KR102613533B1 - 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치 및 방법 - Google Patents

수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치 및 방법은, 온도 및 수심을 포함하는 외부 환경을 기반으로 수중에서 운용되는 시스템의 송신 신호의 전력을 능동적으로 제어함으로써, 환경적 요인으로부터 발생하는 음향 센서의 특성 변동에 대해 능동적으로 송신 출력을 조절하여 탐지 성능의 변화없이 요구 성능을 충족시킬 수 있다.

Description

수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치 및 방법{Power control apparatus and method for transmission signal based on characteristic variation of underwater sensor}
본 발명은 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수중에서 운용되는 시스템의 송신 신호의 전력을 제어하는, 장치 및 방법에 관한 것이다.
수중에서 능동 모드로 동작하여 송신기에서 발생한 전기적 신호를 음향 센서에서 음향 신호로 변환하여 방사하는 송신 시스템은 탐지 거리 충족을 위해 일정 값 이상의 송신 성능이 요구된다. 송신 시스템은 음향 센서와 이를 부하로 하여 송신 출력 신호를 발생하는 송신기로 구성된다. 송신기를 설계하기 위해서는 부하로 동작하는 음향 센서의 임피던스와 출력 신호 크기 결정을 위한 송신 감도가 요구되며, 이는 개발된 음향센서의 수중 음향 시험을 통해 측정한다. 송신기는 위에서 설명한 음향 센서의 특성(임피던스, 송신 감도)을 활용하여 송신 출력의 능력(허용 전압, 허용 전류, 허용 전력 등)을 설계한다.
종래에는 요구되는 송신 성능을 만족하기 위해 단순한 PWM(pulse width modulation) 제어 명령에 기인한 송신 출력이 발생하는 Open-Loop 제어 기법과 수중 센서가 운용되는 외부 환경 정보 없이 송신 출력만을 감지하여 일정한 송신 출력을 발생시키는 Closed-Loop 제어 기법이 있다. 그러나, 수심(압력), 온도 등의 실제 운용 환경으로 인하여 음향 센서의 임피던스 및 송신 감도 특성 변동은 피할 수 없다. 종래의 제어 기법은 가변되는 외부 환경에 의한 부하 변동에 능동적으로 대처하지 못하여 초기 설계된 요구 성능을 만족할 수 없는 결과를 초래할 수 있다.
즉, 송신기의 보편적인 제어 기법(Open-Loop 제어, Closed-Loop 제어)은 외부 환경 변화에 따른 음향 센서의 특성 변동에 즉각적으로 대응할 수 없으므로 송신 성능에 저하가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 일정한 송신 성능을 유지하기 위한 유효 전력 제어가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 목적은, 온도 및 수심을 포함하는 외부 환경을 기반으로 수중에서 운용되는 시스템의 송신 신호의 전력을 능동적으로 제어하는, 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치는, 외부 환경 정보를 센싱하는 센싱부; 전기 신호를 음향 신호로 변환하고, 상기 음향 신호를 외부로 송신하는 음향 송신부; 미리 설정된 송신 신호 변수 정보를 기반으로 송신 신호를 생성하고, 상기 송신 신호를 상기 음향 송신부에 제공하는 신호 송신부; 및 미리 저장된 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보, 상기 외부 환경 정보 및 상기 송신 신호로부터 획득한 현재 유효 전력 정보를 기반으로 업데이트 지령 전압 정보를 생성하고, 상기 업데이트 지령 전압 정보를 기반으로 상기 송신 신호를 업데이트하도록 상기 업데이트 지령 전압 정보를 상기 신호 송신부에 제공하는 제어부;를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보를 이용하여 상기 외부 환경 정보에 대응되는 지령 유효 전력 정보를 획득하고, 상기 지령 유효 전력 정보 및 상기 현재 유효 전력 정보를 기반으로 상기 업데이트 지령 전압 정보를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 송신 신호로부터 현재 전압 정보, 현재 전류 정보 및 현재 위상 정보를 포함하는 송신 신호 정보를 획득하고, 상기 송신 신호 정보를 기반으로 상기 현재 유효 전력 정보 및 현재 지령 전압 정보를 획득할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 지령 유효 전력 정보 및 상기 현재 유효 전력 정보를 기반으로 전력 오차 정보를 획득하고, 상기 전력 오차 정보 및 상기 현재 지령 전압 정보를 기반으로 최종 지령 전압 정보를 획득하며, 상기 최종 지령 전압 정보를 기반으로 상기 업데이트 지령 전압 정보를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 최종 지령 전압 정보 및 상기 현재 지령 전압 정보를 기반으로 전압 오차 정보를 획득하고, 상기 전압 오차 정보를 기반으로 상기 업데이트 지령 전압 정보를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 전압 오차 정보를 기반으로 비례 적분(proportional integral) 제어를 통해 상기 업데이트 지령 전압 정보를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보는, 임피던스 및 송신 감도를 포함하는 음향 센서 특성 정보가 외부 환경별로 대응되어 있는 정보일 수 있다.
