KR20100075089A - 수중 음향통신 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중음향 통신 장치에 관한 것으로서, 음향신호를 송출하는 다수의 음향송출센서가 어레이되어 부유체에 설치된 음향송신부와, 음향신호를 수신하는 다수의 음향수신센서가 어레이되어 부유체에 설치된 음향수신부와, 부유체의 좌표값과 움직임에 의한 상하 및 좌우 방향변동 정보를 검출하는 센서부와, 음향수신부에 수신된 음향신호로부터 음향신호를 송출한 송출장치의 위치를 산출하고, 센서부로부터 출력되는 위치 및 방향변동정보를 이용하여 음향신호를 송출한 송출기의 위치에 대응되게 음향송신부에서 출사되는 음향빔의 출사방향을 제어하는 제어부를 구비한다. 이러한 수중음향 통신 장치 및 방법에 따르면 해류, 파도 등에 의한 유동 및 선박과 같이 움직이는 상황하에서도 기기 상호간의 통신감도를 최적으로 유지할 수 있는 장점을 제공한다.

수중통신, 음향센서, 좌표값, 위치변동

Description

수중 음향통신 장치 및 방법{apparatus and method of underwater acoustic communication}

본 발명은 수중 음향통신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 해상 부유체의 위치 및 방향의 변동에 관계없이 통신을 효율적으로 수행할 수 있는 수중음향 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 해양 자원에 대한 개발을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 예를 들면, 심해 지하의 마그마에서 방출된 열수가 상승하면서 형성된 열수광상 주변의 심해생물 유전자 조사를 통한 신물질, 신약 개발연구, 망간단괴와 메탄하이드레이트와 같은 심해자원 채취를 위한 조사작업, 심해 생물 연구, 해양 환경 계측, 해양 사고 구난 작업 등 다양한 수중에서의 탐사 및 작업에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한 해양 탐사 및 작업을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 해저 시설물 또는 장치와 육상과의 통신을 중계할 수 있는 수중 통신망이 요구되고 있다.

일반적으로 수중에서는 음파를 이용하는 통신이 수행되고 있는데, 부유체 예를 들면 부표를 통해 해저시설물과 육상과의 통신을 중계하고자 하는 경우 부유체 에서 해저 시설물로 데이터 통신을 수행할 때 부유체가 해류 및 파도의 영향으로 해저 시설물에 데이터를 전송하는 송수신 센서 위치가 실시간으로 가변될 수 있어, 이에 대한 통신단절을 억제시킬 수 있는 방안이 요구된다. 또한, 이동하는 선박과 해저 시설물과의 데이터 통신을 수행할 때 선박의 이동으로 인해서 데이터 송수신이 어렵기 때문에 이동하는 상태에서의 통신을 지원하는 방안이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 부유체의 위치 변동상태를 감지하여 실시간으로 송신 및 수신음향의 빔지향 방향을 조정할 수 있는 수중 음향 통신 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수중 음향 통신 장치는 음향신호를 송출하는 다수의 음향송출센서가 어레이되어 부유체에 설치된 음향송신부와; 음향신호를 수신하는 다수의 음향수신센서가 어레이되어 상기 부유체에 설치된 음향수신부와; 상기 부유체의 좌표값과 움직임에 의한 상하 및 좌우 방향변동 정보를 검출하는 센서부와; 상기 음향수신부에 수신된 음향신호로부터 상기 음향신호를 송출한 송출장치의 위치를 산출하고, 상기 센서부로부터 출력되는 위치 및 방향변동정보를 이용하여 상기 음향신호를 송출한 송출기의 위치에 대응되게 상기 음향송신부에서 출사되는 음향빔의 출사방향을 제어하는 제어부;를 구비한다.

바람직하게는 상기 센서부는 상기 부유체의 좌표값을 검출하여 상기 제어부에 출력하는 GPS수신기와; 상기 부유체의 움직임에 의한 상하 및 좌우 방향 변동 정보를 검출하는 움직임 검출센서;를 포함한다.

