축은 5m가 차이가 나므로 1pixel은 1m임을 알 수 있듯이 소나의 격자 간격에 따라 변동하므로, 데이터통합부(150)로부터 전달되는 통합 수중 환경 정보 중 수중 영상 데이터(즉, 소나 영상 이미지)를 기준으로 소나 기준점을 설정해 줄 수 있다.
일 실시 예에서, 비율계산모듈(161)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 기준점 A(5,5)와 측정점 B(10,10)의 좌표사이의 거리(D)는 약 7.07임을 알 수 있듯이 소나의 격자를 기준으로 점과 점 사이의 거리를 구하도록 할 수 있으며, 이를 1픽셀을 기준으로 나누어 1픽셀당 거리를 도출하도록 해 줄 수 있다.
거리계산모듈(162)은, 비율계산모듈(161)로부터 전달되는 좌표 비율을 이용하여 실제 거리가 수중 환경 지도에 표시될 거리로 계산하고, 해당 계산된 거리를 좌표변환모듈(163)로 전달해 준다.
일 실시 예에서, 거리계산모듈(162)은, 비율계산모듈(161)에서 설정해 준 소나 기준점과 데이터통합부(150)로부터 전달되는 통합 수중 환경 정보 중 수중 영상 데이터(즉, 소나 영상 이미지)에서 식별된 대상의 실제 거리를 도출해 줄 수 있다. 예를 들어, 일 기준점의 위치(A)와 다른 측정점의 위치(B) 사이의 실제 거리(D)를 도 5에 도시된 바와 같이 도출해 줄 수 있다. 즉,
Figure 112021018105226-pat00010
로 도출된다.
방향계산모듈(163)은, 소나가 회전하는 방향에 맞추어 좌표가 표시될 각도를 계산하고, 해당 계산된 각도를 좌표변환모듈(163)로 전달해 준다.
좌표변환모듈(164)은, 거리계산모듈(162)로부터 전달되는 거리와 방향계산모듈(163)로부터 전달되는 각도를 조합하여 수중 환경 지도에 표시될 좌표를 계산하고, 해당 계산된 좌표를 지도작성모듈(165)로 전달해 준다.
지도작성모듈(165)은, 좌표변환모듈(164)로부터 전달되는 좌표를 실시간으로 나타내어 수중 환경 지도를 작성해 준다.
일 실시 예에서, 방향계산모듈(163)에서의 방향 도출 시에, 도 6에 도시된 바와 같이, 한 기준점 위치(A)에 소나가 탐색 중이고 다른 한 지점의 위치(B)에 물체가 식별되었을 경우에, 지도작성모듈(165)은, 소나가 양의 방향(즉, 우측)으로 일정 각도(예로, 30도)만큼 이동하면서 일정 거리(예로, 5m)를 전진하였다면, 다른 한 지점의 위치(B)와 소나가 전진한 지점에서 물체를 식별한 지점의 위치(C)를 포함한 수중 환경 지도를 도 7에 도시된 바와 같이 작성할 수 있으며, 그런 후에 소나가 계속적으로 탐색하여 물체를 추가적으로 식별한 경우에, 다른 한 지점의 위치(B), 소나가 전진한 지점에서 물체를 식별한 지점의 위치(C), A가 수평으로 우측으로 5m이동시에 추가적으로 물체를 식별한 지점의 위치(D)를 포함한 전체적인 수중 환경 지도를 도 8에 도시된 바와 같이 작성할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 방법을 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 소나부(110)에서는, 수중 환경의 영상을 탐지하여 수중 영상 데이터를 획득하고, 해당 획득한 수중 영상 데이터를 실시간으로 소나영상수집부(130)로 전달해 주게 된다(S901).
상술한 단계 S901에서 수중 영상 데이터를 획득함에 있어서, 소나부(110)에서는, 수중 목표의 방위 및 거리를 알아낼 수 있으며, 해당 알아낸 수중 목표의 방위 및 거리를 수중 영상 데이터를 포함시켜 소나영상수집부(130)로 전달해 줄 수 있다.
상술한 단계 S901에서 수중 영상 데이터를 획득함에 있어서, 복수 개의 멀티-빔 소나를 구비하고 있는 경우에, 소나부(110)에서는, 해당 복수 개의 멀티-빔 소나를 이용하여 동시다발적으로 수중 환경 정보들을 획득하고, 해당 획득한 수중 환경 정보들을 합성하여 해당 합성된 수중 환경 정보를 소나영상수집부(130)로 전달해 줌으로써, 지도작성부(160)에서 보다 빠른 속도로 수중 환경 지도를 작성할 수 있도록 해 준다.
상술한 단계 S901에서 수중 영상 데이터를 획득하는 한편, 수중드론부(120)에서는, 수중 환경에서 유영하면서 수중 환경을 센싱하고, 해당 센싱한 수중 드론 데이터를 실시간으로 수중드론데이터수집부(140)로 전달해 주게 된다(S902).