여기서, 상기 외부 환경 정보는, 온도 정보 및 수심 정보를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 송신 신호 변수 정보는, 송신 신호 형태 정보, 송신 신호 주파수 정보, 송신 신호 펄스 길이 정보 및 송신 신호 펄스 반복 주기 정보를 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 방법은, 외부 환경 정보를 센싱하는 센싱부, 전기 신호를 음향 신호로 변환하고 상기 음향 신호를 외부로 송신하는 음향 송신부, 미리 설정된 송신 신호 변수 정보를 기반으로 송신 신호를 생성하고 상기 송신 신호를 상기 음향 송신부에 제공하는 신호 송신부 및 제어부를 포함하는 전력 제어 장치에 의해 수행되는 송신 신호의 전력 제어 방법으로서, 상기 센싱부가, 상기 외부 환경 정보를 센싱하는 단계; 상기 제어부가, 미리 저장된 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보, 상기 외부 환경 정보 및 상기 송신 신호로부터 획득한 현재 유효 전력 정보를 기반으로 업데이트 지령 전압 정보를 생성하는 단계; 및 상기 제어부가, 상기 업데이트 지령 전압 정보를 기반으로 상기 송신 신호를 업데이트하도록 상기 업데이트 지령 전압 정보를 상기 신호 송신부에 제공하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 업데이트 지령 전압 정보 생성 단계는, 상기 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보를 이용하여 상기 외부 환경 정보에 대응되는 지령 유효 전력 정보를 획득하고, 상기 지령 유효 전력 정보 및 상기 현재 유효 전력 정보를 기반으로 상기 업데이트 지령 전압 정보를 생성하는 것으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 업데이트 지령 전압 정보 생성 단계는, 상기 송신 신호로부터 현재 전압 정보, 현재 전류 정보 및 현재 위상 정보를 포함하는 송신 신호 정보를 획득하고, 상기 송신 신호 정보를 기반으로 상기 현재 유효 전력 정보 및 현재 지령 전압 정보를 획득하는 것으로 이루어질 수 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장되어 상기한 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 방법 중 어느 하나를 컴퓨터에서 실행시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치 및 방법에 의하면, 온도 및 수심을 포함하는 외부 환경을 기반으로 수중에서 운용되는 시스템의 송신 신호의 전력을 능동적으로 제어함으로써, 환경적 요인으로부터 발생하는 음향 센서의 특성 변동에 대해 능동적으로 송신 출력을 조절하여 탐지 성능의 변화없이 요구 성능을 충족시킬 수 있다.
또한, 사전에 음향 센서의 특성 변동을 고려하여 송신기의 설계 용량을 불필요하게 크게 설계하지 않아도 되기 때문에 송신기의 물리적 크기 증가 및 비용 증가 등으로 인한 부가적인 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 음향 센서와 송신기를 포함하며 특히 온도 및 수심(압력) 등 환경 요인에 큰 영향을 받는 음향 센서를 포함한 시스템에 범용적으로 적용할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송신 신호의 전력 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송신 신호의 전력 제어 동작의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 도 5에 도시한 업데이트 지령 전압 정보 생성 단계의 세부 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다" 또는 "포함할 수 있다"등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에 기재된 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터 구조들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송신 신호의 전력 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치(이하 '송신 신호 전력 제어 장치'라 한다)(100)는 온도 및 수심을 포함하는 외부 환경을 기반으로 수중에서 운용되는 시스템의 송신 신호의 전력을 능동적으로 제어한다.
