KR102582804B1 - 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치는 시험 대상을 장착하고, 해수면 밑 시험 기준 위치에 위치하는 수중부; 시험 선박에 연결 프레임을 이용해서 고정 지지되고, 가이드 봉의 상하 이동을 제어하여, 시험 대상을 시험 기준 위치까지 조절하기 위한 심도 조절부를 포함하고, 심도 조절부는 양측 동일 위치에 가이드 봉을 통과하는 홈부를 형성하고, 심도 조절부의 내부에 가이드 봉의 톱니와 맞물리는 이동 톱니를 구동시켜서, 가이드 봉의 상하 이동을 제어하고, 수중부는 가이드 봉의 일측 양 끝을 지지 프레임의 상단에 고정 장착하고, 지지 프레임의 하단에 요 회전축 조립체를 장착하여 시험 대상을 360도 수평 방향 회전을 제어하고, 요 회전축 조립체 하우징의 양측으로 제1/2암을 연장하여 제1,2 암 사이에 시험 대상을 고정 장착할 수 있도록 구성하고, 제1/2 암의 양 끝에는 시험 대상의 피치 방향 조절을 위한 피치 회전축 조립체가 장착되는 것을 특징으로 한다.

Description

수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치 및 그 제어 방법{ACTIVE SONAR SEA TEST APPARATUS FOR UNDERWATER GUIDED WEAPONS AND CONTROL METHOD THEREFOR}

본 발명은 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

능동 소나(Active SONAR)는 수중 음파 전파를 이용하여 수중에 존재하는 물체 및 목표물을 탐지하고 식별하는 장치이다. 능동 소나는 수중에서 물체의 위치 탐색 등을 위한 신호탐지, 청음, 통신, 항해 등을 수행하기 위해 수중 음향을 이용한다.

일반적으로 능동 소나는 어뢰나 무인 잠수정 등 능동 탐지를 수행하기 위하여 수중 운동체(또는 수중 유도 무기)에 탑재되어서 이용된다. 능동 소나는 수중 운동체 또는 수중 유도 무기의 전면에 탑재되어서, 물속에서 운항하는 특성을 고려하여 적을 탐지하고, 수중 목표물의 거리 및 방위를 측정하는데 이용된다.

한편, 수중 운동체 또는 수중 유도 무기에 적용되는 능동 소나 시스템은 육상, 수조, 해상과 같은 다양한 환경에서 시험을 수행하고, 기본 기능, 음향 성능, 실 운용 환경에서의 성능을 평가하게 된다.

일 예로 육상 시험과 수조 시험의 경우, 능동 소나 시스템은 전기적 잡음 등의 외란이 발생할 수 있지만, 자연 환경의 영향이 비교적 작기 때문에 문제 개선이 쉽다.

그러나 해상 시험의 경우, 조류, 기상, 파도 등 예측 불가능한 자연 환경의 영향이 상대적으로 크고, 이와 같은 자연 환경에서 발생되는 외란이 능동 소나 시스템에 미치는 성능을 평가해야 하기 때문에, 관련된 해상 시험 장치가 필요하다.

종래 해상 시험 장치는 도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 수평 방위와 수직 방향 각도 조정이 가능한 내압 기구물로 구성되며, 케이블 윈치를 이용하여 수심을 조절하고 있다.

그리고 실 운용 환경인 해상에서 케이블 윈치를 이용하여 해상 시험 장치를 시험 기준 위치의 수심에 도달하게 한 뒤에 능동 소나 시스템의 음향 송신과 수신을 시험한다.

이와 같이, 해상 시험 장치는 실 운용 환경인 해상에서 시험 기준 위치에 능동 소나 시스템을 배치할 수 있어야 하고, 조류/기상/파도에 의한 자연 환경 조건에도 능동 소나 시스템이 계획된 위치에서 이탈하지 못하도록 억제할 수 있어야 한다.

이것은 해상 시험 장치는 조류/기상/파도에 의한 자연 환경 조건에도 회전이나 기울어짐 발생을 억제하여 시험 시나리오에서 지정한 방위와 방향을 지시해야만 하기 때문이다.

그러나 종래의 해상 시험 장치는 케이블에 의해서 지지되기 때문에 조류 등에 의해서 계획된 위치에서 이탈하기가 쉽고, 조류에 의한 장비 회전으로 인해 시험 시나리오에서 지정한 방위와 상이한 방향을 지시하는 등, 요(yaw) 방향 오류를 발생하는 문제점이 있다. 또한 종래의 해상 시험 장치는 조류나 파도 등에 의해서 장비 기울어짐 발생으로 해저면이나 해수면을 바라보는 등, 피치(pitch) 방향 오류를 발생하는 문제점이 있다. 이 외에도 종래의 해상 시험 장치는 시험선의 회전과 조류의 회전에 의하여 시험 케이블과 인양 줄의 감김 현상이 발생할 수 있고, 단선이 발생할 우려가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 해상 환경에서 수중 유도 무기용 능동 소나의 시험을 수행하고, 정확한 시험 데이터를 획득할 수 있는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 해상 환경에서 조류에 의한 흘러감을 억제하고, 일정한 심도를 유지할 수 있도록 기구물을 이용하여 심도를 조절 가능한 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 해상 환경에서 해상 시험 장치를 시험 선박과 동일 방향, 동일 속도를 유지하도록 제어하고, 선박 이동과 함께 해상 시험 장치를 이동시키면서 유동 소음을 측정할 수 있는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치는 시험 대상을 장착하고, 해수면 밑 시험 기준 위치에 위치하는 수중부; 시험 선박에 연결 프레임을 이용해서 고정 지지되고, 가이드 봉의 상하 이동을 제어하여, 수중부를 시험 기준 위치까지 조절하기 위한 심도 조절부를 포함하고,

심도 조절부는 양측 동일 위치에 가이드 봉을 통과하는 홈부를 형성하고, 심도 조절부의 내부에 가이드 봉의 톱니와 맞물리는 이동 톱니를 구동시켜서, 가이드 봉의 상하 이동을 제어하고,

