KR102299655B1 - 소나 위치 및 경로 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

소나 위치 및 경로 제어 시스템이 개시된다. 무인 수상정과 케이블로 연결된 소나(sonar)를 수중으로 진수시키거나 수중으로부터 상기 소나를 회수시키며, 상기 소나를 수중에서 견인하는 소나 견인 모듈; 사용자 명령에 따라 상기 소나 견인 모듈의 견인을 구동 제어하는 소나 견인 원격 제어 모듈; 상기 사용자 명령을 함정 또는 지상 운용 통제소로부터 실시간 수신하는 통신 모듈을 구성한다. 상술한 소나 위치 및 경로 제어 시스템에 의하면, 무인 수상정과 소나 간에 연결된 케이블의 장력을 감지하여 케이블 장력을 제어하도록 구성됨으로써, 소나가 무인 수상정의 선회 시 잘 따라가게 하고 케이블이 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다. 또한, 소나의 심도 측정을 하여 케이블의 장력을 제어하여 소나의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다. 한편, 무인 수상정의 선회 시 기존에 기록한 케이블 구동 로그에 따라 케이블 장력을 제어하도록 구성됨으로써, 보다 안정적인 케이블 구동을 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 사용자 명령, 케이블 구동 로그, 무인 수상정의 운항 속도, 케이블 장력 감지, 소나의 심도 측정 등에 기반한 케이블 구동에 있어서 각각의 케이블 구동의 인터럽트 순위를 설정하도록 구성됨으로써, 소나의 작전 운용성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

소나 위치 및 경로 제어 시스템{SONAR POSITION AND PATH CONTROL SYSTEM}

본 발명은 소나(sonar) 제어 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 소나 위치/경로 제어 시스템에 관한 것이다.

소나(sonar)는 수중 음파 탐지를 수행하는 장치이다.

주로 수상정에서 케이블을 연결하여 수중 소나를 견인하는 방식으로 운용되고 있다.

그런데, 수중 소나의 케이블은 수상정에 이끌려 같이 움직이게 되는데, 수상정의 선회 시 케이블의 장력이 커지거나 줄어드는 현상이 발생한다.

소나는 일정한 위치와 경로를 유지하기 어려워지는 경우가 발생하며, 케이블의 장력이 풀리는 경우 소나가 수상정을 따라가지 못하는 현상도 발생한다.

이에, 소나와 수상정 간의 케이블이 일정한 장력을 유지하도록 하여 소나가 수상정을 잘 따라갈 수 있게 할 필요가 있다.

또한, 수상정이 케이블에 연결되어 움직이므로 그 위치를 일정하게 유지하는 것이 쉽지 않아 해저 바닥면이나 장애물에 부딪히게 될 위험성이 높다는 문제점이 있다.

이에, 해저 바닥면이나 장애물을 피해서 소나를 운용할 수 있는 방안이 요구된다.

등록특허공보 10-1307454 등록특허공보 10-1290083

본 발명의 목적은 소나 위치/경로 제어 시스템을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적에 따른 소나 위치/경로 제어 시스템은, 무인 수상정과 케이블로 연결된 소나(sonar)를 수중으로 진수시키거나 수중으로부터 상기 소나를 회수시키며, 상기 소나를 수중에서 견인하는 소나 견인 모듈; 사용자 명령에 따라 상기 소나 견인 모듈의 견인을 구동 제어하는 소나 견인 원격 제어 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 사용자 명령을 함정 또는 지상 운용 통제소로부터 실시간 수신하는 통신 모듈을 더 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고 미리 설정된 운항 경로 또는 상기 함정 또는 지상 운용 통제소로부터 수신되는 운항 경로에 따라 무인 수상정의 자동 운항을 제어하는 무인수상정 자동 운항 제어 모듈을 더 포함하도록 구성될 수 있다.