상술한 단계 S902에서 수중 드론 데이터를 획득함에 있어서, 내부에 설치되거나 외부에 부착된 복수 개의 드론센서(예를 들어, 심도, AHRS 등의 센서)를 구비하고 있는 경우에, 수중드론부(120)에서는, 해당 복수 개의 드론센서를 이용하여 수중 환경(예를 들어, 심도, AHRS 등)을 다중으로 센싱하여 해당 다중 센싱된 수중 환경 정보를 수중드론데이터수집부(140)로 전달해 줌으로써, 지도작성부(160)에서 보다 빠른 속도로 수중 환경 지도를 작성할 수 있도록 해 준다.
상술한 단계 S902에서 수중 드론 데이터를 획득한 다음에, 소나영상수집부(130)에서는, 소나부(110)로부터 실시간으로 전달되는 수중 영상 데이터를 수집하고, 해당 수집한 수중 영상 데이터를 데이터통합부(150)로 전달해 주게 된다(S903).
상술한 단계 S903에서 수중 영상 데이터를 전달함에 있어서, 소나영상수집부(130)에서는, 소나부(110)로부터 수집한 수중 영상 데이터에서 수중 목표의 방위 및 거리를 확인할 수 있다.
상술한 단계 S903에서 수중 영상 데이터를 전달함에 있어서, 소나영상수집부(130)에서는, 소나부(110)에서 획득한 합성 수중 환경 정보를 실시간으로 수집할 수도 있다.
상술한 단계 S903에서 수중 영상 데이터를 전달하는 한편, 수중드론데이터수집부(140)에서는, 수중드론부(120)로부터 실시간으로 전달되는 수중 드론 데이터를 수집하고, 해당 수집한 수중 드론 데이터를 데이터통합부(150)로 전달해 주게 된다(S904).
상술한 단계 S904에서 수중 드론 데이터를 전달함에 있어서, 수중드론데이터수집부(140)에서는, 수중드론부(120)에서 획득한 다중 센싱 수중 환경 정보(예를 들어, 심도, AHRS 등)를 실시간으로 수집할 수도 있다.
상술한 단계 S904에서 수중 드론 데이터를 전달하게 되면, 데이터통합부(150)에서는, 소나영상수집부(130)로부터 전달되는 수중 영상 데이터와 수중드론데이터수집부(140)로부터 전달되는 수중 드론 데이터를 통합하고, 해당 통합한 수중 환경 정보를 지도작성부(160)로 전달해 주게 된다(S905).
상술한 단계 S905에서 통합 수중 환경 정보를 전달함에 있어서, 데이터통합부(150)에서는, 소나영상수집부(130)에서 수집한 합성 수중 환경 정보(수중 목표의 방위 및 거리를 포함한 수중 영상 데이터)와 수중드론데이터수집부(140)에서 수집한 다중 센싱 수중 환경 정보(예를 들어, 심도, AHRS 등)를 통합하여 해당 통합한 수중 환경 정보를 지도작성부(160)에 전달할 수 있다.
상술한 단계 S905에서 통합 수중 환경 정보를 전달하게 되면, 지도작성부(160)에서는, 데이터통합부(150)로부터 전달되는 통합 수중 환경 정보를 이용하여 수중 환경 지도를 작성해 주게 된다(S906).
상술한 단계 S906에서 수중 환경 지도를 작성함에 있어서, 지도작성부(160)에서는, 데이터통합부(150)에서 통합한 수중 환경 정보(즉, 수중 목표의 방위 및 거리를 포함한 수중 영상 데이터와, 심도, AHRS 등)를 분석하여 수중 환경 지도를 작성해 줄 수 있다.
