KR20120089977A

KR20120089977A - 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템과 잠수함의 무인 수중 자동 항해를 제어하는 방법

Info

Publication number: KR20120089977A
Application number: KR1020110002853A
Authority: KR
Inventors: 양석우
Original assignee: (주)아모스텍
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2012-08-16
Also published as: KR101188630B1

Abstract

본 발명은 헤드부, 3부분으로 구분한 동체부와 추력을 발생시키는 선미부로 구성되는 소형 잠수함을 제어하는 지능형 무인 수중 자동항해 시스템과 잠수함의 작동 제어방법에 관한 것으로, 독립제어모듈로 구성되는 각 구성부분들로 되는 GPS 수신부, 음파물체감지부, 외부콘솔과 무선통신을 하는 무선통신부, 외부콘솔과 통신하여 시스템제어 되게 한 제 1 CPU들로 구성되는 주제어프린트회로기판; 독립제어모듈로 구성되는 각 구성부분들로 되는 선체의 속도를 검출하는 선체속도검출부, 선체의 무인항해를 하기 위하여 필요한 다양한 센서들의 정보를 수집하고 처리하는 데이터처리부, 선체의 방향, 수중이거나 표면에서의 자세를 제어하는 자세제어부와 선체의 추력을 발생시키는 추력부와 제1 CPU와 데이터통신 하는 제2 CPU를 구비한 제1 부제어프린트회로기판과; 독립제어모듈로 구성되는 하나이상의 카메라의 작동을 제어하는 카메라제어부, 잠수함의 측면에 물체가 근접해있는지를 감지하는 잠수함의 좌우 외측면에 고정한 다수의 근접센서들을 구비하여 근접된 물체를 감지하는 근접 감시부, 전원제어부를 구비하여 전체시스템에 전원을 공급하는 전원부, 이 전원부와 접속하여 외부충전이 가능하게 하는 충전부, 외부 콘솔과 연결되고 제1 CPU와 데이터 통신하는 제3 CPU를 구비한 제2 부제어프린트회로기판들로 이루어져 잠수함의 수표면 항해, 잠수 및 수중 항해, 귀환항해 및 도크 진입을 수행하도록 한다.

Description

잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템과 잠수함의 무인 수중 자동 항해를 제어하는 방법 {Intelligent Unmanned Underwater Autonomous Cruising System of Submarine and Method for Controlling Unmanned Underwater Autonomous Cruising of Submarine}

본 발명은 수중 자동항해 소형 잠수함(이후 잠수함이라 통칭함)이 자동 능동형으로써 잠수 및 부상이 자유롭고 주변 환경에 따라 자율적 항해를 수행하며 선수에는 단축날개를 설치하여 수중 항해 중에도 발전이 가능 하게 하여 연장된 시간을 갖고 상업적이거나 군사적인 임무를 수행하도록 하여 자동 복귀하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템에 관한 것이다.

종래기술에서 대표적인 것으로 일본공개특허공보 제2010137800호에 무인 수중 항해체가 개시되며, 이 무인 수중 항해체는 잠함 중의 적 잠수함을 자함의 존재와 위치를 나타내지 않고 탐지하도록 한 것으로, 자동조파장치가 본체를 잠수시켜 적 잠수함의 수면하부 부분에 접수시키고, 밀착장치가 적 잠수함의 수면하부에 밀착하여 본체의 밀착상태를 유지케 하고, 자동송신기가 소정 깊이의 수중에서 소정주파수로 음파 또는 전자기파를 발생시키므로, 자함의 존재와 위치를 적 잠수함에 나타내지 않고 수중항해 중에 소나에 의하여 적 잠수함을 검출하도록 한다.

이와 같은 종래기술의 무인 수중 항해체는 상업적으로 이용될 수 없으며 회귀되도록 하지 않는 것으로, 일본 특개 2000-272583호에서 개시된 바와 같은 모선으로부터 지원을 요청하고자 수중에서 에너지 보급 및 데이터 교환 등을 행하는 자율형 무인 잠수기의 수중 도킹장치가 잠수기(50)와 수중스테이션(51)간에 결합이 이루어지도록 하는 기술, 자율성 수중 항해체의 소나에 의해, 촬상 화상의 정도를 향상시키도록 한 일본 특개 2005-239027호에 기재와 같은 수중 항해체 및 그의 제어방법으로 자율형 수중 항해체의 전방 및 하방의 상하좌우 각각에 조파들을 설치하고 제어하여 조류의 영향을 선체 전부에 받지 않도록 하고, 방위를 유지하고 침로를 변경하거나 유지하도록 하는 기술과 일본 특허공개공보 제2006-298288호의 기재와 같은 잠항 속기지, 대 잠항 탐도로 항주하는 친자식 자율형 잠수기 시스템 및 자유형 잠수기의 접속방법의 기술 등을 조합한 것이다.

그러므로, 자동 무인 수중 자동항해 장치는 최초 목적에 따라 임무 수행을 하고 자동귀환을 목적으로 하므로, 상업적으로 수심 100~600m 또는 그 이상의 깊이의 수중 탐사, 해역의 생물자원 탐사 심해저 자원탐사 해저유물 탐사 및 선박 등 위치 확인 탐사를 하고, 군사용으로 해도 및 해저 지형 제작, DLL 등 경계수역 등 경계 업무 정찰 업무, 즉 적 해안선 가까이 접근하여 선박 및 잠수함 등 위치 확인 업무거나, 편대를 이루어 경계 업무를 할 경우 넓은 지역에서 적 잠수함을 탐지하여 선제공격이 가능하게 하고, 적 잠수함 및 전함에 대하여서도 선제공격 및 우회 타격이 가능하게 하며, 기뢰 및 군 작전에 필요한 장애물 제거를 제거하는 등 다양한 기능을 달성한다면 매우 바람직하다.

따라서 본 발명의 주목적은 자동항해 잠수함이 자동 능동형으로써 잠수 및 부상이 자재로우면서도 주변 환경에 따라 자율적 항해를 수행하고 상업적이거나 군사적인 임무를 수행하여 여하한 조건에서도 자율적으로 자동 복귀하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템 및 잠수함의 무인 자동 항해를 제어하는 방법을 제공 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 자동 능동형의 기능으로 자동 심도 및 거리 탐지, 자동 귀환, 환경변화에 따른 자율적 자세제어 및 장애물 회피, 지상 센터의 수동, 자동 변환, 자체 발전기로 소모되는 전력을 재충전, 수중 음파 및 지상 전파, 지상 및 공중에서 잠수정 원격조정, 수중 및 지상 무선통신, 물체 및 사물 인식, 잠수 상태에서 표면 상태를 확인, 소정 깊이 실예를 들면 수중 5m의 잠수 상태에서 영상 및 잠수함 데이터 송, 수신 등이 자율적으로 가능 하게 한 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템 및 잠수함의 무인 자동 항해를 제어하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 자동 능동형의 특수 기능으로 잠수 상태에서 표면 상태를 확인, 소정 깊이 실예를 들면 수중 5m의 잠수 상태에서 영상 및 잠수함 데이터 송, 수신, 자동 발라스트를 채택하여 자율적 표면 부상 및 잠수, 긴급 상황을 대처하도록 자율화 하고 각 부분별 모듈화로 가격 및 공정을 최소화 한 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템 및 잠수함의 무인 자동 항해를 제어하는 방법을 제공 하는데 있다.

본 발명에 따라 짧은 날개부를 가진 발전 유니트가 선수에 설치된 헤드부, 3부분으로 나누어져 다수의 센서, 다수의 구동수단 및 하나이상의 제어프린트회로기판들을 각 부분에 배열한 동체부와 후미키(Rear key) 및 수평 키, 무브러시 직류 모터와 이 모터 축에 연결된 스크류 등의 선미부로 구성 되는 잠수함을 제어 하는 지능형 무인 수중 자동항해 시스템은, 제1 MCU를 구비하여 GPS 수신기능을 수행하는 GPS 수신부, 제2 MCU를 구비하여 수중음향송신부 및 수중음향수신부와 제3 MCU를 구비하여 음파물체감지부, 외부콘솔과 무선통신을 하는 무선통신부, 시스템프로그래밍을 저장하고 일시 기억하는 자체 저장장치인 제1 SD와 제2 SD 등을 구비하여 외부콘솔과 통신하여 시스템제어 되게 한 제 1 CPU들로 구성되는 주제어프린트회로기판: 제4 MCU를 구비하여 선체의 속도를 검출하는 선체속도검출부, 제5 MCU를 구비하여 선체의 무인항해를 하기 위하여 필요한 다양한 센서들의 정보를 수집하고 처리하는 데이터처리부, 선체의 방향, 제6 MCU를 구비하여 수중이거나 표면에서의 자세를 제어하는 자세제어부와 제7 MCU를 구비하여 선체의 추력을 발생시키는 추력부와 제1 CPU와 데이터통신하고 제3 및 제4 SD 등을 구비하여 각 모듈을 독립적으로 제어하는 제2 CPU를 구비한 제1 부제어프린트회로기판과; MMP(Multi-Media Processor: 혼합미디어처리기의 의미이나 이후 “MMP”로 통칭함)를 구비하여 하나이상의 카메라의 작동을 제어하는 카메라제어부, 마이콤을 구비하여 잠수함의 측면에 물체가 근접해 있는지를 감지하는 잠수함의 좌우 외측면에 고정한 다수의 근접센서들을 구비하여 근접된 물체를 감지하는 근접 감시부, 전원제어부를 구비하여 전체시스템에 전원을 공급하는 전원부, 이 전원부와 접속하여 외부충전이 가능하게 하는 충전부, 잠수함의 외부 관리를 위하여 시스템관리부로 되는 외부 콘솔과 연결되는 내부통신부와 제5 및 제6 SD 등을 구비하여 각 모듈을 독립적으로 제어하는 제3 CPU를 구비한 제2 부제어프린트회로기판들로 구성된다.

GPS 수신부는 제1 CPU의 제어에 따라 제1 MCU가 GPS 안테나를 통하여 수신된 외부의 GPS신호들을 제1 GPS모듈과 제2 GPS모듈에 의하여 처리하고 GPS 데이터를 발생시키고 현재좌표를 산출하고 이를 자체 메모리에 저장하고 제1 CPU에 공급 한다.

수중음향송신부는 제1 CPU의 제어에 따라 제2 MCU가 잠수함의 항해경로 등에 대한 데이터를 외부콘솔에 송신 하고자 일정 주파수를 갖는 디지털신호로 처리하는 제1 디지털처리기(Digital Signal Processer: 이하 “DSP"라 칭함), 이 제1 DSP를 경유한 디지털데이터신호를 아날로그 신호로 변환하는 제1 디지털아날로그변환기(Digital Analog Converter: 이후 “DAC”라 칭함))와 제2 안테나를 통하여 항해 데이터를 송신하는 제1 DAC로부터의 신호를 송출하는 데이터 음향 송신모듈들로 구성된다.

수중음향수신부는 제3 안테나를 통하여 수신된 아날로그 데이터신호를 수신하는 고주파음향수신마이크로폰, 음향수신마이크로폰으로부터 증폭된 신호를 수신하는 전면, 좌우측면, 상부와 저부의 음향수신모듈, 이들 모듈로부터 신호를 아날로그 디지털 변환하여 제2 MCU에 인가하는 아날로그디지털변환기(Analog Digital Converter, 이후 “ADC”라 칭함)버퍼들로 구성된다.

음파물체감지부는 자체메모리를 구비하여 자동 수중항해 잠수함의 주변물체에 대한 데이터를 발생시키도록 제3 MCU, 제3 MCU의 제어에 따라 전후좌우측면 스캔소나로부터 신호를 발사케 하고 수신하며 이 수신된 데이터를 화상발생부로 인가하고 그로부터 디지털 신호 처리하는 제3 DSP(Digital Signal Processor; 디지털신호 처리기의 의미이나 이후 “DSP”로 통칭함)와 제3 DSP로부터 디지털데이터에 해당하는 화상을 발생시키는 화상발생부들로 구성시켜 주변물체를 확인하고 저장한다.

무선통신부는 소정의 주파수에 실린“데이터신호”를 구성하는 무선 초고주파신호와 초저주파신호를 수신하는 초고주파안테나와 초저주파안테나, 초고주파와 초저주파 안테나로부터 수신신호와 이들 안테나들에 송신 데이터신호를 인가하는 광대역 듀얼밴드필터부, 제1 CPU로부터 수신되는 데이터를 코딩하는 송신데이터코딩부, 듀얼밴드필터부로 부터 수신신호를 각각 증폭하고 증폭된 주파수신호들을 출력하는 무선주파수증폭기/스위치부와 무선주파수증폭기/스위치부로부터 초고주파신호와 초저주파신호를 처리하여 제1 CPU에 공급하고, 제1 CPU로부터 데이터를 코딩한 신호를 수신하여 무선주파수증폭기/스위치부에 공급하여 송신하게 하는 초고주파 송수신모듈과 초저주파 송수신모듈들로 구성된다.

속도검출부는 선체의 속도산출부로 구성되는 제4 MCU 및 제4 DSP, 그들 사이에 접속된 메모리와 제4 DSP에 연결되는 도플러속도계(Doppler Velocity Log, 이하 DVL로 호칭됨)들로 구성된다.

데이터처리부는 자체메모리를 구비하고 제5 DSP로 구성되는 제5 MCU, 이 제5 MCU에 아날로그/디지털변환 버퍼부를 사이에 두고 연결되는 잠수함의 비틀림 상태를 검출하는 제1 및 제2 자이로센서들, 잠수함의 현재 속도를 검출하는 가속도센서, 잠수함의 기울어짐에 따른 경사각을 검출하는 경사센서들로 구성되어 잠수함의 자세 및 항해의 기준데이터를 발생시킨다.

자세제어부는 자체메모리를 구비한 제6 MCU, 제6 MCU에 연결되어 작동 제어되어 테일 액츄에이터를 작동시키는 제1 구동제어부와 제6 MCU의 제어신호에 따라 잠수함의 수평을 유지시키는 수평키판의 액츄에이터, GPS 안테나를 작동시키는 GPS 안테나 액츄에이터, 무선안테나의 작동시키는 무선안테나 액츄에이터, 우측발라스트탱크용 펌프를 작동시키는 우측발라스트 액츄에이터, 좌측 발라스트탱크의 펌프를 작동시키는 좌측발라스트 액츄에이터로 구성되며, 선체구조에 따라 좌,우측 발라스트 액츄에이터는 한 개만 사용할 수 있다. 잠수함의 상하의 방향타의 모터를 작동시키는 러더 액츄에이터, 잠수함의 좌우방향타의 모터를 작동시키는 엘리베이터 액츄에이터와 잠수함의 수평수직의 자세를 제어하도록 평형추를 작동시키는 수평 및 수직추 평형 액츄에이터들의 작동을 제어하는 제2 구동제어부들로 구성된다.

추력부는 자체기억메모리를 구비한 제7 MCU, 제7 MCU에 연결되어 잠수함의 하나이상의 추력을 발생시키도록 하는 스위칭부, 스위칭부의 선택에 따라 우측 및 좌측의 무브러시 직류모터를 하나거나 둘을 동시에 작동시키도록 제어하는 우측 및 좌측 구동부, 이들 우측 및 좌측 구동부들의 제어에 따라 작동하는 좌우측스크류들과 축 결합된 제1 및 제2 무브러시 직류 모터들의 작동상태를 감지하여 검출신호를 제7 MCU에 공급하는 검출부들로 구성되며, 선체의 구조에 따라 추력부는 좌,우측 같은 구조된 추력부분을 한 개만 사용할 수 있다.