상술한 소나 위치/경로 제어 시스템에 의하면, 무인 수상정과 소나 간에 연결된 케이블의 장력을 감지하여 케이블 장력을 제어하도록 구성됨으로써, 소나가 무인 수상정의 선회 시 잘 따라가게 하고 케이블이 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한, 소나의 심도 측정을 하여 케이블의 장력을 제어하여 소나의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

한편, 무인 수상정의 선회 시 기존에 기록한 케이블 구동 로그에 따라 케이블 장력을 제어하도록 구성됨으로써, 보다 안정적인 케이블 구동을 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 사용자 명령, 케이블 구동 로그, 무인 수상정의 운항 속도, 케이블 장력 감지, 소나의 심도 측정 등에 기반한 케이블 구동에 있어서 각각의 케이블 구동의 인터럽트 순위를 설정하도록 구성됨으로써, 소나의 작전 운용성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 무인 수상정 및 소나의 운용 동작을 나타내는 예시 화면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소나 위치/경로 제어 시스템의 블록 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2는 무인 수상정 및 소나의 운용 동작을 나타내는 예시 화면이다.

먼저 도 1을 참조하면, 무인 수상정(10)에서 진수되는 소나(sonar)(20)는 케이블에 의해 무인 수상정(10)에 연결되고 무인 수상정(10)에 이끌려 운항하도록 구성될 수 있다.

이때, 무인 수상정(10)의 운항 속도나 선회 등에 의해 케이블 장력이 커지거나 작아지는데, 이러한 장력을 일정하게 유지하여야 소나(20)가 무인 수상정(10)을 잘 따라갈 수 있게 된다.

장력이 너무 크면 케이블이 손상되고 케이블이 끊어져 소나(20)를 유실할 수도 있으며, 장력이 너무 작으면 케이블이 풀려 소나(20)의 운항을 제어할 수 없게 된다.

이에, 본원발명에서는 다양한 수단에 의해 케이블의 장력을 일정하게 유지해주도록 구성될 수 있다.

한편, 도 2에서는 소나(20)에서 해저 심도를 측정하여 소나(20)가 해저 바닥면이나 장애물에 부딪히는 것을 방지하여야 하는 것을 나타낸다. 이를 위해서는 해저 심도에 따라 소나(20)의 장력을 유연하게 변경할 필요가 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소나 위치/경로 제어 시스템의 블록 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소나 위치/경로 제어 시스템(100)은 통신 모듈(101), 무인수상정 자동 운항 제어 모듈(102), 소나 견인 모듈(103), 소나 견인 원격 제어 모듈(104), 케이블 장력 센서(105), 케이블 장력 자동 제어 모듈(106), 무인수상정 속도계(107), 운항 속도 자동 제어 모듈(108), 소나 심도계(109), 무인수상정 심도계(110), 심도 제어 케이블 구동 모듈(111), 케이블 구동 로그 모듈(112), 무인수상정 선회 알림 모듈(113), 케이블 구동 로그 검색 모듈(114), 케이블 구동 로그 자동 실행 모듈(115), 인터럽트 제어 모듈(116)을 포함하도록 구성될 수 있다.

이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.

통신 모듈(101)은 함정(30) 또는 지상 운용 통제소(30)와 통신하여 사용자 명령을 수신하도록 구성될 수 있다. 사용자 명령은 무인 수상정(10)의 운항 경로, 운항 속도 제어 명령, 소나 진수 명령, 소나 회수 명령, 케이블 감기 명령, 케이블 풀기 명령, 레이더 표적 탐지에 의한 긴급 회귀 명령 등을 포함할 수 있다.

무인수상정 자동 운항 제어 모듈(102)은 미리 설정된 운항 경로 또는 통신 모듈(101)을 통해 함정(30) 또는 지상 운용 통제소(30)로부터 수신되는 운항 경로에 따라 무인 수상정(10)의 자동 운항을 제어하도록 구성될 수 있다.

소나 견인 모듈(103)은 무인 수상정(10)과 케이블로 연결된 소나(20)를 케이블을 풀어서 수중으로 진수시키거나 케이블을 감아서 수중으로부터 소나(20)를 회수시키며, 소나(20)를 수중에서 견인하도록 구성될 수 있다.

소나 견인 원격 제어 모듈(104)은 통신 모듈(101)로부터 수신되는 사용자 명령에 따라 소나 견인 모듈(103)의 견인을 구동 제어하도록 구성될 수 있다.

