KR102289878B1 - 3 dimension scanning underwater lidar device using single laser beam and method, computer-readable storage medium and computer program for controlling thereof - Google Patents

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Abstract

다양한 실시 예에 따르면, 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치에 있어서, 상단부, 하단부 및 상기 상단부의 일부분과 상기 하단부의 일부분에 결합하도록 구성된 투명 윈도우를 포함하는 원통형 하우징, 상기 투명 윈도우의 내에 배치되고, 레이저, 수직 구동 장치 및 이미지 센서를 포함하는 조립체, 상기 조립체의 하단에 위치되고, 상기 조립체가 수평 회전하도록 구성된 수평 구동 장치를 포함하며, 상기 수직 구동 장치는, 상기 조립체가 수직 회전하도록 구성될 수 있다.According to various embodiments, in a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam, a cylindrical housing including an upper end, a lower end, and a transparent window configured to be coupled to a portion of the upper end and a portion of the lower end, the transparent window an assembly disposed within, an assembly comprising a laser, a vertical drive device and an image sensor, a horizontal drive device positioned at a lower end of the assembly, the horizontal drive device configured to rotate the assembly horizontally, the vertical drive device comprising: can be configured to

Description

단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치 및 그 제어 방법, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 컴퓨터 프로그램{3 DIMENSION SCANNING UNDERWATER LIDAR DEVICE USING SINGLE LASER BEAM AND METHOD, COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM AND COMPUTER PROGRAM FOR CONTROLLING THEREOF}Three-dimensional scanning underwater lidar device using single laser beam and control method therefor, computer readable recording medium and computer program }

본 발명은 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치 및 그 제어 방법, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional scanning underwater lidar apparatus using a single laser beam, a method for controlling the same, a computer-readable recording medium, and a computer program.

어뢰와 같이 수중에서 고속으로 이동하는 수중 운동체를 탐지 및 추적하기 위한 센서로는 음향 센서, 자기 센서, 광학 센서 등의 다양한 센서들이 있다. 그러나, 어뢰의 정숙화 및 강화 플라스틱 재질의 외형 채택 등과 같은 스텔스화 추세에 따라, 음향 센서 및 자기 센서 방식의 수중 운동체 탐지 기술은 여러 제약 사항이 있다. 이에 따라, 이러한 방식의 대안으로, 광학 센서를 이용한 수중 운동체 탐지 기술이 대두되고 있다.As a sensor for detecting and tracking an underwater vehicle moving at high speed in the water, such as a torpedo, there are various sensors such as an acoustic sensor, a magnetic sensor, and an optical sensor. However, according to the trend toward stealth, such as the quietening of torpedoes and the adoption of the appearance of reinforced plastic materials, the acoustic sensor and magnetic sensor type underwater motion detection technology have several limitations. Accordingly, as an alternative to this method, underwater motion detection technology using an optical sensor is emerging.

라이다(LIDAR; light detection and ranging) 장치(시스템이라고도 함)는 레이저 광원을 표적에 조사하고, 이에 따라 반사되는 반사광을 탐지한 후 도플러 효과를 이용하여 표적에 대한 거리를 측정하는 레이저 기반 표적 탐지 및 거리 측정 장비이다.A light detection and ranging (LIDAR) device (also referred to as a system) irradiates a laser light source onto a target, detects the reflected light, and then measures the distance to the target using the Doppler effect. and distance measuring equipment.

종래에는 항공 및 지상 라이다 장치가 개발되어, 상기 항공 및 지상 라이다 장치가 장애물 탐지, 표적 탐지 및 표적 추적 기능을 수행하도록 하고 있으며, 최근에는 수중에서의 투과성이 좋은 청록 레이저 등의 수중 레이저가 개발되어, 상기 수중 레이저가 적용된 수중 라이다 장치가 상용화되어 판매되고 있다.Conventionally, air and ground LiDAR devices have been developed, and the air and ground LiDAR devices perform obstacle detection, target detection, and target tracking functions. Developed, an underwater lidar device to which the underwater laser is applied has been commercialized and sold.

미국 공개 특허 2011/0216304 및 2012/0170029에 따르면, 종래에 개발된 수중 라이다 장치는 파장이 짧고 직진성이 좋은 레이저 광원을 사용하였기 때문에, 주로 기계적 회전 장치 구조물 위에 라이다 장치를 마운트하고 이를 수평 및 수직 방향으로 회전하도록 구동하여 3차원 스캐닝 기능을 수행하는 기술이 적용되고 있다. 이러한 종래의 마운트 타입의 3차원 스캐닝 기능을 수행하는 수중 라이다 장치는 대부분 고가이며, 장치의 크기가 크고 스캐닝 속도가 느린 단점이 있다. According to U.S. Patent Publication Nos. 2011/0216304 and 2012/0170029, the conventionally developed underwater lidar device uses a laser light source with a short wavelength and good straightness. A technology of performing a three-dimensional scanning function by driving to rotate in a vertical direction is being applied. Most of the underwater LiDAR devices that perform such a conventional mount-type three-dimensional scanning function are expensive, and have disadvantages in that the size of the device is large and the scanning speed is slow.

한국 출원 특허 10/2016/0002772에 따르면, 종래에는 레이저 광원부 근처에 반사경(회전 거울이라고도 함)을 부착하여, 상기 반사경을 고속으로 회전시켜 레이저 광원이 굴절되도록 함으로써, 2차원 또는 3차원 스캐닝을 가능하게 하는 기술이 있다. 그러나, 이러한 반사경 방식이 적용된 장치의 경우, 소형화는 가능하지만 상대적으로 라이다 장치의 구조가 복잡해져서 라이다 장치의 제작이 어려운 단점이 있다.According to Korean Patent Application No. 10/2016/0002772, conventionally, a reflector (also referred to as a rotating mirror) is attached near the laser light source, and the reflector is rotated at high speed so that the laser light source is refracted, thereby enabling two-dimensional or three-dimensional scanning. have the skills to do it. However, in the case of a device to which such a reflector method is applied, although miniaturization is possible, the structure of the lidar device is relatively complicated, so that it is difficult to manufacture the lidar device.

또한, 종래에 개발된 기계적 회전 장치 구조물 위에 마운트되는 수중 라이다 장치는, 마운트 구동부로 인한 빔폭 제약 사항이 발생할 수 있기 때문에 3차원 전방향 스캐닝(panorama scanning)을 위해서는 다수의 라이다를 탑재해야 하는 문제가 발생될 수 있다.In addition, since the conventionally developed underwater lidar device mounted on a mechanical rotating device structure may have beamwidth restrictions due to the mount driver, it is necessary to mount a plurality of lidars for 3D omnidirectional scanning (panorama scanning). Problems may arise.

