KR20130042121A - 수중 감시 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 수중 감시 시스템은 해양 부유식 구조물로부터 해면상으로 이격된 위치의 해면 또는 수중에 띠 형상으로 배치되는 복수의 스캐닝 소나에 의해 형성되는 스캐닝영역 및 상기 스캐닝 소나에서 출력되는 초음파 영상 정보를 취합 감시하는 관제 서버를 포함하고, 상기 스캐닝영역은 상기 해양 부유식 구조물과의 이격 거리에 따라 복수로 형성되고, 상기 해양 부유식 구조물로부터 먼 스캐닝영역일수록 상기 스캐닝 소나의 스캐닝 주파수가 낮아질 수 있다.

Description

수중 감시 시스템{UNDERWATER SURVEILLANCE SYSTEM}
본 발명은 수중 감시 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해양 부유식 구조물에 수중으로 접근하는 침투물을 신뢰성 있게 감지할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
기존의 수중 감시 방법으로는 이동식 사이드 스캔 소나(Side Scan Sonar)를 이용한 방법과 해저에 다수의 고정형 하이드로폰 어레이를 설치하는 방법이 주로 사용되어 왔다. 하지만, 사이드 스캔 소나를 이용한 방법의 경우 이를 운용하기 위해서는 매번 별도의 선박에 사이드 스캔 소나를 장착한 뒤 선박을 움직이면서 영상을 취득해야 하기 때문에 넓은 범위를 실시간으로 감시해야 하는 부유식 구조물에 적용하는 데는 한계가 있다. 또한 고정형 하이드로폰 어레이를 설치하는 방법의 경우 넓은 영역에 설치하는 데는 한계가 있으며 한번 설치된 하이드로폰 어레이는 탐지 주기, 탐지 해상도를 바꿀 수 없으므로 속도와 크기가 다른 다양한 형태의 수중 침입체를 유연하게 감시 가능한 범용의 감지 시스템을 구축하는 데는 한계가 있다.
본 발명은 해양 부유식 구조물에 수중으로 접근하는 침투물을 신뢰성 있게 감지할 수 있는 수중 감시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 감시 시스템은 해양 부유식 구조물로부터 해면상으로 이격된 위치의 해면 또는 수중에 띠 형상으로 배치되는 복수의 스캐닝 소나에 의해 형성되는 스캐닝영역 및 상기 스캐닝 소나에서 출력되는 초음파 영상 정보를 취합 감시하는 관제 서버를 포함하고, 상기 스캐닝영역은 상기 해양 부유식 구조물과의 이격 거리에 따라 복수로 형성되고, 상기 해양 부유식 구조물로부터 먼 스캐닝영역일수록 상기 스캐닝 소나의 스캐닝 주파수가 낮아질 수 있다.
이때, 상기 띠 형상은 원형, 타원형 및 다각형 중 하나일 수 있다.
또한, 상기 스캐닝 소나는 회전식 스캐닝 소나이고, 동일 스캐닝영역에서 등간격으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 스캐닝영역 간의 거리는 상기 스캐닝영역을 형성하는 스캐닝 소나의 탐지 반경에 따라 결정될 수 있다.