이에 따라, 본 발명은 환경적 요인으로부터 발생하는 음향 센서의 특성 변동에 대해 능동적으로 송신 출력을 조절하여 탐지 성능의 변화없이 요구 성능을 충족시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 사전에 음향 센서의 특성 변동을 고려하여 송신기의 설계 용량을 불필요하게 크게 설계하지 않아도 되기 때문에 송신기의 물리적 크기 증가 및 비용 증가 등으로 인한 부가적인 문제점을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 음향 센서와 송신기를 포함하며 특히 온도 및 수심(압력) 등 환경 요인에 큰 영향을 받는 음향 센서를 포함한 시스템에 범용적으로 적용할 수 있다.
즉, 수중에서 운용되는 음향 센서는 외부 환경(온도, 수심 등) 변화에 따른 특성(임피던스, 송신 감도)이 변화됨으로써 송신 성능의 저하가 발생될 수 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 일정한 송신 성능을 유지하기 위해, 외부 환경 정보(온도 정보, 수심 정보 등) 및 그에 따른 부하 임피던스, 송신 감도 등 데이터베이스화된 정보를 활용하여 송신 출력을 제어하는 기법에 대한 것이다. 여기서, 데이터베이스화된 정보는 외부 환경(온도, 수심)에 따른 음향 센서의 음향특성 정보를 사전 시험을 통해 룩업 테이블(lookup table)화한 정보 등일 수 있다.
다시 설명하면, 본 발명은 외부 환경 정보(온도 정보, 수심 정보 등) 및 그에 따른 음향 센서의 임피던스, 송신 감도 등을 시험을 통해 사전에 확보하고, 이를 바탕으로 데이터베이스화된 정보를 활용하여 음향 센서의 특성 변동에 능동적으로 대처하여 일정한 송신 성능을 유지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 외부 환경 정보 및 음향 센서 특성 등 데이터베이스화된 정보를 활용하여 음향 센서 특성 변동에 능동적으로 대처할 수 있는 전력 제어 기법을 제안하는 것이다.
또한, 본 발명은 위와 같은 데이터베이스를 활용한 전력 제어 기법을 송신 시스템에 적용할 경우, 음향 센서의 특성 변화에 영향을 받는 송신기의 송신 전압/전류를 모니터링하여 일정한 송신 성능을 출력할 수 있도록 송신 전압 값을 자동으로 제어할 수 있다. 이는 의도하지 않은 송신 음압의 변화를 방지할 수 있어, 일정한 성능의 송신 시스템을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 수중에서 운용되는 음향 센서와 송신기를 포함한 수중 무기 및 감시 체계에 적용될 수 있다. 물론, 본 발명은 송신기의 부하 특성에 변동이 발생하여도 부하로 출력되는 유효 전력을 일정하게 제어하기 위한 기타 시스템에도 적용될 수 있다.
이를 위해, 송신 신호 전력 제어 장치(100)는 센싱부(110), 저장부(120), 음향 송신부(130), 신호 송신부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
센싱부(110)는 송신 신호 전력 제어 장치(100)의 외부 환경 정보를 센싱할 수 있다.
여기서, 외부 환경 정보는 온도 정보 및 수심 정보를 포함할 수 있다.
즉, 센싱부(110)는 현재 온도를 검출하는 온도 센서(도시하지 않음)를 포함하며, 온도 센서를 통해 송신 신호 전력 제어 장치(100)의 현재 온도 정보를 획득할 수 있다.
그리고, 센싱부(110)는 현재 수심을 검출하는 수심 센서(도시하지 않음)를 포함하며, 수심 센서를 통해 송신 신호 전력 제어 장치(100)의 현재 수심 정보를 획득할 수 있다.
저장부(120)는 송신 신호 전력 제어 장치(100)의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 역할을 수행하며, 프로그램 영역과 데이터 영역으로 구분될 수 있다.
여기서, 프로그램 영역은 송신 신호 전력 제어 장치(100)의 전반적인 동작을 제어하는 프로그램, 송신 신호 전력 제어 장치(100)를 부팅시키는 운영체제(operating system, OS), 외부 환경 정보의 센싱, 외부 환경 정보를 기반으로 송신 신호의 전력 제어 등과 같은 송신 신호 전력 제어 장치(100)의 동작에 필요한 응용 프로그램 등을 저장할 수 있다.