본 발명의 실시 예는, 상술한 종래의 수중 라이다 장치의 단점 및 문제를 해결하여 단일 레이저 빔으로도 3차원 전방향 스캐닝이 가능한 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치 및 그 제어 방법, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 컴퓨터 프로그램을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 수중 라이다 장치는 단일 레이저 빔과 상기 단일 레이저 빔이 부착된 조립체가 수평 및 수직의 2축으로 구동되도록 하는 2개의 구동 모터를 포함하는 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치를 제공할 수 있다. 상기와 같이 단일 레이저 빔 및 2개의 구동 모터를 포함하는 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치는 종래의 라이다 장치에 비해 저렴한 비용으로 간단하게 제작될 수 있다.An embodiment of the present invention solves the disadvantages and problems of the conventional underwater lidar apparatus described above, and a three-dimensional scanning underwater lidar apparatus using a single laser beam capable of three-dimensional omnidirectional scanning even with a single laser beam, and a method for controlling the same , a computer-readable recording medium and a computer program may be provided. For example, a three-dimensional underwater lidar device according to an embodiment of the present invention is a three-dimensional (3D) including a single laser beam and two driving motors for driving the assembly to which the single laser beam is attached in two horizontal and vertical axes. A scanning underwater lidar device may be provided. As described above, the three-dimensional scanning underwater lidar device including a single laser beam and two driving motors can be manufactured simply at a low cost compared to a conventional lidar device.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems to be solved that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description.

본 발명의 실시 예에 따르면, 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치에 있어서, 상단부, 하단부 및 상기 상단부의 일부분과 상기 하단부의 일부분에 결합하도록 구성된 투명 윈도우를 포함하는 원통형 하우징; 상기 투명 윈도우의 내에 배치되고, 레이저, 수직 구동 장치 및 이미지 센서를 포함하는 조립체; 상기 조립체의 하단에 위치되고, 상기 조립체가 수평 회전하도록 구성된 수평 구동 장치를 포함하며, 상기 수직 구동 장치는, 상기 조립체가 수직 회전하도록 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam, the upper end, the lower end, and a cylindrical housing comprising a transparent window configured to be coupled to a portion of the upper end and a portion of the lower end; an assembly disposed within the transparent window, the assembly including a laser, a vertical drive and an image sensor; a horizontal drive device located at a lower end of the assembly and configured to rotate the assembly horizontally, the vertical drive device may be configured to rotate the assembly vertically.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 투명 윈도우는, 광 투과가 가능한 링 형태로 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the transparent window may be configured in a ring shape capable of transmitting light.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 수직 구동 장치는, 적어도 하나의 모터 및 상기 적어도 하나의 모터의 구동에 의해 상기 조립체가 회전되도록 하는 회전 기어를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the vertical driving device may include at least one motor and a rotation gear configured to rotate the assembly by driving the at least one motor.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 수평 구동 장치는, 상기 조립체의 하단에 배치되는 짐벌, 상기 짐벌의 측면에 위치되는 적어도 하나의 모터, 및 상기 적어도 하나의 모터에 의해 상기 짐벌이 수평 회전하도록 하는 연결 벨트를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the horizontal driving device may include a gimbal disposed at the lower end of the assembly, at least one motor disposed on a side of the gimbal, and the at least one motor to rotate the gimbal horizontally. It may include a connecting belt.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하단부의 적어도 일부에는, 제어 장치와 연결되는 신호 배선을 통과시키기 위한 홀이 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a hole for passing a signal line connected to the control device may be formed in at least a portion of the lower end portion.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치는 상기 제어 장치를 더 포함하며, 상기 제어 장치는, 상기 레이저를 이용하여 빔을 조사하며, 상기 빔을 조사하는 동안, 상기 조립체가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 회전되도록 상기 수직 구동 장치 및 상기 수평 구동 장치 중 적어도 하나를 제어하며, 상기 이미지 센서의 상기 빔에 대응하는 반사광의 수광에 기초하여, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 표적 간의 거리를 결정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the three-dimensional scanning underwater lidar device further comprises the control device, the control device, irradiating a beam using the laser, while irradiating the beam, the assembly controlling at least one of the vertical driving device and the horizontal driving device to rotate in at least one of a horizontal direction and a vertical direction, and based on the reception of reflected light corresponding to the beam of the image sensor, the three-dimensional scanning underwater The distance between the lidar device and the target can be determined.

본 발명의 실시 예에 따르면, 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 제어 방법에 있어서, 빔이 조사되도록 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 레이저를 제어하는 동작; 상기 빔이 조사되는 동안 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치에 포함된 이미지 센서가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 회전되도록 하나 이상의 구동 장치를 구동시키는 동작; 및 상기 이미지 센서의 상기 빔에 대응하는 반사광의 수광에 기초하여, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 표적 간의 거리를 결정하는 동작을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in a control method of a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam, the operation of controlling the laser of the three-dimensional scanning underwater lidar device so that the beam is irradiated; driving one or more driving devices so that the image sensor included in the three-dimensional scanning underwater lidar device is rotated in at least one of a horizontal direction and a vertical direction while the beam is irradiated; and determining a distance between the three-dimensional scanning underwater lidar device and the target based on the reception of the reflected light corresponding to the beam of the image sensor.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 상기 표적 간의 거리는, 이미지 센서의 초점면 중심으로부터의 픽셀 수, 픽셀 피치당 라디안, 지정된 라디안 오프셋, 및 상기 레이저와 상기 이미지 센서 간의 거리에 기초하여, 결정될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the distance between the three-dimensional scanning underwater lidar device and the target is the number of pixels from the focal plane center of the image sensor, radians per pixel pitch, a specified radian offset, and between the laser and the image sensor. Based on the distance, it may be determined.

본 발명의 실시 예에 따르면, 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 빔이 조사되도록 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 레이저를 제어하는 동작; 상기 빔이 조사되는 동안 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치에 포함된 이미지 센서가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 회전되도록 하나 이상의 구동 장치를 구동시키는 동작; 및 상기 이미지 센서의 상기 빔에 대응하는 반사광의 수광에 기초하여, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 표적 간의 거리를 결정하는 동작을 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as a computer-readable recording medium storing a computer program, when the computer program is executed by a processor, the operation of controlling the laser of the three-dimensional scanning underwater lidar device so that the beam is irradiated ; driving one or more driving devices so that the image sensor included in the three-dimensional scanning underwater lidar device is rotated in at least one of a horizontal direction and a vertical direction while the beam is irradiated; and instructions for causing the processor to perform a method comprising determining a distance between the three-dimensional scanning underwater lidar device and a target based on the reception of the reflected light corresponding to the beam of the image sensor. there is.