카메라제어부는 자체메모리를 구비한 MMP, MMP의 제어에 따라 전면카메라와 브릿지카메라로부터 영상데이터를 수신하여 영상의 색 및 선명도를 보정하는 HIR(High Resolution: 고해상도의 의미이나 “HIR”로 통칭함)로 구성되며, 여기서 MMP는 전면카메라와 브릿지카메라들에 어둠속에서 물체형상을 식별하는 고강도 적외선센서를 설치하여 식별거리를 높이고, 그들의 이미지센서를 좌표를 눈금으로 형성하여 이미지센서의 중심에 영상데이터를 중심커서에 두고 주변의 상하 좌우의 사물들을 주변의 사물커서 내에 위치시키므로 그들 간의 거리를 비교하고 거리와 카메라의 줌 기능을 이용하여 1X일 때 거리기준을 소정거리로 증가된 비를 계산하여 물체와의 거리를 산출하도록 한다.

근접감지부는 잠수함의 좌우 외벽에 근접한 방해물체를 감지하는 MSS(Micro Switching Sensor: 마이크로 스위칭센서의 의미이나 이후 “MSS”로 통칭함)들, 이들 MSS들로부터의 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 ADC 버퍼와 이 ADC버퍼로부터 디지털신호를 처리하여 근접 물체의 데이터를 발생시키는 마이콤을 구비하여 외부 물체의 근접여부에 대한 데이터를 제3 CPU에 인가하도록 한다.

전원부는 자체메모리를 구비한 전원제어부, 전원제어부의 제어에 따라 전원을 공급받고 전체 시스템의 독립적인 모듈로 구성되는 구성부분들에 전원을 분배하는 전원 분배부, 충전부로부터 전원을 저장하는 주밧데리, 제1 및 제2 보조밧데리들, 이들 주 및 보조밧데리들로부터 전원이상상태를 검출하도록 각각 연결된 제1, 제2 및 제3의 이상 감지부들과 주밧데리와 제1 및 제2 보조밧데리들로부터의 전원을 전원제어부의 제어에 따라 시스템 전원 분배부에 인가하는 제1, 제2 및 제3 스위칭부들로 구성된다.

잠수함의 무인 자동 항해를 제어하는 방법은 전원을 온하고 제1, 제2 및 제3 CPU들이 자체시스템들에 해당하여 각기 프로그래밍 된 자체메모리를 인스털 하여 제1 CPU가 GPS모듈시동, 각종센서 및 DVL의 테스트, 카메라 및 전원상태를 점검하는 초기화 루틴을 수행하는 단계,

GPS의 현재좌표값 및 방위각 센서 값을 비교하고 DVL값을 합하여 잠수함의 현재 상태를 확인하는 센서작동루틴을 수행하는 단계,

수중음향송수신에 따라 이동경로거리, 전원상태, 물체발견지점 등의 데이터를 외부콘솔과 수중음향종신을 점검하는 수중음향송수신루틴을 수행하는 단계,

전면, 좌우측면과 저면의 음파스캔소나를 작동시켜 물체의 유무 및 물체와의 거리, 물체의 형상과 종류 등을 감지하는 음파물체감지루틴을 수행하는 단계,

한 가지 이상의 무선안테나와 카메라를 작동시키고 현재 상태 및 위치, 수중물체에 대한 영상 등을 발생시켜 외부콘솔과 데이터통신을 하게 하는 무선안테나 송수신루틴을 수행하는 단계,

음파소나로부터 물체 등의 감지가 이루어진 경우 다수의 MSS를 작동시켜 물체의 근접거리행해를 하게 하는 근접항해루틴을 수행하는 단계.

자이로센서, DVL, 가속도센서, 경사센서, 방위각센서, 압력센서들의 감지 값들을 연산하고 잠수함의 상태에 따라 수평 키와 평형추의 액츄에이터를 작동시켜 잠수함의 수평수직각이 0도로 유지되게 자세제어루틴을 수행하는 단계,

잠수작동을 위하여 하나이상의 발라스트들을 기동시키도록 밸브들, 피스톤 모터, DC 펌프모터들의 작동을 소정 알고리즘에 따라 제어하므로 발라스트의 탱크를 만수하고 배수하는 발라스트작동을 수행하는 단계,

현재 전력량, 공급되거나 소요되고 있는 전력량을 모니터링 하여 잠수함의 속도를 조정하고 시작점, 현재까지 운행거리를 계산하며 차후 최대운행거리를 계산하는 전원공급루틴을 수행하는 단계,

시스템의 모든 기능을 오픈하도록 잠수함이 표면상인지 수중인지에 따라 제1 CPU를 호출하고 제1 CPU가 제2 및 제3 CPU들을 호출하여 잠수함의 현재위치좌표, 각 센서상태, 자세상태, 전원상태에 대한 데이터를 전송하고 기 명령상태 처리대기를 하는 시스템작동준비루틴을 수행하는 단계,

시스템의 독립모듈 중에 발라스트를 작동시켜 잠수함의 선체의 수 표면에서 수평을 유지시키고 수중으로 잠수하여서도 수평수직을 유지시켜 잠수함의 항해준비를 하는 수 표면에서 항해루틴을 수행하는 단계,

수중에서 각 센서의 값들과 속도를 확인하고 소정속도로 항해하고 항해 중에 스캔음파센서들이 감지하는 장애물과 그와의 거리, 장애물의 종류와 크기를 확인하여 잠수함의 자동 항해를 하게하는 잠수항해루틴을 수행하는 단계,

발라스트의 작동을 제어하여 잠수하고 수평 및 수직을 유지하여 소정속도로 항해하고 각 센서들의 데이터에 근거하여 현재위치, 지형 등에 대한 항해 데이터를 저장하는 잠수작동루틴을 수행하는 단계,

잠수함이 수중에서 부상하기 위하여 발라스트의 작동을 제어하여 소정 속도로 부상 시켜 수평수직상태를 유지하여 대기시키는 부상대기루틴을 수행하는 단계,

귀환을 위하여 전원점검, 경로탐색, 전 스캔음파센서를 작동시키고, 외부콘솔과 통신하여 예정 도착시간 등을 전송하고, 귀환 예상되는 좌표계산을 하여 목적지 도착경로, 현재위치 및 좌표변환데이터에 근거하여 오차를 보정하고 소정의 추력속도로 항해하고 목적지에 근방에서 수 표면상태 모드로 전환하는 귀환루틴을 수행하는 단계와,

목적지 근방에서 도크와의 거리가 근접함에 따라 속도를 감속하고 외부콘솔의 무선 비콘 신호를 수신함에 따른 RF신호세기, 카메라 이미지거리 측정데이터, GPS데이터와 방위각을 연산하여 도크를 실행하는 도크진입루틴을 수행하는 단계들로 이루어진다.

본 발명은 자동 능동형의 기능으로 자동 심도 및 거리 탐지, 자동 귀환, 환경변화에 따른 자율적 자세제어 및 장애물 회피, 지상 센터의 수동, 자동 변환, 자체 발전기로 소모되는 전력을 재충전, 수중 음파 및 지상 전파, 지상 및 공중에서 잠수정 원격조정, 수중 및 지상 무선통신, 물체 및 사물 인식, 잠수 상태에서 표면 상태를 확인, 잠수함 데이터 송, 수신 등이 자율적으로 가능하게 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 잠수함의 구조를 간략히 보인 측면도;
도 2는 본 발명에 따라 기능별 구성부분을 제1 CPU에 연결하여 각각의 독립모듈로써 기능하도록 구성한 주제어프린트회로기판의 블록선도;
도 3은 본 발명에 따라 기능별 구성부분을 제2 CPU에 연결하여 각각의 독립모듈로써 기능하도록 구성한 제1 부제어프린트회로기판의 블록선도;
도 4는 본 발명에 따라 기능별 구성부분을 제3 CPU에 연결하여 각각의 독립모듈로써 기능하도록 구성한 제2 부제어프린트회로기판의 블록선도;
도 5는 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 초기화루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 6은 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 센서작동루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 7은 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 수중음향 송/수신루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 8은 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 음파물체감지루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 9는 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 무선데이터송수신루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 10은 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 카메라물체거리측정루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 11은 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 근접항해루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 12는 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 자세제어루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 13은 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 발라스트작동루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 14는 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 전원공급루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 15는 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 시스템작동준비루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 16은 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 선체 수평유지루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 17은 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 잠수루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 18은 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 수중장애물감지루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 19는 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 장애물감지루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 20은 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 잠수작동루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 21은 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 잠수항해루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 22는 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 부상대기루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 23은 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 귀환루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 24는 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 귀환항해루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;
도 25는 본 발명에 따라 기능별로 구성한 구성부분을 각각의 독립모듈로써 자동 제어하도록 도크진입루틴을 수행하는 작동을 나타내는 플로우챠트;

본 발명을 첨부 도면에 근거하여 상세히 기술하면 다음과 같다.

도 1에 도시와 같이, 본 발명에 따른 무인 수중 자동항해 잠수함(1)은 헤드부(10), 3부분으로 나누어진 동체부(20)와 선미부(30)로 구성된다. 헤드부(10)에는 본 발명의 원리에 따라 제조되는 발전 유니트(11)가 선수에 설치된다. 이 발전유니트(11)는 선단에 짧은 날개부(12)가 회전가능하게 설치되어, 잠수함(1)이 5노트 속도로 움직일 경우 회전과 동시 발전하여 전력을 생산하도록 한다.

여기서, 날개부(12)는 회전방향이 함체의 전진방향과 같아 회전속도를 높이도록 함체의 전진에 따른 저항을 최소화하고 그의 각 날개에서 발생하는 기포현상의 캐비테이션을 최소로 하는 구조로 된다. 즉, 날개부(12)는 그 단부에 물의 산란과 흐름을 일정하게 유지시키는 원형 돌출구 및 이 돌출구 사이에 물의 흐름을 빠르게 하는 간격이 형성되어 베르누이 효과를 갖도록 한 구조로 되고, 헤드부(10)를 동체부(20)와 분리되게 하는 구성으로 된다.

또한, 헤드부(10)는 잠수함(1)의 긴급 상황에 대처하도록 빠른 속력으로 목적지 까지 도달할 필요가 있을 경우와 빠른 시간동안 함체의 부상 및 잠수가 필요로 할 경우 등을 위하여 자체의 날개부(12)에 고속 스위칭 기술을 적용하여 전진에 필요한 추진체 역할을 하도록 설계되어 유사시 충전된 전력의 량만큼 추진체로 사용되어 평균 5노트 속도에서 실예를 들면 15노트 이상 빠른 속력으로 이동이 가능하게 하는 터보 기능을 갖게 한다.

동체부(20)는 전단(21)에 도면에 도시되지 않은 관성센서로서 방위각센서, 자이로센서 및 경사센서, 가속도(G)센서, 도플러 로직 로그(DVL: 이후 도플러라 약칭함) 센서, 압력센서, 초음파센서, 다수의 마이크로 스위칭센서 등이 설치된다.

중단(22)에는 이후 상세히 기술되는 발라스트 액츄에이터, 각종 구동부 실예를 들면, 발라스트 구동부, 엘리베이터 및 러더 구동부, 트러스트 구동부(무브러시 모터용), 카메라 및 안테나용의 롤링드라이브, 주 및 부 밧데리, 충전기, 전원 스위칭박스, 평형추등이 설치되고, 그의 상부에는 브리지(25)가 위치되고 잠망경(24), 무선 안테나, GPS 안테나 및 롤링 안테나, 잠망경 등이 설치된다.

후단(23)에는 매입되는 잠수함(1)의 전체 작동에 대한 주제어 기능을 갖도록 한 주기판 및 시스템의 일부로 구성되는 독립모듈로 구성되는 잠수함(10)의 각 부분, 실예를 들면 구동부들, 주 및 부 밧데리의 충, 방전과 전원스위칭박스 및 전원 분리 박스들로 이루어진 전원부 등을 제어하는 하나 이상의 서브 기판이 설치된다.

선미부(30)에는 선미에 인접한 후미키(Rear key) 및 수평키들, 도시되지 않은 감속기어부와 이에 결합된 무브러시 직류 모터와 이 모터 축에 연결된 스크류(32),무브러시 구동부 및 제어부들이 설치된다.

이와 같이 구성되는 무인 수중 자동항해 잠수함(1)은 MCU(Microcomputer Unit; 마이크로 컴퓨터유니트이나 이후 “MCU”로 통칭함)를 선택적으로 구비하여 한 주제어프린트기판 및 하나이상의 부제어프린트회로기판으로 이루어지는 무인 수중 자동 항해제어시스템(100)을 구비한다.

즉, 도 2에 도시와 같이, 주제어프린트회로기판(101)은 제1 CPU(110)를 구비한다. 제1 CPU(110)는 부제어프린트회로기판(102)및 (103)들에 실장한 제2 및 제3 CPU(210), (310)들과 통신하여 시스템 제어하는 동시에 다수의 부분이거나 부품들을 각각의 분산제어에 따라 독립적으로 특정기능을 수행하도록 한 마이크로제어유니트를 구비한다.

제1 CPU(110)는 제1 MCU(121)를 구비하여 GPS 수신기능을 수행하는 GPS 수신부(120), 제2 MCU(131)를 구비하여 수중음향송신부(130) 및 수중음향수신부(140)와 제3 MCU(151)를 구비하여 음파물체감지부(150)를 제어한다. 이외에도, 이후 상세히 기술 되는 제1 부제어프린트회로기판(102) 및 제2 부제어프린트회로기판(103)과 통신하고 무선통신부(160)의 무선작동을 하게하며, 제1 및 제2 USB단자(171,172), MCU인터럽트단자(173), 실시간 클릭타이머(174), 낸드부(NAND)(178), 플래시부(176)와 시스템프로그래밍을 저장하고 일시 기억하는 자체 저장장치로 되는 메모리소자인 제1 SD(177)와 제2 SD(178), 외부메모리(179)들을 구비하고 내부 통신단자들을 통하여 캠(CAM)및 이더넷(Ethernet)에 연결된다.

본 발명에 따라 시스템의 각 부분들을 개별적으로 독립모듈로서 제어하도록 하는데 주제어프린트회로기판(101)을 구성하는 GPS 수신부(120)에서는 제 1 MCU(121)가 제1 CPU의 제어에 따라 GPS 안테나(122)를 거쳐 수신된 제1 GPS모듈(123), 과 제2 GPS모듈(124)에 의하여 GPS 수신데이터를 발생시키고, 현재좌표를 산출하고 이를 메모리(125)에 저장한다.

수중음향수신부(130) 및 송신부(140)들은 제1 CPU(110)에 연결된 제2 MCU(131)의 제어에 따라 작동한다. 즉, 이들 수중음향 송 수신부(140) 및 (130)들은 외부의 시스템 관리부거나 원격제어부(도시되지 않음)와 통신하여 잠수정(1)의 항해를 제어하도록 한 것으로, 제2 MCU(131)가 잠수함(1)의 이동경로(좌표)상에 발생되는 항해에 대한 데이터를 교환하고 동시에 이 데이터들은 제1 CPU(110)에 전달하여 시스템 제어되게 한다.

