KR102303695B1 - 안정적 gps 신호 수신을 위한 무인 잠수정의 gps 위치 산출 장치 - Google Patents

안정적 gps 신호 수신을 위한 무인 잠수정의 gps 위치 산출 장치 Download PDF

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Abstract

안정적 GPS 신호 수신을 위한 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치가 개시된다. 수상에서 GPS 신호를 수신하는 GPS 안테나; 상기 GPS 안테나에서 수신되는 GPS 신호를 이용하여 GPS 위치 정보를 산출하는 GPS 위치 정보 산출 모듈을 포함하고, 상기 GPS 안테나는 무인 잠수정의 상단에 구비되는 무인 잠수정 상단 구조체에 수용된다. 상술한 안정적 GPS 신호 수신을 위한 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치에 의하면, GPS 안테나의 하단면에 멀티패스 차폐제를 부착하여 해수면으로부터 반사되는 멀티패스 신호를 차단하도록 구성됨으로써, GPS 신호의 수신을 안정적으로 유지하고 무인 잠수정의 위치를 정확하게 산출할 수 있는 효과가 있다. 또한, GPS 신호에 더하여 IMU, 지자기, DVL 등의 신호를 추가적으로 활용하여 멀티패스 신호의 유입을 실시간 감지하고 불안정한 GPS 신호를 보완하여 정확한 위치 정보를 산출해낼 수 있는 효과가 있다.