본 발명의 실시 예에 따르면, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 빔이 조사되도록 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 레이저를 제어하는 동작; 상기 빔이 조사되는 동안 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치에 포함된 이미지 센서가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 회전되도록 하나 이상의 구동 장치를 구동시키는 동작; 및 상기 이미지 센서의 상기 빔에 대응하는 반사광의 수광에 기초하여, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 표적 간의 거리를 결정하는 동작을 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as a computer program stored in a computer-readable recording medium, when the computer program is executed by a processor, the operation of controlling the laser of the three-dimensional scanning underwater lidar device so that the beam is irradiated ; driving one or more driving devices so that the image sensor included in the three-dimensional scanning underwater lidar device is rotated in at least one of a horizontal direction and a vertical direction while the beam is irradiated; and instructions for causing the processor to perform a method comprising determining a distance between the three-dimensional scanning underwater lidar device and a target based on the reception of the reflected light corresponding to the beam of the image sensor. there is.

본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치 및 그 제어 방법, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 컴퓨터 프로그램은, 단일 레이저 및 2축 구동 모터를 포함하는 원통형 구조의 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 상기 원통형 구조의 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치는, 부유식 기만기나 무임 잠수정과 같은 원통형 구조의 수중 물체에 탑재하기가 용이할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 원통형 구조의 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치는, 종래의 수중 라이다 장치에 비해 단순한 구조적 특성을 가지며, 이에 따라 저렴한 비용으로 간편하게 제작될 수 있으며, 소형화할 수 있는 장점을 가진다.A three-dimensional scanning underwater lidar apparatus using a single laser beam and a control method, a computer-readable recording medium, and a computer program using a single laser beam according to various embodiments of the present invention, a three-dimensional cylindrical structure including a single laser and a two-axis driving motor A scanning underwater lidar device may be provided. The three-dimensional scanning underwater lidar device of the cylindrical structure according to an embodiment of the present invention may be easily mounted on an underwater object of a cylindrical structure, such as a floating decoy or a free submersible. In addition, the three-dimensional scanning underwater lidar device of the cylindrical structure according to an embodiment of the present invention has simple structural characteristics compared to the conventional underwater lidar device, and thus can be easily manufactured at low cost, and can be miniaturized have an advantage

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 수중 라이다 장치의 세부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 수중 라이다 장치의 수직 구동 장치의 내부 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 레이저 빔을 이용한 수중 라이다 장치의 표적 거리 측정 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 레이저를 이용한 수중 라이다 장치의 3차원 전방향 스캐닝 패턴의 예를 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 라이다 장치의 활용 분야를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 제어 동작의 흐름도이다.1 is a block diagram of a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing the structure of a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam according to an embodiment of the present invention.
3A to 3C are diagrams for explaining the detailed structure of a three-dimensional underwater lidar device according to an embodiment of the present invention.
4 is an internal configuration diagram of a vertical driving device of a three-dimensional underwater lidar device according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a target distance measurement operation of the underwater lidar device using a single laser beam according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an example of a three-dimensional omnidirectional scanning pattern of an underwater lidar device using a single laser according to an embodiment of the present invention.
7A and 7B are diagrams for explaining a field of application of an underwater lidar device according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart of a control operation of a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam according to an embodiment of the present invention.

먼저, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 여기에서, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 범주를 명확하게 이해할 수 있도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것이므로, 본 발명의 기술적 범위는 청구항들에 의해 정의되어야 할 것이다.First, the advantages and features of the present invention, and a method for achieving them will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. Here, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and are common in the technical field to which the present invention pertains. The technical scope of the present invention should be defined by the claims since it is provided by way of example so that those with knowledge can clearly understand the scope of the invention.

아울러, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. And, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intentions or customs of users, operators, etc., of course. Therefore, the definition should be made based on the technical idea described throughout this specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 수중 라이다 장치(100)는, 레이저(103), 이미지 센서(105), 및/또는 하나 이상의 구동 장치(107)를 포함할 수 있다. 레이저(103)는, 빔을 조사할 수 있으며, 예를 들어, 블루 또는 그린 레이저일 수 있다.Referring to FIG. 1 , the underwater lidar device 100 may include a laser 103 , an image sensor 105 , and/or one or more driving devices 107 . The laser 103 may irradiate a beam, and may be, for example, a blue or green laser.

이미지 센서(103)는 CCD 센서(CCD 이미지 센서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는, 상기 레이저(103)의 반사광을 탐지하는데 이용될 수 있다. The image sensor 103 may include a CCD sensor (CCD image sensor). For example, the image sensor may be used to detect the reflected light of the laser 103 .

하나 이상의 구동 장치(107)은 수중 라이다 장치(100)의 적어도 일부가 수직 및/또는 수평 회전을 제어하기 위한 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 구동 장치(107)는, 수평 구동 장치 및 수직 구동 장치를 포함할 수 있다. 상기 수평 구동 장치 및 상기 수직 구동 장치의 세부 구성은 아래에 후술하였다.The one or more drive devices 107 may include one or more devices for controlling vertical and/or horizontal rotation of at least a portion of the underwater lidar device 100 . The one or more driving devices 107 may include a horizontal driving device and a vertical driving device. Detailed configurations of the horizontal driving device and the vertical driving device will be described below.

추가로, 상기 수중 라이다 장치(100)는, 제어 장치(101)를 포함하거나, 통신 장치(109)를 포함하여 외부의 제어 장치(100)로부터 제어 신호를 수신할 수도 있다.In addition, the underwater lidar device 100, including the control device 101, or including the communication device 109 may receive a control signal from the external control device (100).

제어 장치(101)(제어부, 제어 회로 또는 프로세서라고도 함)는 연결된 수중 라이다 장치(100)의 적어도 하나의 다른 구성 요소(예: 하드웨어 구성 요소(예: 레이저(103), 이미지 센서(105), 하나 이상의 구동 장치(107) 및/또는 통신 장치(109)) 또는 소프트웨어 구성 요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다.The control device 101 (also referred to as a controller, control circuit or processor) is connected to at least one other component (eg, a hardware component (eg, a laser 103 , an image sensor 105 ) of the underwater lidar device 100 ). , one or more driving devices 107 and/or communication devices 109) or software components), and perform various data processing and calculations.

통신 장치(109)는 수중 라이다 장치(100)와 외부 장치(예: 제어 장치(101))간의 유선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 예를 들어, 통신 장치(109)는 무선 통신 모듈 (예: 셀룰러 통신 모듈, 와이파이 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈)을 포함하여, 외부 장치와 통신할 수 있다. The communication device 109 may support establishment of a wired communication channel between the underwater lidar device 100 and an external device (eg, the control device 101), and communication through the established communication channel. For example, the communication device 109 may include a wireless communication module (eg, a cellular communication module, a Wi-Fi communication module, a near field communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module) to communicate with an external device. there is.