상술한 단계 S906에서 수중 환경 지도를 작성함에 있어서, 지도작성부(160)에서는, 데이터통합부(150)에서 통합한 수중 환경 정보를 분석하여 수중 환경 지도를 작성하기 위한 복수 개의 모듈(즉, 비율을 구하는 모듈, 거리를 구하는 모듈, 방향 각도를 구하는 모듈, 좌표를 구하는 모듈, 지도를 작성하는 모듈)을 수행하여 수중 환경 지도를 작성해 줄 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 수중 환경 지도 작성 시스템
110: 소나부
120: 수중드론부
130: 소나영상수집부
140: 수중드론데이터수집부
150: 데이터통합부
160: 지도작성부
161: 비율계산모듈
162: 거리계산모듈
163: 방향계산모듈
164: 좌표변환모듈
165: 지도작성모듈

Claims (5)

  1. 수중 환경의 영상을 탐지하여 수중 영상 데이터를 획득하기 위한 소나부(110);
    수중 환경에서 유영하면서 수중 환경을 센싱하여 수중 드론 데이터를 획득하기 위한 수중드론부(120);
    상기 소나부에서 획득한 수중 영상 데이터를 수집하기 위한 소나영상수집부(130);
    상기 수중드론부에서 획득한 수중 드론 데이터를 수집하기 위한 수중드론데이터수집부(140);
    상기 소나영상수집부에서 수집한 수중 영상 데이터와 상기 수중드론데이터수집부에서 수집한 수중 드론 데이터를 통합하여 통합 수중 환경 정보를 생성하기 위한 데이터통합부(150); 및
    상기 데이터통합부에서 생성한 통합 수중 환경 정보를 이용하여 수중 환경 지도를 작성하기 위한 지도작성부(160)를 포함하고,
    상기 소나부(110)는, 수중 목표의 방위 및 거리를 알아내기 위한 수중 음향 탐지 장비를 구비하고, 상기 수중 음향 탐지 장비에서 알아낸 수중 목표의 방위 및 거리를 수중 영상 데이터를 포함시켜 상기 소나영상수집부로 전달하고, 복수 개의 멀티-빔 소나를 구비하여, 동시다발적으로 수중 환경 정보들을 획득하고 합성해서 합성 수중 환경 정보를 상기 소나영상수집부로 전달하고,
    상기 지도작성부(160)는, 비율계산(ratio calculate)모듈(161), 거리(distance)계산모듈(162), 방향(heading)계산모듈(163), 좌표변환(coordinate)모듈(164), 지도작성모듈(165)을 포함하며,
    상기 비율계산모듈(161)은, 데이터통합부(150)로부터 전달되는 통합 수중 환경 정보 중 수중 영상 데이터와 수중 환경 지도를 작성하기 위한 좌표의 비율을 계산하고, 해당 계산된 좌표 비율을 거리계산모듈(162)에 전달해 주고, 상기 비율계산모듈(161)은, 데이터통합부(150)로부터 전달되는 통합 수중 환경 정보 중 수중 영상 데이터와 수중 환경 지도를 작성하기 위한 좌표의 비율을 계산할 시에, 소나의 격자 간격에 따라 변동하므로, 데이터통합부(150)로부터 전달되는 통합 수중 환경 정보 중 수중 영상 데이터(즉, 소나 영상 이미지)를 기준으로 소나 기준점을 설정해 줄 수 있고, 상기 비율계산모듈(161)은, 소나의 격자를 기준으로 점과 점 사이의 거리를 구하도록 할 수 있으며, 이를 1픽셀을 기준으로 나누어 1픽셀당 거리를 도출하도록 해 줄 수 있고,
    상기 거리계산모듈(162)은, 비율계산모듈(161)로부터 전달되는 좌표 비율을 이용하여 실제 거리가 수중 환경 지도에 표시될 거리로 계산하고, 해당 계산된 거리를 좌표변환모듈(163)로 전달해 주며, 거리계산모듈(162)은, 비율계산모듈(161)에서 설정해 준 소나 기준점과 데이터통합부(150)로부터 전달되는 통합 수중 환경 정보 중 수중 영상 데이터에서 식별된 대상의 실제 거리를 도출해 줄 수 있고,
    상기 방향계산모듈(163)은, 소나가 회전하는 방향에 맞추어 좌표가 표시될 각도를 계산하고, 해당 계산된 각도를 좌표변환모듈(163)로 전달해 주고,
    상기 좌표변환모듈(164)은, 거리계산모듈(162)로부터 전달되는 거리와 방향계산모듈(163)로부터 전달되는 각도를 조합하여 수중 환경 지도에 표시될 좌표를 계산하고, 해당 계산된 좌표를 지도작성모듈(165)로 전달해 주고,
    상기 지도작성모듈(165)은, 좌표변환모듈(164)로부터 전달되는 좌표를 실시간으로 나타내어 수중 환경 지도를 작성하며, 상기 일 위치에서 소나가 탐색 중이고 다른 한 지점에서 물체가 식별되면, 지도작성모듈(165)은, 소나가 일정 방향으로 일정 각도만큼 이동하면서 일정 거리를 전진하였다면, 다른 한 지점의 위치와 소나가 전진한 지점에서 물체를 식별한 지점의 위치를 포함한 수중 환경 지도가 작성되며, 그런 후에 소나가 계속적으로 탐색하여 물체를 추가적으로 식별한 경우에, 다른 한 지점의 위치와, 소나가 전진한 지점에서 물체를 식별한 지점의 위치와, 추가적으로 물체를 식별한 지점의 위치를 포함한 전체적인 수중 환경 지도가 작성되는 것을 특징으로 하는 수중 운동체와 수중 음향 탐지 장비를 이용한 수중 환경 지도 작성 시스템.
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