수중음향송신부(130)는 제1 CPU와 연결된 제2 MCU(131), 자체메모리(133)를 구비한 제2 MCU(121)가 접속되어 잠수함(1)의 항해경로 등에 대한 데이터를 송신 하고자 하는 일정 주파수를 갖는 디지털신호를 처리하는 제1 DSP(132), 이 제1 DSP(132)를 경유한 디지털데이터신호를 아날로그 신호로 변환하는 제1 DAC(134)와 제2 안테나(137)를 통하여 송신하는 제1 DAC(134)로부터의 데이터 신호를 송출하는 수중음향 송신모듈(135)들로 구성된다.

수중음향수신부(140)는 제3 안테나(148)를 통하여 수신된 아날로그 데이터신호를 수신하는 음향수신마이크(141), 음향수신마이크(141)로 부터 신호를 수신하는 전면, 좌우측면, 상부와 저부의 음향수신모듈(142 내지 146), 이들 음향수신 모듈(142-146)로부터 아날로그 신호를 디지털 변환하여 제2 MCU(131)에 인가하는 아날로그디지털변환(Analog Digital Converter; 이후 “ADC”라 칭함)버퍼(147)들로 구성된다.

음파물체감지부(150)는 자체메모리(152)를 구비하여 자동 수중항해 잠수함(1)의 주변물체에 대한 데이터를 발생시키도록 제3 MCU(151)와 전후좌우측면 스캔소나(153 ~ 156)로부터 신호를 발사케 하고 수신하며 이 수신된 데이터를 화상발생부(157)로 인가하고 그로부터 디지털 신호 처리하는 제3 DSP(159)와 제3 DSP(159)로부터 디지털데이터에 해당하는 화상을 발생시키는 화상발생부(157)들로 구성시켜 주변물체를 확인하고 저장한다.

무선통신부(160)는 수기가 헬스(2.4GHz) 와 수십~수백킬로헬스 “데이터신호”를 수신하는 초고주파안테나(162)와 초저주파신호를 수신하는 초저주파안테나(163), 초고주파와 초저주파 신호를 필터링하는 광대역 듀얼밴드필터부(167), 제1 CPU(110)로부터 데이터신호를 코딩하는 송신데이터코딩부(166), 듀얼밴드필터부(167)로 부터 수신신호를 각각 증폭하고 각 주파수신호들을 선택적으로 출력하는 무선주파수증폭기/스위치부(161)와 무선주파수증폭기/스위치부(161)로부터 초고주파신호와 초저주파신호를 처리하여 제1 CPU(110)에 공급하고 제1 CPU(110)로부터 송신 데이터 코딩부(166)를 경유하여 송신데이터를 코딩한 신호를 수신하여 무선주파수증폭기/스위치부(161)에 공급하여 송신하게 하는 초고주파 송수신모듈(164) 및 초저주파 송수신모듈(165) 광대역 듀얼모드 안테나(167)들로 구성된다.

여기서, 광대역 듀얼밴드필터부(167)는 초고주파안테나(162)와 초저주파안테나(163)를 대신하는 하나의 안테나만을 구비하여 광대역의 초고주파와 초저주파 신호를 수신하고 송신할 수있다.

이외에도, 제1 CPU(110)는 내부통신을 위하여 제이태그(JTAG)단자(182)와 캠(CAM)과 이더넷(Ethernet)의 내부통신단자(183)는 물론 이후 기술되는 제2 CPU(210)와 제3 CPU(310)와 연결되는 버스단자들을 구비하여 다른 제2 및 제3 CPU(210)과 (310)들과 데이터통신을 하도록 한다.

도 3에 도시와 같이, 제1 부제어프린트회로기판(102)은 제2 CPU(210)를 구비한다. 제2 CPU(210)는 제4 MCU(221)를 제어하여 선체의 속도를 검출하는 선체속도검출부(220), 제5 MCU(231)를 구비하여 선체의 무인항해를 하기 위하여 필요한 다양한 센서들의 정보를 수집하고 처리하는 데이터처리부(230), 제6 MCU(241)를 구비하여 선체의 방향, 수중이거나 표면에서의 자세를 제어하는 자세제어부(240)와 제7 MCU(261)를 구비하여 선체의 추력을 발생시키는 추력부(260)들을 구비한다.

속도검출부(220)는 선체의 속도산출부로 구성되는 제4 MCU(221) 및 제4 DSP(222), 그들 사이에 접속된 메모리(223)와 제4 DSP(222)에 연결되는 도플러속도계(Doppler Velocity Log, 이하 “DVL”로 호칭됨)(224)들로 구성된다. 여기서 DVL(224)는 초음파음향신호를 이용하여 수중에서 항해 이동하는 잠수함(1)의 절대적인 상대속도를 측정하도록 도플러원리를 이용한 계측기이다.

데이터처리부(230)는 자체메모리(232)를 구비하고 제5 DSP로 구성되는 제5 MCU(231), 이 제5 MCU(231)에 아날로그/디지털변환 버퍼부(233)를 사이에 두고 연결되는 각종 센서(235~239, 229)들로 구성되는데, 이들 센서들은 잠수함(1)의 자세 및 항해의 기준데이터를 발생시키는 것으로 잠수함(1)의 비틀림 상태를 검출하는 제1 및 제2 자이로센서(235)및 (236), 잠수함의 현재 속도를 검출하는 가속도센서(236), 잠수함(1)의 기울어짐에 따른 경사각을 검출하는 경사센서(237)들로 구성된다.

이외에도, 압력센서(238)는 잠수함의 심도를 측정하게 되고, 깊이센서(239)가 압력센서(238)와 함께 해상의 깊이측정을 하게 된다. 방위각센서(229)는 잠수함(1)의 진행방향을 검출한다. 여기서 제1 및 제2 자이로센서(234) 및 (235)들에서 얻어진 비틀림 값과 경사센서(237)에서 얻어진 값을 비교하여 자세보정을 위한 값을 산출하여 이하에서도 상세히 기재되듯이 좌우측 발라스트 액츄에이터(248, 249) 와 러더 및 엘리베이터 액츄에이터(251, 252)들을 제어한다.

자세제어부(240)는 자체메모리(242)를 구비한 제6 MCU(241), 제6 MCU(241)에 연결되어 그로부터 테일 액츄에이터(244)를 작동시키는 제1 구동제어부(245)와 제6 MCU(241)의 제어신호에 따라 잠수함(1)의 작동을 제어하는 제2 구동제어부(250)들로 구성된다. 제2 구동제어부(250)는 잠수함(1)의 수평을 유지시키는 수평키판의 액츄에이터(245), GPS 안테나를 작동시키는 GPS 안테나 액츄에이터(246), 무선안테나의 작동시키는 무선안테나 액츄에이터(247), 우측발라스트탱크용 펌프를 작동시키는 우측발라스트 액츄에이터(248), 좌측 발라스트탱크의 펌프를 작동시키는 좌측발라스트 액츄에이터(249), 잠수함(1)의 상하의 방향타의 모터를 작동시키는 러더 액츄에이터(251)와 잠수함(1)의 좌우방향타의 모터를 작동시키는 엘리베이터 액츄에이터(252)와 잠수함(1)의 수평수직의 자세를 제어하도록 평형추를 작동시키는 수평 및 수직추 평형 액츄에이터(253)과 (254)들에 연결된다.

추력부(260)는 자체기억메모리(262)를 구비한 제7 MCU(261), 제7 MCU(261)에 연결되어 잠수함(1)의 하나 이상의 추력을 발생시키도록 하는 스위칭부(263), 스위칭부(263)의 선택에 따라 우측 및 좌측의 무브러시 직류모터를 하나거나 둘을 동시에 작동시키도록 제어하는 우측 및 좌측 구동부(264)와 (265), 이들 우측 및 좌측 구동부(264)와 (265)의 제어에 따라 작동하는 우측스크류(268)와 좌측스크류(269)와 축 결합된 제1 및 제2 무브러시 직류 모터(266)와 (267)들의 작동상태를 감지하여 검출신호를 제7 MCU(261)에 공급하는 검출부(271)들로 구성된다.

또한, 제2 CPU(210)는 부제어프린트회로기판(102)의 서브시스템을 완성하도록 시스템프로그래밍을 저장하고 기억하는 제3 SD(272)와 제4 SD(273), 제2 낸드부(274), 제2 에스램(275), 제2 플래시(276)와 제2 외부메모리(279)를 구비한다. 이 제2 CPU(210)로 구성되는 서브시스템의 특정작동의 제어를 위하여 제1 및 제3 CPU(110)과 (310)과 데이터 통신을 하고, 제2 인터럽트단자(280), 제2 모니터링단자(281), 제3 USB단자(282), 제4 USB단자(283), 제2 직렬단자(284)와 제2 실시간클릭단자(285)들을 구비한다.

도4에 도시와 같이, 제2 부제어프린트회로기판(103)은 제3 CPU(310)를 구비한다. 제3 CPU(310)는 MMP(321)를 구비하여 하나이상의 카메라의 작동을 제어하는 카메라제어부(320), 마이콤(331)을 구비하여 잠수함(1)의 측면에 물체가 근접해있는지를 감지하는 다수, 실예를 들면 잠수함(1)의 좌우 외측면에 6개의 근접센서(MSS 1 to N: Micro Switch Sensor; 이하 “MSS”라 통칭함)들을 구비하여 근접된 물체를 감지하는 근접 감시부(330), 전원제어부(341)를 구비하여 전체시스템에 전원을 공급하는 전원부(340), 이 전원부(340)와 접속하여 외부충전이 가능하게 하는 충전부(360)와 잠수함(1)의 외부 관리를 위하여 시스템관리부거나 PC제어부와 연결되는 내부통신부(370)들을 구비한다.

카메라제어부(320)는 자체메모리(322)를 구비한 MMP(321), 전면카메라(324)와 브릿지카메라(325)로부터 영상데이터를 수신하여 영상의 색 및 선명도를 보정하는 HIR(High Resolution: 고해상도의 의미이나 “HIR”로 통칭함)(323)로 구성된다. 여기서 카메라의 이미지 센서로부터 영상데이터는 MPEP4의 코덱에 의하여 영상은 엔코딩되어 각 프레임별로 화상을 만들고 이렇게 만들어진 화상은 30프레임의 정지화상으로 캡처하여 연결하는 일종의 동영상처리과정을 거치게 된다.

특히 본 발명에 따르면, MMP(321)는 전면카메라(324)와 브릿지카메라(325)들 에 어둠속에서 물체형상을 식별하는 고강도 적외선센서(IR)를 설치하여 최대식별거리 실예를 들면 50m떨어진 물체를 식별한다. 또한, MMP(321)는 전면카메라(324)와 브릿지카메라(325)들의 이미지센서를 좌표로 이용하여 물체와의 거리를 산출할 수 있으며, 이를 위하여 이미지센서의 표면에 다수의 구획부를 설정하고 이렇게 형성된 각각의 눈금에 대하여 소정거리 실예를 들면 5m로 설정하고 이미지센서의 중심에 영상데이터를 중심커서에 두고 주변의 상하 좌우의 사물들을 주변의 사물커서 내에 위치시키므로 그들 간의 거리를 비교하고 거리를 산출하며, 카메라의 줌 기능을 이용하여 1X일 때 거리기준을 소정거리 실예를 들면 2Km로 하여 증가된 비를 계산하여 물체와의 거리를 산출하도록 한다.

근접감지부(330)는 잠수함(1)의 좌우 외벽에 근접한 방해물체를 감지하는 MSS(1~N)들, 이들 MSS(1~N)들로부터의 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter: 아날로그 디지털 변환기의 의미이나 이후 “ADC”로 통칭함) 버퍼(332)와 이 ADC버퍼(332)로부터 디지털신호를 처리하여 근접 물체의 데이터를 발생시키는 마이콤(331)을 구비하여 외부 물체의 근접여부에 대한 데이터를 제3 CPU(310)에 인가하도록 한다.

전원부(340)는 시스템전원을 발전하고 충전을 제어하여 전원의 분배 및 이용하도록 자체메모리(346)를 구비한 전원제어부(341), 전원제어부(341)의 제어에 따라 전원을 공급받고 제1 및 제2 구동부(264, 265)와 좌우발라스트 액츄에이터(248)(249) 이외에도 소정의 모든 시스템의 독립적인 모듈로 구성되는 구성부분, 실예를 들면 CPU, MCU, GPS 송수신부, 수중음향송수신부등에 전원을 분배하는 전원 분배부(342), 충전부(360)로부터 전원을 저장하는 주밧데리(352), 제1 및 제2 보조밧데리(353)와 (354), 이들 주 및 보조밧데리(352~354)들로부터 전원이상상태를 검출하도록 각각 연결된 제1, 제2 및 제3의 이상 감지부(348),(347)과 (351)들과 주밧데리(352)와 제1 및 제2 보조밧데리(353)와 (354)로부터의 전원을 전원제어부(341)의 제어에 따라 전원제어부(342)에 인가하는 제1, 제2 및 제3 스위칭부(343),(344)와 (345)들로 구성된다.

충전부(360)는 외부전원에 연결되는 충전단자(도시 안됨)를 가진 충전기(361)와 충전기(361)로부터 전원을 분주하여 분배하여 주밧데리(352)와 제1 및 제2 보조밧데리(353)(354)에 공급하는 충전분전기(362)들로 이루어진다.

내부통신부(370)는 제1 및 제2 CPU(110) 및 (210)과 외부 시스템관리거나 PC관리자와 통신하도록 연결된 캠(CAM)(371), 이더넷(372)과 제이태그(JTAG)(373)들로 이루어진다.

한편, 제3 CPU(310)는 그 주변의 서브시스템을 완성하도록 시스템프로그램을 저장하고 기억하는 제5 SD(381)및 제6 SD(372), 제3 에스램(383)과 제3 플래시(384)들을 구비한다. 또한 이 제3 CPU(310)로 구성되는 서브시스템의 특정작동의 제어를 위하여 제1 및 제2 CPU(110) 및 (210)과 데이터 통신을 한다. 이외에도 제3 CPU(310)는 제5 USB단자(387), 제1내지 제6 MCU의 인터럽트단자(386), 제3 실시간 클릭(389), 제3 모니터링단자(388), 전원인터럽트단자(385)와 전원제어부(341)와 데이터 교환하고 명령하는 데이터버스(392)를 구비한다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 무인 수중 자동항해 제어시스템(100)을 잠수함(1)의 작동을 독립적인 모듈에 해당하는 루틴에 따라 다음과 같이 제어한다.

초기화루틴 400

도 5에 도시와 같이, 초기화 작업은 무인 수중 자동항해 잠수함(1)의 시동을 위하여 전원을 온하게 되고, 그 다음 외부 PC로부터 초기화 인스털 작동된다. 먼저, 단계(401)에서 전원을 온하고 제1, 제2 및 제3 CPU(110),(210),(310)들이 자체시스템들에 해당하여 각기 프로그래밍 된 자체메모리를 점검하게 된다.

제1 CPU(110)는 다수의 통신모듈들로 이루어진 시스템으로 구성된 바에 따라 단계(402)에서 통신 상황을 점검하고 단계(403)에서는 자체 메모리 점검을 한다. 통신 상황을 점검하기 위하여 먼저 단계(404)에서는 GPS 수신기부(120)의 GPS 수신 상태를 판단하고 수신 상태이면 단계(405)로 이전하여 제1 및 제2 GPS 모듈(123) 및 (124)들이 동작하는가를 판단한다. 만일 이들이 동작하며 단계(406)로 이동하여 무선송수신모듈, 즉 초고주파송수신모듈(164)와 초저주파송수신모듈(165)이 동작하는지 판단한다. 단계(407)와 단계(408)에서는 수중음향 송수신부(130) 및 (140)이 작동하는지 확인하고 작동을 한다면 단계(409)에서 음파물체감지부(150)가 작동하는가를 판단하고 작동된다면 단계(410)에서 대기상태로 된다. 만일 단계(404)에서 GPS신호가 수신 상태가 아니고, 제1 및 제2 GPS모듈(123),(124), 무선통신부(160)의 무선송수신모듈들, 수중음향송신부(130), 수중음향수신부(140)와 음파물체감지부(150)들이 작동하지 않는 경우는 단계(420)에서 외부PC에 의하여 테스트되고 에러표시를 하고 수리되게 한다.