또한, 상기 관제 서버는, 침투물이 없는 상태에서 취합된 기본 초음파 영상 정보와 상기 스캐닝 소나에서 출력되는 초음파 영상 정보를 비교하여 비교 오차가 설정값 이상인지 판단하는 침투물 감지부 및 상기 비교 오차가 상기 설정값 이상이면 경보 신호를 생성하는 경보 신호 생성부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 관제 서버는 상기 설정값 이상의 비교 오차에 해당하는 침투물의 속도와 크기에 따라 상기 스캐닝 소나의 회전 속도, 분해능 및 측정 거리 중 적어도 하나를 변경시키는 소나 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 관제 서버는, 수중에서 운동 가능한 물체의 영상 정보가 포함된 물체 정보를 저장하는 침투물 탐지정보 저장부, 상기 소나 제어부에 의해 획득된 상기 침투물의 영상 정보에 해당하는 물체 정보를 상기 침투물 정보 저장부에서 추출하는 정보 추출부 및 상기 추출된 물체 정보를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 회전식 스캐닝 소나는 회전하는 트랜스듀서(transducer) 하우징이 구비된 회전식 스캐닝 소나로서, 상기 트랜스듀서 하우징에는 서로 다른 스캐닝 주파수를 갖는 2개의 트랜스듀서가 대향하여 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 수중 감시 시스템은 해양 부유식 구조물로부터 해면상으로 이격된 위치의 해면 또는 수중에 띠 형상으로 배치되는 복수의 회전식 스캐닝 소나에 의해 형성되는 스캐닝영역 및 상기 회전식 스캐닝 소나에서 출력되는 초음파 영상 정보를 취합 감시하는 관제 서버를 포함하고, 상기 회전식 스캐닝 소나는 서로 다른 스캐닝 주파수를 갖는 2개의 트랜스듀서가 대향하여 설비된 트랜스듀서 하우징이 회전함으로써 스캐닝을 수행하고, 상기 스캐닝영역은 상기 해양 부유식 구조물과의 이격 거리에 따라 복수로 형성되고, 상기 해양 부유식 구조물로부터 먼 스캐닝영역일수록 상기 회전식 스캐닝 소나의 스캐닝 주파수가 낮아질 수 있다.
이때, 상기 회전식 스캐닝 소나는 제1 스캐닝 주파수의 제1 트랜스듀서와 상기 제1 스캐닝 주파수보다 높은 제2 스캐닝 주파수의 제2 트랜스듀서를 포함하고, 상기 제2 스캐닝 주파수는 상기 회전식 스캐닝 소나가 구비된 스캐닝영역에 인접한 외측 스캐닝영역의 회전식 스캐닝 소나의 제1 스캐닝 주파수보다 낮을 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 수중 감시 시스템은 스캐닝 소나를 다중으로 배열하고 각 층의 스캐닝 소나의 스캐닝 주파수를 달리함으로써 수중 침투물 감시에 소요되는 스캐닝 소나의 개수를 최소화할 수 있음과 동시에 신뢰성 있게 수중 침투물을 식별할 수 있다.
구체적으로 수중 부유물에 대한 위협 정도가 약한 거리(대체로 먼 거리)에서는 침투물의 존재 여부를 파악 가능한 정도의 해상도로 수중을 감시하고 위협 정도가 강한 거리(대체로 가까운 거리)에서는 침투물을 식별 가능한 정도의 해상도로 수중을 감지함으로써 효과적인 수중 감시가 가능하다.
또한, 수중 감시에 이용되는 스캐닝 소나를 2개의 스캐닝 주파수로 동시에 탐지가 가능하도록 구성함으로써 신속하게 침투물을 탐지할 수 있다.
또한, 스캐닝 소나의 회전 속도, 분해능 및 측정 거리 중 적어도 하나를 변경함으로써 상황에 따라 최적의 상태로 침투물을 탐지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 수중 감시 시스템을 나타낸 개략도.
도 2는 회전식 스캐닝 소나의 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 3은 회전식 스캐닝 소나의 음향 처리 보드와 모터 제어 보드의 구성을 나타낸 블럭도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 감시 시스템을 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명의 수중 감시 시스템에서 관제 서버를 나타낸 블럭도.
도 6은 본 발명과 관련된 회전식 스캐닝 소나에서 트랜스듀서 하우징을 나타낸 개략도.
도 7은 본 발명과 관련된 회전식 스캐닝 소나의 음향 처리 보드와 모터 제어 보드의 구성을 나타낸 블럭도.
이하, 본 발명의 수중 감시 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 수중 감시 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 수중 감시 시스템은 해양 부유식 구조물로부터 해면상으로 이격된 위치의 해면 또는 수중에 띠 형상으로 배치되는 복수의 스캐닝 소나(131, 151)에 의해 형성되는 스캐닝영역 및 상기 스캐닝 소나에서 출력되는 초음파 영상 정보를 취합 감시하는 관제 서버(미도시)를 포함하고 있다.