일 실시 예에 따르면, 상기 수중 라이다 장치(100)는, 상단부, 하단부 및 상기 상단부의 일부분과 상기 하단부의 일부분에 결합하도록 구성된 투명 윈도우를 포함하는 원통형 하우징을 포함할 수 있다. 상기 레이저(103) 및 상기 이미지 센서(105)는, 투명 윈도우 내에 배치되는 조립체에 포함될 수 있다. 상기 조립체에는 상기 조립체가 수직 회전되도록 구성된 상기 수직 구동 장치가 더 포함될 수 있다. 상기 수중 라이다 장치(100)는 상기 조립체가 수평 회전하도록 구성된 상기 수평 구동 장치를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the underwater lidar device 100 may include a cylindrical housing including an upper end, a lower end, and a transparent window configured to be coupled to a portion of the upper end and a portion of the lower end. The laser 103 and the image sensor 105 may be included in an assembly disposed within a transparent window. The assembly may further include the vertical drive device configured to rotate the assembly vertically. The underwater lidar device 100 may include the horizontal drive device configured to rotate the assembly horizontally.

예를 들어, 상기 투명 윈도우는, 광 투과가 가능한 링 형태로 구성될 수 있다.For example, the transparent window may be configured in a ring shape through which light is transmitted.

예를 들어, 상기 수직 구동 장치는, 적어도 하나의 모터 및 상기 적어도 하나의 모터의 구동에 의해 상기 조립체가 회전되도록 하는 회전 기어를 포함할 수 있다.For example, the vertical driving device may include at least one motor and a rotation gear configured to rotate the assembly by driving the at least one motor.

예를 들어, 상기 수평 구동 장치는, 상기 조립체의 하단에 배치되는 짐벌, 상기 짐벌의 측면에 위치되는 적어도 하나의 모터, 및 상기 적어도 하나의 모터에 의해 상기 짐벌이 수평 회전하도록 하는 연결 벨트를 포함할 수 있다.For example, the horizontal drive device may include a gimbal disposed at a lower end of the assembly, at least one motor disposed at a side of the gimbal, and a connecting belt configured to horizontally rotate the gimbal by the at least one motor. can do.

예를 들어, 상기 하단부의 적어도 일부에는, 상기 제어 장치(101)와 연결되는 신호 배선을 통과시키기 위한 홀이 형성될 수 있다.For example, a hole for passing a signal line connected to the control device 101 may be formed in at least a portion of the lower end portion.

일 실시 예에 따르면, 제어 장치(101)는 상기 레이저(103)를 이용하여 빔을 조사하며, 상기 빔을 조사하는 동안, 상기 조립체(201)가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 회전되도록 상기 하나 이상의 구동 장치, 예를 들어, 수직 구동 장치 및 상기 수평 구동 장치 중 적어도 하나를 제어하며, 상기 이미지 센서(105)의 상기 빔에 대응하는 반사광의 수광에 기초하여, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치(100)와 표적 간의 거리를 결정할 수 있다.According to an embodiment, the control device 101 irradiates a beam using the laser 103, and while irradiating the beam, the assembly 201 rotates in at least one of a horizontal direction and a vertical direction. to control at least one of the one or more driving devices, for example, the vertical driving device and the horizontal driving device, and based on the reception of the reflected light corresponding to the beam of the image sensor 105, the three-dimensional scanning underwater A distance between the lidar device 100 and the target may be determined.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 구조를 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing the structure of a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치(예: 수중 라이다 장치(100))는, 360도 전방향(panorama) 레이저 조사(illumination)를 위해, 레이저 투과가 가능한 유리막 케이스의 원통형 구조(201)(하우징이라고도 함)일 수 있다. 예를 들어, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치는 수밀이 가능한 광 센서 케이스(하우징 이라고도 함)의 구조를 가질 수 있다. 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 원통형 구조(201)는 상단부(203), 투명 윈도우(205) 및 하단부(207)를 포함하는 조립체일 수 있다. 투명 윈도우(205)는, 상하 각도 조절이 가능한 레이저(103) 및 CCD 센서 (211)를 포함하는 조립체(213)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 투명 윈도우(205)는 광 투과가 가능한 링 형태일 수 있다. 하단부(207)는 상기 레이저(103) 및 상기 CCD 센서(211)와 신호 배선을 연결하기 위한 신호 배선홀(215)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 신호 배선은, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 제어 장치(예: 제어 장치(101))와 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저(103)는 단일 레이저일 수 있으며, 상기 CCD 센서(211)는 상기 레이저(103)의 반사광을 탐지하는데 이용될 수 있다. Referring to Figure 2, the three-dimensional scanning underwater lidar device (eg, underwater lidar device 100), for 360-degree omnidirectional (panorama) laser illumination (illumination), a cylindrical structure of a glass membrane case capable of laser transmission (201) (also referred to as housing). For example, the three-dimensional scanning underwater lidar device may have a structure of a watertight optical sensor case (also referred to as a housing). The cylindrical structure 201 of the three-dimensional scanning underwater lidar device may be an assembly including an upper end 203 , a transparent window 205 and a lower end 207 . The transparent window 205 may include an assembly 213 including a laser 103 and a CCD sensor 211 capable of vertical angle adjustment. For example, the transparent window 205 may have a ring shape through which light is transmitted. The lower end 207 may include a signal wiring hole 215 for connecting the laser 103 and the CCD sensor 211 to a signal wiring. For example, the signal wire may be connected to a control device (eg, the control device 101 ) of the 3D scanning underwater lidar device. For example, the laser 103 may be a single laser, and the CCD sensor 211 may be used to detect the reflected light of the laser 103 .