또한 제1 CPU(110)는 자체 주제어프린트회로기판(101) 및 주변의 보조제어프린트회로기판(102)와 (103)의 작동이거나 현재 상태를 확인하도록 단계(411) 및 (412)에서 자체프로그래밍 기억장치로 되는 제1 및 제2 SD(177)과 (178)들을 차례로 점검하고 이상이 없다면 단계(413)로 이전하여 제1 CPU(110)와 부제어프린트회로기판(102)와 (102)들의 서부시스템과 제2 CPU(210)와 제3 CPU(310)의 서브시스템간의 연결 상태를 데이터버스, 모니터링데이터단자(181), 내부통신단자(183), 제이태그(JTAG)단자(182)들을 통하여 점검한다. 만일 연결 상태가 이상 없다면 단계(414)에서 제3 CPU(310)를 통하여 각 부분별 전원의 인가 상태를 점검하고 전원이 인가되었다면 단계(415)로 가서 대기한다.

만일, 메모리점검단계(403) 이후에 제1 SD(177) 및 제2 SD(178)과 데이터버스, 모니터링데이터단자(181), 내부통신단자(183), 제이태그단자(182)들과 전 시스템의 구성부분별 전원단자에서의 이상이 있음이 검지되는 경우 단계(46)로 이전하여 외부 PC에 에러표시를 하고 테스트된다.

제2 CPU(210)는 단계(420)에서 데이터처리부(230)의 각 센서들, 제1 및 제2 자이로센서(234)와 (235), 가속도센서(236), 경사센서(237), 압력센서(238), 심도센서(239)와 방위각센서(229)들을 점검하고, 단계(421)에서는 이들 센서들의 기준 값이 0도 보다 작은가를 판단한다. 만일 0도 보다 작다면 단계(422)에서는 데이터를 전송한다. 단계(423)에서 각 센서의 회전상태를 검사한다. 실예를 들면, 각 센서의 I90도에 해당하는 회전데이터를 입력하여 회전 검사하고 정상회전이 이루어졌다면 단계(425)로 이전한다. 단계(425)에서는 DVL(도플러 속도계)(425)의 작동상태인가를 점검한다. 작동상태이면 단계(426)에서는 단계(428)에서 수행되는 점검에 필요한 데이터를 호출하는 동시에 발라스트 액츄에이터(248)의 작동상태를 점검하게 된다. 이상이 없는 경우 단계(427)로 이전하여 대기상태로 된다.

한편, 단계(430)에서는 서브시스템의 부제어프린트회로기판(102)의 자체 메모리들을 점검하고, 단계(431) 및 (432)를 차례로 수행하여 프로그래밍메모리인 제3 및 제4 SD(177)과 (178)들의 상태를 점검하고, 이상이 없는 경우 단계(433)로 이전하여 대기상태로 된다.

한편, 각 센서, 추력발생용 직류 모터, DVL과 발라스트 액츄에이터, 제3 및 제4 SD, 자세제어부 등의 작동 오류거나 점검 실패 시 단계(421), 단계(423), 단계(424), 단계(425), 단계(426) 들은 단계(416)로 이전하여 외부 PC에 에러표시를 한다.

제3 CPU(310)는 서브시스템을 단계(440)와 단계(441)에서 전면카메라(324)와 브릿지카메라(325)를 작동시키고 이들 카메라들의 화질상태를 점검한다. 단계(442)에서 화질상태가 양호(해상도 1024*980)한지 판단하고, 양호 하다면 단계(443)로 이동하여 카메라 등의 액츄에이터의 상하작동을 시킨다. 단계(444)에서는 이 액츄에이터들을 점검하여 이상 있는지를 판단한다. 단계(444)에서 이상이 없다고 판단되면 단계(445)로 이전하여 전원점검을 준비하고 단계(446)에서는 주밧데리(352)와 제1 및 제2 보조밧데리(353)과 (354)의 충전상태를 점검하고 완전한 충전이 이루어졌다며 단계(447)로 이전하여 시스템의 각 구성부분의 전원공급 상태를 점검하게 되고 각 구성부분에 전원공급 가능상태인가를 판단한다. 만일 전원공급 상태임을 확인한 경우 단계(448)로 이전하여 대기상태로 된다.

만일 단계(442)에서 화질점검으로 사양에 미달되고 단계(444)에서 카메라 액츄에이터가 고장상태이거나, 단계(446)에서 밧데리들의 충전작동 상태가 이루어지지않은 경우와 단계(447)에서 각 구성부분이 전원공급이 가능하지 않은 경우 단계(416)로 이전하여 외부 PC에 에러표시를 한다.

이와 같이 전체 시스템의 초기상태에 대한 점검이 이루어진 다음 무인 자동항해 잠수함(1)의 현재 상태를 점검하게 된다. 이를 위하여 제1 CPU(110), 제2 CPU(210)와 제3 CPU(310)들이 시스템 점검 후 작동모드로 된다.

센서작동루틴 460

도 6에 도시와 같이, 센서작동루틴(460)에서는 잠수함(1)의 각 센서들을 기동 시키고 감지 값들을 데이터화 한다. 단계(461)에서 GPS 데이터를 수신하고 현재좌표를 단계(462)에서 읽게 된다. 단계(463)에서는 방위각을 감지한다. 단계(464)에서는 현재가속도를 측정하며 가속도 값을 확인하고 단계(465)에서는 도플러 속도계의 측정값을 확인한다. 단계(466)에서는 소정 알고리즘의 적용을 위하여 함수 호출을 한다. 단계(467)에서는 함수계산을 하며 속도, 거리, 계산테이블에 따라 GPS값을 제외한 거리 값(좌표)을 조정한다.

이후 단계(468)에서는 GPS값과 방위각 값을 비교하여 그 차이가 소정범위, 실예를 들면 +/-0.005 이내인가를 판단하다. 만일 소정범위 이상이면 단계(469)에서 GPS값이 방위각 값 보다 작은지를 판단하고, GPS값이 큰 경우 이후 기술되는 단계(471)로 이전하고 반대로 큰 경우 단계(470)로 이전하여 함수처리를 하여 단계(471)로 이전한다.

단계(471)에서는 GPS값과 방위각 값을 비교하여 그의 차이가 소정 값 이하인가 다시 한 번 판단한다. 소정 값 이하이면 단계(472)에서 소정시간대에 GPS값과 방위각 값을 계산하고 단계(473)에서는 이들 처리 값에 대하여 DVL값을 병행하여 처리한 다음 단계(474)에서는 순차적으로 시간대에 따른 온도, 좌표 등의 데이터를 제2 SD에 저장한다.

한편 단계(475)에서 소정 값 이하가 아닌 경우 단계(475)로 이전하여 시스템 오차인가를 판단하고 시스템 오차가 아니면 단계(472)로 이전하고 시스템 오차이면, 단계(476)로 이전하여 경사도 값이 소정 값 이내인가 판단한다. 소정 값 이내이면 단계(472)를 수행하고 소정 값 이내가 아니면 단계(478)로 이전하여 가속도 값이 소정 값 이내 인가 판단 한다. 소정 값 이내이면 단계(472)를 수행하고 소정 값 이내가 아니면 단계(471)를 수행한다. 이로써 각 센서들의 작동제어를 하는데 따른 감지신호를 수집하고 처리하여 데이터화 한다.

수중 음향 송수신루틴 480

도 7에 도시와 같이, 제1 CPU(110)는 외부지령에 따라 수중 음향 송수신 작동을 하게 되고, 제2 및 제3 CPU(210) 및 (310)들과 데이터 연결되는 싱크상태로 된다. 이를 위하여 수중음향 송수신 루틴(480)이 수행된다. 이 루틴(480)을 수행하기위하여 단계(481)에서는 제1 CPU(110)가 제어시스템의 초기화 데이터를 호출하고 입력한다. 단계(428)에서는 제2 CPU(210)와 제3 CPU(310)에 각 제어시스템의 초기 데이터를 전송한다. 그 다음 단계(483)에서는 소정시간의 경과인가를 판단한다. 실예를 들면 3분이 지난 후 단계(414)에서는 수중음향 송신준비(484)를 하게 된다. 단계(485)에서는 제2 및 제3 CPU에 있는 데이터는 제1 CPU에 전송한다. 여기서 데이터는 이동경로(좌표)이거나 근거리, 밧데리 충전 상태, 현재 상태와 물체 검출데이터들이다.

단계(486)에서는 제1 CPU에 데이터를 송신하며, 이때 데이터는 암호화된다. 단계(487)에서 전송을 중지하고 단계(488)에서 대기 상태로 된다.

음파물체감지 루틴 500

도 8에 도시와 같이, 제1 CPU(110)는 수중에서의 물체를 감지하도록 음파물체감지부(150)를 독립모듈로써 제어하는데, 제3 MCU(151)를 제어하여 수중의 방해물이거나 물체의 존재 여부 및 물체의 종류와 형상을 감지하도록 하여 잠수함(1)의 수중 항해를 유도 한다. 이를 위하여, 이 루틴(500)에서는 단계(501), (502)와 (503)들을 동시에 수행하면서 전면 스캔소나(153), 좌우측면 스캔소나(154,155)와 저부 스캔소나(156)를 작동시킨다. 각 스캔소나(153 ~156)들은 단계(504), (505)와 (506)에서 비임 각도를 각각 =/-5도, +/-5도와 30도로 조정하여 음파를 발사한다. 이후 단계(507)에서는 반사된 파형을 분석하고, 단계(508)에서는 거리 및 물체형태를 계산한다. 단계(509)에서는 거리계산 알고리즘에 의하여 거리를 계산하고 단계(510)에서는 물체형상을 확인한다.

단계(511)에서는 연산 알고리즘을 호출하여 거리와 물체의 연관관계를 계산한다. 단계(512)에서 물체가 강철인가 판단하고 강철인 경우 단계(514)에서 이동한 상태여부를 판단한다. 만일 이동 했다면 단계(516)에서 추력속도를 감속시키게 되고 정지된다. 한편 추력속도의 감속과 동시에 단계(521)에서는 형상이미지선의 작성을 한다. 이 경우 이미지의 각 꼭지점과 중간의 포인트 좌표지점간의 좌표가 설계된 좌측 테이블에 의하여 표시가 되도록 하는데, 반드시 포인트 시작점은 형상이 가장 뛰어나온 부분을 기본좌표로 삼아서 좌표를 부여한다. 실예를 들면, 완전 칼라일 경우 좌표함수 2D(X,Y), 3D(X,Y,Z), ...(Xn, Yn, Zn)로 이미지 저장하고 1Kbyte 이내에서 라인과 점을 형성한다. 이와 같은 라인과 점의 이미지는 단계(520)에서 스캔하여 저장한다.

한편, 단계(512)에서 강철이 아닌 것으로 판단될 때, 단계(513)로 이전하여 생명체로 판단하여 반사된 값을 계산하고 테이블 값과 비교한 후 비교 값이 테이블 값 보다 작은 경우 단계(517)로 이전한다. 만일 비교 값이 큰 경우 단계(515)에서 고정물체인가 판단한다. 고정물체인 경우 단계(522)로 이전하여 고정물체의 위치, 전후 저면에 대한 음파출력을 높여 물체의 윤곽을 확인하고 단계(521)로 이전한다.

단계(517)에서는 음파의 빔 각도를 3도 이하로 하고, 단계(518)에서 반사 수신 값이 소정 값 실예를 들면 60% 이하인가를 판단한다. 만일 소정 값 이하이면 단계(519)에서 생물체 크기를 판별하고 단계(520)에서 스캔 저장한다.

무선데이터 송수신루틴 530

도 9에 도시와 같이, 무선데이터 송수신루틴(530)에서는 제1 CPU(110)가 제2 CPU(210)에 호출되어 잠수함(1)의 현재 상태에 대한 데이터를 외부의 콘솔이거나 PC에 전송한다. 이를 위하여 제1 CPU(110)의 지령에 따라 제2 CPU(210)는 단계(531)에서 무선안테나 액츄에이터들을 작동시키도록 하여 무선으로 데이터를 외부에 전송상태로 되게 한다. 단계(532)에서는 제2 CPU(210)가 심도 센서(239)의 감지 값을 확인하고, 단계(534)에서 압력센서(238)의 값이 소정 값 실예를 들면 0.5 이상인가 판단한다.

만일 소정 값 이상인 경우 단계(535)에서는 좌우발라스트 액츄에이터작동을 명령 하고 단계(536)에서는 평형추 액츄에이터의 작동으로 롤링 되도록 한다. 단계(537)에서는 수표면 위에 위치되었는가를 판단한다. 수표면상에 있다면 단계(538)에서는 카메라를 작동시킨다. 단계(539)에서는 수면 위 상태를 확인하여 이상이 있을 경우 단계(542)에서 대기하고 동시에 단계(546)에서 카메라 데이터를 전송 준비한다.

만일 단계(539)에서 수표면 위에 있는 것으로 판단되면, 단계(540)로 이전하여 데이터전송준비를 하고 단계(541)에서는 데이터전송신호를 송출한다. 이때, 물속물체를 검출한 경우 감지 위치와 음파의 영상데이터를 송출하도록 하고 단계(545)에서의 데이터 수신 후 확인신호를 전송한다.

한편, 단계(538)에서 카메라 작동과 동시에 단계(547)가 수행되어 GPS 데이터를 수신하고 단계(548)에서는 데이터를 갱신하며 단계(549)에서 현재 위치를 계산하고, 단계(550)에서 데이터를 저장한다.

또한 수표면 위에서 단계(551)를 수행하여 무선통신 실예를 들면 와이파이(WIFI)통신이거나 초고주파통신이 가능한가를 판단하고, 가능하다면 단계(552)에서 채널검색하고 엔코딩된 신호를 송신한다. 단계(553)에서 수신확인했는지 판단한다. 수신확인이 되었다면 단계(554)에서 송수신대기상태로 된다. 만일 단계(553)에서 수신이 확인되지 않으면, 단계(355)에서 소정횟수, 실예를들면 3회 반복하여 송신을 시도한다. 이후 송신 확인되면 단계(552)로 이전하고 송신확인이 안되면 대기한다.

한편, 단계(551)에서 초고주파통신이 가능하지 않다면, 단계(556)에서 초저주파통신이 가능한가를 판단하고, 초저주파통신이 가능하지 않다면, 단계(557)에서 초고주파거나 초저주파의 송수신하도록 대기한다. 만일 초저주파 통신이 가능하다면 단계(558)에서 채널검색하고 엔코딩된 신호를 송신한다. 단계(559)에서 수신확인했는지 판단한다. 수신확인이 되었다면 단계(554)에서 송수신대기상태로 된다. 만일 단계(559)도 수신이 확인되지 않으면, 단계(533)에서 소정횟수, 실예를들면 3회 반복하여 송신을 시도한다. 이후 송신 확인되면 단계(558)로 이전하고 송신확이이 안되면 대기한다. 선체가 잠수모드로 될 경우 대기 상태는 오프 상태로 된다

여기서 카메라작동은 이후 상세히 기술되는 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 카메라 역시 특수 장비가 아닌 일반적인 소형 카메라 모듈을 사용하나 기존의 방식에서 몇 가지 추가하여 카메라에 잡힌 대상체의 거리를 알 수 있도록 새롭게 설계된 것이다.