소나 견인 원격 제어 모듈(104)은 소나 진수 명령, 소나 회수 명령, 케이블 감기 명령, 케이블 풀기 명령 등에 따라 소나 견인 모듈(103)을 구동 제어할 수 있다.

케이블 장력 센서(105)는 소나 견인 모듈(103)과 소나(30) 간에 연결된 케이블의 장력을 실시간 감지하도록 구성될 수 있다. 케이블 장력이 일정 구간 내에서 유지되어야 소나(20)가 무인 수상정(10)에 잘 견인될 수 있다. 즉, 케이블 장력이 잘 유지되어야 케이블이 너무 팽팽하여 끊어지거나 손상되는 것을 방지하고 또한, 케이블이 풀려버려서 소나(20)를 제어할 수 없게 되는 것도 방지할 수 있다.

케이블 장력 자동 제어 모듈(106)은 케이블 장력 센서(105)에서 감지되는 장력에 따라 소나 견인 모듈(103)의 케이블을 감거나 풀어 장력을 자동 제어하도록 구성될 수 있다. 일정한 장력 구간 이내에서 장력이 유지되도록 케이블을 풀거나 감아 장력 유지를 하도록 구성될 수 있다.

무인수상정 속도계(107)는 무인 수상정(10)의 운항 속도를 측정하도록 구성될 수 있다.

운항 속도 자동 제어 모듈(108)은 무인수상정 속도계(110)에서 측정된 운항 속도에 연동하여 케이블 장력 센서(105)에서 감지되는 장력이 소정 범위 이상 변하는 경우 무인 수상정(10)의 운항 속도를 자동으로 제어하도록 구성될 수 있다.

즉, 운항 속도가 너무 빠르거나 너무 느려서 장력이 갑자기 커지거나 작아지는 경우, 운항 속도 자동 제어 모듈(108)은 이를 감지하여 운항 속도를 적정한 구간 내에서 유지하도록 자동 제어할 수 있다. 운항 속도 자동 제어 모듈(108)은 운항 속도에 연동하여 장력이 변동된다고 판단될 경우 그 운항 속도를 자동 제어하도록 구성될 수 있다.

소나 심도계(109)는 소나(20)의 수중 심도를 측정하도록 구성될 수 있다.

무인수상정 심도계(110)는 무인수상정(10)의 수중 심도를 측정하도록 구성될 수 있다.

심도 제어 케이블 구동 모듈(111)은 소나 심도계(109)에서 측정된 소나(20)의 수중 심도에 따라 소나 견인 모듈(103)의 케이블을 감거나 풀어 구동하도록 구성될 수 있다.

수중 심도에 따라 소나(20)가 해저 바닥면에 근접하면 소나(20)가 손상될 수 있으므로, 심도 제어 케이블 구동 모듈(111)은 케이블을 감아 소나(20)를 끌어올리도록 구성될 수 있다.

이때, 소나 심도계(109)가 동작하지 않는 경우 또는 통신이 끊기는 경우에는 무인수상정 심도계(110)의 심도 측정값을 반영하여 소나(20)의 심도를 예측하고 케이블 장력을 제어할 수 있다.

케이블 구동 로그 모듈(112)은 무인 수상정(10)의 운항 경로 및 속도에 따라 케이블 장력 센서(105)에서 감지되는 케이블의 장력을 변화를 케이블 구동 로그에 기록하여 저장할 수 있다.

또한, 케이블 구동 로그 모듈(112)은 무인 수상정(10)의 운항 경로, 속도, 케이블의 장력에 따른 운항 속도 자동 제어 모듈(108)의 속도 제어 및 케이블 장력 자동 제어 모듈(106)의 장력 제어에 관하여도 케이블 구동 로그에 기록하여 저장하도록 구성될 수 있다.

여기서, 운항 경로의 경우에는 선회 구간에서 케이블 장력 변화가 두드러지므로 선회 구간의 곡률 반지름이나 그 길이 등에 따라 케이블 구동 로그를 기록하여 저장하는 것이 바람직하다.