그리고, 데이터 영역은 송신 신호 전력 제어 장치(100)의 사용에 따라 발생하는 데이터가 저장되는 영역으로서, 송신 신호 변수 정보, 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보 등을 저장할 수 있다.
송신 신호 변수 정보는 송신 신호 형태 정보, 송신 신호 주파수 정보, 송신 신호 펄스 길이 정보 및 송신 신호 펄스 반복 주기 정보를 포함할 수 있다. 제어부(150)는 관리자의 요청에 따라 송신 신호 변수 정보를 설정하고, 설정된 송신 신호 변수 정보를 저장부(120)에 저장할 수 있다.
외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보는 임피던스 및 송신 감도를 포함하는 음향 센서 특성 정보가 외부 환경(온도 및 수심)별로 대응되어 있는 정보일 수 있다. 외후 환경에 따른 음향 센서 특성 정보는 사전 시험 등을 통해 구축되어 저장부(120)에 저장될 수 있다.
음향 송신부(130)는 전기 신호를 음향 신호로 변환하고, 음향 신호를 외부로 송신할 수 있다.
즉, 음향 송신부(130)는 음향 센서(도시하지 않음)를 포함하며, 음향 센서를 통해, 신호 송신부(140)로부터 제공된 송신 신호를 음향 신호로 변환하여 외부로 송신할 수 있다.
신호 송신부(140)는 미리 설정된 송신 신호 변수 정보를 기반으로 송신 신호를 생성하고, 송신 신호를 음향 송신부(130)에 제공할 수 있다.
이때, 신호 송신부(140)는 제어부(150)로부터 업데이트 지령 전압 정보를 제공받으면, 업데이트 지령 전압 정보를 기반으로 송신 신호를 업데이트하고, 업데이트한 송신 신호를 음향 송신부(130)에 제공할 수 있다.
제어부(150)는 미리 저장된 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보, 센싱부(110)를 통해 센싱한 외부 환경 정보 및 신호 송신부(140)로부터 음향 송신부(130)로 송신되는 송신 신호로부터 획득한 현재 유효 전력 정보를 기반으로 업데이트 지령 전압 정보를 생성할 수 있다.
그리고, 제어부(150)는 신호 송신부(140)가 업데이트 지령 전압 정보를 기반으로 송신 신호를 업데이트하도록 업데이트 지령 전압 정보를 신호 송신부(140)에 제공할 수 있다.
도 2를 참조하여 보다 자세히 설명하면, 제어부(150)는 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보를 이용하여 외부 환경 정보에 대응되는 지령 유효 전력 정보를 획득하고, 지령 유효 전력 정보 및 현재 유효 전력 정보를 기반으로 업데이트 지령 전압 정보를 생성할 수 있다.
예컨대, 제어부(150)는 음향 센서 특성 정보(임피던스 및 송신 감도)가 외부 환경(온도 및 수심)별로 대응되어 있는 정보인 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보를 기반으로 센싱부(110)를 통해 센싱한 외부 환경 정보(온도 정보 및 수심 정보)에 대응되는 음향 센서 특성 정보(임피던스 및 송신 감도)를 획득하고, 획득한 음향 센서 특성 정보를 기반으로 외부 환경 정보(온도 정보 및 수심 정보)에 대응되는 지령 유효 전력 정보를 획득할 수 있다. 물론, 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보는 외부 환경(온도 및 수심)별로 유효 전력이 대응되어 있는 정보를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 제어부(150)는 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보를 기반으로 센싱부(110)를 통해 센싱한 외부 환경 정보(온도 정보 및 수심 정보)에 대응되는 유효 전력을 통해 지령 유효 전력 정보를 획득할 수도 있다.
이때, 제어부(150)는 송신 신호로부터 송신 신호 정보를 획득하고, 송신 신호 정보를 기반으로 현재 유효 전력 정보 및 현재 지령 전압 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 송신 신호 정보는 현재 전압 정보, 현재 전류 정보 및 현재 위상 정보를 포함할 수 있다.
즉, 제어부(150)는 지령 유효 전력 정보 및 현재 유효 전력 정보를 기반으로 전력 오차 정보를 획득하고, 전력 오차 정보 및 현재 지령 전압 정보를 기반으로 최종 지령 전압 정보를 획득하며, 최종 지령 전압 정보를 기반으로 업데이트 지령 전압 정보를 생성할 수 있다.