그 방법은 이미지 화상 캡처 된 데이터를 미리 설정해 놓은 분할 라인좌표계에 캡처 된 영상을 삽입하여 커서의 좌표를 계산한다. 대상체의 이미지는 이미지 벡터 합성으로 변환되어 분할 라인좌표계에 병합 되도록 좌표계 설정 작업된다. 즉, 라인 안에 들어온 대상체의 크기와 모양새를 알기 위하여 포인트와 포인트를 연결하는 좌표 라인 작업을 하게 되는데 포인트 간의 거리는 픽셀단위로 계산을 하게 되어 점과 점을 연결하면 형상이 그려지게 된다. 화상에 잡힌 대상체의 거리 계산은 크기와 주변 물체의 간격을 두고 계산 한다. 모든 기준점은 X1상태에서 카메라는 액츄에이터를 이용하여 상, 하, 좌, 우로 최대 90도까지 움직여 센터 커서 주변의 사물을 비교하게 된다. 이것은 센터 커서에 들어온 대상체의 크기를 비교함으로써 커서 안의 사물이 작은 것인지 아니면 큰 대상체인지 판단을 하게 된다. 반드시 X1 상태 즉, 줌(zoom)=0 인 상태에서 작업이 이루어진다. 만약 X2, X3,… X10 에서 이루어 질 경우 센터 커서의 대상체 거리는 무수히 많은 방정식을 거쳐야만 대략적인 거리를 알 수 있다. 이러한 방정식 계산을 줄이기 위하여 반드시 센터 커서의 초기 이미지 화상은 X1 상태의 영상을 가지고 거리를 측정하게 된다. 거리의 정확도를 알기 위하여 X2, X3… 등 배율을 키움으로써 초기 X1 거리와 X2,X3 일 때 거리를 비교 보정하게 된다. 이는 이후 상세히 기술되는 바와 같이 카메라물체거리측정루틴(580)에서 달성된다.

근접항해루틴 560

도 10에 도시와 같이, 다수의 MSS(마이크로 스위치센서)들에 의하여 수행되는 근접항해루틴에서는 MSS1 내지 MSSN들을 잠수함(1)의 좌우상하 측면의 소정부위에 설치하고 바다 속 협곡사이를 잠행하거나 근접 항해 시 사용하고 정지 상태에서는 유속의 흐름을 탐지한다. 즉, 단계(561)에서는 전후측면스캔소나로부터 협곡 및 바위 등의 물체 등을 감지한 음파데이터를 습득하고 마이크로스위치센서를 기동시킨다. 단계(562)에서는 제1 CPU가 제3 CPU에 MSS(1~N)들의 작동을 요청한다. 단계(563)에서 MSS가 작동상태로 전환이면 단계(565)에서는 오른쪽에 물체가 있는 가 판단하고 아닌 경우 단계(566)에서는 왼쪽에 물체가 있는가 판단한다. 만일 왼쪽에 물체가 있는 경우 단계(567)에서 저부에 물체가 있는 가 판단한다. 반대로 단계(565), (566) 및 (567)을 거치면서 오른쪽에 물체가 없고, 왼쪽에 물체가 없으면서 저부에도 물체가 없게 되면 단계(568)로 이동하여 추력속도를 1노트 이하로 유지한다. 단계(569)에서는 측면스캔소나에 의하여 탐지거리를 측정한다. 이 측정결과에 대하여 단계(570)에서 초기위치보다 상승인가를 판단한다. 만일 상승했다며 단계(571)에서의 수평 키와 러더의 액츄에이터를 작동시켜 소정 각도로 조정한다. 그 다음 단계(572)에서는 추력속도를 상승시킨다.

만일 단계(570)에서 상승상태가 아니라면 단계(573)로 이전하여 좌측 물체와의 거리를 측정하여 좌측의 소정간격이 확보되면 단계(574)에서 엘리베이터를 조정하고 단계(575)로 이전하여 추력속도 상승한다.

한편, 단계(572)에서 좌측간격이 확보되지 않은 경우 단계(576)로 이동하여 우측의 소정간격을 확보했는가를 판단하고, 우측의 소정간격이 확보되는 경우만 단계(577)로 이전하여 엘리베이터조정하고 단계(579)에서 추력속도를 상승시키도록 한다.

카메라물체거리측정루틴 580

도 11에 도시와 같이, 이미지센서로부터 영상데이터를 MMP(321)가 습득하므로 시작된다. 단계(581)에서는 영상이나 화상을 캡처하고, 단계(582)에서 실예를 들면, 가로 32/세로 32로 되는 분할 화상라인에 캡처된 영상을 삽입한다. 동시에 단계(583)에서는 이미지벡터를 합성한다. 이후 단계(584)에서는 이미지의 포인팅작업을 하여 좌표계산을 한다. 단계(585)에서는 지점 대 지점간의 거리를 소정 알고리즘에 따라 계산한다. 단계(590)에서는 선행하는 단계(588)에서 카메라들의 좌우상하로 90도 회전을 수행하고 단계(589)에서는 주변사물의 크기를 비교하게 한 후 줌을 X1배율로 작동한다. 단계(591)에서는 줌을 2배 내지 5배까지 작동 한다. 단계(592)에서는 줌을 6배 내지 10배로 확대 할 수 있다. 이와 같이 줌을 작동함에 따라 단계(594)에서는 물체와의 거리를 파악하는데 이들 단계에서 단계(593)로 이전하여 각 단계에서의 거리를 자동으로 계산 하거나 단계(595)에서 최종의 줌 작동에 따른 시간, 좌표, 이미지와 거리등에 대한 데이터를 저장한다. 그 다음, 단계(596)에서는 이미지/시간/좌표/거리등의 데이터를 합병하여 데이터화 하고, 단계(597)에서 무선데이터통신부로 입력하고 단계(598)에서 데이터를 무선 전송한다.

자세제어루틴 40

도 12에 도시와 같이, 자세제어루틴(40)은 잠수정(1)의 수직, 수평 등의 자세를 유지하여 자세제어의 오차를 줄이도록 좌우 발라스트 및 평형추 액츄에이터들을 미리 정해진 테이블 값에 따라 제어하여 자세를 보정 하게 된다.

즉, 자세 제어루틴(40)은 제2 CPU(210) 및 제3 CPU(310)의 각 제2 및 제3 서브시스템의 다수센서의 작동으로 무인수중 자동 항해 잠수함(1)의 자세를 유지시키고 추력을 제어하도록 하는 준비단계를 먼저 수행한다. 단계(41)에서 자체 프로그래밍에 따라 알고리즘을 호출하여 제1 및 제2 자이로(234), (235), 가속도센서(236), 경사센서(237), DVL(224), 압력센서(238), 방위각센서(229)와 MSS(1~N)들의 데이터를 수집하여 데이터 처리한다. 단계(43)에서는 디폴트테이블, 매개변수테이블 등으로 이루어진 매크로 파일을 호출하여 각종 센서로부터 취합된 데이터와 함께 단계(42)이후에 수평자세 제어루틴을 수행한다.

즉, 단계(44)에서는 경사 값이 0도 이하인가 판단하고 그 이하이면 단계(45)로 이전하여 AD변환 값을 산출한다. 단계(46)에서는 산출 디지털 값을 소수점 5자리로 테이블작성하고 이후 기술되는 단계(49)로 이전한다.

단계(47)에서는 자이로의 어느 좌표값이 0도 이하인가 판단한다. 이 좌표값이 0도 이하인 경우 단계(48)에서 처리할 각도계산을 하고 경사 값과 비교한다. 그 다음 단계(49)에서는 계산된 테이블 값이 0도이거나 그 이하인가 판단하고 0도 이상인 경우 단계(50)로 이전하여 테이블 값이 0도인가를 판단한다. 이때 수평, 수직의 테이블 값이 0도이면 단계(57)로 이전한다. 단계(50)에서 테이블 값이 0도 이하거나 0도가 아닌 경우 단계(49)로 이전한다.

한편, 단계(44)의 경사 값과 단계(47)의 어느 좌표값이 0도 이상인 경우 대기상태로 되고, 단계(47)에서 어느 좌표값이 0도 이하인 경우 단계(51)로 이전하여 수평 키가 작동하는가를 판단하고 수평 키가 작동하면 단계(52)로 이전하여 수평 키를 조정한다. 그 다음 단계(53)에서 수평각도(H)가 0도 이하인가 판단한다. 수평각도가 0도 이하이면 단계(54)에서 평형추를 작동시키고 동시에 단계(55)에서 발라스트 상태를 점검한다. 평형추 작동이 이루어지면 단계(56)로 이전하여 평형추 조정을 하게 되고 단계(57)에서는 수평수직각이 0도인가를 판단한다. 이때, 단계(58)에서 경사각이 0도 이하이고 방향각이 3도 이상이어야 한다.

한편, 단계(51)에서 수평 키가 작동되지 않은 경우 단계(59)로 이전하여 수직키가 작동하는가를 판단하게 된다. 만일 수직키가 작동 하지 않는 경우 단계(47)로 이전 한다. 수직키가 작동 된다면 단계(63)로 이전하여 수평 키의 상하작동을 한다. 단계(64)에서는 수평 키의 각도가 소정각도, 실예를 들면 5도 이상이면 단계(65)로 이전하여 수직각이 소정각도, 실예를 들면 90도 이상인가 판단한다. 소정각도 이상인 경우 단계(66)로 이전하여 다시 수평각이 0도인가 판단한다. 수평각이 0도이면 단계(67)에서 수직키를 상하 조정한다.

만일 단계(65)에서 수평각이 소정각도 이하이면 단계(68)에서 평형추 액츄에이터를 작동호출하고 단계(66)에서 수평각이 0도가 아닌 경우에도 단계(56)로 이전하여 평형추 조정을 한다.

한편, 자세제어루틴(40)을 수행하면서 단계(60)에서는 추력이 소정속도로 실예를 들면 2노트로 이동시킨다. 단계(61)에서는 자세가 정상인가 판단하고 정상이라면 단계(62)에서 소정속도를 높인다. 이때 속도는 3노트정도이다.

발라스트작동루틴 70

도 13에 도시와 같이, 발라스트는 여기서 구체적인 구성이 나타나있지 않으나 실린더, 피스톤, 밸브, 수 펌프 등의 부품 및 부품의 작동에 대한 기술에 잘 알려져 있으므로 상세설명은 생략 된다. 발라스트작동루틴(70)은 발라스트의 작동제어를 하도록 한 것으로, 여기서, 발라스트의 작동에 필요한 구성요소를 제2 CPU(210)가 제어하고, 단계(71)에서는 발라스트를 기동시키도록 한다. 이를 위하여 단계(72)에서는 미세자세제어모드로 되고, 단계(78)로 이전하여 발라스트 작동을 위한 미세조정하고 단계(79)에서 오프모드로 대기한다.

단계(72)는 잠수작동모드에 해당하는 것으로 잠수지령을 확인하고, 단계(75)에서는 밸브1을 온하고 단계(76)에서 피스톤 모터를 온하여 물을 흡입하고, 단계(77)에서 DC펌프모터를 작동하여 물을 흡입한다. 단계(80)에서는 발라스트의 알고리즘을 호출하여 밸브1, 피스톤모터와 펌프모터들이 작동한 후 소정시간의 경과를 대기한다. 이후 단계(81)에서는 실린더가 완전히 충전되었는지 판단하고, 충만 된 상태이면 단계(82)에서 피스톤모터를 오프로 하고 동시에 단계(83)에서 펌프모터를 오프로 하고 단계(84)에서 수 밸브1을 오프로 하고 종료된다. 만일 단계(81)에서 실린더가 충만하지 않은 경우 단계(85)로 이전하여 제한충전지점을 점검하고 단계(86)에서 지점B인가 판단한다. 지점B이면 단계(87)에서 대기하고 그렇지 않다면 단계(81)로 이전한다.

한편, 무인 자동항해 잠수함(1)이 부상하는 경우(단계 74) 단계(88)로 이전한다. 단계(88)에서는 현재 깊이를 점검하고, 단계(89)에서는 실린더공기를 주입한다. 이에 따라 단계(90)에서 수 펌프를 작동시키고 단계(92)에서 밸브2를 작동시킨다. 동시에 단계(91)에서는 피스톤모터를 작동시켜 단계(93)에서 피스톤바를 이동시키므로 실린더내의 물을 배수하도록 한다.

그 다음, 단계(94)에서는 실린더 내에 물이 있는가를 판단하여 비어 있다고 판단되면 단계(95)로 이전하여 피스톤모터와 펌프모터를 오프로 하고 그 다음 단계(96)에서는 밸브1, 2 등을 오프로 한다.

한편 단계(94)에서 물이 차 있다면 단계(97)에서 제한점에 있는가 점검한다. 그 다음 단계(98)에서 지점B에 있다고 판단되면 단계(99)로 이동한다.

이상과 같이, 본 발명의 제어에 따라 MCU의 독립제어가 이루어지고 잠수함(1)이 수중으로 잠수를 시도 할 경우 기울기가 5도 ~ 10도 또는 15도 내에서 기울어져 잠수를 하게 되는데, 발라스트 탱크에 수 펌프가 2이어서 물의 흡입과 방출이 같은 시간 또는 간격을 두고 운영이 가능 하다.

전원공급루틴 600

도 14에 도시와 같이, 전원공급루틴(600)은 전원제어부(340)에 의하여 시스템전원을 공급하도록 한 것으로, 밧데리의 전원을 점검하고 사용되고 있는 전력량들을 항상 모니터링 하여 이상이 있을 겨우 조치되도록 한다.

단계(601)에서 제1 CPU(110)는 제3 CPU에 전원상태 데이터를 요청하고 소정시간 대략 30분을 대기한다. 단계(602)에서는 즉 밧데리 점검하고 단계(603)에서 용량이 소정값, 실예를 들면 10% 이하인가 판단한다. 소정 값 이하인 경우 단계(602)로 이전하고 소정 값 이상인 경우 단계(604)로 이전하여 현재 소요되는 전력을 점검한다. 이때 각 부분별로 사용되고 있는 전력이 외부 PC거나 콘솔의 전원관리부에서 관리되고 감시되면서 사용되고 있는 전력량이 항시 모니터링 되어 이상 발생시 곧 바로 조치된다, 단계(605)에서는 전력량이 소정 값, 실예를 들면 10% 이하인가 판단한다. 소정 값 이상이면 단계(604)로 이전되고, 반대로 소정 값 이하이면 단계(606), 단계(607)와 단계(609)를 동시에 수행하는데, 단계(606)에서 추력속도를 감소시키고 단계(607)에서는 제1 스위칭부(343)를 오프로 하고 단계(609)에서 제12 스위칭부(344)를 오프로 한다.