더욱 바람직하게는 상기 부유체는 부표, 잠수정, 선박, 소형 해상 구조물 중 어느 하나가 적용된다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수중 음향통신 방법은 음향신호를 송출하는 다수의 음향송출센서가 어레이되어 부유체에 설치된 음향송신부와, 음향신호를 수신하는 다수의 음향송출센서가 어레이되어 상기 부유체에 설치된 음향수신부를 통해 음파로 통신을 수행하는 수중통신 방법에 있어서, 상기 부유체에 대해 현위치에 대한 좌표값을 검출하는 단계와; 상기 부유체의 움직임에 의한 방향변동정보를 검출하는 단계와; 상기 음향수신부의 음향송출센서 어레이를 통해 수신된 음향신호의 송출위치를 산출하는 단계와; 상기 음향신호의 송출위치와 상기 부유체의 위치 및 방향변동정보를 이용하여 상기 음향송신부의 음향송출센서 어레이를 통해 출사되는 송출빔의 출사방향이 상기 음향신호의 송출위치에 대응되게 출사되도록 상기 음향송신부의 음향송출센서 어레이를 통해 출사되는 송출빔의 출사방향을 제어하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 수중 음향통신 장치 및 방법에 따르면 해류, 파도 등에 의한 유동 및 선박과 같이 움직이는 상황하에서도 기기 상호간의 통신감도를 최적으로 유지할 수 있는 장점을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수중 음향통신 장치 및 방법을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수중 음향통신 장치의 일 예를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 부표에 설치된 장치의 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면 수중 음향통신 장치(100)는 부표(110), 센서 부(120), 제어부(130), 음향 송신부(140) 및 음향 수신부(150)를 구비한다.

부표(110)는 해양 부유체의 일 예로서 적용된 것이다.

센서부(120)는 부표(110)의 좌표값, 상하 및 좌우 방향에 대한 움직임에 의한 방향변동 정보를 검출한다.

센서부(120)는 부표(110)의 절대좌표를 검출하기 위한 GPS수신기로서 DGPS(121)와, 부표(110)의 상하 방향, 좌우방향에 대한 방향 변위량을 검출하기 위한 움직임 검출센서(123)를 구비한다.

여기서 움직임 검출센서(123)는 3축 움직임을 검출하는 가속도센서, 상하방향에 대한 변위량을 검출하는 피치검출센서, 좌우방향에 대한 변위량을 검출하는 자이로센서가 적용될 수 있다.

또한, 가속도센서, 피치검출센서 및 자이로센서 등은 각각 방향 변동량 정보의 검출 정밀도를 높이기 위해 다수개가 부표(110) 상의 상호 다른 위치에 설치될 수 있다.

음향 송신부(140)는 음향신호를 송출하는 다수의 음향송출센서(141)가 어레이되어 부유체(110)에 설치되어 있다.

음향 송신부(140)는 제어부(130)에 제어되어 초음파를 송출한다.

음향 수신부(150)는 음향신호를 수신하는 다수의 음향수신센서(151)가 어레이되어 부표(110)에 설치되어 있다.

음향수신부(150)는 수신된 음향신호(150)를 제어부(130)에 출력한다.

제어부(130)는 음향수신부(150)의 각 음향수신센서(151)들로부터 수신된 음 향신호로부터 광대역 빔형성 기법을 이용하여 음향신호를 송출한 송신장치의 위치 즉, 거리 및 방향을 산출하고, 센서부(120)로부터 출력되는 좌표값과 상하 및 좌우 방향변동정보를 이용하여 음향신호를 송출한 송출장치의 위치 즉, 거리 및 방향에 대응되게 음향송신부(140)에서 출사되는 음향빔의 출사방향을 제어한다.

즉, 제어부(130)는 DGPS(121)를 통해 수신된 부표(110)의 절대 좌표값을 기준으로 움직임 검출센서(123)들이 설치된 상대 좌표값과, 움직임 검출센서(123)로부터 측정된 상하 및 좌우 방향에 대한 방향 변동값을 산출하여 부표(110)의 현재의 위치 및 방향을 판단하고, 판단된 위치 및 방향을 기준으로 송출장치 방향으로 음향빔이 송출되기 위한 음향빔의 출사방향과, 송출장치로부터 송출된 신호를 수신할 수 있도록 음향 수신빔의 수신방향을 제어한다.