Description

안정적 GPS 신호 수신을 위한 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치{GOS LOCATION CALCULATION APPARATUS OF UNMANNED UNDERWATER VEHICLE FOR STABLE GPS SIGNAL RECEPTION}
본 발명은 무인 잠수정(unmanned underwater vehicle)에 관한 것으로서, 구체적으로는 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치 에 관한 것이며, 좀 더 구체적으로는 안정적 GPS 신호 수신을 위한 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치에 관한 것이다.
무인 잠수정은 해수면 위에서 GPS 신호를 수신하여 위치 정보를 산출한다.
그런데, 수상 항해 시 GPS 신호가 해수면으로부터 반사되는 멀티패스(multipath) 신호가 발생하게 되어 GPS 신호의 취득이 불안정하게 되는 문제점이 있다. 이에 따라 GPS 위치 정보의 산출이 부정확하게 되며, 수상 항해에 있어서도 항해 오차가 발생할 수밖에 없다는 문제점이 있다.
이에, 멀티패스로 수신되는 GPS 신호를 차단할 필요가 있고, 멀티패스의 신호가 수신되더라도 무인 잠수정의 위치를 정확하게 산출해 낼 수 있는 수단이 요구된다.
더군다나 GPS 모듈 자체에 고장이 발생하여 오류가 발생하여도 이를 정확하게 감지할 수 있는 방안이 필요하다.
등록특허공보 10-1307454 등록특허공보 10-1290083
본 발명의 목적은 안정적 GPS 신호 수신을 위한 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 안정적 GPS 신호 수신을 위한 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치는, 수상에서 GPS 신호를 수신하는 GPS 안테나; 상기 GPS 안테나에서 수신되는 GPS 신호를 이용하여 GPS 위치 정보를 산출하는 GPS 위치 정보 산출 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 GPS 안테나는, 무인 잠수정의 상단에 구비되는 무인 잠수정 상단 구조체에 수용될 수 있다.
그리고 상기 무인 잠수정 상단 구조체는, 수상에서 지자기를 감지하는 지자기 센서를 더 구비하도록 구성될 수 있다.
상술한 안정적 GPS 신호 수신을 위한 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치에 의하면, GPS 안테나의 하단면에 멀티패스 차폐제를 부착하여 해수면으로부터 반사되는 멀티패스 신호를 차단하도록 구성됨으로써, GPS 신호의 수신을 안정적으로 유지하고 무인 잠수정의 위치를 정확하게 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, GPS 신호에 더하여 IMU, 지자기, DVL 등의 신호를 추가적으로 활용하여 멀티패스 신호의 유입을 실시간 감지하고 불안정한 GPS 신호를 보완하여 정확한 위치 정보를 산출해낼 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안정적 GPS 신호 수신을 위한 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치의 블록 구성도이다.
도 2a 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무인 잠수정 상단 구조체 및 GPS 모듈 차폐 구조를 나타내는 구조도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 안정적 GPS 신호 수신을 위한 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치의 블록 구성도이고, 도 2a 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무인 잠수정 상단 구조체 및 GPS 모듈 차폐 구조를 나타내는 구조도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 안정적 GPS 신호 수신을 위한 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치(100)는 무인 잠수정 상단 구조체(101), GPS 위치 정보 산출 모듈(102), GPS 위치 정보 모니터링 모듈(103), IMU(inertial measurement unit)(104), DVL(Doppler velocity log)(105), 무인 잠수정 이동 위치 산출 모듈(106), 이동 위치 모니터링 모듈(107), 위치 산출 제어 모듈(108), 무인 잠수정 수상 위치 정보 산출 모듈(109), 무인 잠수정 수상 위치 정보 출력 모듈(110)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
무인 잠수정 상단 구조체(101)는 도 2a에서 보듯이 무인 잠수정의 상단에 돌출되어 형성되는 구성이다. 도 2b는 도2a의 박스 부위를 확대한 도면이다.
도 2b에서 보듯이 무인 잠수정 상단 구조체(101)는 GPS 안테나(101a), 멀티패스 차폐재(101b), 지자기 센서(101c)를 수용하도록 구성될 수 있다. 도3에서는 이러한 구성들의 수용 공간을 나타내고 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
GPS 안테나(101a)는 수상에서 GPS 신호를 수신하도록 구성될 수 있다.
멀티패스 차폐재(101b)는 도 4 및 도 5에서 보듯이GPS 안테나(101a)의 하단에 부착되어 수면에서 반사되는 GPS 신호의 멀티패스(multipath)를 차폐하도록 구성될 수 있다. 즉, 멀티패스 차폐재(101b)는 멀티패스 신호를 차단하여 GPS 신호의 수신을 안정적으로 유지하도록 구성될 수 있다.
지자기 센서(101c)는 지자기를 감지하도록 구성될 수 있다.
GPS 위치 정보 산출 모듈(102)은 GPS 안테나(101a)에서 수신되는 GPS 신호를 이용하여 GPS 위치 정보를 산출하도록 구성될 수 있다.
GPS 위치 정보 모니터링 모듈(103)은 GPS 위치 정보 산출 모듈(102)에서 산출되는 GPS 위치 정보의 변화량을 실시간 모니터링하도록 구성될 수 있다. 정확하게는 GPS 위치 정보의 변위량을 실시간 모니터링하여 얼마나 변동이 심한지를 모니터링하도록 구성될 수 있다. 무인 수상정이 운항 중지 중에 변동이 심하고 많은 경우에는 멀티패스 신호의 유입이 많은 것으로 유추할 수 있고, 운항 중에도 특정 이동 방향이 아닌 다른 방향의 여러 지점으로 GPS 위치 정보가 산출되는 경우에도 멀티패스 신호의 유입이 많은 것으로 유추할 수 있다.
IMU(104)는 무인 잠수정의 운동 가속도를 측정하도록 구성될 수 있다.
DVL(105)은 무인 잠수정의 도플러 속도를 측정하도록 구성될 수 있다.
무인 잠수정 이동 위치 산출 모듈(106)은 GPS 위치 정보 산출 모듈(102)에서 산출된 GPS 위치 정보를 기준으로 지자기 센서(101c)에서 감지되는 지자기, IMU(104)에서 측정되는 운동 가속도 및 DVL(105)에서 측정되는 도플러 속도를 이용하여 무인 잠수정의 이동 위치를 산출하도록 구성될 수 있다. GPS 기능이 갑자기 정지되거나 문제가 발생한 경우, 무인 잠수정 이동 위치 산출 모듈(106)에 의해 위치 정보 추적 기능을 보완할 수 있다. 무인 잠수정이 이동 중에 GPS 신호의 수신이 끊어지는 경우 무인 잠수정 이동 위치 산출 모듈(106)을 이용하여 무인 잠수정의 위치를 추적할 수 있다.
이동 위치 모니터링 모듈(107)은 무인 잠수정 이동 위치 산출 모듈(106)에서 산출되는 이동 위치의 변화량을 실시간 모니터링하도록 구성될 수 있다. 정확하게는 이동 위치의 변위량을 실시간 모니터링하도록 구성될 수 있다.
위치 산출 제어 모듈(108)은 무인 잠수정이 수상에 있는 경우, 무인 잠수정 수상 위치 정보 산출 모듈(109)이 GPS 위치 정보를 이용하여 수상 위치 정보를 산출하도록 제어할 수 있다.
그리고 위치 산출 제어 모듈(108)은 GPS 위치 정보 모니터링 모듈(103)에서 실시간 모니터링되는 GPS 위치 정보의 변화량 및 이동 위치 모니터링 모듈(107)에서 실시간 모니터링되는 이동 위치의 변화량을 기반으로 무인 잠수정의 위치 산출을 제어하도록 구성될 수 있다.
무인 잠수정 수상 위치 정보 산출 모듈(109)은 위치 산출 제어 모듈(108)의 제어에 따라 무인 잠수정의 수상 위치 정보를 산출하도록 구성될 수 있다.
무인 잠수정 수상 위치 정보 출력 모듈(110)은 무인 잠수정 수상 위치 정보 산출 모듈(109)에서 산출되는 무인 잠수정의 수상 위치 정보를 출력하도록 구성될 수 있다.
한편, 앞서 언급한 위치 산출 제어 모듈(108)은 이동 위치 모니터링 모듈(107)에서 실시간 모니터링되는 이동 위치의 변화량이 소정 기준 이하인 상태에서 GPS 위치 정보 모니터링 모듈(103)에서 실시간 모니터링되는 GPS 위치 정보의 변화량이 소정 기준 이상인 경우, GPS 신호의 멀티패스가 존재하는 것으로 판단하도록 구성될 수 있다. 즉, 운항 중지 상태에서 GPS 위치 정보가 여기저기서 산발적으로 나타나는 경우 멀티패스 신호가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
이러한 경우, 위치 산출 제어 모듈(108)은 무인 잠수정 수상 위치 정보 산출 모듈(109)이 무인 잠수정 이동 위치 산출 모듈(110)에 의해 산출된 이동 위치를 이용하여 무인 잠수정의 수상 위치 정보를 산출하도록 제어할 수 있다. 즉, 멀티패스의 존재 중에는 무인 잠수정 이동 위치 산출 모듈(110)을 보완적으로 활용할 수 있다.
다른 한편, 위치 산출 제어 모듈(108)은 이동 위치 모니터링 모듈(107)에서 실시간 모니터링되는 이동 위치의 변화량이 소정 기준 이상인 상태에서 GPS 위치 정보 모니터링 모듈(102)에서 실시간 모니터링되는 GPS 위치 정보의 변화량이 소정 기준 이하인 경우에는 GPS 기능이 고장인 것으로 판단할 수 있다. 즉, 무인 잠수정의 운항 중에 GPS 위치 정보가 운항 경로에 맞추어 변경되지 않고 어느 위치에 머물러 있는 경우에는 GPS 기능이 고장인 것으로 판단할 수 있다.
이러한 경우, 위치 산출 제어 모듈(108)은 정상적인 이전 GPS 위치 정보를 기준으로 무인 잠수정 이동 위치 산출 모듈(106)에서 산출된 이동 위치를 이용하여 무인 잠수정의 수상 위치 정보를 산출하여 추적하도록 구성될 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: 무인 잠수정 상단 구조체
102: GPS 위치 정보 산출 모듈
103: GPS 위치 정보 모니터링 모듈
104: IMU(inertial measurement unit)
105: DVL(Doppler velocity log)
106: 무인 잠수정 이동 위치 산출 모듈
107: 이동 위치 모니터링 모듈
108: 위치 산출 제어 모듈
109: 무인 잠수정 수상 위치 정보 산출 모듈
110: 무인 잠수정 수상 위치 정보 출력 모듈
101a: GPS 안테나
101b: 멀티패스 차폐재
101c: 지자기 센서