이때, 제어부(150)는 최종 지령 전압 정보 및 현재 지령 전압 정보를 기반으로 전압 오차 정보를 획득하고, 전압 오차 정보를 기반으로 업데이트 지령 전압 정보를 생성할 수 있다.
예컨대, 제어부(150)는 전압 오차 정보를 기반으로 비례 적분(proportional integral) 제어를 통해 업데이트 지령 전압 정보를 생성할 수 있다.
그러면, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치의 일례에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 송신 신호 전력 제어 장치(100)의 일례는 음향 센서로 출력되는 송신기의 전압과 전류를 센싱하여 제어기 변수로 궤한하는 Closed-Loop 기반의 Feed-Back 전력 제어 방식을 적용할 수 있다. 전력 제어를 위한 지령값은 운용자에 의해 입력되거나, 변동폭 설정에 의해 능동적으로 적용되거나, Feed-Forward Loop를 통해 외부 환경 변수를 반영한 음향 센서의 유효 전력 특성을 데이터베이스화하여 시스템에 장착된 온도 센서와 수심 센서로 운용 환경을 모니터링하여 능동적으로 적용될 수 있다.
보다 자세히 설명하면, Feed-Forward Loop는 시스템에 장착된 온도 센서와 수심 센서로부터 운용 환경에 대한 정보를 수집하고, 이를 기반으로 음향 센서의 특성 정보를 이용하여 지령 유효 전력 정보(PW *)를 생성하도록 구성될 수 있다. 음향 센서의 특성 변화에 따른 출력 변화에 대한 정보를 이용하여 최종 제어량을 생성하는데 이용된다. 지령 유효 전력 정보는 음향 센서 자체 특성을 기준으로 변동폭을 설정 혹은 수심/수온의 환경 변수를 적용한 모델링을 기반으로 데이터베이스화 하여서도 사용할 수 있다. 운용자가 지령 유효 전력 정보를 직접 입력하는 형태로도 가능하다. 데이터베이스화하여 사용 시에는 시스템에 장착된 온도 센서와 수심 센서를 통해 현재 운용 환경을 모니터링하여 최적의 지령 유효 전력 정보를 추출하여 적용할 수 있다.
그리고, 음향 센서로 출력되는 송신기의 현재 상태의 전압과 전류의 크기 및 위상을 센싱하여 현재 유효 전력 정보(PW)를 계산할 수 있다.
그리고, 지령 유효 전력 정보(PW *)와 현재 유효 전력 정보(PW)의 오차(PW e)와 현재 출력되는 현재 지령 전압 정보[Vref(before)]를 기반으로 지령 유효 전력 발생을 위한 Feed-forward Loop의 최종 지령 전압 정보(Vref *)를 계산할 수 있다. 이를 송신기에서 현재 출력되는 현재 지령 전압 정보[Vref(before)]와 비교하여 전압 오차 정보(Vref e)를 생성할 수 있다.
그리고, 이 전압 오차 정보(Vref e)를 제거하기 위해, 비례 적분(proportional integral, PI) 제어기를 거쳐 업데이트 지령 전압 정보[Vref(update)]를 생성할 수 있다.
그리고, 생성된 업데이트 지령 전압 정보[Vref(update)]를 송신기에 입력하여 전력 제어 결과가 반영되어 생성된 송신 출력 신호를 음향 센서로 전달할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 기법을 기반으로 음향 센서와 송신기를 포함한 송신 시스템에 적용하면, 실시간으로 송신기에서 출력되는 유효 전력량을 모니터링/제어하여 시스템의 성능 변화 없이 요구 성능을 충족할 수 있다. 송신기의 불필요한 과설계없이 효율적으로 전력 제어가 가능하기 때문에 유사 시스템에 적용 등 효용성이 높다.