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 수중 라이다 장치의 세부 구조를 설명하기 위한 도면이다.3A to 3C are diagrams for explaining the detailed structure of a three-dimensional underwater lidar device according to an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 3차원 수중 라이다 장치(예: 수중 라이다 장치(100))의 원통형 구조(예: 원통형 구조(201))의 내부, 즉, 케이스 내부에는 레이저(103) 및 CCD 센서(211)를 포함하는 조립체(213)가 배치(포함)될 수 있다. 예를 들어, 상기 조립체(213)는 도 3b와 같이, 레이저(103) 및 CCD 센서(211)가 일자형으로 배치된 일자형 조립체일 수 있다. 상기 조립체(213)의 중앙, 예를 들어, 레이저(103) 및 CCD 센서(211) 사이에는 수직 구동 장치(309)가 배치(위치)될 수 있다. 즉, 상기 조립체(213)는 레이저(103), 수직 구동 장치(309) 및 CCD 센서(211)가 일자형으로 배치될 수 있다. 상기 조립체(213)의 하단에는 짐벌(301)이 배치되고, 상기 짐벌(301)은 수평 회전 모터(수평 구동 모터라고도 함)(303)의 구동에 의해, 연결 벨트(수평축 회전 연결선이라고도 함)(305)에 의해 수평으로 회전할 수 있으며, 이에 따라 상기 조립체(213)가 수평 회전을 하도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 짐벌(301), 상기 수평 회전 모터(303) 및 상기 연결 벨트(306)를 포함하는 구성을 수평 구동 장치라고 할 수 있다. 조립체(213)의 중앙에는 조립체(213)의 수직 구동 위한 수직 구동 장치(309)가 내장되어 있다. 상기 수직 구동 장치(309)의 구동에 따라, 상기 조립체(213)가 수직 회전을 할 수 있다. 예를 들어, 도 3c를 참조하면 상기 수직 구동 장치(309)의 구동에 따라 조립체(213)는 수직 구동축(313)을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 수평 회전 모터(303) 및 상기 수직 구동 장치(309)를 통해, 상기 조립체(213)는 360도 수평 회전 중에 상하 수직 회전을 함으로써, 상기 조립체(213)에 포함된 CCD 센서(211)는 360도 전방향 스캐닝을 수행할 수 있게 된다. 예를 들어, 도 3c를 참조하면, 표적(311)이 수평축(315) 및/또는 수직축(317)으로 위치 이동하더라도, 상기 수평 회전 모터(303) 및/또는 상기 수직 구동 장치(309)의 구동에 따라, 조립체(213)에 포함된 레이저(103)는 레이저 빔을 360도 전방향으로 조사할 수 있으며, 상기 CCD 센서(211)는 위치 이동하는(위치 이동된) 표적(311)으로부터 상기 레이저 빔의 반사광을 감지할 수 있다.3A to 3C, the inside of the cylindrical structure (eg, the cylindrical structure 201) of the three-dimensional underwater lidar device (eg, the underwater lidar device 100), that is, the laser 103 inside the case and an assembly 213 including a CCD sensor 211 may be disposed (included). For example, the assembly 213 may be a straight assembly in which the laser 103 and the CCD sensor 211 are arranged in a straight line, as shown in FIG. 3B . A vertical drive device 309 may be disposed (positioned) in the center of the assembly 213 , for example, between the laser 103 and the CCD sensor 211 . That is, in the assembly 213 , the laser 103 , the vertical driving device 309 , and the CCD sensor 211 may be arranged in a straight line. A gimbal 301 is disposed at the lower end of the assembly 213, and the gimbal 301 is driven by a horizontal rotation motor (also referred to as a horizontal drive motor) 303, and a connecting belt (also referred to as a horizontal axis rotation connection line) ( 305) can rotate horizontally, thereby allowing the assembly 213 to rotate horizontally. For example, a configuration including the gimbal 301 , the horizontal rotation motor 303 , and the connection belt 306 may be referred to as a horizontal driving device. A vertical drive device 309 for vertically driving the assembly 213 is built in the center of the assembly 213 . According to the driving of the vertical driving device 309 , the assembly 213 may rotate vertically. For example, referring to FIG. 3C , the assembly 213 may rotate about the vertical driving shaft 313 according to the driving of the vertical driving device 309 . Through the horizontal rotation motor 303 and the vertical drive device 309, the assembly 213 rotates vertically during 360 degree horizontal rotation, so that the CCD sensor 211 included in the assembly 213 rotates 360 degrees. It is also possible to perform omnidirectional scanning. For example, referring to FIG. 3C , even when the target 311 moves along the horizontal axis 315 and/or the vertical axis 317 , the horizontal rotation motor 303 and/or the vertical driving device 309 are driven Accordingly, the laser 103 included in the assembly 213 may irradiate the laser beam in 360 degrees omnidirectional, and the CCD sensor 211 moves the laser beam from the target 311 that is moved (positioned). The reflected light of the beam can be detected.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 수중 라이다 장치(예: 수중 라이다 장치(100))의 수직 구동 장치의 내부 구성도이다.4 is an internal configuration diagram of a vertical driving device of a three-dimensional underwater lidar device (eg, underwater lidar device 100) according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 수직 구동 장치(309)는, 내장 모터(401) 및 회전 기어(403)를 포함할 수 있으며, 상기 내장 모터(401)의 구동에 의해, 상기 회전 기어(403)는 조립체(213)의 수직 구동축(313)을 기준으로 회전될 수 있으며, 이에 따라, 조립체(213)가 회전될 수 있다.Referring to FIG. 4 , the vertical drive device 309 may include a built-in motor 401 and a rotation gear 403 , and by driving the built-in motor 401 , the rotation gear 403 is assembled The vertical drive shaft 313 of the 213 may be rotated, and accordingly, the assembly 213 may be rotated.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 레이저 빔을 이용한 수중 라이다 장치의 표적 거리 측정 동작을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a target distance measurement operation of the underwater lidar device using a single laser beam according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 수장 라이다 장치(예: 수중 라이다 장치(100))는, CCD 센서(211)를 포함하는 카메라(501)를 포함할 수 있으며, 상기 카메라(501)는 렌즈(503)를 추가로 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the stored lidar device (eg, the underwater lidar device 100 ) may include a camera 501 including a CCD sensor 211 , and the camera 501 includes a lens 503 . ) may be further included.

일 실시 예에 따르면, 상기 수중 라이다 장치가 레이저(103)를 이용하여 단일 레이저 빔을 조사하는 경우, 상기 단일 레이저 빔의 조사에 따라 표적(311)으로부터 반사된 빛은 CCD 센서(211)에 감응될 수 있으며, 상기 수중 라이다 장치는, CCD 센서(211)의 픽셀의 감응 위치와 레이저(103)의 거리간의 상관 관계를 이용하여 상기 수중 라이다 장치로부터 표적(311)의 거리(D)를 기하학적으로 산출할 수 있다.According to an embodiment, when the underwater lidar device irradiates a single laser beam using the laser 103 , the light reflected from the target 311 according to the irradiation of the single laser beam is transmitted to the CCD sensor 211 . Can be sensitive, the underwater lidar device, the distance (D) of the target 311 from the underwater lidar device using the correlation between the sensing position of the pixel of the CCD sensor 211 and the distance of the laser 103 can be calculated geometrically.

예를 들어, 상기 수중 라이다 장치는, 상기 수중 라이다 장치의 CCD 센서(211)와 표적(311) 간의 거리(θ)를 다음의 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다.For example, the underwater lidar device may calculate the distance θ between the CCD sensor 211 and the target 311 of the underwater lidar device using Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

θ=pfc ⅹ rpc + roθ=pfc x rpc + ro

pfc: 초점면(focal plane) 중심으로부터의 픽셀 수(number of pixels from center of focal plane), rpc: 픽셀 피치당 라디안(radians per pixel pitch), ro: 라디안 오프셋(radian offset)(정렬 오류에 대한 보상(보정))pfc: number of pixels from center of focal plane, rpc: radians per pixel pitch, ro: radian offset (for alignment error) compensation (correction))

예를 들어, 상기 수중 라이다 장치는, 상기 수중 라이다 장치의 레이저(103)와 표적(311) 간의 거리(d)를 다음의 수학식 2를 이용하여 계산할 수 있다.For example, the underwater lidar device may calculate the distance d between the laser 103 and the target 311 of the underwater lidar device using Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

d=h/tanθd=h/tanθ

(h: 레이저와 CCD 센서 간의 거리)(h: distance between laser and CCD sensor)

예를 들어, 상기 수중 라이다 장치는, 상기 수중 라이다 장치로부터 표적(311)의 거리(D)는 다음의 수학식 3을 이용하여 계산할 수 있다.For example, the underwater lidar device, the distance (D) of the target 311 from the underwater lidar device can be calculated using the following equation (3).