수중부는 가이드 봉의 일측 양 끝을 지지 프레임의 상단에 고정 장착하고, 지지 프레임의 하단에 요 회전축 조립체를 장착하여 시험 대상을 360도 수평 방향 회전을 제어하고, 요 회전축 조립체 하우징의 양측으로 제1,2암을 연장하여 제1,2 암 사이에 시험 대상을 고정 장착할 수 있도록 구성하고, 제1,2 암의 양 끝에는 시험 대상의 피치 방향 조절을 위한 피치 회전축 조립체가 장착되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 시험 선박의 갑판에 설치되고, 수중부의 수심 제어를 위한 수심 제어부, 수중부의 피치 방향 제어를 위한 피치 제어부, 수중부의 요 방향 제어를 위한 요 제어부를 구비한 제어 콘솔을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 심도 조절부는 이동 톱니에 구동력을 제공하는 제1 모터; 가이드 봉의 이동을 감시하는 깊이 엔코더를 포함하고, 제어 콘솔의 수심 제어부는 깊이 엔코더의 검출값을 통해서 수심을 감시하고, 제1 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 심도 조절부는 수상부에 위치하고 있고, 자세 정보를 검출하는 자세 센서를 장착하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 요 회전축 조립체는 360도 수평 방향 회전이 가능한 요 회전축에 구동력을 제공하는 제2 모터; 요 회전축의 회전값을 감시하는 요 엔코더를 포함하고, 제어 콘솔의 요 제어부는 요 엔코더의 검출값과 자세 센서의 자세 정보를 이용하여 제2 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 요 회전축은 다중 슬립링 구조를 적용한 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 다중 슬립링 구조는 수중부의 회전축 구동을 위한 전원을 공급하는 수중부 전용 고전압 슬립링; 시험 대상의 제어전원 및 송신전원 공급을 위한 시험체 전용 고전압 슬립링; 시험 대상과 수중부를 제어하기 위한 명령을 전송하고, 시험 결과 값을 수상부로 전송하는 통신 기능을 수행하는 통신용 슬립링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 요 회전축 조립체는 요 회전축 조립체 하우징 내에 밀폐된 상태를 갖고, 요 회전축 조립체 하우징의 양측으로 굴곡되어 연장된 제1,2암을 이용하여 시험 대상을 고정 장착하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 요 회전축 조립체는 수중 짐벌을 탑재하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 피치 회전축 조립체는 상측과 하측으로 피치 방향 회전이 가능한 피치 회전축에 구동력을 제공하는 제3 모터; 피치 회전축의 회전값을 감시하는 피치 엔코더를 포함하고, 제어 콘솔의 피치 제어부는 피치 엔코더의 검출값과 자세 센서의 자세 정보를 이용하여 제3 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 피치 회전축은 상측과 하측으로 회전이 가능하도록 구성하되, 상측은 하측보다 상대적으로 작은 운용 각도를 갖도록 물리적으로 설계되고, 피치 회전축의 운용 각도는 시험 목적에 따라서 결정되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 피치 회전축의 운용 각도는 특정 위치에 고정된 스톱퍼에 의해서 물리적으로 제한되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 피치 회전축 조립체는 시험 대상의 수심 위치를 검출하기 위한 심도센서를 포함하고, 심도센서의 검출값은 심도 조절부를 통해서 수심 제어부에 제공되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 방법은 청구항 13에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치를 사용하여, 수심 제어부에서 심도 조절부 내, 가이드 봉의 톱니와 맞물리는 이동 톱니를 구동시켜서 가이드 봉의 상하 이동을 제어하여, 시험 대상을 해수면 밑 시험 기준 위치까지 조절하는 수심 제어 단계; 요 제어부에서, 요 엔코더의 검출값과 자세 센서의 자세 정보를 이용하여 요 방향 제어 신호를 생성하고, 이를 기반으로 제2 모터의 구동을 제어하는 요 제어 단계; 피치 제어부에서, 피치 엔코더의 검출값과 자세 센서의 자세 정보를 이용하여 피치 방향 제어 신호를 생성하고, 이를 기반으로 제3 모터의 구동을 제어하는 피치 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 수심 제어 단계는 피치 회전축 조립체에 설치된 심도센서의 검출값을 기반으로 이동 톱니의 구동을 조절하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 요 제어 단계는 다중 슬립링 구조를 적용한 요 회전축 조립체를 이용하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 다중 슬립링 구조는 수중부 전용 고전압 슬립링을 이용하여 수중부의 요 방향 회전 및 피치 방향 회전 구동용 전원을 공급하고, 시험체 전용 고전압 슬립링을 이용하여 시험 대상의 제어 전원 및 송신 전원 공급을 제어하고, 통신용 슬립링을 이용하여 시험 대상과 수중부를 제어하는 명령을 독립적으로 통신하며, 시험 결과 값을 수상부로 전송하기 위한 통신 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 피치 제어 단계는 피치 회전축을 상측과 하측으로 회전이 가능하도록 구성하되, 상측은 하측보다 상대적으로 작은 운용 각도를 갖도록 물리적으로 설계되고, 피치 회전축의 운용 각도는 시험 목적에 따라서 결정되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 피치 회전축의 운용 각도는 특정 위치에 고정된 스톱퍼에 의해서 물리적으로 제한되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 시험 대상은 수중 유도 무기 또는 수중 이동체의 전면부에 탑재되는 능동 소나 시스템인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 피치 제어부에서 제어하는 제3 모터는 전원 오프시 브레이크 걸리는 기능을 갖춘 서보 모터를 적용하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 자세 센서에서 검출되는 자세 정보는 시험 선박의 자세 정보값과 일치하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 시험 선박을 특정 방위로 이동시 시험 대상은 동일한 속도와 방향으로 이동되고, 시험 선박의 이동 과정에서 시험 대상으로부터 유동 소음을 측정하여 분석에 이용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 자세 센서는 수상부에 장착되어 시험 선박과 동일한 자세 정보를 검출하고, 피치 제어 단계는 표적의 깊이 정보와 시험 선박과의 거리를 고려한 피치 제어 값을 산출하고, 산출된 피치 제어 값에 수렴하도록 제3 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 요 제어 단계는 자세 센서의 요 방향 정보와 요 엔코더의 검출값을 비교하고, 검출되는 오프셋값을 보상하면서 임무 수행을 위하여 입력한 표적 방위에 시험 대상이 위치할 때까지 제2 모터를 좌 또는 우 방향 구동 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치 및 그 제어 방법은 해상 환경에서 수중 유도 무기용 능동 소나의 시험을 수행하고, 정확한 시험 데이터를 획득하는 것이 가능하다.

또한 본 발명은 해상 환경에서 조류에 의한 흘러감을 억제하고, 일정한 심도를 유지할 수 있도록 기구물을 이용하여 심도를 조절 하고 있어서, 시험 기준 위치에서 정확한 시험 데이터를 획득할 수 있다.

그리고 본 발명은 해상 환경에서 해상 시험 장치를 시험 선박과 동일 방향, 동일 속도를 유지하도록 제어하고, 선박 이동과 함께 해상 시험 장치를 이동시키면, 이동 특성을 갖기 때문에 유동 소음에 대한 성능도 확인하는 것이 가능하다.

또한 본 발명은 수중 시험 기준 위치에 위치하고 있는 시험 대상과, 수상부에 위치하고 있는 장치부(심도 조절부)가 동일한 자세를 유지하도록 제어 하는 것이 가능하기 때문에, 사용자 및 감시자는 수상부의 제어값을 통하여 보다 편리하고 정확한 자세 제어를 수행할 수 있다.

도 1은 종래 이용된 해상 시험 장치의 일 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 전체적인 개략도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 측면 개략도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치(100)의 심도 조절부(130)의 내부 구성도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치(100)의 수중부(150)에 포함된 요 회전축 조립체(160)의 내부 구성도를 도시하고 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치(100)의 수중부(150)에 포함된 피치 회전축 조립체(170)의 내부 구성도를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치(100)의 제어를 위한 제어 구성도를 도시하고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"와 "기", "모듈"과 "부", "모터1"과 "제1 모터", "모터2"와 "제2 모터", "모터3"과 "제3 모터", "심도"와 "수심", "장치"와 "시스템", 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

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.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 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.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 전체적인 개략도를 도시하고 있고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 측면 개략도를 도시하고 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치(이하 '해상 시험 장치'라고 명명함 ; 100)는 시험 선박(10)의 갑판에 연결 프레임(20,25)에 의해서 고정 설치된다. 해상 시험 장치(100)는 해수면 상부에 위치하는 심도 조절부(130)와, 해수면 밑에 위치하는 수중부(150)를 포함하여 구성된다.