그러면, 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송신 신호의 전력 제어 동작의 성능에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송신 신호의 전력 제어 동작의 성능을 설명하기 위한 도면으로, 사전 측정된 음향 센서 데이터로부터 요구 성능 충족을 위한 제어 지령치(즉, 지령 유효 전력 정보)를 설정하고, 실제 운용 상항에서 환경적 요인에 의한 음향 센서의 특성 변동에 제어 기법을 적용하여 제어 결과 제어 지령치를 추종함을 도식적으로 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 음향 센서의 운용 수심 및 운용 온도의 변화와 같은 외란(환경적 요인)이 발생한 경우, 전력 제어 미적용 시에는 음향 센서의 특성(임피던스, 송신 감도)이 외란(환경적 요인)의 변화에 따라 변하게 된다. 이러한 음향 센서 특성의 변화에 의해 유효 전력이 지속적으로 변경됨에 따라, 불안정한 송신 시스템이 구현될 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 송신 신호의 전력 제어 동작을 적용하면, 운용 수심 및 운용 온도의 변화에 상응하는 제어 지령치를 지속적으로 추종하여 일정한 성능의 송신 시스템을 구현할 수 있다.
그러면, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 센싱부(110)는 외부 환경 정보를 센싱할 수 있다(S110).
여기서, 외부 환경 정보는 온도 정보 및 수심 정보를 포함할 수 있다.
그런 다음, 제어부(150)는 미리 저장된 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보, 외부 환경 정보 및 송신 신호로부터 획득한 현재 유효 전력 정보를 기반으로 업데이트 지령 전압 정보를 생성할 수 있다(S120).
여기서, 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보는 임피던스 및 송신 감도를 포함하는 음향 센서 특성 정보가 외부 환경(온도 및 수심)별로 대응되어 있는 정보일 수 있다.
이후, 제어부(150)는 업데이트 지령 전압 정보를 기반으로 송신 신호를 업데이트하도록 업데이트 지령 전압 정보를 신호 송신부(140)에 제공할 수 있다(S130).
도 6은 도 5에 도시한 업데이트 지령 전압 정보 생성 단계의 세부 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 제어부(150)는 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보를 이용하여 외부 환경 정보에 대응되는 지령 유효 전력 정보를 획득할 수 있다(S121).
예컨대, 제어부(150)는 음향 센서 특성 정보(임피던스 및 송신 감도)가 외부 환경(온도 및 수심)별로 대응되어 있는 정보인 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보를 기반으로 외부 환경 정보(온도 정보 및 수심 정보)에 대응되는 음향 센서 특성 정보(임피던스 및 송신 감도)를 획득하고, 획득한 음향 센서 특성 정보를 기반으로 외부 환경 정보(온도 정보 및 수심 정보)에 대응되는 지령 유효 전력 정보를 획득할 수 있다. 물론, 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보는 외부 환경(온도 및 수심)별로 유효 전력이 대응되어 있는 정보를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 제어부(150)는 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보를 기반으로 외부 환경 정보(온도 정보 및 수심 정보)에 대응되는 유효 전력을 통해 지령 유효 전력 정보를 획득할 수도 있다.
그런 다음, 제어부(150)는 송신 신호로부터 송신 신호 정보를 획득하고, 송신 신호 정보를 기반으로 현재 유효 전력 정보 및 현재 지령 전압 정보를 획득할 수 있다(S122).
여기서, 송신 신호 정보는 현재 전압 정보, 현재 전류 정보 및 현재 위상 정보를 포함할 수 있다.
그런 다음, 제어부(150)는 지령 유효 전력 정보 및 현재 유효 전력 정보를 기반으로 전력 오차 정보를 획득하고, 전력 오차 정보 및 현재 지령 전압 정보를 기반으로 최종 지령 전압 정보를 획득할 수 있다(S123).
이후, 제어부(150)는 최종 지령 전압 정보 및 현재 지령 전압 정보를 기반으로 전압 오차 정보를 획득하고, 전압 오차 정보를 기반으로 업데이트 지령 전압 정보를 생성할 수 있다(S124).