[수학식 3][Equation 3]

D=h/tan(pfc ⅹ rpc + ro)D=h/tan(pfc x rpc + ro)

일 실시 예에 따르면, 상기 수중 라이다 장치는 CCD 센서(211)의 감응 시, 조립체(예: 조립체(213))의 수평 각도 및 수직 각도를 상기 조립체의 수평 회전 모터(예: 수평 회전 모터(303)) 및 수직 구동 장치(309)의 내장 모터(401)의 신호로부터 구할 수 있기 때문에, 상기 수중 라이다 장치는, 상기 수중 라이다 장치의 중심으로부터 360도 전방향 중 어느 한 방향에 존재하는 표적(311)의 3차원 거리 정보(X,Y,Z)를 산출할 수 있다. According to one embodiment, when the underwater lidar device is sensitive to the CCD sensor 211, the horizontal angle and the vertical angle of the assembly (eg, assembly 213) to the horizontal rotation motor (eg, horizontal rotation motor ( 303)) and the signal of the built-in motor 401 of the vertical drive device 309, the underwater lidar device is present in any one of 360 degrees omnidirectional from the center of the underwater lidar device. 3D distance information (X, Y, Z) of the target 311 may be calculated.

이러한 상기 수중 라이다 장치는, 음향 센서나 자기 센서 보다 정확하게 표적과의 거리 및 표적의 방위 추출이 가능하며, 레이저의 출력에 따라 원거리 표적 탐지 센서로도 이용될 수 있다. 또한, 상기 수중 라이다 장치는, 어뢰와 같은 고속 수중 운동체의 거리, 방위 및/또는 속도 정보를 획득하는데도 용이하기 때문에 상기 고속 수중 운동체의 거리, 방위 및/또는 속도 정보를 이용하는 어뢰대항체계에서도 높은 활용성을 기대할 수 있다.The underwater lidar device can more accurately extract the distance from the target and the orientation of the target than an acoustic sensor or a magnetic sensor, and can also be used as a remote target detection sensor according to the output of the laser. In addition, since the underwater lidar device is easy to acquire distance, direction and/or speed information of a high-speed underwater vehicle such as a torpedo, it is also high in torpedo countermeasures using the distance, direction and/or speed information of the high-speed underwater vehicle. usability can be expected.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 레이저(예: 레이저(103))를 이용한 수중 라이다 장치의 3차원 전방향 스캐닝 패턴의 예를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating an example of a three-dimensional omnidirectional scanning pattern of an underwater lidar device using a single laser (eg, laser 103) according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 수중 라이다 장치(100)는, 수중 라이다 장치(100)의 조립체(예: 조립체(213))의 수평 및 수직 회전에 의해 레이저 빔이 조사될 경우, 도 6과 같은 3차원 스캐닝 패턴(601)을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the underwater lidar device 100 is, when a laser beam is irradiated by horizontal and vertical rotation of an assembly (eg, assembly 213) of the underwater lidar device 100, as shown in FIG. The three-dimensional scanning pattern 601 may be confirmed.

일 실시 예에 따르면, 수중 라이다 장치(100)는, 상기 조립체의 수평 회전 모터(예: 수평 회전 모터(303)) 및/또는 수직 구동 장치(예: 수직 구동 장치(309))의 내장 모터(예: 내장 모터(401))의 속도 제어를 통해, 상기 3차원 스캐닝 패턴(601)의 형성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 조립체의 상기 수평 회전 모터 및/또는 상기 수직 구동 장치의 상기 내장 모터의 속도에 따라, 고속 또는 저속의 3차원 스캐닝이 가능하기 때문에, 상기 수중 라이다 장치(100)는 원거리 표적 탐색 시에는 저속 스캐닝 모드를 이용할 수 있으며, 근거리 표적 탐색 시에는 고속 스캐닝 모드를 적용하여 표적의 특성에 맞게 스캐닝 속도를 제어할 수 있다. 이를 통해 상기 수중 라이다 장치(100)는 표적 정보를 용이하게 획득할 수 있다. According to an embodiment, the underwater lidar device 100 includes a built-in motor of a horizontal rotation motor (eg, a horizontal rotation motor 303 ) and/or a vertical drive device (eg, a vertical drive device 309 ) of the assembly. Formation of the 3D scanning pattern 601 may be controlled by controlling the speed of (eg, the built-in motor 401 ). For example, depending on the speed of the horizontal rotation motor of the assembly and/or the built-in motor of the vertical drive device, high-speed or low-speed three-dimensional scanning is possible, so that the underwater lidar device 100 is a long-range target. A low-speed scanning mode may be used for search, and a high-speed scanning mode may be applied for a short-range target search to control the scanning speed according to the characteristics of the target. Through this, the underwater lidar device 100 can easily acquire target information.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 라이다 장치의 활용 분야를 설명하기 위한 도면이다.7A and 7B are diagrams for explaining a field of application of an underwater lidar device according to an embodiment of the present invention.

일 실시 예에 따르면, 수중 라이다 장치(100)는 부유식 기만기나 어뢰 형상의 소형 수중 운동체 내부에 내장 되어, 주변 환경이나 이동 표적의 스캐닝에 이용될 수 있다.According to an embodiment, the underwater lidar device 100 is built in a floating decoy or a small underwater vehicle in the shape of a torpedo, and may be used for scanning the surrounding environment or a moving target.

도 7a를 참조하면, 수중 라이다 장치(100)는 부유식 기만기(700)의 일부분에 부착(배치)되어, 레이저 빔을 조사할 수 있다.Referring to FIG. 7A , the underwater lidar device 100 may be attached (disposed) to a portion of the floating deception device 700 to irradiate a laser beam.

도 7b를 참조하면, 수중 라이다 장치(100)는 부유식 기만기(700)의 어뢰 위치 탐지 센서(100)로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 부유식 기만기(700)는 부유 장치(701) 및 음향 센서(703)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7B , the underwater lidar device 100 may be used as the torpedo position detection sensor 100 of the floating deception device 700 . For example, the floating device 700 may include a floating device 701 and an acoustic sensor 703 .

도 7b를 참조하면, 공격 함정(70)이 711 동작에서 어뢰(71)를 발사하는 경우, 713 동작에서 함정(700)은 부유식 기만기(700)를 발사(투하라고도 함)할 수 있다. 예를 들어, 부유식 기만기(700)의 발사는, 함정(700)의 어뢰 공격 방어 장치(미도시)가 종래의 어뢰 음향 대항 시스템의 운용 방식과 같이 공격 어뢰(71)의 공격 방위를 감지(탐지, 확인)하여 실행할 수 있다.Referring to FIG. 7B , when the attack trap 70 fires the torpedo 71 in operation 711 , the trap 700 in operation 713 may launch (also referred to as dropping) the floating decoy 700 . For example, in the launch of the floating decoy 700, the torpedo attack defense device (not shown) of the ship 700 detects the attack direction of the attack torpedo 71 as in the operation method of the conventional torpedo sound counter system. (detection, confirmation) can be executed.