단계(609)에서는 제1 및 제2 서브시스템에 대한 제2 및 제3 밧데리 전원을 점검하고 하기에서의 제2 스위칭부(344)를 온하고 단계(610)에서 전원 흔들림 현상이 있는 가 점검한다. 단계(611)에서 전원 흔들림이 있는 경우 단계(612)에서 전원 공급 상태를 확인하고 전원이 이상 하다고 판단되면 단계(613)에서 센서, 추력부, 소나의 상태를 확인하다. 만일 전원의 흔들림(이상)이 없다면 단계(614)로 이전하고 단계(615)에서 보조밧데리(353)의 전원이 소정값 실예를 들면 10% 이하인가 판단하다. 소정 값 이하이면 단계(616)에서 제2 스위칭부(344)를 오프로 하고 단계(617)에서 추력속도를 감소시킨다. 이때, 전력소모량을 모니터링 하여 최소전력만 사용하도록 한다. 이후 단계(618)로 이전하여 제3 스위칭부(345)를 온하여 제2 보조밧데리(354)를 온하여 잠수함(1)의 임무완수 후 귀환을 할 때 사용하도록 한다.

한편, 밧데리 백업전원을 확인하기 위하여, 단계(620)에서는 잠수함(1)의 이동시작지점에서 현재까지 거리를 계산하여 전원조절을 확인하다. 단계(621)에서 최대운행가능시간을 계산하고 단계(622)에서 전원용량이 충분 한가 판단한다. 충분하지 않으면 단계(623)에 주밧데리(343)와 제1 보조밧데리(345)의 잔량을 확인하고 단계(621)로 이전한다. 만일 전원용량이 충분하지 않다면 단계(618)로 이전하여 제3 스위칭부(345)를 온하고 귀환하도록 제2 보조밧데리(354)를 사용한다.

이와 같이 시스템의 각 부분별로 독립모듈로써 작동 준비되거나 초기화가 이루어지고 작동상태로 되어서 잠수함(1)의 시스템 작동준비단계로 이전된다. 이러한 준비단계는 잠수함(1)이 수 표면에서의 모든 작동준비가 이루어져야 하고, 이를 위하여 본 발명은 시스템작동준비루틴(650)을 먼저 수행한다.

시스템작동준비루틴 650

도 15에 도시와 같이, 시스템작동준비루틴(650)에서는 시스템프로그래밍을 각 부분별로 호출하고 인스털 하여 현재 상태를 점검하고 제 1 CPU(110)의 명령을 대기하도록 한다. 이러한 명령대기는 제어용PC거나 콘솔 또는 자체프로그램에서 동작 하달된다.

즉, 단계(651)에서는 각 독립 모듈별로 모든 기능이 오프상태로 된다. 단계(652)에서는 잠수함(1)이 표면 상태인가 잠수상태인가를 판단한다. 잠수상태이면 단계(653)로 이전하여 잠수루틴을 수행한다. 표면 상태이면 단계(653)에서 제1 CPU 및 제1 SD를 호출하여 지시된 명령상태를 확인하는데, 이때 단계(654)에서 GPS데이터를 호출한다. 단계(655)에서는 제1 CPU(110)가 제2 CPU(210)를 호출한다. 또한, 이 단계에서 제1 CPU(110)가 단계(656)와 단계(657)를 수행하게 하여 현재 화면데이터의 메모리에 저장하고 무선모뎀을 작동시키며, 단계(658)를 수행 하게 하여 제3 CPU를 호출하며, 동시에 단계(659)를 수행하여 각 센서데이터를 요청한다.

한편, 단계(658)에서 제3 CPU를 호출한 후 단계(660)에서 전원상태를 확인한다. 이때 제3 CPU는 자체 프로그래밍에 따라 제2 부제어회로기판(102)에 실장 한 제2 서브시스템의 카메라의 상태B 와 주밧데리, 제1 및 제2 보조밧데리의 전원상태A와 기타 사항(C)을 확인한다.

단계(659)에서 각 센서데이터를 요청 한 후, 단계(661)에서는 제2 CPU가 제4 내지 7 MCU들이 모든 센서들의 데이터 값을 처리하도록 한다. 즉, 제2 CPU는 단계(664)를 거쳐 제2 서브시스템을 제어하여 추력부상태D, 전원상태E와 수평유지 값, 각 센서처리 값, 자세제어 값들의 센서데이터F를 확인하고 제1 CPU에 상태 값을 제공한다.

한편, 단계(655)에서 제1 CPU가 제2 및 제3 CPU를 호출한 다음 단계(666)에서 제1 및 제2 CPU에서 제공된 값을 처리한다. 단계(667)에서는 데이터를 외부PC에 패키드 단위로 전송하기 시작하는데, 이때 전송데이터는 현재위치(좌표), 각 센서상태, 현재 자세상태, 전원상태, 기 명령상태 또는 처리상태거나 처리대기상태에 대한 데이터들이다. 단계(668)에서는 전송완료를 하고 확인신호를 받을 때까지 대기하고, 단계(669)에서는 잠사함선체가 수평유지를 하도록 각 센서 및 드라이브, 추력부 작동을 대기시킨다.

수표면 상태 루틴 700

도 16에 도시와 같이, 시스템작동준비루틴(650)이후 시스템의 작동으로 잠수함(1)이 수표면 항해, 잠수항해, 귀환 및 도크진입등 운전 제어된다. 이에 따라, 잠수 준비를 위하여 수표면 상태 루틴(700)에서는 작동확인 명령을 받게 되면 시스템 프로그래밍을 호출하고 단계(701)에서 제1, 2 및 3 CPU들과 MCU, 마이콤들에서 센서 데이터 값을 처리하여 메모리에 저장하도록 한다. 단계(702)에서는 모든 센서들을 작동시키는데 선행하여 잠수함(1)의 브릿지상태 및 방수상태를 점검하여야 한다. 특히, GPS, 카메라, 안테나들의 액츄에이터들을 점검한다. 단계(703)에서는 발라스트의 작동을 위하여 제6 MCU를 호출하고 단계(704)에서 발라스트 구동제어모드로 된다.

즉, 단계(705)에서는 수 펌프 온 되고, 피스톤 작동을 하며, 밸브개방을 하여 발라스트의 흡입작동을 하도록 한다. 단계(706)에서는 탱크 안에 물이 유입되는 가 판단한다. 물이 유입되지 않는 경우 단계(707)로 이전하여 펌프의 속도를 상승하여 단계(705)를 수행하고, 반대로 탱크 안에 물의 유입 시에는 단계(708)에서 탱크에 물이 완전히 채워져 있는 가 판단한다. 완전히 채워지지 않았다면 단계(709)에서 피스톤을 재 작동시키도록 하여 발라스트가 흡입 작동되게 하고 단계(707)를 거쳐 단계(705)로 이동한다. 만일 단계(708)에서 탱크에 물이 완전히 채워졌다면 다시 밸브 온, 펌프 온, 피스톤 온하여 단계(712)로 이전하는데 먼저 단계(711)에서 압력 값 변화를 점검하고 단계(712)에서 잠수함의 선체가 물에 잠겼는가를 판단한다. 선체가 물에 잠기지 않았다면 단계(713)로 이전하여 밸브를 개방하고 펌프를 작동시키고 단계(710)로 복귀한다. 또한 단계(710)를 수행하고 단계(712)로 이전하게 되는데 이때 단계(711)에서 압력 값 변화를 점검하고 이를 근거로 선체가 물에 잠겨 있는 경우 단계(714)에서 선체가 수평인가 점검하고 단계(715)에서 선체수평이 유지되면 대기하고 선체수평이 유지되지 않았으면 단계(720)로 이전한다.

도 17에 도시와 같이, 잠수를 하기 위하여 단계(720)를 수행하는데 있어서, 먼저 단계(716)에서 전후측면에 설치된 스캔음파센서들을 작동시키고 선체가 수평인가를 판단한다. 수평이 아닌 경우 단계(721)에서 좌로 기울었는가를 판단한다. 좌로 기울었다면 단계(722)로 이동하여 평형추를 이동시킨다. 만일, 좌로 기울지 않았다면 단계(723)에서 우로 기울었는가를 판단한다. 만일 우로 기울었다면 평형추를 이동시켜 다시 단계(725)에서 수평인가 판단하고 수평이라면 단계(726)로 이전한다.

단계(726)에서는 수평에서 소정각도 실예를 들면 30도로 기울어져 선단부터 잠수한다. 단계(727)에서는 잠수 경사각이 소정 각인가 판단한다. 소정 각이 아니면 단계(726)로 이전하고 경사각이 소정 각이면 단계(728)로 이전하여 추력부를 작동시킨다. 단계(729)에서 잠수함(1)이 소정속도 즉 3노트로 잠수하는가를 판단하고 소정속도가 아니면 단계(731)에서 압력 값을 점검하여 단계(732)에서 이 압력 값을 저장한다. 이후 단계(733)에서 잠수 깊이가 소정 값 실예를 들면 100m이하인가 판단한다. 소정 값 이하가 되면 단계(734)에서 추력부를 정지시키고 단계(735)에서 수평 키를 소정각도, 실예를 들면 0도로 유지한다. 동시에 단계(736)에서 스캔음파데이터를 분석하여 장애물을 확인한다. 그 다음, 단계(737)에서 수평상태인가 판단하고 수평상태가 아니면 단계(738)에서 평형추를 이동하여 좌우 상태를 점검한다.

수평상태이면 단계(739)에서 수직상태인가 판단한다. 수직상태가 아니면 단계(741)에서 평형추를 전후로 이동시키고 단계(742)에서 경사가 소정각도 실예를 들면 0도 이하인가 판단하고 소정각도 이하이면 단계(739)로 이전한다.

동시에, 단계(739)에서 수직상태로 판단되면, 수직 및 수평상태인 가를 판단하는 단계(750)로 이동하여 수직 수평상태가 이루어졌는지를 판단한다. 아닌 경우 단계(751)에서 평형추를 좌우로 이동하고 단계(752)에서 평형추를 앞뒤로 이동시켜 수평수직이 이루어지도록 한다. 한편, 단계(737)과 (739)를 거치면서 수평 수직이라 판단되면 잠수 항해를 위하여 단계(750)를 수행한다.

도 18에 도시와 같이, 잠수 항해에 따라 단계(750)에서 잠수함(1)이 수평 수직 상태인가 판단하고 단계(751)와 (752)들을 차례로 수행 하면서 평형추를 좌우로 이동하여 조정 하고, 평형추를 전후로 이동하여 조정하므로 수평수직상태를 만든다.

단계(753)에서는 단계(743)에서 저장된 방향각, 가속도, 경사각, 압력, 방위각 등의 각 센서 값들을 확인하고 단계(744)에서 저장된 DVL값을 호출하여 현재 속도를 확인한다. 단계(754)에서는 압력을 확인하고, 단계(755)에서 깊이가 소정깊이, 실예를 들면 100m인가 판단하고 아닌 경우 단계(756)에서 제2 및 제3 CPU(210)과 (310)들을 호출하고 단계(757)에서 주어진 명령을 점검한다. 실예를 들면 제2 CPU(210)에는 음파의 스캔 데이터를 요청한다. 즉, 이벤트가 있는 경우 제1 CPU(110)는 제2 CPU(210)에 인터럽트를 요청한다.

단계(755)에서 깊이가 소정 깊이이면 단계(758)에서 평균속도를 유지한다. 이러한 가운데 단계(758), (760), (761)들에서 즉, 전면스캔음파센서, 측면스캔음파센서와 저면스캔음파센서들이 동시에 작동하게 된다. 이들 소나들의 작동에 의하여 얻어진 데이터들은 단계(762)에서 장애물 회피 알고리즘에 근거하여 장애물과의 거리를 측정하게 된다.

단계(763)에서는 장애물이 있는가를 판단하고 장애물이 없는 경우 단계(776)에서 음파탐지를 하면서 항해를 계속한다. 만일 장애물이 없다면 단계(764)에서 앞에 있는가를 탐색하여 앞에 있다면 단계(765)에서 거리탐지를 하고 단계(766)에서 소정거리 실예를 들면 50m 간격을 두고 있는가를 판단하다. 일정간격이 확보되지 못한 것으로 판단되면 단계(767)에서 소정간격을 확보하고 정지한다. 소정간격을 확보한 것으로 판단하면 단계(768)에서 제2 CPU를 호출하고 데이터를 저장하면 단계(769)에서 트러스터부를 정지시킨다.

한편, 단계(764)에서 전방에 장애물이 있다면 단계(770)로 이전하여 좌우측면 장애물이 있는가를 판단한다. 장애물이 있다면 단계(771)에서 거리탐지를 하고, 소정간격인가 판단하여 소정간격이 아니면 단계(767)로 이전하고 소정간격이면 단계(768)(769)들을 수행한다.

만일 단계(770)에서 측면장애물이 없다면 단계(773)에서 저면에 장애물이 있는지 판단한다. 저면에 장애물이 없다면 단계(776)에서 음파 탐지를 하면서 항해을 계속하고 장애물이 있다면 단계(774)로 이전하여 거리탐지를 하면서 단계(775)에서 소정간격인가 판단한다. 소정간격이 아니면 단계(767)를 수행하고 소정간격이라 판단하면 단계(768)와 (769)를 수행하여 제2 CPU를 호출하며 데이터를 저장하고 추력부를 정지시킨다. 한편, 잠수함(1)은 그의 주변에 장애물에 관련하여 이동체일 때에도 그 실체를 확인하고 항해를 계속 하게 된다.

도 19에 도시와 같이, 단계(780)에서 장애물이 이동하는가를 확인하고, 단계(781)에서 이동 중인가 판단한다. 이동 중이 아니면 이후 기술되는 단계(792)이하의 과정을 수행한다. 만일 단계(781)에서 이동 중인 것으로 판단되면 단계(782)에서 장애물의 크기를 계산한다. 단계(783)에서는 강철인가 판단하고 강철이 아니라면 단계(790)에서 생물체인가 판단하며 생물체이면 단계(791)에서 추력부의 속도를 감속하고 생물체가 아니면 다시 단계(781)로 이전한다. 단계(783)에서 강철이라 판단되면 단계(784)에서 추력부를 정지시키고 단계(786)에서는 음향감도를 계산한다. 단계(789)에서는 수신감도를 측정하여 소정감도 실예를 들면 10db 이상인가 판단하다. 아니라면 단계(786)를 수행하고 소정 값 실예를 들면 20db 이상인가 판단하고 소정 값 이하이면 단계(786)로 이동하고 소정 값 이상이면 단계(789)에서 수신모드 상태로 대기한다.

한편, 단계(781)에 장애물이 움직이지 않는 정지 상태이면 단계(792)에서 장애물의 크기를 계산하고 단계(793)로 이전하여 바위 또는 산인가를 판단한다. 바위 등의 고정 장애물이 있다면 단계(794)에서 바위간의 거리를 계산하고 단계(795)에서 거리계산 알고리즘을 호출하며 장애간 거리가 소정거리 즉, 50m 이상인가 판단하여 소정거리 이하면 추력부 속도를 감속하고 단계(797)에서 선체방향을 조정한다. 만일 단계(793)에서 고정 장애물이 아닌 경우 단계(799)에 선박 등의 이동물체인가 판단하다. 이동물체인 경우 단계(794)를 수행하고 만일 이동물체인 경우 단계(799)로 이전하여 기타물체로 이전하여 단계(796)를 수행하게 된다.

잠수작동루틴 800

도 20에 도시와 같이, 잠수작동루틴(800)은 제1 CPU(110)가 제2 CPU(210)에 명령하므로 수행된다. 즉, 단계(801)에서는 압력값이 제로인가 확인하고 단계(802)에서 발라스트가 흡입 작동하도록 한다. 이후 단계(803)에서 밸브를 개방하고 동시에 단계(804)에서 수 펌프를 작동시키고 단계(806)에서 수 흡입상태로 된다. 동시에 단계(805)에서 피스톤모터를 작동시키고 단계(807)에서 피스톤이 흡입작동을 한다. 또한, 이후 기술되는 단계(826)를 수행하여 자세제어를 하고 단계(827)에서는 수평유지 상태로 된다.