무인수상정 선회 알림 모듈(113)은 무인수상정 자동 운항 제어 모듈(106)의 자동 운항 경로에서 선회 구간 진입시 무인수상정 선회 알림을 실시간 생성하도록 구성될 수 있다. 여기서, 무인수상정 선회 알림에는 선회 구간의 곡률 반지름 및 그 길이 등이 포함될 수 있다.

케이블 구동 로그 검색 모듈(114)은 무인수상정 선회 알림 모듈(113)에서 무인수상정 선회 알림이 실시간 생성되는 경우, 케이블 구동 로그 모듈(112)에 저장된 케이블 구동 로그 중에서 무인수상정 선회 알림의 선회 구간과 가장 유사하다고 판단되는 선회 구간 상의 케이블 구동 로그를 실시간 검색하도록 구성될 수 있다.

케이블 구동 로그 검색 모듈(114)은 선회 구간의 곡률 반지름과 그 길이의 유사도를 판단하여 가장 유사한 케이블 구동 로그를 검색할 수 있다.

케이블 구동 로그 자동 실행 모듈(115)은 케이블 구동 로그 검색 모듈(114)에서 검색된 케이블 구동 로그에 따라 케이블 장력 자동 제어 모듈(106) 및 운항 속도 자동 제어 모듈(108)이 소나 견인 모듈(103)을 제어하도록 해당 케이블 구동 로그를 자동 실행하도록 구성될 수 있다.

즉, 해당 선회 구간에서는 과거에 잘 견인한 이력이 있는 케이블 구동 로그에 따라 자동으로 장력 제어를 하게 된다. 물론, 케이블 구동 로그에 의해 케이블 장력 제어를 하는 중에도 케이블 장력이 정상 유지 구간을 벗어나면 케이블 장력 자동 제어 모듈(106)이나 운항 속도 자동 제어 모듈(108)이 케이블 장력을 정상 유지 구간으로 유지하도록 추가적인 제어를 할 수 있다.

인터럽트 제어 모듈(116)은 통신 모듈(101)에서 수신된 사용자 명령, 케이블 장력 자동 제어 모듈(106)의 자동 제어, 운항 속도 자동 제어 모듈(108)의 자동 제어, 심도 제어 케이블 구동 모듈(111)의 케이블 구동, 케이블 구동 로그 자동 실행 모듈(115)의 케이블 구동 로그 자동 실행 간에 인터럽트 순위를 자동 설정하도록 구성될 수 있다.

즉, 어느 순간에 어떠한 구성의 제어가 먼저 실행되거나 어떠한 구성의 제어만 실행되어야 하는지의 우선 순위를 정해줘야 한다. 일반적인 상황에서는 케이블 장력의 자동 제어가 동작하고, 운항 속도와 케이블 장력이 연동하면 운항 속도도 추가적으로 제어할 수 있다. 그러나, 소나(20)에서 측정한 심도가 위험한 수준이면 이들에 앞서 먼저 케이블을 당겨 소나(20)를 끌어올려야 한다. 이러한 순위에 따라 인터럽트 순위가 정해질 수 있다.

한편, 인터럽트 제어 모듈(116)은 사용자 명령이 무인 수상정(10)의 긴급 회귀인 경우 가장 높은 인터럽트 순위를 설정하여 케이블을 더 이상 풀지 않고 사용자 명령에 따른 회귀 속도로 회귀하도록 제어할 수 있다. 함정(30)이나 지상 운용 통제소(30)는 적의 표적이 레이더에 탐지되면 긴급 회귀를 명령할 수 있다. 긴급 회귀인 경우에는 소나(20)를 회수하기에도 시간이 모자를 수 있으며, 소나(20)를 팽팽한 상태로 견인하면서 함정(30)이나 지상 운용 통제소(30)로 회귀해야 할 수 있다. 이러한 경우 무인 수상정(10)의 높은 운항 속도에도 불구하고 신속하게 회귀해야 한다.