일 실시 예에 따르면, 투하된 상기 부유식 기만기(700)는 715 동작에서 음향 센서(705)를 이용하여, 어뢰(71)에 대한 함정 방사음 기만을 통해 어뢰(71)를 음향 유도할 수 있다. 예를 들어, 상기 부유식 기만기(700)는 음향 센서(201)를 이용한 방사음 출력을 통해 상기 어뢰(503)를 음향 유도할 수 있다. 상기의 715 동작에 따라, 상기 어뢰(71)가 부유식 기만기(700)로 접근할 경우, 부유식 기만기(700)는 717 동작에서 부유식 기만기(700)의 어뢰 위치 탐지 센서(100)인 수중 라이다 장치(100)를 이용하여 어뢰(71)의 방위 확인 및 상기 확인된 방위에 대응하는 정보를 함정(700)의 어뢰 공격 방어 장치로 전송할 수 있다. 예를 들어, 상기 부유식 기만기(700)는 수중 라이다 장치(100)는 수중 라이다 장치(100)의 조립체(예: 조립체(213))의 수평 및/또는 수직 회전을 제어하면서 레이저(예: 레이저(103)가 레이저 빔을 조사하도록 제어할 수 있으며, CCD 센서(예: CCD 센서(211))는 공격 어뢰(71)로부터 상기 레이저 빔의 반사광을 감지할 수 있다. 예를 들어, 상기 부유식 기만기(700)는 상기 레이저 빔의 반사광에 기초하여 상기 공격 어뢰(71)의 방위(위치 정보라고도 함)를 확인할 수 있다. 상기 부유식 기만기(700)는 상기 부유식 기만기(700)의 어뢰 위치 전송기(통신 장치라고도 함)(미도시)를 통해 함정(700)의 어뢰 공격 방어 장치로 상기 확인된 방위에 대응하는 정보를 전송할 수 있다.According to an embodiment, the dropped floating deceiver 700 may use the acoustic sensor 705 in operation 715 to acoustically induce the torpedo 71 through the ship's radiated sound deception for the torpedo 71. there is. For example, the floating deception device 700 may acoustically induce the torpedo 503 through a radiation sound output using the acoustic sensor 201 . According to the operation 715 above, when the torpedo 71 approaches the floating deceiver 700, the floating deceiver 700 detects the torpedo position detection sensor 100 of the floating deceiver 700 in operation 717. ) can be transmitted to the torpedo attack defense device of the ship 700 by using the underwater lidar device 100 to check the orientation of the torpedo 71 and information corresponding to the confirmed orientation. For example, the floating decoyer 700 is the underwater lidar device 100 while controlling the horizontal and / or vertical rotation of the assembly (eg, assembly 213) of the underwater lidar device 100, the laser ( Example: The laser 103 may be controlled to irradiate a laser beam, and the CCD sensor (eg, the CCD sensor 211) may detect the reflected light of the laser beam from the attack torpedo 71. For example, The floating deception device 700 may determine the orientation (also referred to as location information) of the attack torpedo 71 based on the reflected light of the laser beam. Information corresponding to the identified bearing may be transmitted to the torpedo attack defense device of the ship 700 through the torpedo position transmitter (also referred to as a communication device) (not shown) of the 700 .

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 제어 동작의 흐름도이다.8 is a flowchart of a control operation of a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam according to an embodiment of the present invention.

801 동작에서, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치(예: 수중 라이다 장치(100) 또는 상기 수중 라이다 장치(100)의 제어 장치(101))는, 빔이 조사되도록 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 레이저를 제어할 수 있다.In operation 801, the three-dimensional scanning underwater lidar device (eg, the underwater lidar device 100 or the control device 101 of the underwater lidar device 100), the three-dimensional scanning underwater radar so that the beam is irradiated It is possible to control the device's laser.

803 동작에서, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치는, 상기 빔이 조사되는 동안 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치에 포함된 이미지 센서가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 회전되도록 하나 이상의 구동 장치를 구동시킬 수 있다.In operation 803, the three-dimensional scanning underwater lidar device, while the beam is irradiated, one or more driving so that the image sensor included in the three-dimensional scanning underwater lidar device rotates in at least one of a horizontal direction and a vertical direction device can be driven.

805 동작에서, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치는, 상기 이미지 센서의 상기 빔에 대응하는 반사광의 수광에 기초하여, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 표적 간의 거리를 결정할 수 있다.In operation 805, the three-dimensional scanning underwater lidar apparatus may determine a distance between the three-dimensional scanning underwater lidar apparatus and the target based on the reception of the reflected light corresponding to the beam of the image sensor.

일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 상기 표적 간의 거리는, 이미지 센서의 초점면 중심으로부터의 픽셀 수, 픽셀 피치당 라디안, 지정된 라디안 오프셋, 및 상기 레이저와 상기 이미지 센서 간의 거리에 기초하여, 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치는, 상술한 수학식 1 내지 3을 이용하여 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 상기 표적 간의 거리를 산출할 수 있다.According to an embodiment, the distance between the three-dimensional scanning underwater lidar device and the target is the number of pixels from the focal plane center of the image sensor, radians per pixel pitch, a specified radian offset, and the distance between the laser and the image sensor. Based on it, it can be determined. For example, the 3D scanning underwater lidar device may calculate the distance between the 3D scanning underwater lidar device and the target using Equations 1 to 3 described above.

본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체(machine-readable storage media)(예: 메모리(215)(내장 메모리 또는 외장 메모리))에 저장된 명령어를 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램)로 구현될 수 있다. 기기는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시예들에 따른 전자 장치(예: 전자 장치(200))를 포함할 수 있다. 상기 명령이 프로세서(예: 프로세서(201))에 의해 실행될 경우, 프로세서가 직접, 또는 상기 프로세서의 제어하에 다른 구성요소들을 이용하여 상기 명령에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 명령은 컴파일러 또는 인터프리터에 의해 생성 또는 실행되는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다.Various embodiments of the present document include instructions stored in a machine-readable storage media (eg, memory 215 (internal memory or external memory)) readable by a machine (eg, a computer). It may be implemented in software (eg, a program). The device is a device capable of calling a stored command from a storage medium and operating according to the called command, and may include the electronic device (eg, the electronic device 200 ) according to the disclosed embodiments. When the instruction is executed by a processor (eg, the processor 201 ), the processor may directly or use other components under the control of the processor to perform a function corresponding to the instruction. Instructions may include code generated or executed by a compiler or interpreter. The device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium. Here, 'non-transitory' means that the storage medium does not include a signal and is tangible, and does not distinguish that data is semi-permanently or temporarily stored in the storage medium.

일시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. According to an example, the method according to various embodiments disclosed in the present document may be included and provided in a computer program product.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various substitutions, modifications, and changes within the scope not departing from the essential characteristics of the present invention. It will be easy to see that this is possible. That is, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments.