Claims (3)

  1. 무인 수상정의 상단에 돌출되며, 수상에서 GPS 신호를 수신하는 GPS 안테나와 상기 GPS 안테나의 하부에 부착되어 해수면에서 반사되는 GPS 신호의 멀티패스를 차폐하는 멀티패스 차폐제와 지자기를 감지하는 지자기 센서를 포함하는 무인 잠수정 상단 구조체; 및
    상기 GPS 신호를 이용하여 GPS 위치 정보를 산출하는 GPS 위치 정보 산출 모듈을 포함하며,
    상기 무인 잠수정 상단 구조체는,
    상기 무인 수상정의 상단에 부착되어 상기 무인 잠수정 상단 구조체를 돌출시키는 돌출부;
    상기 돌출부의 상부에 배치되며, 상기 GPS 안테나와 상기 멀티패스 차폐제가 삽입되는 제1홈과, 상기 GPS 안테나와 수평하게 배치되도록 상기 지자기 센서가 삽입되는 제2홈을 포함하는 삽입부; 및
    상기 삽입부를 덮는 덮개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무인 잠수정의 운동 가속도를 측정하는 IMU;
    상기 무인 잠수정의 도플러 속도를 측정하는 DVL; 및,
    상기 GPS 위치 정보를 기준으로 상기 지자기와 상기 운동 가속도와 상기 도플러 속도를 이용하여 상기 무인 잠수정의 이동 위치를 산출하는 무인 잠수정 이동 위치 산출 모듈을 더 포함하는 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 GPS 위치 정보의 변화량을 실시간으로 모니터링하는 GPS 위치 정보 모니터링 모듈;
    상기 무인 장수정의 상기 이동 위치의 변화량을 실시간으로 모니터링하는 이동 위치 모니터링 모듈; 및
    상기 GPS 위치 정보의 상기 변화량과 상기 이동 위치의 상기 변화량을 기반으로 상기 무인 잠수정의 수상 위치 산출을 제어하는 위치 산출 제어 모듈을 더 포함하며,
    상기 위치 산출 제어 모듈은, 상기 이동 위치의 상기 변화량이 미리 지정된 기준 이하에서 상기 GPS 위치 정보의 상기 변화량이 미리 지정된 기준 이상인 경우, 상기 GPS 신호의 멀티패스 신호가 존재하는 것으로 결정하고, 상기 무인 잠수정 이동 위치 산출 모듈에서 산출된 상기 무인 잠수정의 상기 이동 위치를 이용하여 상기 무인 잠수정의 수상 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정의 GPS 위치 산출 장치.
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