KR20070098985A - 수중 선박을 추적하는 추적 장치 및 추적 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수중 선박(11)을 추적하기 위한 추적 장치와 추적 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 수중 선박(11)의 순간적인 위치를 측정하기 위한 추적기(15)를 포함하는 플랫폼(13)은 수중에 잠수되어 그 잠수 위치에서 공간적으로 안정화된다. 이를 위해, 플랫폼(13)에는 제어 루프에 배치되고 수평 및 수직으로 작동하는 방향조정 구동장치(18, 19)가 마련된다.

Description

수중 선박을 추적하는 추적 장치 및 추적 방법{DEVICE AND METHOD FOR TRACKING AN UNDERWATER VESSEL}
본 발명은 청구항 1과 청구항 6의 전제부에서 한정된 일반적인 타입의 수중 선박을 추척하는 추적 장치 및 추적 방법에 관한 것이다.
초단기선 원리(SSBL principle)(Simrad HPR-309 Hydroacoustic Position Reference System, Operator's Manual 3rd Edition October 1983, SIMRAD Subsea A/S, March 1985)에 기초한 공지된 추적 시스템은 2가지 요소를 포함한다. 한 가지 요소는 수중 선박 상에 배치되며 수중 선박의 부품으로서, 바람직하게는 부호화되거나 전기적 송신 펄스인 음향 펄스의 수신에 응답하여 부호화되는 것이 바람직한 음향 펄스를 발산하는 트랜스폰더(transponder)/응답기(responder)이고, 다른 하나의 요소는 플랫폼에 배치되며 음향 송신기 및/또는 전기적 송신기와 음향 수신기를 구비하는 추적기(tracking apparatus)이고, 상기 음향 수신기는 서로 소정 간격으로 배치된 2개의 하이드로폰을 구비한다. 수중 선박을 추적할 때, 음향 또는 전기적 호출 펄스는 송신기에 의해 또는 수중 선박에 대한 연결선을 통해 물속으로 연속적으로 송신되며 수중 선박 상의 트랜스폰더/응답기에 의해 수신된다. 수중 선박의 부품으로서, 트랜스폰더/응답기는 각 호출 펄스에 응답하여 응답 펄스를 발 신하고, 상기 응답 펄스는 특정 시간차를 가지고 추적기의 수신기의 2개의 하이드로폰에 의해 수신된다. 수중 선박에 대한 방향 검출 각도는 하이드로폰에서의 전기적 출력 신호들 사이의 위상차로부터 계산되며, 수중 선박과 플랫폼 사이의 거리는, 트랜스폰더/응답기와 관련된 시스템 시간 지연을 고려하여, 호출 펄스의 송신과 상기 호출 펄스에 응답하여 트랜스폰더/응답기에 의해 발신되는 응답 펄스의 도착 사이에 경과한 시간을 측정함으로써 계산된다. 상기 방향 검출과 거리는 플랫폼의 위치에 대한 수중 선박의 위치를 나타낸다.
기뢰를 추적하고 파괴하는 시스템(EP 0 535 044 B1)에 있어서, 폭발성 충전물이 장착된 수중 선박은 수중에서 부유하는 플랫폼으로부터 원거리에서 제어되고, 수중 선박의 위치는 플랫폼에 배치되어 전술한 방식으로 작동되는 추적기를 이용하여 연속적으로 측정된다. 플랫폼은 수중 선박을 수중으로 투입시키기 위한 배치 장치(deployment apparatus)를 구비한다. 플랫폼 자체는 케이블을 통하여 플랫폼에 연결되는 무인 수중 선박이거나 소위 ROV이지만, 또한 모선으로부터 물리적으로 분리되고 모선과 통신하는 보조선일 수도 있다.
그러한 시스템의 경우, 수중의 플랫폼은, 연속적으로 추적기의 위치 및 음향 방위(acoustic orientation)를 변화시키며 심한 경우 수중 선박에 대한 음향 접속이 끊어지는 결과를 초래할 수도 있는 상당한 간섭 변수, 예를 들면 물결, 해류에 노출되므로, 각 선박의 위치를 정확하게 측정하면서 수중 선박을 정확하게 추적하는 것은 제한된 범위에서만 가능하다.
본 발명은, 수중 선박을 추적하는 동안 심지어 불량한 조건하에서도, 수중 선박과 추적기 사이의 음향 접속이 끊어질 위험을 확실하게 사전에 배제하며 수중 선박의 위치를 매우 정확하게 탐지하는 수중 선박 추적을 위한 추적 장치 및 추적 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1의 특징적 구조를 이용하여 달성된다.