따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the protection scope of the present invention should be interpreted by the claims described below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (10)

단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치에 있어서,
상단부, 하단부 및 상기 상단부의 일부분과 상기 하단부의 일부분에 결합하도록 구성된 투명 윈도우를 포함하는 원통형 하우징;
상기 투명 윈도우의 내에 배치되고, 레이저, 수직 구동 장치 및 이미지 센서를 포함하는 조립체;
상기 조립체의 하단에 위치되고, 상기 조립체가 수평 회전하도록 구성된 수평 구동 장치를 포함하며,
상기 수직 구동 장치는, 상기 조립체가 수직 회전하도록 구성되는 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치.In the three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam,
a cylindrical housing comprising an upper end, a lower end and a transparent window configured to engage a portion of the upper end and a portion of the lower end;
an assembly disposed within the transparent window, the assembly including a laser, a vertical drive and an image sensor;
a horizontal drive device positioned at a lower end of the assembly and configured to rotate the assembly horizontally;
The vertical drive device is a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam configured to rotate the assembly vertically. 제 1항에 있어서, 상기 투명 윈도우는,
광 투과가 가능한 링 형태로 구성된 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치.According to claim 1, wherein the transparent window,
A three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam configured in the form of a light-transmitting ring. 제 1항에 있어서, 상기 수직 구동 장치는,
적어도 하나의 모터 및
상기 적어도 하나의 모터의 구동에 의해 상기 조립체가 회전되도록 하는 회전 기어를 포함하는 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치.According to claim 1, wherein the vertical drive device,
at least one motor and
A three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam including a rotation gear for rotating the assembly by driving the at least one motor. 제 1항에 있어서, 상기 수평 구동 장치는,
상기 조립체의 하단에 배치되는 짐벌,
상기 짐벌의 측면에 위치되는 적어도 하나의 모터, 및
상기 적어도 하나의 모터에 의해 상기 짐벌이 수평 회전하도록 하는 연결 벨트를 포함하는 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치.According to claim 1, wherein the horizontal drive device,
a gimbal disposed at the bottom of the assembly;
at least one motor located on the side of the gimbal, and
A three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam including a connecting belt for horizontally rotating the gimbal by the at least one motor. 제 1항에 있어서, 상기 하단부의 적어도 일부에는,
제어 장치와 연결되는 신호 배선을 통과시키기 위한 홀이 형성된 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치.According to claim 1, At least a portion of the lower end,
A three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam with a hole for passing the signal wiring connected to the control device. 제 5항에 있어서,
상기 제어 장치를 더 포함하며,
상기 제어 장치는,
상기 레이저를 이용하여 빔을 조사하며,
상기 빔을 조사하는 동안, 상기 조립체가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 회전되도록 상기 수직 구동 장치 및 상기 수평 구동 장치 중 적어도 하나를 제어하며,
상기 이미지 센서의 상기 빔에 대응하는 반사광의 수광에 기초하여, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 표적 간의 거리를 결정하는 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치.6. The method of claim 5,
Further comprising the control device,
The control device is
Irradiating a beam using the laser,
controlling at least one of the vertical drive device and the horizontal drive device so that the assembly is rotated in at least one of a horizontal direction and a vertical direction while irradiating the beam,
A three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam that determines a distance between the three-dimensional scanning underwater lidar device and a target based on the reception of the reflected light corresponding to the beam of the image sensor. 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 제어 방법에 있어서,
빔이 조사되도록 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 레이저를 제어하는 동작;
상기 빔이 조사되는 동안 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치에 포함된 이미지 센서가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 회전되도록 하나 이상의 구동 장치를 구동시키는 동작; 및
상기 이미지 센서의 상기 빔에 대응하는 반사광의 수광에 기초하여, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 표적 간의 거리를 결정하는 동작을 포함하는 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 제어 방법.In the control method of a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam,
controlling the laser of the three-dimensional scanning underwater lidar device so that the beam is irradiated;
driving one or more driving devices so that the image sensor included in the three-dimensional scanning underwater lidar device is rotated in at least one of a horizontal direction and a vertical direction while the beam is irradiated; and
Control method of a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam, comprising determining a distance between the three-dimensional scanning underwater lidar device and a target based on the reception of the reflected light corresponding to the beam of the image sensor . 제 7항에 있어서, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 상기 표적 간의 거리는,
이미지 센서의 초점면 중심으로부터의 픽셀 수, 픽셀 피치당 라디안, 지정된 라디안 오프셋, 및 상기 레이저와 상기 이미지 센서 간의 거리에 기초하여, 결정되는 단일 레이저 빔을 이용한 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 제어 방법. The method of claim 7, wherein the distance between the three-dimensional scanning underwater lidar device and the target,
Control method of a three-dimensional scanning underwater lidar device using a single laser beam determined based on the number of pixels from the focal plane center of the image sensor, radians per pixel pitch, a specified radian offset, and the distance between the laser and the image sensor . 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
빔이 조사되도록 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 레이저를 제어하는 동작;
상기 빔이 조사되는 동안 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치에 포함된 이미지 센서가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 회전되도록 하나 이상의 구동 장치를 구동시키는 동작; 및
상기 이미지 센서의 상기 빔에 대응하는 반사광의 수광에 기초하여, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 표적 간의 거리를 결정하는 동작을 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.As a computer-readable recording medium storing a computer program,
The computer program, when executed by a processor,
Controlling the laser of the three-dimensional scanning underwater lidar device so that the beam is irradiated;
driving one or more driving devices so that the image sensor included in the three-dimensional scanning underwater lidar device is rotated in at least one of a horizontal direction and a vertical direction while the beam is irradiated; and
A computer comprising instructions for causing the processor to perform a method including determining a distance between the three-dimensional scanning underwater lidar device and a target based on the reception of the reflected light corresponding to the beam of the image sensor. readable recording medium. 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서,
상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
빔이 조사되도록 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치의 레이저를 제어하는 동작;
상기 빔이 조사되는 동안 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치에 포함된 이미지 센서가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 회전되도록 하나 이상의 구동 장치를 구동시키는 동작; 및
상기 이미지 센서의 상기 빔에 대응하는 반사광의 수광에 기초하여, 상기 3차원 스캐닝 수중 라이다 장치와 표적 간의 거리를 결정하는 동작을 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.As a computer program stored in a computer-readable recording medium,
The computer program, when executed by a processor,
Controlling the laser of the three-dimensional scanning underwater lidar device so that the beam is irradiated;
driving one or more driving devices so that the image sensor included in the three-dimensional scanning underwater lidar device is rotated in at least one of a horizontal direction and a vertical direction while the beam is irradiated; and
A computer comprising instructions for causing the processor to perform a method including determining a distance between the three-dimensional scanning underwater lidar device and a target based on the reception of the reflected light corresponding to the beam of the image sensor. program.
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