해상 시험 장치(100)의 심도 조절부(130)는 GPS(110)와 자세 센서(120)를 탑재하고, 해상 시험 장치의 GPS 정보와 자세 정보를 검출할 수 있다. 자세 센서(120)는 일반적인 자세 정보 검출 센서를 이용한다.

본 발명에서 해상 시험 장치(100)의 심도 조절부(130)는 연결 프레임(20,25)에 의해서 시험 선박(10)에 고정된 상태를 갖고 있고, 심도 조절부(130)에 장착된 자세 센서(120)에서 검출되는 해상 시험 장치(100)의 자세 정보는 시험 선박(10)과 동일 자세정보를 갖는 것을 의미한다.

그리고 심도 조절부(130)의 양측에 가이드 봉(131,138)을 적용하고, 가이드 봉(131,138)이 수직방향 상하로 이동 가능하도록 구성하여, 수중부(150)가 해수면 밑 시험 기준 위치에 도달할 수 있도록 제어한다. 이때, 심도 조절부(130)의 내부에 설치된 기어를 이용하여 가이드 봉(131,138) 양측을 동일한 수심에 위치할 수 있도록 제어 가능하다. 즉, 심도 조절부(130)의 수심 제어로, 가이드 봉(131,138)과 일체로 수직 방향으로 상하로 이동되는 수중부(150)는 해수면 밑 원하는 시험 기준 위치에 배치되어진다.

도시된 실시예에서 시험 선박(10)의 갑판에 고정된 두 개의 연결 프레임(20,25)을 이용하여 해상 시험 장치(100)를 장착하고 있다. 도시되는 실시예에서는 해상 시험 장치(100)의 좌우 양측에 두개의 연결 프레임(20,25)을 고정 장착하고, 해상 시험 장치(100)를 시험 선박(10)의 갑판에 고정하고 있으나, 이는 하나의 실시예이고, 해상 시험 장치(100)의 안정된 위치 고정을 위하여 연결 프레임을 추가적으로 더 설치할 수 있다.

또한, 연결 프레임(20,25)은 시험 선박(10)과 해상 시험 장치(100)의 고정 설치를 위하여, 다양한 형상을 이용할 수 있다. 일 예로, ㄷ자 형상이고, 두번의 90도 굴곡부를 갖는 연결 프레임을 이용하여, 연결 프레임(20,25)의 중심 부분은 시험 선박(10)과 해상 시험 장치(100) 사이에 위치하도록 하고, 연결 프레임의 양 끝이 각각 시험 선박(10)과 해상 시험 장치(100)에 고정되도록 구성할 수 있다.

또한, 연결 프레임(20,25)은 해상 시험 장치(100)와 연결되는 그 길이를 조절 가능하도록 구성하여, 해상 시험 장치(100)가 해수면에 닿는 높이를 조절하도록 구성 가능하다.

해상 시험 장치(100)의 수중부(150)는 시험 대상(200)을 해수면 밑 시험 기준 위치의 수심에 배치할 수 있도록 구성하고, 시험 대상(200)이 지정된 수평 방위에 위치하도록 수중부(150)의 요 회전축 조립체(160)의 회전방향을 조절할 수 있다. 또한 수중부(150)는 시험 대상(200)이 지정된 수직 방향에 위치하도록 수중부(150)의 피치 회전축 조립체(170)를 조절할 수 있다.

해상 시험 장치(100)의 수중부(150)는 지지 프레임(155)에 의해 지지되며, 시험 대상(200)을 요 방향과 피치 방향에 대해서 조절 가능하도록 구성된다. 지지 프레임(155)은 심도 조절부(130)의 제어하에 수중부(150)를 해수면 밑 일정 수심까지 위치를 조절하기 위한 가이드 봉(131,138)의 양 끝단에 고정 장착하고 있다. 그리고 가이드 봉(131,138)은 지지 프레임(155)의 상측 좌우 양쪽에 동일 위치에 설치된다.

그리고 지지 프레임(155)의 하측 중심에는 요 회전축 조립체(160)의 상단부가 결합된다. 요 회전축 조립체(160)는 하우징(143)에 의해서 밀폐된 상태를 갖는다. 요 회전축 조립체 하우징(143)의 하단부 양측으로 제1암(151)과 제2암(153)이 내측으로 일정각도(147)로 굴곡되어 형성된다. 그리고 제1암(151)과 제2암(153)의 양 끝에는 피치 회전축 조립체(170)가 구성되어진다. 피치 회전축 조립체(170)는 시험 대상(200)을 피치 방향 회전 가능하게 고정 체결하고 있다.

여기서 제1암(151)과 제1암(151)의 끝에 구성되는 피치 회전축 조립체, 그리고 제2암(153)과 제2암(153)의 끝에 구성되는 피치 회전축 조립체(170)는 일체형으로 이루어질 수 있다. 그 상세 구성을 도시하지 않고 있으나, 기구적으로 제1암(151)과 제2암(153)이 좌우 폭을 조정 가능하게 구성 가능하고, 제1암(151)과 제2암(153)의 양 끝에 구성되는 피치 회전축 조립체(170) 사이에 시험 대상(200)을 삽입하고, 시험 대상을 손상시키지 않는 범위에서 피치 방향 회전 및 요 방향 회전이 가능하도록 고정 장착할 수 있도록 구성된다. 이는 공지된 다양한 기구적 구성을 이용 가능하고, 일 예로 도 1에 도시된 바와 같이, 좌우 암 사이에 시험 대상을 지지하면서 피치 방향 회전 가능하게 구성할 수 있다.

여기서 시험 대상(200)은 수중 운동체 또는 수중 유도 무기에 탑재되는 능동 소나 시스템의 기구물이다. 즉, 본 발명은 능동 소나 시스템이 수중 운동체 또는 수중 유도 무기에 탑재되기 전, 해상 시험을 수행하기 위한 장치이다.

따라서 본 발명의 해상 시험 장치(100)는 수중 운동체 또는 수중 유도 무기의 전면에 탑재되는 능동 소나 시스템의 기구물을 시험 대상으로 탑재하고, 자세 제어 과정과 함께 능동 소나 시스템이 음향 성능 및 물속에서 운항하는 특성을 고려하여 적을 탐지하고, 수중 목표물의 거리 및 방위 측정 성능을 평가한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 시험 장치(100)는 시험 대상(200)을 수평 방위와 수직 방향을 조절 가능하게 결합하고, 시험 대상(200)의 해상 시험을 수행할 수 있다.

여기서 시험 대상(200)은 수중 운동체 또는 수중 유도 무기에 탑재되는 능동 소나 시스템 이다. 또는 수중 통신 장치나 USBL(Ultra Short Base Line, 초단기선 : 위치확인장치) 등 수중 탐사 분야 장비 등을 시험할 때도 본 발명의 해상 시험 장치(100)를 이용할 수 있다.

해상 시험 장치(100)는 시험 선박(10)의 갑판에 프레임(20,25)에 의해서 고정되고 있지만, 심도 조절부(130)를 제어하여 수중부(150)를 해수면 밑 시험 기준 위치까지 수직으로 상하 조절하여, 일정 수심에 위치하도록 조절할 수 있다.

그리고 해상 시험 장치(100)는 연결 프레임(20,25)을 이용하여 시험 선박(10)의 갑판에 고정, 장착된 상태를 유지하고, 시험 선박(10)의 이동과 함께 이동되면서 유동 소음 등을 측정할 수 있다. 특히, 본 발명의 해상 시험 장치(100)는 조류 등에 의해서 시험 선박(10)이 회전하거나 이동하여도 GPS(110) 및 자세 센서(120)의 검출값을 기반으로 시험 환경에 대한 위치 보정 및 자세 보정이 가능하도록 구성된다.