해양 부유식 구조물은 해면에서 고정 또는 유동적으로 활동하는 천연 자원 시추선, 해양 탐사선, 대형 선박 등을 포함한다. 이와 같은 해양 부유식 구조물은 일정 위치에 고정되어 있거나 느린 반응속도로 움직이는 특징이 있다. 따라서 해양 부유식 구조물로 접근하는 빙하, 선박, 잠수함 등의 침투물을 사전에 탐지하고 그에 대한 대책을 마련해야 한다. 빙하, 선박과 같이 해면으로 드러나는 침투물에 대해서는 항공 정찰, 인공 위성 정찰 등을 통해 용이한 탐지가 가능한 반면 수중으로 침입하는 침투물에 대해서는 항공 정찰 등으로 탐지하는 것이 어렵다. 따라서, 별도의 수중 탐지 장비가 요구되는데 이때 스캐닝 소나가 이용될 수 있다.
스캐닝 소나는 수중으로 음파 에너지를 발생시켜 뒤 물체에 반사되어 오는 음파 에너지를 디지털화시켜서 초음파 영상 정보로 변환한다. 스캐닝 소나는 회전식 스캐닝 소나일 수 있다.
회전식 스캐닝 소나는 초음파 센서부인 트랜스듀서(transducer)가 스테핑 모터와 연결되어 회전을 하면서 초음파 영상 정보를 획득하게 된다.
도 2는 회전식 스캐닝 소나의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2를 살펴보면, 회전식 스캐닝 소나의 윗부분에는 트랜스듀서(12)가 존재한다. 트랜스듀서(12)는 압전소자로 이루어져서 음향 신호 처리 보드(17)로부터 공급받은 전압 신호를 압력 신호(음향 신호)로 변환하여 외부에 발신하는 역할과 외부에서 반사되어 온 음향 수신 신호를 전압 신호로 변환하여 하단에 장착된 음향 신호 처리 보드(17)로 전달하는 역할을 한다.
트랜스듀서의 회전은 트랜스듀서에 체결된 고정된 스텝핑 모터(20)에 의해서 이루어진다. 이때 스테핑 모터의 회전 속도가 빠를수록 영상 이미지의 해상도는 감소하는 반면 영상 측정 속도는 증가한다. 이때 스텝핑 모터의 제어는 하단에 장착된 모터 제어 보드(17)에 의해서 이루어진다. 트랜스듀서가 스텝핑 모터에 의해서 회전하기 때문에 하단의 음향 신호 처리 보드와의 전기적인 연결은 슬립링(14)을 통하여 이루어진다. 또한, 초음파 센서에 해당하는 트랜스듀서를 직접 스텝핑 모터에 체결하는 것이 곤란하므로 트랜스듀서가 설비되는 트랜스듀서 하우징을 마련하고 트랜스듀서 하우징을 스텝핑 모터에 체결할 수 있다.
음향 처리 보드와 모터 제어 보드는 한 개의 PCB로 이루어져 있으며 외부 노이즈의 최소화를 위해서 위쪽의 슬립링과도 알루미늄 격벽으로 차폐되어 있다. 단, 슬립링으로부터 전달된 신호의 연결을 위해서 패네트레이트 커넥터(15)로 연결된다.
음향 처리 보드와 모터 제어 보드의 구성은 도 3과 같이 크게 초음파 송신부(30), 초음파 수신부(40)와 모터 구동부(50)로 나누어진다.
초음파 송신부(30)는 관제 서버에 포함된 신호 처리부의 입력을 받아 발진 신호 생성부(31)를 통해 목표 주파수의 발진 신호를 만든 뒤 이 신호를 발진 신호 증폭부(33)에서 증폭시켜 트랜스듀서(12)로 전달한다.
초음파 수신부(40)는 트랜스듀서로부터 들어온 수신 신호를 시변 게인 증폭부(41)를 이용해서 증폭시킨 뒤 밴드 패스 필터(43)를 거쳐서 신호에서 송신 주파수의 신호 영역만을 남기고 이를 절대값 감지부(45)를 거쳐서 신호의 절대값을 취한 뒤 로우 패스 필터(47)를 거쳐서 신호 처리부로 전달한다. 신호 처리부에서는 전달받은 신호를 디지털 값으로 변환하고 가공함으로써 관제 서버에 포함된 디스플레이를 통해 출력 가능한 영상 정보를 생성한다.