본 발명에 따른 장치와 방법은, 능동적인 공간적 안정화의 결과로 플랫폼이 그 위치 뿐만 아니라 요축(yaw axis), 피치축(pitch axis) 및 롤축(roll axis)에 대한 방위를 유지하며, 결과적으로 추적기의 위치 및 음향 방위 모두가 일정하게 유지되고, 이에 따라 적어도 위치를 측정할 때 위치 이동 및 음향 방위의 변화에 의해 야기되는 측정 오차가 최소화된다. 심지어 심한 물결이나 거친 해류의 경우에는, 위치 및 방위에 있어서의 어떠한 오프셋도 보정되며, 추적기와 수중 선박 사이에서 음향 접속이 끊어지는 것 또한 확실하게 방지된다. 본 발명에 따른 추적 장치는 플랫폼과 수중 선박의 어떠한 잠수 깊이에 대해서도 적합하며, 심지어는 20 m를 넘는 깊이에서 사용하기에도 적합하다.
본 발명의 유리한 발전 및 개량과 함께 본 발명에 따른 장치의 유용한 실시예는 청구항 1 내지 6에서 구체화되며, 본 발명의 유리한 발전 및 개량과 함께 본 발명에 따른 방법의 유용한 실시예는 청구항 7 내지 10에서 구체화된다.
본 발명의 한 가지 유리한 실시예에 따르면, 플랫폼에는 수평으로 그리고 수직으로 작동하며 제어 루프에 포함되는 방향조종 구동장치가 마련된다. 개별적으로 제어가능한 이들 방향조종 구동장치는 3개의 직교하는 공간축에 대하여, 다시 말해서 위치 면에서, 그리고 롤축, 피치축 및 요축에 대해 선택된 방위 면에서 매우 정밀한 방식으로 플랫폼을 안정화하는 데 사용될 수 있다. 이 경우에는, 플랫폼의 종축 주위에 종축으로부터 반경방향으로 소정 간격을 두고 고르게 분포하도록 배열되어 있으며 플랫폼의 위치를 이동시키는 데에도 사용될 수 있는 4개의 수평방향 구동장치와, 상기 수평방향 구동장치에 수직으로 배열된 1개의 수직방향 구동장치가 있으면 충분하다.
본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 이후에 보다 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 추적 장치와 연결된 수중 선박이 수송 수단으로부터 하강될 때의 수중 선박의 측면도이다.
도 2는 하강 작업이 종료된 후의 수중 선박과 추적 장치의 측면도이다.
자주식(self-propelled) 무인 수중 선박은 다수의 상이한 수중 임무에 사용되며, 상기 선박은 임무 중에 독자적으로 또는 원격 제어방식으로 그 임무를 수행하고 임무 중에 기록된 데이터를 신호선을 통해 수송 수단으로 송신한다. 상기 임무는, 예를 들어 지도 제작을 위한 해저 지형 또는 해저 특징의 기록, 바다 또는 해저에 있는 물체의 추적 및 이들 물체의 복구 또는 제거 등이다. 수중 선박은 수송 수단에 의해 조사 대상 해역에서 수중에 배치되며, 이동중인 수중 선박은 추적 장치를 사용하여 추적되어 수중 선박의 순간 위치를 수송 수단에서 항상 알 수 있도록 한다.
도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 수송 수단은 추적 장치(12)와 함께 수중 선박(11)을 수중으로 투입하는 헬리콥터(10)이다. 대안적으로, 수송 수단은 수상함(surface ship) 또는 잠수함일 수도 있다.
추적 장치(12)는 플랫폼(13)을 구비하고 이 플랫폼에는 수중 선박(11)을 수중으로 하강시키기 위한 배치 장치(14)와, 시동되어 플랫폼(13)에서 떠나 이동중인 수중 선박(11)의 위치를 연속적으로 탐지하는 추적기(15)가 장착되어 있다. 보다 상세하게 기술되지는 않지만, 예시적인 실시예에서 추적기(15)는, 수중 선박(11) 상의 트랜스폰더/응답기(16)와 통신하며 예를 들어 서두에 종래 기술과 관련하여 기술된 SSBL 원리에 기초하여 작동하는 음향 위치설정 시스템(APS)이며, 트랜스폰더가 작동하는 동안 음향 호출 펄스를 송신하고 응답기가 작동하는 동안 전기적 호출 펄스를 송신하는 송신기 뿐만 아니라 전기-음향 수신기를 구비한다. 전기-음향 수신기는, 서로 소정 간격으로 배치되며 호출 펄스에 응답하여 트랜스폰더/응답기(16)에 의해 송신된 응답 펄스를 수신하는 적어도 2개의 하이드로폰을 구비한다. 평가 유닛은 수중 선박에 대한 방향을 계산하기 위해 하이드로폰 신호들 사이의 위상차를 사용하며, 수중 선박에 대한 거리를 계산하기 위해 송신된 음향 펄스의 전파 시간 측정을 이용한다.