일 예로, 해상 시험과정에서 수행되는 시험 시나리오에 설정된 수평 방위값과 수직 방향값을 실제 시험 대상(200)의 현재 값(자세 센서로부터 검출되는 값)으로 변경하여, 해상 시험을 수행하는 것이 가능해진다. 반대로 해상 시험 장치(100)는 수중부(150)의 수평 방위와 수직 방향을 조절하여, 시험 대상(200)을 원하는 방위와 방향으로 조절하는 것도 가능하다. 마찬가지로 GPS 센서의 검출값을 이용하여 제어 콘솔의 제어하에 현재 위치에 대한 보정을 수행할 수 있다.

이와 같이 시험 대상(200)이 해수면 밑 시험 기준 위치에 위치한 상태에서, 시험 대상(200)과의 음향 통신을 수행하여 시험 대상(200)의 음향 송수신 성능을 검사한다. 또한, 시험 대상(200)이 목적하는 임무를 수행 가능한지 판단하는 성능 을 검사한다.

이하의 설명에서 시험 대상(200)에 대한 능동 소나 시스템의 기능적 부분은 시스템의 정상 동작 여부, 음향 성능, 등 기설정된 시험 시나리오에 의해서 수행되는 구성이고, 공지된 시험 과정과 동일하므로 생략한다. 단지 본 발명에서는 해상 시험 장치(100)를 이용하여 시험 대상(200)에 대한 심도 제어 및 자세 제어를 위한 부분을 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 시험 장치(100)의 심도 조절부(130)의 내부 구성도를 도시하고 있다.

심도 조절부(130)는 좌측과 우측 양 끝에 가이드 봉(131,138)을 구비하고 심도 조절부(130)의 심도 조절로 양 끝의 가이드 봉(131,138)이 수직 방향이고 상하로 이동할 수 있도록 구성된다. 가이드 봉(131,138)의 양 끝에는 수중부(150)가 고정 장착되어서, 심도 조절부(130)의 심도 조절에 따라서 시험 대상(200)을 시험하기 위한 시험 기준 위치에 배치시킨다.

가이드 봉(131)은 톱니(133)가 형성되고 있고, 심도 조절부(130)의 내부에는 가이드 봉(131)의 톱니(133)에 맞물리는 이동 톱니(132)가 구성된다. 즉, 이동 톱니(132)가 구동되면 가이드 봉(131)의 톱니(133)가 맞물리면서 가이드 봉(131)이 홈부(140)를 통해서 수직 방향으로 상하 이동 되어진다. 이동 톱니(132)는 제1 모터(134)의 구동력을 회전축과 기어(135,136)을 통해서 전달받아서 회전이 이루어지도록 구성된다.

그리고 가이드 봉(131)의 심도 조절은 톱니 수를 엔코더(137)를 통해서 측정하고, 원하는 만큼의 심도 조절이 이루어지도록 한다.

제1 모터(134)는 수중부(150)를 상하 이동에 필요한 구동력을 전달할 수 있도록 구성하고, 수중부(150)를 고속으로 상하 이동이 가능하도록 구성 가능하다. 또한 제1 모터(134)와 이동 톱니(132) 사이에 연결되는 구동축(또는 회전축)에 기어를 장착하고, 기어비를 이용하여 수중부(150)를 저속으로 구동하므로서 쉽게 상하 조절이 가능하도록 모터 용량을 설정할 수 있다.

가이드 봉(131), 톱니(133), 이동 톱니(132)는 수중부(150)의 중량을 지지하면서 상하 조절이 가능한 두께와 형상으로 구성한다.

제1 모터(134)의 용량과, 가이드 봉(131), 톱니(133), 이동 톱니(132)의 두께 및 형상은 다수의 실험 과정을 통해서 적정값으로 설정하고, 구현할 수 있다.

이상과 같이 구성된 가이드 봉(131)의 심도 조절을 위한 구성은 다른 측 가이드 봉(138)에도 동일하게 구성된다. 즉, 심도 조절부(130)의 양 측으로 가이드 봉(131)의 심도 조절을 위한 구성과, 가이드 봉(138)의 심도 조절을 위한 구성을 각각 구비한다.

그리고 심도 조절부(130)에는 이 외에도 GPS(110), 자세 센서(120), 여러 정보들을 연산하는 다수의 연산부, 각 센서들과 연산부의 값을 감시/확인/제어하는 제어 보드(125), 전원부 등을 추가로 더 포함할 수 있다. 제어 보드(125)는 후술되는 제어 콘솔(300)과 필요한 정보를 송수신할 수 있다.

이와 같이 구성되는 해상 시험 장치(100)는 수중부(150)를 수직이고 하부방향으로 이동시켜서 일정 수심에 이르도록 제어한다. 수중부(150)의 하부 방향 이동은, 제1 모터(134)를 고속으로 구동하여 가이드 봉(131)이 빠르게 해수면 밑으로 이동하도록 제어할 수 있다.

수심 제어부(310)는 수중부(150)의 하부방향 이동 시, 위치에 따른 절대 심도는 심도센서(190)를 이용해서 측정한다. 심도센서(190)를 통해서 측정된 수심이 시험 기준 위치에 도달하면, 수심 제어부(310)는 심도 조절부(130)의 양쪽 가이드 봉(131,138)이 동일한 수심에 위치하는 지를 조절한다.

이 과정에서 깊이 엔코더(137)는 가이드 봉(131)의 톱니(133) 이동 수를 검출하고, 검출된 값을 수심 제어부(310)에 제공한다. 수심 제어부(310)는 깊이 엔코더(137)의 값을 기반으로 가이드 봉(131)의 현재 위치를 확인하고, 심도 조절부(130) 양쪽 가이드 봉(131,138)의 심도를 동일하게 제어하는 것이 가능하다.

이때, 수심 제어부(310)는 제1 모터(134)를 저속으로 구동하면서 제1 모터(134)의 구동력으로 이동 톱니(132)를 회전시키고, 가이드 봉(131)의 위치를 조절하고, 이와 마찬가지로 도시하지 않은 모터를 구동하여 가이드 봉(138)의 위치를 조절해서, 양 가이드봉(131,138)이 동일 심도에 위치하도록 제어한다.

다음, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 시험 장치(100)의 수중부(150)에 포함된 요 회전축 조립체(160)의 내부 구성도를 도시하고 있다.

수중부(150)의 요 회전축 조립체(160)은 지지프레임(155) 이하의 수중부(150)가 지정한 수평 방위에 위치할 수 있도록 360도 회전 가능하게 구성된다.

수중부(150)의 요 회전축 조립체(160)은 수평방향에서 360도 회전이 가능하도록 구성되야 한다. 따라서 요 회전축 조립체(160)은 고전력, 고속 통신 신호를 전기적으로 연결하고 전송 가능한 슬립링 구조를 적용한다. 요 회전축 조립체(160)은 제2 모터(161)의 구동력을 전달받아서 회전되도록 구성된다. 이때 제2 모터(161)의 구동력은 구동축(169)과 기어(163)를 통해서 요 회전축(164)으로 전달된다. 제2 모터(161)는 기어비를 이용하여 저속으로 구동하므로써 쉽게 수중부(150)가 요 방향 회전이 가능하도록 모터 용량을 설정할 수 있다.