그 다음, 단계(810)에서 수평 유지된 상태에서 수 펌프 속도를 높인다. 단계(811)에서는 습도센서를 작동시킨다. 단계(812)에서는 물이 채워져 만수위인가 판단하게 되고 만수위가 아닌 경우 단계(813)에서 수 펌프 작동속도를 높이는 동시에 단계(814)에서 피스톤을 중간지점까지 서서히 전진시킨다. 단계(815)에서는 피스톤흡입모드로 전환하여 단계(812)로 이전한다.

단계(812)에서 만수위로 판단되면 이후 상세히 기술되는 단계(830)을 수행하거나 단계(818)에서 밸브를 폐쇄하고 단계(816)에서 수 펌프의 작동을 중지시키며, 단계(817)에서 피스톤모터의 작동을 동시에 중지시켜 단계(819)를 수행하며 현 자세를 유지하고 이후 기술되는 단계(836)로 이전한다.

또한 만수위인 경우 단계(820)를 수행하여 압력에 변화가 있는가를 판단한다. 압력변화가 없다면 단계(821)에서 대기하고 압력변화가 있다면 단계(822)에서 압력 변화 값을 처리한다. 그 다음 단계(823)에서 잠수위치가 소정깊이, 실예를 들면 100m인가를 판단한다. 소정깊이에 도달하지 못한 경우 단계(824)로 추력부와 수평 키를 점검하고 소정깊이에 도달된 것으로 판단하면 단계(825)에서 자세유지하고 단계(830)로 이전하고, 이후 수중 항해를 수행한다.

잠수항해루틴

도 21에 도시와 같이, 단계(830)를 수행하기 전에 단계(828)에서 수평 키를 상향 및 하향으로 소정각도 상향 30도 및 엘리베이터 각도를 하향 30도 정도 점검한다. 그 다음 단계(830)에서는 추력부를 작동하여 속도를 소정속도로, 실예를 들면 0.5노트로 한다. 단계(831)에서는 경사도가 소정각도 실예를 들면 30도가 아니면 수평 키 각도 값을 올리고 30도이면 단계(833)에서는 소정깊이 실예를 들면 100m에 도달 했는가 판단한다. 소정깊이에 도달하지 않은 경우 소정깊이로 잠수할 때까지 대기하고 소정깊이에 도달하면 단계(836)에서 수평 키 각도를 소정각도, 실예를 들면 0도로 조정하고 후미키(rear key) 각도를 소정각도 0도로 조정한다. 이때 단계(837)에서 수직?수평각도와 경사각도 값을 확인하고 단계(838)에서 틀어짐을 보정한다.

단계(839)에서 자세가 수평유지인가 판단하여 수평을 유지하였다면 단계(840)에서 전면, 측면, 저면의 음파출력을 높이고 동시에 추력속도를 높이고 단계(841)에서는 소정속도, 실예를 들면 3노트로 유지시킨다. 이후 단계(842)에서 현재 위치 및 지형을 파악하고 단계(843)에서 데이터를 저장한다.

한편, 단계(839)에서 수평으로 자세가 유지되지 않았다면 단계(843)에서 전후면이 동일선상에 있는가를 판단하고 동일선상이면 단계(846)에서 추력속도를 소정속도 3노트로 높인다. 만일 전후가 동일선상에 있지 않다면 단계(845)에서 균형추를 이동시키고 동시에 단계(847)에서 경사 값을 계산하고 단계(848)에서 각도 보정 값을 처리하는데 이때 단계(849)의 수평 수직의 자이로(좌표)값도 합산한다.

부상대기루틴(850)

도 22에 도시와 같이, 잠수함(1)의 수 표면의 소정 깊이 실예를 들면 1도에서 부상 상태로 유지될 수 있다. 부상대기루틴(850)에서는 작업이 끝난 상태, 이벤트거나 비상의 경우, 밧데리 용량이 낮은 경우, 대용량의 데이터를 위하여 통신하는 경우, 좌표데이터를 경신하는 경우 수행된다.

단계(851)에서는 밸브를 개방하고, 단계(852)에서 추력속도를 소정속도 실예를 들면 0.5노트로 유지한다. 이후 연속되는 작동수순에 따라 단계(853)에서 발라스트를 작동시켜 피스톤모터와 수 펌프모터를 작동시켜 배수상태로 되며 수평 키를 소정각도 -30도로 조정하고 후미키를 소정각도 +30도로 조정한다. 단계(855)에서는 피스톤의 배수 작동을 하게하고 수 펌프출력을 높인다. 단계(856)에서 추력을 상승시켜 속도를 소정속도인 1노트로 유지시키고 단계(857)에서는 배수가 완료되었는가를 판단한다. 만일 배수가 완료되지 않았다면 단계(859)에서 공기튜브밸브를 개방시키고 단계(855)를 수행한다. 만일 단계(857)에서 배수가 되었다면 단계(859)에서 경사각이 소정각도 실예를 들면 30도인가 판단한다. 경사각도가 30도가 아닌 경우 단계(860)에서는 평형추를 경사각 30도가 되도록 이동시키고 단계(859)를 다시 수행하고 이후 상세히 기술되는 단계(871), (872), (873)들을 동시에 수행한다.

단계(859)에서 경사각이 소정각도인 경우 단계(861)로 이전하여 깊이변화가 있는지 판단한다. 깊이변화가 없다면 단계(812)로 이전하여 좌표 뒤틀림 값을 확인하고 단계(863)에서 추력속도를 확인하고 단계(864)로 간다.

한편, 단계(861)에서 깊이변화가 있다면 추력속도를 소정속도 실예를 들면 2노트로 상승시키고 상승각을 소정각도(20 내지 30도)로 유지한다. 단계(865)에서는 경사각이 소정각도, 실예를 들면 30도인가 판단하고 30도가 아니면 단계(867)에서 평형추를 경사각 30도가 되도록 이동시킨다. 만일 경사각이 소정각도이면 단계(868)에서는 소정깊이 실예를 들면 0.8m인가 판단한다. 소정깊이가 아니면 단계(869)에서 부상 작동을 계속한다. 반대로 소정깊이라면 단계(870)에서 속도를 줄이고 수평 각도를 소정각도 5 내지 10도 이하로 유지한다.

한편 단계(857) 이후에 동시에 수행되는 단계(871)에서는 피스톤모터의 작동을 중지시키고, 단계(872)에서 수 펌프작동을 정지시키며 단계(873)에서 밸브를 오프로 한 후 단계(874)에서 에어튜브밸브를 오프로 하고 단계(875)에서 습도센서를 확인하게 된다.

귀환루틴(900)

도 23에 도시와 같이, 귀환루틴(900)은 먼저 단계(901)에서 귀환 호출에 따라 지정목표를 확인한다. 단계(902)에서는 추력조정을 하는데 소정의 평균속도, 실예를 들면 0.5 내지 1노트로 한다. 이후 각 부분별로 동시에 작동을 하게 된다.

즉, 단계(903)에서 주 및 보조밧데리들의 전원을 점검하고 단계(904)에서는 밧데리 잔량을 점검하고 단계(905)에서 귀환용량을 계산한다.

단계(906)에서는 제1 CPU(110)에 의하여 저장된 경로를 탐색하고 단계(907)에서 좌표변경하고 시간을 역산하며 단계(905)의 귀환에 필요한 전원용량을 계산하고 단계(908)에서 귀환예정시간을 계산하고 이후 기술되는 단계(919)를 수행한다.

동시에 단계(909)에서는 모든 스캔음파센서를 작동시키고 단계(909-1)에서 지형검색을 하는데, 이 단계에서도 이후 단계(908)와 (919)를 수행하도록 한다.

단계(902)이후 동시 수행되는 단계(925)에서 지상콘솔로 되는 PC와 통신 준비를 하고 단계(926)에서 고주파/음향통신을 하고, 단계(927)에서는 예정목적지 도착예정, 도착에 대한 정보를 송수신하고 단계(928)에서 이벤트 상황을 대기한다.

이와 같이 귀환준비가 이루어지면, 단계(905)와 단계(908)를 수행한 후, 단계(910)를 수행하여 전원이 소정용량 실예를 들면 80% 이상인가 판단한다. 소정용량 이하이면 단계(911)에서 제1 보조밧데리 잔량을 점검한다. 단계(912)에서 제2 보조밧데리를 온하여 추력에 필요한 전원을 공급하여서 단계(913)에서 소정깊이 실예를 들면 50m에 도달하여 자동항해프로그래밍을 호출한다. 단계(914)에서는 제2 CPU(210)가 제4 SD에 귀환 항해 프로그래밍을 저장한다. 단계(915)에서는 목적지 좌표를 비교하고 소정 값이 실예를 들면 0.5% 이상 오차가 있는 경우 단계(918)에서 좌표변경을 하고 항해를 시작한다. 만일 그렇지 않다면, 단계(916)에서 2차 보정을 하고 단계(917)에서 보정 값을 제1 CPU(110)에 전달하고 이후 기술하는 단계(930)로 이전한다.

한편, 단계(909-1)에서 지형검색이 이루어지면 단계(908)를 수행하는 동시에 단계(919)에서 현재 예상되는 좌표계산을 한다. 단계(920)에서 좌표오차가 소정 값 실예를 들면 10% 이내가 아닌지 판단한다. 이때 오차가 10%를 넘는 경우 단계(922)에서 거리수정을 하고 단계(923)에서 위치좌표, 방위각과 가속도를 확인하게 되고, 단계(924)에서 오차보정을 하고 단계(921)로 이전하여 수집데이터에 근거하여 최종오차 보정한다. 이 경우는 오차범위가 소정 값 이하인 경우라 판단되었을 때도 수행된다. 이후 단계(915)로 이전하여 오차범위가 더 적은 소정 값인가 판단되고 항해를 시작 하게 한다.

귀환항해루틴

그 다음 도 24에 도시와 같이, 귀환 항해를 하기 위하여 단계(930)에서는 소정시간마다 목적지도착경로데이터와 현재 범위 및 좌표 변환된 데이터를 확인한다. 단계(931)에서 오차범위가 소정 값 실예를 들면 3% 이내이면 단계(932)로 이전하여 제2 CPU가 처리된 데이터를 자체메모리, 즉, 제4 SD에 저장한다. 단계(933)에서는 각 센서로부터 입력되는 데이터처리를 한다. 이때 항해속도는 소정속도 실예를 들면 3노트, 깊이는 실예를 들면 50m를 유지하게 된다.

단계(934)에서는 현재위치 및 예상도착시간을 계산하며 단계(935)에서 밧데리점검하고 단계(936)로 이전한다. 단계(936)에서 추력상승이 가능한다, 실예를 들면 4노트로 상승이 가능한가를 판단한다. 가능하지 않다면 단계(937)에서 현재속도를 유지하고 상승 가능하다면 단계(938)에서 추력을 상승하고 단계(939)에서 목적지에 근접하였는지를 판단한다. 목적지에 근접된 것으로 판단하면 단계(940)에서 표면상태모드로 전환한다. 단계(941)에서는 부상 되었는가 판단하고 부상되었다면 단계(942)를 수행하여 무선통신을 대기하고 단계(943)에서 데이터전송하며, 동시에 단계(944)에서 카메라를 작동시키고 단계(945)에서는 거리계산을 한다. 단계(946)에서는 최대출력으로 목적지 진입을 하고 단계(947)에서 도크진입프로그램을 호출한다.

한편, 단계(931)에서 오차범위가 소정 값 이상이라 판단된 경우 단계(948)에서 추력속도를 조정지시하고 동시에 단계(949)에서 이동경로화면데이터를 호출하므로 단계(950)에서 좌표를 재설정하고 계산한다. 단계(951)에서는 오차범위를 보정하고, 단계(952)에서 오차범위가 소정 값 실예를 들면 3%이내인가 판단한다. 소정 값을 벗어난 경우 단계(950)로 이전하고 소정 값 이내인 경우 단계(953)에서 제2 CPU(210)의 자체메모리에 저장된 데이터를 호출한다. 단계(954)에서는 저장된 호출데이터와 오차범위 보정된 데이터 값이 소장 값 ±0.05 이하인가 판단한다. 소정 값 이상인 경우 단계(950)로 이전하여 재설정되고 소정 값 이하인 경우 단계(955)에서 설정된 데이터를 제2 CPU의 자체메모리에 저장하고 단계(933) 이후를 수행하여 도크진입을 준비한다.

도크진입루틴 (950)

도 25에 도시와 같이, 잠수함(1)의 도크진입을 위하여, 도크진입루틴(950)에서는 도크진입 호출에 따라 사전에 브릿지카메라를 작동시키고 도착지점의 표시장치의 데이터를 읽어 들이고 거리측정데이터를 확인하게 된다. 그 다음 단계(951)에서는 도크진입 목적지와의 거리가 소정거리 실예를 들면 100m이상인가 판단한다. 소정거리 이하인 경우 단계(951)로 이전하여 순차로 속도를 낮춘다. 단계(952)에서 도크진입거리가 소정거리 즉, 30m 이내인가 판단한다. 소정거리 이내가 아닌 경우 단계(953)로 이전하여 GPS데이터를 수신하고 처리하여 단계(951)를 수행한다.

만일 단계(952)에서 소정거리 이내로 도크에 진입된 것으로 판단되면 단계(955)에서 무선 비콘 신호를 수신하다. 이때 무선 비콘 신호의 무선주파수는 2.4 GHz이다. 단계(956)에서는 비콘 신호가 소정세기 실예를 들면 -50db 이하이면 단계(957)에서 GPS데이터를 수신하여 처리하고 단계(955)를 수행하고, 비콘 세기가 소정 값 이상이면 단계(958)에서 신호크기가 가장 큰 방향으로 선회한다.

이후 단계(959)에서 RF신호세기를 측정데이터를 수집하고, 단계(961)에서 GPS데이터를 수집하며 단계(960)에서 카메라이미지거리측정데이터를 호출하고, 단계(962)에서 방위각데이터를 수집하여 단계(970)에서 종합적으로 처리하고 정확한 현 위치를 파악한다. 단계(963)에서는 최종도크진입여부를 판단하고 도크진입이 가능하지 않은 경우 단계(964)에서 추력정지하고 거리재조정하게 된다. 만일 도크진입이 가능하다면 단계(965)에서 추력정지를 하고 도크진입을 완료한다.