도 1에 도시된 하강 작업 동안, 수중 선박(11)은 플랫폼(13)의 배치 장치(14)에 고정되며, 플랫폼(13)은 헬리콥터(10)에서 (도시 생략된) 케이블 윈 치(cable winch)를 이용하여 수중으로 수중 선박(11)과 함께 추적 장치(12)를 투입하기 위해 하강되는 로프 또는 케이블(17)에 고정된다. 케이블(17)은 추적 장치(12)와 헬리콥터(10) 사이에서 데이터를 교환하기 위한 적어도 하나의 신호선을 포함한다. 추적 장치(12)가 미리 정해놓은 잠수 깊이에 도달하면, 수중 선박(11)은 배치 장치(14)를 작동시켜 플랫폼(13)으로부터 분리되며 그 구동장치가 시동된 후에 플랫폼(13)으로부터 떠나 이동한다(도 2).
수평방향으로 작동하는 복수의 방향조종 구동장치(18)(실시예에서는 이와 같은 방향조종 구동장치가 모두 4개임)와 하나의 수직방향으로 작동하는 방향조종 구동장치(19)가 플랫폼(13) 상에 마련된다. 개별적으로 제어될 수 있는 방향조종 구동장치(18, 19)는 플랫폼 주위로부터의 간섭 변수들을 탐지하기 위한 (도시 생략된) 센서들과 함께 제어 루프에 포함된다. 수평방향으로 작동하는 방향조종 구동장치(18)가 동시에 작동하는 경우, 플랫폼(13)은 종방향으로 전후로 움직일 수 있으며, 수직방향으로 작동하는 방향조종 구동장치(19)를 사용하여 수직으로 상승 혹은 하강될 수 있다. 또한, 수평방향으로 작동하는 방향조종 구동장치(18)를 다른 방식으로 구동하면, 플랫폼(13)이 요축 및 피치축 상에서 회전할 수 있게 된다. 방향조종 구동장치(18, 19)는 제어 변수 탐지용 센서와 함께 제어 루프에 배치된다. 제어된 이들 방향조종 구동장치(18, 19)는 이제 플랫폼(13)의 잠수 위치를 공간적으로 안정화시키는 데 사용되며, 즉 3차원 직교 공간 좌표에서 플랫폼(13)의 방위와 위치를 변화시키는 이동 성분을 보정하는 데 사용된다. 이러한 플랫폼(13)의 공간적 안정화의 결과로, 플랫폼은 그 위치를 유지할 뿐만 아니라 요축, 롤축, 피치축에 대한 모든 이동 또한 보정된다. 결과적으로, 추적기(15)의 하이드로폰들은 플랫폼(13)에서 떠나 이동중인 수중 선박(11)을 추적할 때는 언제나 그 위치와 방향이 변하지 않도록 유지하며, 수중 선박(11)의 순간 위치는 매우 정확하게, 구체적으로 심지어 플랫폼(13)이 심한 물결 또는 상당한 종방향 혹은 횡방향 해류에 노출될 때에도 매우 정확하게 측정된다.
수중 선박(11)에 대한 방향 및 수중 선박(11)과 추적기(15) 사이의 거리의 측정을 비롯한 추적 작업은 종래 기술과 관련하여 서두에 기술한 바와 같이 수행된다. 따라서, 수중 선박(11)이 수중에서 이동하는 동안 플랫폼(13)에 대한 수중 선박(11)의 위치를 항상 알 수 있다. 플랫폼(13)의 절대 위치 및 이에 따른 추적기(15)의 절대 위치를 알고 있기 때문에, 수중 선박(11)의 상대 위치 좌표는 아무런 문제 없이 절대 위치 좌표로 변환이 가능하다.
수중 선박(11)을 추적하는 전술한 추적 장치는, 수중 선박(11)과 조향 장치(20)를 연결하며, 바람직하게는 유리 섬유 케이블이거나 구리선인 조향선(steering wire)(21)을 통해 수중 선박(11)의 구동 장치 및 제어 장치에 송신되는 수중 선박(11)용 조향 신호를 발생시키는 조향 장치(20)에 의해 연장될 수도 있다. 또한, 전기적인 호출 펄스도 추적기(15) 및 트랜스폰더/응답기(16)의 응답기가 작동하는 동안 상기 조향선(21)을 통해 송신된다. 조향 장치(20)의 입력부는 추적기(15)의 출력부와 연결되며, 그 결과 추적기(15)에 의해 측정되는 수중 선박(22)의 순간 위치는 조향 장치(20)를 위해 연속적으로 이용 가능하다. 조향 장치(20)는 (조향 장치에 저장된) 수중 물체의 위치와 상기 순간 위치들을 비교하며, 수중 선박(11)을 위한 조향 신호를 발생시키기 위해 위치 차이를 이용한다. 이들 조향 신호는 최단 경로를 사용하여 수중 물체의 위치까지 수중 선박(11)을 안내하는 데 사용된다.