슬립링 조립체(168)은, 수중부(150)의 요 방향 회전 및 피치 방향 회전 구동용 전원을 공급하기 위한 케이블을 수용하는 수중부 전용 고전압 슬립링(165), 시험 대상에서 사용하는 제어 전원 및 송신 전원 공급을 제어하기 위한 케이블을 수용하는 시험체 전용 고전압 슬립링(166), 시험 대상과 수중부를 제어하는 명령을 독립적으로 통신하며, 시험 결과 값을 수상부로 전송하는 통신 기능을 수행하는 통신용 소신호 슬립링(167)을 포함하여 수중부(150)가 360도 수평방향 회전이 가능하도록 구성된다. 슬립링 조립체(168)의 다중 슬립링 구조는 공지된 기술을 이용한다. 여기서 통신용 소신호 슬립링(167)은 유선 또는 무선을 선택적으로 적용할 수 있다.

요 회전축 조립체(160)의 회전 방향 각도량은 요 회전축(164)의 회전량을 감시하는 요 엔코더(162)를 통해서 측정하고, 측정된 값에 기반하여 수중부 기준 요 방향 각도를 산출한다. 요 회전축(164)의 회전량 감시를 위한 요 엔코더(162)의 결합 구성은 공지된 기술을 이용한다.

또한, 도시하지 않고 있지만, 요 회전축 조립체(160)는 짐벌 구동부를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 요 회전축 조립체(160) 이하의 제1 암(151)과 제2 암(152)을 포함하는 기구물은 수중 짐벌 구성으로 이루어지고, 시험 대상(200)이 수평 자세를 유지하도록 제어한다. 본 발명에서는 제1 암과 제2 암의 2축을 따라 수중부(150)가 수평을 유지하도록 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 해상 시험 장치(100)는 다중 슬립링을 이용하고 있고, 수중부 전용 고전압 슬립링(165)을 통해서 수중부(150)에서 필요로 하는 요 회전축의 회전축 구동과 피치 회전축 구동을 위한 구동전원을 공급한다. 그리고 시험체 전용 고전압 슬립링(166)을 통해서 시험 대상(200)에서 필요로 하는 제어 전원 및 송신 전원을 공급한다. 이때 시험체 전용 고전압 슬립링(166)에서 시험 대상(200)으로 전원 공급을 위하여 해상 시험 장치(100)의 기구물(내부가 통공 상태)을 통해서 전달할 수도 있고, 도 1에 도시된 바와 같이, 수중 케이블을 통해서 직접 시험 대상(200)으로 전달하는 구성도 이용할 수 있다.

그리고 통신용 소신호 슬립링(167)을 통해서 수중부(150) 및 시험 대상(200)의 제어를 위한 제어신호를 전송하고, 수상부로 전송할 시험 결과 값도 통신용 소신호 슬립링(167)을 통해서 전송한다.

수중부 전용 고전압 슬립링(165)을 통해서 전달된 요 회전축 구동 전원은 요 회전축(164)의 회전량을 제어한다. 즉, 제2 모터(161)에 구동 전원이 공급되면, 제2 모터(161)가 구동되면서 구동력이 발생되고, 모터의 구동력이 회전축(169)과 기어(163)를 통해서 요 회전축(164)에 전달된다.

이 과정에서 요 엔코더(162)는 요 회전축(164)의 회전량을 감시하고, 감시값을 요 제어부(330)로 전달한다. 요 회전축(164)의 회전은 슬립링 구조를 통해서 360도 회전이 가능하고, 요 회전축 조립체(160) 이하를 원하는 방향에 맞게 회전시킨다.

또한, 수중부 전용 고전압 슬립링(165)을 통해서 전달되는 피치 회전축 구동전원은 피치 회전축의 회전량을 제어한다.

다음, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 시험 장치(100)의 수중부(150)에 포함된 피치 회전축 조립체(170)의 내부 구성도를 도시하고 있다.

해상 시험 장치(100)의 피치 회전축 조립체(170)는 피치 방향 틸트(Tilt)를 조절할 수 있다.

제1암(151)과 제2암(153)의 양 끝에는 시험 대상(200)의 피치 방향 틸트를 조절하고, 시험 대상(200)을 고정 체결하기 위한 피치 회전축 조립체(170)가 구성되고 있다. 도시되고 있는 구성에서 제1암(151)에서 일체로 연장되어 피치 회전축 조립체(170)가 구성되고 있고, 또한 제2암(153)에서 일체로 연장되어 피치 회전축 조립체가 구성되고 있다.

피치 회전축 조립체(170)는 피치 회전축(173)의 회전량을 조절하기 위한 구성이 포함된다. 즉, 제3 모터(171)가 피치 회전축(173)을 회전시키기 위한 구동력을 발생하고, 제3 모터(171)의 구동력이 회전축(174)과 기어(175)를 통해서 피치 회전축(173)으로 전달되도록 구성된다. 피치 회전축(173)의 회전량은 피치 엔코더(172)를 통해서 감시하고, 피치 엔코더(172)의 감시 값은 피치 제어부(320)로 전달되어진다.

제3 모터(171)는 상측과 하측으로 피치 방향 회전을 수행하고, 시험 대상(200)의 안전을 위해 전원 오프시에 브레이크 기능을 갖춘 서보 모터를 적용한다. 또한, 기구물 간섭 등에 의하여 특정 토크 이상의 저항이 생길 경우에도 제3 모터(171)는 운용 정지 기능을 갖는다.

제3 모터(171)의 회전 각도는 상측으로는 해수면에 의한 리버브레이션이나, 수중부(150) 기구물에 의한 반사가 예상되어 해저면 방향보다는 상대적으로 적은 운용 각도를 갖는다. 반대로 해저면 방향으로는 잠수함 탐지 등의 목적 수행을 위하여 상측보다는 상대적으로 큰 운용 각도를 갖는다. 제3 모터(171)의 회전량에 의한 피치 회전축(173)의 회전각도는 시험 목적에 따라서 결정되어 조정되도록 하고, 설정된 운용 각도 이상으로 회전이 불가능하도록 물리적 스톱퍼(C : 182)를 적용한다.

즉, 도 6에 도시하고 있는 바와 같이, 제1암(151)에서 연장되어 기구적으로 고정된 스톱퍼(182)가 구성된다. 스톱퍼(182)는 제1암의 외부 케이스에서 일체로 연장되고 있다. 그리고 제3 모터(171)의 회전력을 전달받아서 회전되는 회전자(180,181)의 영역(A)이 스톱퍼(182)와 맞물릴 때, 더 이상 회전이 안되도록 구성되어진다. 이때 회전자의 일부 영역은 해저면 방향으로 회전되는 영역으로 설정되고, 회전자의 또 다른 일부 영역은 해수면 방향으로 회전되는 영역으로 설정되며, 스톱퍼(182)에 의해서 물리적으로 운용 각도가 제한된다.

그리고 제2암(153)에도 수중부 피치 회전축 틸트 조정을 위한 도 6의 구성이 동일하게 구성된다.