1: 잠수함 10: 헤드부 20: 동체 30: 선미부
101: 주제어프린트기판회로 102, 103: 제 1 및 2 부제어프린트기판회로
110, 210, 310: 제1, 2, 3 CPU 120: GPS 수신부
130, 140: 수중음향송수신부 150: 음파물체감지부
160: 무선통신부 220: 선체속도검출부 230: 데이터처리부
240: 자세제어부 260: 추력부 320: 카메라제어부
330: 근접감시부 340: 전원부 360: 충전부
370: 내부통신부

Claims

짧은 날개부를 가진 발전 유니트가 선수에 설치된 헤드부, 3부분으로 나누어져 다수의 센서, 다수의 구동수단 및 하나이상의 제어프린트회로기판들을 각 부분에 배열한 동체부와 후미키(Rear key) 및 수평 키, 무브러시 직류 모터와 이 모터 축에 연결된 스크류 등의 선미부로 구성 되는 잠수함을 제어 하는 지능형 무인 수중 자동항해 시스템에 있어서,
제1 MCU를 구비하여 GPS 수신기능을 수행하는 GPS 수신부, 제2 MCU를 구비하여 수중음향송신부 및 수중음향수신부와 제3 MCU를 구비하여 음파물체감지부, 외부콘솔과 무선통신을 하는 무선통신부, 시스템프로그래밍을 저장하고 일시 기억하는 자체 저장장치인 제1 SD와 제2 SD등을 구비하여 외부콘솔과 통신하여 시스템제어 되게 한 제 1 CPU들로 구성되는 주제어프린트회로기판:
제4 MCU를 구비하여 선체의 속도를 검출하는 선체속도검출부, 제5 MCU를 구비하여 선체의 무인항해를 하기 위하여 필요한 다양한 센서들의 정보를 수집하고 처리하는 데이터처리부, 선체의 방향, 제6 MCU를 구비하여 수중이거나 표면에서의 자세를 제어하는 자세제어부와 제7 MCU를 구비하여 선체의 추력을 발생시키는 추력부와 제1 CPU와 데이터통신하고 제3 및 제4 SD등을 구비하여 각 모듈을 독립적으로 제어하는 제2 CPU를 구비한 제1 부제어프린트회로기판과;
MMP를 구비하여 하나이상의 카메라의 작동을 제어하는 카메라제어부, 마이콤을 구비하여 잠수함의 측면에 물체가 근접해있는지를 감지하는 잠수함의 좌우 외측면에 고정한 다수의 근접센서들을 구비하여 근접된 물체를 감지하는 근접 감시부, 전원제어부를 구비하여 전체시스템에 전원을 공급하는 전원부, 이 전원부와 접속하여 외부충전이 가능하게 하는 충전부, 잠수함의 외부 관리를 위하여 시스템관리부로 되는 외부 콘솔과 연결되는 내부통신부와 제5 및 제6 SD등을 구비하여 각 모듈을 독립적으로 제어하는 제3 CPU를 구비한 제2 부제어프린트회로기판들로 구성한 것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
제 1항에 있어서,
GPS 수신부는 제1 CPU의 제어에 따라 제1 MCU가 GPS 안테나를 통하여 수신된 외부의 GPS신호들을 제1 GPS모듈과 제2 GPS모듈에 의하여 처리하고 GPS 데이터를 발생시키고 현재좌표를 산출하고 이를 자체 메모리에 저장하고 제1 CPU에 공급 한것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
제 1항에 있어서,
수중음향송신부는 제1 CPU의 제어에 따라 제2 MCU가 잠수함의 항해경로 등에 대한 데이터를 외부콘솔에 송신 하고자 일정 주파수를 갖는 디지털신호로 처리하는 제1 디지털처리기, 이 제1 DSP를 경유한 디지털데이터신호를 아날로그 신호로 변환하는 제1 디지털아날로그변환기와 제2 안테나를 통하여 항해 데이터를 송신하는 제1 DAC로부터의 신호를 송출하는 데이터 음향 송신모듈들로 구성한 것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
제 1항에 있어서,
수중음향수신부는 제3 안테나를 통하여 수신된 아날로그 데이터신호를 수신하는 고주파음향수신마이크로폰, 음향수신마이크로폰으로부터 증폭된 신호를 수신하는 전면, 좌우측면, 상부와 저부의 음향수신모듈, 이들 모듈로부터 신호를 아날로그 디지털 변환하여 제2 MCU에 인가하는 아날로그디지털변환기 버퍼들로 구성한 것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
제 1항에 있어서,
음파물체감지부는 자체메모리를 구비하여 자동 수중항해 잠수함의 주변물체에 대한 데이터를 발생시키도록 제3 MCU, 제3 MCU의 제어에 따라 전후좌우측면 스캔소나로부터 신호를 발사케 하고 수신하며 이 수신된 데이터를 화상발생부로 인가하고 그로부터 디지털 신호 처리하는 제3 DSP와 제3 DSP로부터 디지털데이터에 해당하는 화상을 발생시키는 화상발생부들로 구성시켜 주변물체를 확인하고 저장하게 한 것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
제 1항에 있어서,
무선통신부는 무선 초고주파신호와 초저주파신호를 수신하는 초고주파안테나와 초저주파안테나, 초고주파와 초저주파 안테나로부터 수신신호와 이들 안테나들에 송신 데이터신호를 인가하는 광대역 듀얼밴드필터부, 제1 CPU로부터 수신되는 데이터를 코딩하는 송신데이터코딩부, 듀얼밴드필터부로 부터 수신신호를 각각 증폭하고 증폭된 주파수신호들을 출력하는 무선주파수증폭기/스위치부와 무선주파수증폭기/스위치부로부터 초고주파신호와 초저주파신호를 처리하여 제1 CPU에 공급하고, 제1 CPU로부터 데이터를 코딩한 신호를 수신하여 무선주파수증폭기/스위치부에 공급하여 송신하게 하는 초고주파 송수신모듈과 초저주파 송수신모듈들로 구성 한 것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
제 1항에 있어서,
속도검출부는 선체의 속도산출부로 구성되는 제4 MCU 및 제4 DSP, 그들 사이에 접속된 메모리와 제4 DSP에 연결되는 도플러속도계들로 구성한 것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
제 1항에 있어서,
데이터처리부는 자체메모리를 구비하고 제5 DSP로 구성되는 제5 MCU, 이 제5 MCU에 아날로그/디지털변환 버퍼부를 사이에 두고 연결되는 잠수함의 비틀림 상태를 검출하는 제1 및 제2 자이로 센서들, 잠수함의 현재 속도를 검출하는 가속도센서, 잠수함의 기울어짐에 따른 경사각을 검출하는 경사센서들로 구성되어 잠수함의 자세 및 항해의 기준데이터를 발생시키게 한 것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
제 1항에 있어서,
자세제어부는 자체메모리를 구비한 제6 MCU, 제6 MCU에 연결되어 작동 제어되어 테일 액츄에이터를 작동시키는 제1 구동제어부와 제6 MCU의 제어신호에 따라잠수함의 수평을 유지시키는 수평키판의 액츄에이터, GPS 안테나를 작동시키는 GPS 안테나 액츄에이터, 무선안테나의 작동시키는 무선안테나 액츄에이터, 우측발라스트탱크용 펌프를 작동시키는 우측발라스트 액츄에이터, 좌측 발라스트탱크의 펌프를 작동시키는 좌측발라스트 액츄에이터, 잠수함의 상하의 방향타의 모터를 작동시키는 러더 액츄에이터, 잠수함의 좌우방향타의 모터를 작동시키는 엘리베이터 액츄에이터와 잠수함의 수평수직의 자세를 제어하도록 평형추를 작동시키는 수평 및 수직추 평형 액츄에이터들의 작동을 제어하는 제2 구동제어부들로 구성한 것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
제 1항에 있어서,
추력부는 자체기억메모리를 구비한 제7 MCU, 제7 MCU에 연결되어 잠수함의 하나 이상의 추력을 발생시키도록 하는 스위칭부, 스위칭부의 선택에 따라 우측 및 좌측의 무브러시 직류모터를 하나거나 둘을 동시에 작동시키도록 제어하는 우측 및 좌측 구동부, 이들 우측 및 좌측 구동부들의의 제어에 따라 작동하는 좌우측스크류들과 축 결합된 제1 및 제2 무브러시 직류 모터들의 작동상태를 감지하여 검출신호를 제7 MCU에 공급하는 검출부들로 구성한 것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
제 1항에 있어서,
카메라제어부는 자체메모리를 구비한 MMP, MMP의 제어에 따라 전면카메라와 브릿지카메라로부터 영상데이터를 수신하여 영상의 색 및 선명도를 보정하는 HIR로 구성하여, MMP가 전면카메라와 브릿지카메라들 에 어둠속에서 물체형상을 식별하는 고강도 적외선센서를 설치하여 식별거리를 높이고, 그들의 이미지센서를 좌표를 눈금으로 형성하여 이미지센서의 중심에 영상데이터를 중심커서에 두고 주변의 상하 좌우의 사물들을 주변의 사물커서 내에 위치시키므로 그들 간의 거리를 비교하고 거리와 카메라의 줌 기능을 이용하여 1X일 때 거리기준을 소정거리로 증가된 비를 계산하여 물체와의 거리를 산출하도록 한 것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
제 1항에 있어서,
근접감지부는 잠수함의 좌우 외벽에 근접한 방해물체를 감지하는 MSS들, 이들 MSS들로부터의 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 ADC 버퍼와 이 ADC버퍼로부터 디지털신호를 처리하여 근접 물체의 데이터를 발생시키는 마이콤을 구비하여 외부 물체의 근접여부에 대한 데이터를 제3 CPU에 인가하도록 한 것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
제 1항에 있어서,
전원부는 자체메모리를 구비한 전원제어부, 전원제어부의 제어에 따라 전원을 공급받고 전체 시스템의 독립적인 모듈로 구성되는 구성부분들에 전원을 분배하는 전원 분배부, 충전부로부터 전원을 저장하는 주밧데리, 제1 및 제2 보조밧데리들, 이들 주 및 보조밧데리들로부터 전원이상상태를 검출하도록 각각 연결된 제1, 제2 및 제3의 이상 감지부들과 주밧데리와 제1 및 제2 보조밧데리들로부터의 전원을 전원제어부의 제어에 따라 시스템 전원 분배부에 인가하는 제1, 제2 및 제3 스위칭부들로 구성한 것을 특징으로 하는 잠수함의 지능형 무인 수중 자동항해 시스템.
잠수함의 무인 자동 항해를 제어하는 방법에 있어서,
전원을 온하고 제1, 제2 및 제3 CPU들이 자체시스템들에 해당하여 각기 프로그래밍 된 자체메모리를 인스털 하여 제1 CPU가 GPS모듈시동, 각종센서 및 DVL의 테스트, 카메라 및 전원상태를 점검하는 초기화 루틴을 수행하는 단계,
GPS의 현재좌표값 및 방위각 센서 값을 비교하고 DVL값을 합하여 잠수함의 현재 상태를 확인하는 센서작동루틴을 수행하는 단계,
수중음향송수신에 따라 이동경로거리, 전원상태, 물체발견지점등의 데이터를 외부콘솔과 수중음향종신을 점검하는 수중음향송수신루틴을 수행하는 단계,
전면, 좌우측면과 저면의 음파스캔소나를 작동시켜 물체의 유무 및 물체와의 거리, 물체의 형상과 종류 등를 감지하는 음파물체감지 루틴을 수행하는 단계,
한 가지 이상의 무선안테나와 카메라를 작동시키고 현재 상태 및 위치, 수중물체에 대한 영상 등을 발생시켜 외부콘솔과 데이터통신을 하게 하는 무선안테나 송수신 루틴을 수행하는 단계,
음파소나로부터 물체 등의 감지가 이루어진 경우 다수의 MSS를 작동시켜 물체의 근접거리행해를 하게 하는 근접항해루틴을 수행하는 단계,
자이로센서, DVL, 가속도센서, 경사센서, 방위각센서, 압력센서들의 감지 값들을 연산하고 잠수함의 상태에 따라 수평 키와 평형추의 액츄에이터를 작동시켜 잠수함의 수평수직각이 0도로 유지되게 자세제어루틴을 수행하는 단계,
잠수작동을 위하여 하나이상의 발라스트들을 기동시키도록 밸브들, 피스톤 모터, DC 펌프모터들의 작동을 소정 알고리즘에 따라 제어하므로 발라스트의 탱크를 만수하고 배수하는 발라스트작동을 수행하는 단계,
현재 전력량, 공급되거나 소요되고 있는 전력량을 모니터링 하여 잠수함의 속도를 조정하고 시작점, 현재까지 운행거리를 계산하며 차후 최대운행거리를 계산하는 전원공급루틴을 수행하는 단계,
시스템의 모든 기능을 오픈하도록 잠수함이 표면상인지 수중인지에 따라 제1 CPU를 호출하고 제1 CPU가 제2 및 제3 CPU들을 호출하여 잠수함의 현재위치좌표, 각 센서상태, 자세상태, 전원상태에 대한 데이터를 전송하고 기 명령상태 처리대기를 하는 시스템작동 준비루틴을 수행하는 단계,
시스템의 독립모듈 중에 발라스트를 작동시켜 잠수함의 선체의 수 표면에서 수평을 유지시키고 수중으로 잠수하여서도 수평수직을 유지시켜 잠수함의 항해준비를 하는 수표면 에서 항해루틴을 수행하는 단계,
전면카메라와 브릿지카메라들의 작동을 제어하여 그들의 이미지센서를 좌표 중심에 영상데이터를 중심커서에 두고 주변의 상하 좌우의 사물들을 주변의 사물커서 내에 위치시키므로 그들 간의 거리를 비교하고 거리와 카메라의 줌 기능을 이용하여 1X일 때 거리기준을 소정거리로 증가된 비를 계산하여 물체와의 거리를 산출하는 단계,
수중에서 각 센서의 값들과 속도를 확인하고 소정속도로 항해하고 항해 중에 스캔음파센서들이 감지하는 장애물과 그와의 거리, 장애물의 종류와 크기를 확인하여 잠수함의 자동 항해를 하게 하는 잠수항해루틴을 수행하는 단계,
발라스트의 작동을 제어하여 잠수하고 수평 및 수직을 유지하여 소정속도로 항해하고 각 센서들의 데이터에 근거하여 현재위치, 지형 등에 대한 항해 데이터를 저장하는 잠수작동루틴을 수행하는 단계,
잠수함이 수중에서 부상하기 위하여 발라스트의 작동을 제어하여 소정 속도로 부상 시켜 수평수직상태를 유지하여 대기시키는 부상대기루틴을 수행하는 단계,
귀환을 위하여 전원점검, 경로탐색, 전 스캔음파센서를 작동시키고, 외부콘솔과 통신하여 예정 도착시간 등을 전송하고, 귀환 예상되는 좌표계산을 하여 목적지 도착경로, 현재위치 및 좌표변환데이터에 근거하여 오차를 보정하고 소정의 추력속도로 항해하고 목적지에 근방에서 수 표면상태 모드로 전환하는 귀환루틴을 수행하는 단계와,
목적지 근방에서 도크와의 거리가 근접함에 따라 속도를 감속하고 외부콘솔의 무선 비콘 신호를 수신함에 따른 RF신호세기, 카메라 이미지거리 측정데이터, GPS데이터와 방위각을 연산하여 도크를 실행하는 도크진입루틴을 수행하는 단계들로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠수함의 무인 자동 항해를 제어하는 방법.
제14항에 있어서,
카메라의 물체거리측정단계가 이미지 화상 캡처 된 데이터를 미리 설정해 놓은 분할 라인좌표계에 캡처 된 영상을 삽입하여 커서의 좌표를 계산하고, 물체의 이미지가 이미지 벡터 합성으로 변환되어 분할 라인좌표계에 병합 되도록 좌표계에 설정하여 라인 안에 있게 하여 지점 대 지점간의 거리를 픽셀단위로 계산을 하며 지점과 지점을 연결하여 물체의 크기와 형상을 확인하며; 카메라를 상, 하, 좌, 우로 최대 90도까지 움직여 센터 커서 주변의 사물을 비교하여 물체의 크기를 판단을 하고; 카메라의 줌 작동을 하여 물체의 영상에 따른 거리 측정이 하게 한 것을 특징으로 하는 잠수함의 무인 자동 항해를 제어하는 방법.