Claims (10)

  1. 이동중인 수중 선박(11)의 순간 위치를 측정하는 추적기(15)를 구비하는 잠수 플랫폼(13)이 마련된 수중 선박(11) 추적용 추적 장치로서,
    플랫폼(13)은 그 잠수 위치가 공간적으로 안정화되도록 형성되며, 이를 위해 수평 및 수직으로 작동하고 제어 루프에 배치되는 방향조정 구동장치(18, 19)를 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 선박 추적용 추적 장치.
  2. 제1항에 있어서, 종축으로부터 반경방향으로 소정 간격을 두고 종축을 중심으로 고르게 분포하도록 배열되는 4개의 수평방향 방향조정 구동장치(18)와, 적어도 하나의 수직방향 방향조정 구동장치(19)는, 플랫폼(13) 상에 배치되고 개별적으로 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 수중 선박 추적용 추적 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 플랫폼(13)은 수송 수단(10)에 의해 수중으로 하강될 수 있도록 설계되며, 플랫폼(13)과 수송 수단(10)은 데이터를 교환하기 위한 적어도 하나의 신호선을 구비하는 케이블(17)을 매개로 하여 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 수중 선박 추적용 추적 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 플랫폼(13)은 수중 선박(11)을 하강시키기 위한 배치 장치(deployment apparatus)(14)를 구비하는 것을 특징으 로 하는 수중 선박 추적용 추적 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 수중 선박(11)은 호출 펄스에 응답하여 음향 응답 펄스를 송신하는 트랜스폰더/응답기(16)를 구비하며, 추적기(15)는, 전기적인 수신 신호로 변환된 응답 펄스를 이용하여 수중 선박(11)의 순간 위치를 측정하는 신호 처리 유닛 뿐만 아니라 호출 펄스를 송신하기 위한 송신기 및 음향 응답 펄스를 수신하기 위한 전기-음향 수신기를 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 선박 추적용 추적 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 플랫폼(13)상에 배치되며 바람직하게는 유리 섬유 케이블인 조향선(steering wire)(21)을 통해 수중 선박(11)에 대해 송신될 수 있는 조향 신호를 발생시키도록 되어 있는 조향 장치(20)가, 추적기(15)에 연결되며, 추적기(15)에 의해 측정되는 수중 선박(11)의 순간 위치를 (조향 장치에 저장된) 수중 물체의 위치와 연속적으로 비교하고, 수중 물체까지 수중 선박(11)을 안내하는 조향 신호를 발생시키기 위해 위치 차이를 이용하는 것을 특징으로 하는 수중 선박 추적용 추적 장치.
  7. 수중 선박(11)에 의해 송신되는 음향 펄스는 잠수 플랫폼(13)에 의해 수신되며, 전기적인 수신 신호로 변환되고, 수중 선박(11)의 순간 위치는 상기 전기적인 수신 신호를 사용하여 연속적으로 측정되는 것인 수중 선박(11) 추적 방법에 있어 서,
    플랫폼(13)의 잠수 위치는 수평 및 수직으로 작동하는 제어된 방향조정 구동장치(18, 19)를 사용하여 공간적으로 안정화되는 것을 특징으로 하는 수중 선박 추적 방법.
  8. 제7항에 있어서, 플랫폼(13)과 함께 수중 선박(11)이 수송 수단(10)으로부터 수중으로 투입되며, 수중 선박(11)은 플랫폼(13)으로부터 떠나게 되는 것을 특징으로 하는 수중 선박 추적 방법.
  9. 제8항에 있어서, 플랫폼(13)과 수송 수단(10)은 케이블(17)에 연결되어 있고, 케이블(17)은 플랫폼(13)을 하강시키고 끌어올리는 데 사용되며 및/또는 플랫폼(13)과 수송 수단(10) 사이에서 데이터를 교환하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 수중 선박 추적 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 수중 선박(11)에 의해 송신되는 음향 펄스는 플랫폼(13)으로부터 송신되는 전기적 혹은 음향학적 음향 펄스에 의해 트리거링 되는 것을 특징으로 하는 수중 선박 추적 방법.
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