그리고 피치 회전축 조립체(170)는 시험 대상(200)과 물리적으로 가장 가까운 거리에 위치하고 있다. 따라서 피치 회전축 조립체(170)의 내측 일단에는 심도센서(190)를 설치하고, 시험 대상(200)이 위치한 수심을 검출할 수 있도록 구성한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중부의 피치 회전축 조립체(170)는 수중부 전용 고전압 슬립링(165)을 통해서 공급되는 피치 회전축 구동전원을 전달받는다. 이때 수중부 전용 고전압 슬립링(165)에서 피치 회전축 조립체(170)로 전원 공급을 위하여 해상 시험 장치(100)의 제1,2암(내부가 통공 상태)을 통해서 케이블을 이용하여 전달할 수도 있다. 전달받은 피치 회전축 구동전원에 의해서 제3 모터(171)가 구동되어 구동력이 발생되고, 제3 모터(171)의 구동력으로 피치 회전축(173)의 회전량이 결정된다.

이 과정에서 피치 엔코더(172)는 피치 회전축(173)의 회전량을 감시하고, 감시값을 피치 제어부(320)로 제공한다.

다음 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 시험 장치(100)의 제어를 위한 전체적인 제어 구성도를 도시하고 있다.

먼저 본 발명의 해상 시험 장치(100)는 시험 선박(10)의 갑판에 연결 프레임(20,25)을 통해서 고정되고, 수중부(150)는 해수면 밑 원하는 시험 기준 위치에 설치되어진다.

이때 시험 선박(10)의 갑판에는 해상 시험 장치(100)를 전체적으로 제어하기 위한 제어 콘솔(300)을 설치하고 있다. 그리고 제어 콘솔(300)에는 심도 조절부(130)의 수심 제어를 위한 수심 제어부(310), 수중부의 요 방향 회전 제어를 위한 요 제어부(330), 수중부의 피치 방향 회전 제어를 위한 피치 제어부(320)를 포함하고 있다.

그리고 제어 콘솔(300)과 해상 시험 장치(100)는 케이블을 통해서 제어 신호 및 전원을 공급하고, 해상 시험 장치(100)로부터 각종 감지 신호 및 시험 대상(200)의 시험 결과 신호를 수신하도록 구성된다. 따라서 해상 시험 장치(100)를 구성하는 기구물은 제어 콘솔(300)과 연결된 케이블을 밀폐된 공간 내에 수납 가능하도록 구성되어진다.

예를 들어서 해상 시험 장치(100)를 구성하는 기구물은 바닷물로부터 부식이 안되고, 변형이 안되는 소재를 이용하여 제작되고, 내부가 통공된 형상을 갖도록 하여, 케이블을 수납할 수 있도록 구성할 수 있다. 여기서 기구물은, 연결 프레임, 지지프레임, 심도 조절부, 제1 암, 제2 암, 요 회전축 조립체 하우징, 피치 회전축 조립체 하우징 등, 해상 시험 장치를 구성하는 모든 기구물을 포함한다.

또는 필요할 경우, 수중 케이블을 이용하여, 직접 전원을 공급하는 구성도 구현 가능하다. 일 예로 요 회전축 조립체에서 시험 대상으로의 전원 공급을 위하여, 수중 케이블을 이용할 수 있다. 이 경우 요 회전축 조립체와 시험 대상 사이에 수중 케이블 연결 단자가 포함되어진다.

수심 제어부(310)는 심도 조절부(130)의 제1 모터(134)를 구동 제어하고, 깊이 엔코더(137)의 검출값을 감시하며, 피치 회전축 조립체(170)에 장착된 심도센서(190)의 검출값을 감시할 수 있다. 따라서 수심 제어부(310)는 심도 조절부(130), 수중부의 요 회전축 조립체(160), 그리고 피치 회전축 조립체(170)로 연결되는 케이블을 통해서 제1 모터(134)의 구동을 제어하고, 심도센서(190)의 검출값을 입력하고, 깊이 엔코더(137)의 검출값을 입력한다.

즉, 수심 제어부(310)는 수중부(150)가 원하는 수심에 위치할 수 있도록 심도센서(190)의 검출값을 감시하고, 수중부(150)가 시험 기준 위치에 도달한 이후에는 제1 모터(134)를 저속 제어하여 심도 조절부(130)의 양 가이드봉(131,138)의 위치가 동일하도록 제어한다.

이때 심도 조절부(130)에서는 수중부의 피치 회전축 조립체(170) 내부에 장착된 심도센서(190)에서 검출된 값과 깊이 엔코더(137)의 검출값을 수심 제어부(310)에 전달한다. 수심 제어부(310)는 입력되는 검출값을 기반으로 수중부(150)가 임무 수행을 위한 목표 수심에 도달하도록 제1 모터(134)의 구동을 제어한다.

요 제어부(330)는 요 회전축 조립체(160)의 제2 모터(161)의 구동을 제어하고, 요 엔코더(162)의 검출값을 감시한다. 따라서 요 제어부(330)는 심도 조절부(130), 수중부의 요 회전축 조립체(160)로 연결되는 케이블을 통해서 요 방향 제어신호를 제2 모터(161)에 제공하여 제2 모터(161)의 구동을 제어하고, 요 엔코더(162)의 검출값을 입력한다.

즉, 요 제어부(330)는 수중부(150)가 원하는 수평 방위에 위치할 수 있도록 요 엔코더(162)의 검출값과, 심도 조절부(130)에 별도 구비되고 있는 자세센서(120)에서 검출되는 요 방향 자세 정보를 이용하여, 수중부(150)의 요 회전축(164)의 회전방향을 조절한다.

이때 요 회전축(164)의 회전량을 요 엔코더(162)에서 검출하여 심도 조절부(130)로 전달하면, 심도 조절부(130)에 장착된 자세 센서(120)를 통해서 검출되는 자세 정보와 비교하고, 그 비교값을 요 제어부(330)에 전달한다. 요 제어부(330)는 입력되는 비교값을 기반으로 수중부(150)가 원하는 수평 방위에 위치하도록 제2 모터(161)의 구동을 제어한다.

한편, 본 발명의 해상 시험 장치(100)에서는 수상부에 위치하는 심도 조절부(130)에 자세센서(120)를 장착하고 있다. 장착된 자세센서(120)는 일 예로서 North Sensor와 Gyro Sensor를 포함하고, 자세 센서값과 기준값을 생성한다.

즉, 수상부에 위치하고 있는 자세센서(120)의 검출값을 이용하여 자세정보산출부(123)에서 요/피치 정보를 산출한다. 이때 자세정보산출부(123)에서 요정보 또는 피치 정보의 산출은 north sensor, gyro sensor의 검출값을 이용하여 기설정된 알고리즘을 통해서 이루어질 수 있다.

여기서 해상 시험 장치(100)의 심도 조절부(130)는 연결 프레임(20,25)을 통해서 시험 선박(10)에 고정 장착되어 있기 때문에, 기본적으로 시험 선박(10)과 동일 자세 정보를 갖는 것으로 설명 가능하다. 따라서 시험 선박(10)이 표적 방위를 수렴하기 위해서 회전 또는 이동할 경우, 자세 센서(120)는 두 센서 값을 이용한 방위 변화를 감지한다. 그리고 자세정보산출부(123)를 통해서 현재 위치에 따른 요 방향 정보값이 검출된다.

그러나 수중부(150)의 요 회전축 조립체(160)의 이하에서 요 방향 제어되는 시험 대상(200)은 수상부에 위치하는 요 방향 정보값과 다른 값을 갖을 수 있다.