한편, 해상에서 부표(110)는 파도나 해류에 의해서 지속적으로 움직이기 때문에 제어부(130)는 음향송출부(140)를 통해 송출되는 음향빔의 빔폭 및 수신되는 음향빔의 빔폭(beam angle)이 일정범위 예를 들면 15°를 유지할 수 있도록 음향 송신부(140) 및 음향 수신부(150)를 제어하는 것이 바람직하다. 이 경우 부표(110)가 미세한 각도 변경 예를 들면 15°미만으로 방향이 변동되는 경우에는 제어부(130)의 음향빔의 송출 및 수신을 위한 부가적인 제어를 수행하지 않아도 되기 때문에 제어부(130)의 제어를 위한 연산 부담이 완화될 수 있다.

일 예로서, 해저에 고정되게 설치된 해저 기지국(200)이 부표(110)를 통해 통신을 수행하고 있는 경우, 부표(110)가 파력에 의해 유동될 때 제어부(130)는 해저 기지국(200)의 방향을 음향 수신부(150)에 수신된 신호로부터 해저 기지국(200) 의 방향을 산출하고, 산출된 방향에 대응되게 음향신호가 음향 송신부(140)에서 출사되게 음향빔의 출사지향각을 조정한다.

한편, 도시된 예에서는 해상 부유체에 대해 부표(110)를 예로 설명하였으나, 해저에서 이동되는 잠수로봇(300), 선박(미도시), 소형 해상 구조물(미도시)에도 본 장치가 설치되어 사용될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 수중통신 장치의 일 예를 나타내 보인 도면이다.

도 2는 도 1의 부표에 설치된 장치의 블록도이다.

Claims (5)

1. 음향신호를 송출하는 다수의 음향송출센서가 어레이되어 부유체에 설치된 음향송신부와;

   음향신호를 수신하는 다수의 음향수신센서가 어레이되어 상기 부유체에 설치된 음향수신부와;

   상기 부유체의 좌표값과 움직임에 의한 상하 및 좌우 방향변동 정보를 검출하는 센서부와;

   상기 음향수신부에 수신된 음향신호로부터 상기 음향신호를 송출한 송출장치의 위치를 산출하고, 상기 센서부로부터 출력되는 위치 및 방향변동정보를 이용하여 상기 음향신호를 송출한 송출기의 위치에 대응되게 상기 음향송신부에서 출사되는 음향빔의 출사방향을 제어하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 음향통신 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 센서부는

   상기 부유체의 좌표값을 검출하여 상기 제어부에 출력하는 GPS수신기와;

   상기 부유체의 움직임에 의한 상하 및 좌우 방향 변동 정보를 검출하는 움직임 검출센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 음향통신 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 부유체는 부표, 잠수정, 선박, 소형 해상 구조물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수중 음향통신 장치.
4. 음향신호를 송출하는 다수의 음향송출센서가 어레이되어 부유체에 설치된 음향송신부와, 음향신호를 수신하는 다수의 음향송출센서가 어레이되어 상기 부유체에 설치된 음향수신부를 통해 음파로 통신을 수행하는 수중 음향통신 방법에 있어서,

   상기 부유체에 대해 현위치에 대한 좌표값을 검출하는 단계와;

   상기 부유체의 움직임에 의한 방향변동정보를 검출하는 단계와;

   상기 음향수신부의 음향송출센서 어레이를 통해 수신된 음향신호의 송출위치를 산출하는 단계와;

   상기 음향신호의 송출위치와 상기 부유체의 위치 및 방향변동정보를 이용하여 상기 음향송신부의 음향송출센서 어레이를 통해 출사되는 송출빔의 출사방향이 상기 음향신호의 송출위치에 대응되게 출사되도록 상기 음향송신부의 음향송출센서 어레이를 통해 출사되는 송출빔의 출사방향을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 음향통신 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 부유체는 부표, 잠수정, 선박, 소형 해상 구조물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수중 음향통신 방법.

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