하지만, 인터럽트 제어 모듈(116)은 케이블 장력 센서(105)에서 감지된 케이블의 장력이 소정 임계치 이상인 경우, 가장 높은 인터럽트 순위를 설정하되 무인 수상정(10)의 긴급 회귀 시 인터럽트 순위보다 더 높게 인터럽트 순위를 설정하여 케이블 장력 자동 제어 모듈(106)이 케이블을 소정 길이 더 풀도록 제어할 수 있다. 즉, 케이블이 끊어질 정도로 장력이 높은 것으로 감지되면, 오히려 긴급 회귀 중에 케이블이 끊어져 소나(20)가 유실될 수도 있다. 이러한 경우를 방지하기 위해 소정 임계치 이상을 넘어가면 긴급 회귀 중이라도 무조건 케이블을 어느 정도 풀어야 할 수 있다.

한편, 인터럽트 제어 모듈(116)은 심도 제어 케이블 구동 모듈(111)이 소나 심도계(109)의 수중 심도에 따른 케이블 감기 구동을 하는 경우, 가장 높은 인터럽트 순위를 설정하되 긴급 회귀 시 인터럽트 순위 및 케이블의 장력이 소정 임계치일 때 인터럽트 순위보다 더 높은 인터럽트 순위를 설정하여 케이블을 즉시 감도록 제어할 수 있다. 이는 수중 심도가 낮아 소나(20)가 장애물에 부딪히는 경우를 방지하기 위한 것이다.

이러한 인터럽트 순위는 다양한 조건과 상황에 따라 다르게 설정될 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

101: 통신 모듈
102: 무인수상정 자동 운항 제어 모듈
103: 소나 견인 모듈
104: 소나 견인 원격 제어 모듈
105: 케이블 장력 센서
106: 케이블 장력 자동 제어 모듈
107: 무인수상정 속도계
108: 운항 속도 자동 제어 모듈
109: 소나 심도계
110: 무인수상정 심도계
111: 심도 제어 케이블 구동 모듈
112: 케이블 구동 로그 모듈
113: 무인수상정 선회 알림 모듈
114: 케이블 구동 로그 검색 모듈
115: 케이블 구동 로그 자동 실행 모듈
116: 인터럽트 제어 모듈

Claims (3)

1. 무인 수상정과 케이블로 연결된 소나(sonar)를 수중으로 진수시키거나 수중으로부터 상기 소나를 회수시키며, 상기 소나를 수중에서 견인하는 소나 견인 모듈;
   상기 수중에 진수된 소나와 상기 소나 견인 모듈 간에 연결된 상기 케이블의 장력을 실시간으로 감지하는 케이블 장력 센서;
   상기 실시간으로 감지된 장력이 미리 지정된 일정 장력 구간 이내에서 유지되도록 상기 소나 견인 모듈을 제어하여 상기 케이블을 자동으로 풀거나 감는 케이블 장력 자동 제어 모듈;
   상기 무인 수상정의 운항 속도를 측정하는 무인 수상정 속도계; 및
   상기 측정된 운항 속도와 연동하여 상기 실시간으로 감지된 장력이 미리 지정된 일정 범위를 벗어나는 경우, 상기 무인 수상정의 운항 속도를 자동으로 제어하는 운항 속도 자동 제어 모듈을 포함하는 소나 위치 및 경로 제어 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 소나의 수중 심도를 측정하는 소나 심도계; 및
   상기 소나가 해저 바닥면에 의해 손상되지 않도록, 상기 측정된 수중 심도에 따라 상기 소나 견인 모듈을 제어하여 상기 케이블을 감거나 푸는 심도 제어 케이블 구동 모듈을 더 포함하는 소나 위치 및 경로 제어 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 무인 수상정의 운항 경로, 운항 속도 및 상기 케이블의 장력에 따른 상기 운항 속도 자동 제어 모듈의 운항 속도 제어 및 상기 장력 자동 제어 모듈의 장력 제어가 기록된 케이블 구동 로그를 저장하는 케이블 구동 로그 모듈;
   상기 무인 수상정의 선회 구간의 곡률 반지름과 길이를 기반으로 상기 선회 구간과 가장 유사한 케이블 구동 로그를 검색하는 케이블 구동 로그 검색 모듈; 및
   상기 검색된 케이블 구동 로그에 따라 상기 소나 경인 모듈을 제어하는 케이블 구동 로그 자동 실행 모듈을 더 포함하는 소나 위치 및 경로 제어 시스템.

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