이때, 시험 대상(200)의 요 방향 정보값은 요 엔코더(162)의 값을 통해서 검출 가능하다. 따라서 자세정보산출부(123)의 요 방향 정보와 요 엔코더(162)의 검출값을 비교하고, 그 비교값(오프셋값)을 요 제어부(330)에 제공한다. 요 제어부(330)는 검출되는 오프셋값을 보상하면서 임무 수행을 위하여 입력한 표적 방위에 시험 대상(200)이 위치할 때까지 지속적으로 수중부(150)의 좌 또는 우 방향 제어 신호를 제2 모터(161)로 전송한다.

상기 요 방향 제어와 마찬가지로 피치 방향 제어도 같은 과정으로 제어가 이루어진다.

피치 제어부(320)는 피치 회전축 조립체(170)의 제3 모터(171)의 구동을 제어하고, 피치 엔코더(172)의 검출값을 감시한다. 피치 제어부(320)는 심도 조절부(130), 수중부의 요 회전축 조립체(160), 수중부의 피치 회전축 조립체(170)로 연결되는 케이블을 통해서 피치 방향 제어신호를 제3 모터(171)에 제공하여 제3 모터(171)의 구동을 제어하고, 피치 엔코더(172)의 검출값을 입력한다.

즉, 피치 제어부(320)는 시험 대상(200)이 원하는 수직 방향에 위치할 수 있도록 피치 엔코더(172)의 검출값과, 심도 조절부(130)에 별도 구비되고 있는 자세센서(120)에서 검출되는 요 방향 자세 정보 및 피치 방향 자세 정보 이용하여, 시험 대상(200)의 피치 회전축(173)의 회전방향을 조절한다.

이때 피치 회전축(173)의 회전량을 피치 엔코더(172)에서 검출하여 심도 조절부(130)로 전달하면, 심도 조절부(130)에 장착된 자세정보산출부(123)를 통해서 산출되는 자세 정보와 비교하고, 그 비교값을 피치 제어부(320)에 전달한다. 피치 제어부(320)는 입력되는 비교값을 기반으로 시험 대상(200)이 원하는 수직 방향에 위치하도록 제3 모터(171)의 구동을 제어한다.

즉, 수상부에 위치하고 있는 자세센서(120)의 검출값을 이용하여 자세정보산출부(123)에서 요/피치 정보를 산출한다. 이때 자세정보산출부(123)에서 요정보 또는 피치 정보의 산출은 north sensor, gyro sensor의 검출값을 이용하여 기설정된 알고리즘을 통해서 이루어질 수 있다.

따라서 자세정보산출부(123)의 피치 방향 정보와 수중부로부터 검출된 피치 엔코더(172)의 검출값을 비교하고, 그 비교값(오프셋값)을 피치 제어부(320)에 제공한다. 피치 제어부(320)는 검출되는 오프셋값을 보상하면서 임무 수행을 위하여 입력한 표적 방위에 시험 대상(200)이 위치할 때까지 지속적으로 수중부(150)의 상측 방향 또는 하측 방향 제어 신호를 제3 모터(171)로 전송한다.

이때 피치 제어부(320)는 기설정된 알고리즘에 기반하여 표적의 깊이 정보, 시험 선박(10 ; 또는 해상 시험 장치)과의 거리를 고려한 피치 제어값을 산출하고, 그 값을 기반으로 제3 모터(171)의 상측 방향 또는 하측 방향의 제어 명령을 제공한다.

이상의 제어 과정에서 본 발명의 해상 시험 장치(100)는 시험 선박(10)에 장착된 제어 콘솔(300)을 통해서 전체적인 제어가 수행되어진다. 즉, 제어 콘솔(300)을 통하여 시험 대상(200)의 깊이, 요, 피치를 제어한다. 이때 입력 인터페이스 장치를 통해서 제어 콘솔(300)에 표적에 대한 특정 방위 및 자세 정보를 입력 가능할 수 있다. 그리고 사용자 및 감시자는 시험 선박(10)에 위치한 제어 콘솔(300)을 통해서 해상 시험 장치(100)의 전반적인 제어가 가능하므로, 보다 편리한 테스트 수행을 가능하게 한다. 따라서 도시하지 않고 있지만, 제어 콘솔(300)에는 신호 입력을 위한 인터페이스 장치, 시험 대상의 제어 과정 및 수행동작 표시를 위한 출력 장치 등을 포함할 수 있다.

그리고 시험 선박(10)과 해상 시험 장치(100)는 고정 장착되어 있기 때문에 동일한 자세를 가지고, 동일 방향으로 동일 속도로 이동할 수 있다. 따라서 시험 선박의 이동 방위를 결정하고 이동을 할 경우, 해상 시험 장치(100)는 동일한 방향으로 동일한 속도로 이동되어진다. 이때 이동 속도별로 능동 소나 시스템의 유동 소음도 측정하는 것이 가능해진다. 이렇게 측정된 유동 소음은 분석장치(도시하지 않음)를 통해서 분석하여, 능동 소나 시스템의 성능을 분석하는데 이용 가능하다.

이상에서 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법은 일반적인 컴퓨팅 디바이스를 포함하는 컴퓨팅 환경에서 구현된다. 컴퓨팅 환경은 컴퓨팅 디바이스를 포함 가능하다. 컴퓨팅 디바이스는 다른 단말과 신호를 송수신하는 모든 형태의 컴퓨팅 디바이스일 수 있다.

컴퓨팅 디바이스는 적어도 하나의 프로세서(또는 제어모듈), 컴퓨터 판독 가능한 저장매체 및 통신버스를 포함한다. 프로세서는 컴퓨팅 디바이스로 하여금 앞서 언급된 실시예에 따라 동작하도록 제어할 수 있다. 프로세서는 컴퓨터 판독 가능한 저장매체에 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행할 수 있다. 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능한 명령어를 포함할 수 있으며, 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.

컴퓨터 판독 가능 저장매체는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 프로그램은 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독한 가능 저장 매체는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 디바이스에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.

통신 버스는 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함하여 컴퓨팅 장치의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.

컴퓨팅 디바이스는 또한 하나 이상의 입출력 장치를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스 및 하나 이상의 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스 및 통신 인터페이스는 통신 버스에 연결된다. 입출력 장치(미도시)는 입출력 인터페이스를 통해 컴퓨팅 디바이스의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치는 컴퓨터 디바이스를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 디바이스의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 디바이스와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 디바이스와 연결될 수도 있다.

본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.

이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

10 : 시험 선박, 20,25 : 연결 프레임, 100 : 해상 시험 장치, 110 : GPS, 120 : 자세 센서, 130 : 심도 조절부, 131,138 : 가이드 봉, 134, 161,171 : 모터, 137 : 깊이 엔코더, 150 : 수중부, 151,153 : 제1,2암, 155 : 지지 프레임, 160 : 요 회전축 조립체, 162 : 요 엔코더, 170 : 피치 회전축 조립체, 172 : 피치 엔코더, 190 : 심도센서, 200 : 시험 대상, 300 : 제어 콘솔, 310 : 수심 제어부, 320 : 피치 제어부, 330 : 요 제어부

Claims (25)