예컨대, 제어부(150)는 전압 오차 정보를 기반으로 비례 적분(proportional integral) 제어를 통해 업데이트 지령 전압 정보를 생성할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록 매체로서는 자기기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 송신 신호 전력 제어 장치,
110 : 센싱부,
120 : 저장부,
130 : 음향 송신부,
140 : 신호 송신부,
150 : 제어부

Claims (13)

  1. 외부 환경 정보를 센싱하는 센싱부;
    전기 신호를 음향 신호로 변환하고, 상기 음향 신호를 외부로 송신하는 음향 송신부;
    미리 설정된 송신 신호 변수 정보를 기반으로 송신 신호를 생성하고, 상기 송신 신호를 상기 음향 송신부에 제공하는 신호 송신부; 및
    미리 저장된 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보, 상기 외부 환경 정보 및 상기 송신 신호로부터 획득한 현재 유효 전력 정보를 기반으로 업데이트 지령 전압 정보를 생성하고, 상기 업데이트 지령 전압 정보를 기반으로 상기 송신 신호를 업데이트하도록 상기 업데이트 지령 전압 정보를 상기 신호 송신부에 제공하는 제어부;
    를 포함하는 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제어부는,
    상기 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보를 이용하여 상기 외부 환경 정보에 대응되는 지령 유효 전력 정보를 획득하고, 상기 지령 유효 전력 정보 및 상기 현재 유효 전력 정보를 기반으로 상기 업데이트 지령 전압 정보를 생성하는,
    수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제어부는,
    상기 송신 신호로부터 현재 전압 정보, 현재 전류 정보 및 현재 위상 정보를 포함하는 송신 신호 정보를 획득하고, 상기 송신 신호 정보를 기반으로 상기 현재 유효 전력 정보 및 현재 지령 전압 정보를 획득하는,
    수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제어부는,
    상기 지령 유효 전력 정보 및 상기 현재 유효 전력 정보를 기반으로 전력 오차 정보를 획득하고, 상기 전력 오차 정보 및 상기 현재 지령 전압 정보를 기반으로 최종 지령 전압 정보를 획득하며, 상기 최종 지령 전압 정보를 기반으로 상기 업데이트 지령 전압 정보를 생성하는,
    수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제어부는,
    상기 최종 지령 전압 정보 및 상기 현재 지령 전압 정보를 기반으로 전압 오차 정보를 획득하고, 상기 전압 오차 정보를 기반으로 상기 업데이트 지령 전압 정보를 생성하는,
    수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 오차 정보를 기반으로 비례 적분(proportional integral) 제어를 통해 상기 업데이트 지령 전압 정보를 생성하는,
    수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보는,
    임피던스 및 송신 감도를 포함하는 음향 센서 특성 정보가 외부 환경별로 대응되어 있는 정보인,
    수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 외부 환경 정보는,
    온도 정보 및 수심 정보를 포함하는,
    수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 송신 신호 변수 정보는,
    송신 신호 형태 정보, 송신 신호 주파수 정보, 송신 신호 펄스 길이 정보 및 송신 신호 펄스 반복 주기 정보를 포함하는,
    수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 장치.
  10. 외부 환경 정보를 센싱하는 센싱부, 전기 신호를 음향 신호로 변환하고 상기 음향 신호를 외부로 송신하는 음향 송신부, 미리 설정된 송신 신호 변수 정보를 기반으로 송신 신호를 생성하고 상기 송신 신호를 상기 음향 송신부에 제공하는 신호 송신부 및 제어부를 포함하는 전력 제어 장치에 의해 수행되는 송신 신호의 전력 제어 방법으로서,
    상기 센싱부가, 상기 외부 환경 정보를 센싱하는 단계;
    상기 제어부가, 미리 저장된 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보, 상기 외부 환경 정보 및 상기 송신 신호로부터 획득한 현재 유효 전력 정보를 기반으로 업데이트 지령 전압 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 업데이트 지령 전압 정보를 기반으로 상기 송신 신호를 업데이트하도록 상기 업데이트 지령 전압 정보를 상기 신호 송신부에 제공하는 단계;
    를 포함하는 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 업데이트 지령 전압 정보 생성 단계는,
    상기 외부 환경에 따른 음향 센서 특성 정보를 이용하여 상기 외부 환경 정보에 대응되는 지령 유효 전력 정보를 획득하고, 상기 지령 유효 전력 정보 및 상기 현재 유효 전력 정보를 기반으로 상기 업데이트 지령 전압 정보를 생성하는 것으로 이루어지는,
    수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 업데이트 지령 전압 정보 생성 단계는,
    상기 송신 신호로부터 현재 전압 정보, 현재 전류 정보 및 현재 위상 정보를 포함하는 송신 신호 정보를 획득하고, 상기 송신 신호 정보를 기반으로 상기 현재 유효 전력 정보 및 현재 지령 전압 정보를 획득하는 것으로 이루어지는,
    수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 수중 센서의 특성 변동을 고려한 송신 신호의 전력 제어 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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