1. 시험 대상을 장착하고, 해수면 밑 시험 기준 위치에 위치하는 수중부;
   시험 선박에 연결 프레임을 이용해서 고정 지지되고, 가이드 봉의 상하 이동을 제어하여, 시험 대상을 시험 기준 위치까지 조절하기 위한 심도 조절부를 포함하고,
   심도 조절부는 양측 동일 위치에 가이드 봉을 통과하는 홈부를 형성하고, 심도 조절부의 내부에 가이드 봉의 톱니와 맞물리는 이동 톱니를 구동시켜서, 가이드 봉의 상하 이동을 제어하고,
   수중부는 가이드 봉의 일측 양 끝을 지지 프레임의 상단에 고정 장착하고, 지지 프레임의 하단에 요 회전축 조립체를 장착하여 시험 대상을 360도 수평 방향 회전을 제어하고, 요 회전축 조립체 하우징의 양측으로 제1,2암을 연장하여 제1,2 암 사이에 시험 대상을 고정 장착할 수 있도록 구성하고, 제1,2 암의 양 끝에는 시험 대상의 피치 방향 조절을 위한 피치 회전축 조립체가 장착되는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   시험 선박의 갑판에 설치되고, 수중부의 수심 제어를 위한 수심 제어부, 수중부의 피치 방향 제어를 위한 피치 제어부, 수중부의 요 방향 제어를 위한 요 제어부를 구비한 제어 콘솔을 포함하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   심도 조절부는 이동 톱니에 구동력을 제공하는 제1 모터;
   가이드 봉의 이동을 감시하는 깊이 엔코더를 포함하고,
   제어 콘솔의 수심 제어부는 깊이 엔코더의 검출값을 통해서 수심을 감시하고, 제1 모터의 구동을 제어하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   심도 조절부는 수상부에 위치하고 있고, 자세 정보를 검출하는 자세 센서를 장착하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   요 회전축 조립체는 360도 수평 방향 회전이 가능한 요 회전축에 구동력을 제공하는 제2 모터;
   요 회전축의 회전값을 감시하는 요 엔코더를 포함하고,
   제어 콘솔의 요 제어부는 요 엔코더의 검출값과 자세 센서의 자세 정보를 이용하여 제2 모터의 구동을 제어하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   요 회전축은 다중 슬립링 구조를 적용한 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   다중 슬립링 구조는 수중부의 요 방향 회전 및 피치 방향 회전 구동용 전원을 공급하는 수중부 전용 고전압 슬립링;
   시험 대상의 제어 전원 및 송신 전원 공급을 위한 시험체 전용 고전압 슬립링;
   시험 대상과 수중부를 제어하는 명령을 독립적으로 통신하며, 시험 결과값을 수상부로 전송하기 위한 통신신호 전송을 위한 통신용 슬립링을 포함하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   요 회전축 조립체는 요 회전축 조립체 하우징 내에 밀폐된 상태를 갖고,
   요 회전축 조립체 하우징의 양측으로 굴곡되어 연장된 제1,2암을 이용하여 시험 대상을 고정 장착하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   요 회전축 조립체는 수중 짐벌을 탑재하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    피치 회전축 조립체는 상측과 하측으로 피치 방향 회전이 가능한 피치 회전축에 구동력을 제공하는 제3 모터;
    피치 회전축의 회전값을 감시하는 피치 엔코더를 포함하고,
    제어 콘솔의 피치 제어부는 피치 엔코더의 검출값과 자세 센서의 자세 정보를 이용하여 제3 모터의 구동을 제어하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    피치 회전축은 상측과 하측으로 회전이 가능하도록 구성하되, 상측은 하측보다 상대적으로 작은 운용 각도를 갖도록 물리적으로 설계되고, 피치 회전축의 운용 각도는 시험 목적에 따라서 결정되는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
12. 청구항 11에 있어서,
    피치 회전축의 운용 각도는 특정 위치에 고정된 스톱퍼에 의해서 물리적으로 제한되는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
13. 청구항 12에 있어서,
    피치 회전축 조립체는 시험 대상의 수심 위치를 검출하기 위한 심도센서를 포함하고,
    심도센서의 검출값은 심도 조절부를 통해서 수심 제어부에 제공되는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치.
14. 청구항 13에 따른 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치를 사용하여,
    수심 제어부에서 심도 조절부 내, 가이드 봉의 톱니와 맞물리는 이동 톱니를 구동시켜서 가이드 봉의 상하 이동을 제어하여, 시험 대상을 해수면 밑 시험 기준 위치까지 조절하는 수심 제어 단계;
    요 제어부에서, 요 엔코더의 검출값과 자세 센서의 자세 정보를 이용하여 요 방향 제어 신호를 생성하고, 이를 기반으로 제2 모터의 구동을 제어하는 요 제어 단계;
    피치 제어부에서, 피치 엔코더의 검출값과 자세 센서의 자세 정보를 이용하여 피치 방향 제어 신호를 생성하고, 이를 기반으로 제3 모터의 구동을 제어하는 피치 제어 단계를 포함하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법.
15. 청구항 14에 있어서,
    수심 제어 단계는 피치 회전축 조립체에 설치된 심도센서의 검출값을 기반으로 이동 톱니의 구동을 조절하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법.
16. 청구항 15에 있어서,
    요 제어 단계는 다중 슬립링 구조를 적용한 요 회전축 조립체를 이용하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법.
17. 청구항 16에 있어서,
    다중 슬립링 구조는 수중부 전용 고전압 슬립링을 이용하여 수중부의 요 방향 회전 및 피치 방향 회전 구동을 제어하고,
    시험체 전용 고전압 슬립링을 이용하여 시험 대상의 제어 전원 및 송신 전원 공급을 제어하고,
    통신용 슬립링을 이용하여 시험 대상과 수중부의 통신을 수행하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법.
18. 청구항 17에 있어서,
    피치 제어 단계는 피치 회전축을 상측과 하측으로 회전이 가능하도록 구성하되, 상측은 하측보다 상대적으로 작은 운용 각도를 갖도록 물리적으로 설계되고, 피치 회전축의 운용 각도는 시험 목적에 따라서 결정되는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법.
19. 청구항 18에 있어서,
    피치 회전축의 운용 각도는 특정 위치에 고정된 스톱퍼에 의해서 물리적으로 제한되는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법.
20. 청구항 19에 있어서,
    시험 대상은 수중 유도 무기 또는 수중 이동체의 전면부에 탑재되는 능동 소나 시스템인 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법.
21. 청구항 20에 있어서,
    피치 제어부에서 제어하는 제3 모터는 전원 오프시 브레이크 걸리는 기능을 갖춘 서보 모터를 적용하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법.
22. 청구항 21에 있어서,
    자세 센서에서 검출되는 자세 정보는 시험 선박의 자세 정보값과 일치하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법.
23. 청구항 22에 있어서,
    시험 선박을 특정 방위로 이동시 시험 대상은 동일한 속도와 방향으로 이동되고,
    시험 선박의 이동 과정에서 시험 대상으로부터 유동 소음을 측정하여 분석에 이용할 수 있는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법.
24. 청구항 23에 있어서,
    자세 센서는 수상부에 장착되어 시험 선박과 동일한 자세 정보를 검출하고,
    피치 제어 단계는 표적의 깊이 정보와 시험 선박과의 거리를 고려한 피치 제어 값을 산출하고, 산출된 피치 제어 값에 수렴하도록 제3 모터의 구동을 제어하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법.
25. 청구항 24에 있어서,
    요 제어 단계는 자세센서의 요 방향 정보와 요 엔코더의 검출값을 비교하고, 검출되는 오프셋값을 보상하면서 임무 수행을 위하여 입력한 표적 방위에 시험 대상이 위치할 때까지 제2 모터를 좌 또는 우 방향 구동 제어 하는 수중 유도 무기용 능동 소나 해상 시험 장치의 제어 방법.