모터 구동부(50)는 관제 서버에 포함된 모터 제어부에 의해 제어되며 스텝핑 구동부(모터 드라이버)(51)를 통해서 스테핑 모터(20)를 제어한다. 또한 위치 감지 센서(53)를 통해서 모터의 현재 위치를 감지하게 된다. 이를 통해 트랜스듀서의 지향 방향을 알 수 있다.
회전식 스캐닝 소나의 외부는 수중에서 작동하기 위해서 방수성의 하우징(18)에 음향 신호 처리 보드 및 모터 제어보드, 트랜스듀서 등이 안치되는 구조를 갖추고 있다. 트랜스듀서의 음향 신호가 통과하는 부분인 위쪽 부분은 음향 신호의 투과율을 높이기 위해 별도로 제작된 음향 덮개(11)로 이루어져 있으며 관제 서버와의 신호 전송을 위해 하우징(18)에는 수밀 커넥터(19)가 장착될 수 있다. 해수에 접하게 되는 외부 부분은 음향 덮개를 제외하고 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.
이상과 같이 스캐닝 소나(회전식 스캐닝 소나 포함)를 해양 부유식 구조물의 주변에 배치함으로써 침투물을 탐지/감시할 수 있게 된다. 이때 침투물을 신뢰성 있게 탐지/감시하기 위해서 스캐닝 소나를 복수개 설치할 필요가 있다.
본 실시예의 수중 감시 시스템은 복수의 스캐닝 소나로 형성되는 스캐닝영역을 복수개 포함한다.
스캐닝영역은 띠 형상으로 배치되는데 해양 부유식 구조물과의 이격 거리에 따라 복수로 형성될 수 있다. 예를 들어 도 1에서는 2개의 스캐닝영역이 형성된 상태를 나타내는데, 이때 해양 부유식 구조물과의 이격 거리가 가까운 안쪽의 스캐닝 영역을 제1 스캐닝영역, 해양 부유식 구조물과의 이격 거리가 먼 외측의 스캐닝영역을 제2 스캐닝영역으로 칭할 수 있다.
도 1에서는 해양 부유식 구조물을 중심으로 한 원형으로 배열된 스캐닝 소나에 의해 각 스캐닝영역이 형성된 관계로 동일 스캐닝영역을 형성하는 스캐닝 소나에서 해양 부유식 구조물까지의 이격 거리는 동일하다. 그러나 이와 다르게 동일 스캐닝영역을 형성하는 스캐닝 소나라 하더라도 해양 부유식 구조물과의 각 이격 거리가 다를 수도 있다. 띠 형상은 원형, 타원형 및 다각형 중 하나일 수 있다. 예를 들어 제1 스캐닝영역은 원형의 띠 형상으로 형성하고, 제2 스캐닝영역은 타원형으로 형성할 수 있다. 이때 띠 형상이 타원형 또는 다각형인 경우 동일 스캐닝영역을 형성하는 스캐닝 소나라 하더라도 해양 부유식 구조물과의 이격 거리가 다르다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 감시 시스템을 나타낸 개략도로서, 살펴보면 각 스캐닝영역이 4각형의 띠 형상으로 형성되어 있다. 이와 같이 띠 형상이 원형이 아닌 경우에는 동일 스캐닝영역을 형성하는 스캐닝 소나라 하더라도 수중 감시 시스템과의 이격 거리가 다르다.
따라서, 각 스캐닝영역을 구분하는 이격 거리는 각 스캐닝영역에 대해 상대적으로 내측에 있는 스캐닝영역인지 외측에 있는 스캐닝영역인지를 나타내는 거리가 된다.
스캐닝영역이 복수개 형성되는 경우 외측에 형성된 스캐닝영역일수록 탐지/감시할 구역이 커지게 된다. 따라서, 동일한 탐지 반경의 스캐닝 소나를 이용한다면 외측의 스캐닝영역일수록 보다 많은 스캐닝 소나가 설비될 필요가 있는데 이로 인하여 불필요한 자원이 낭비될 수 있다. 대체로 외측의 스캐닝영역은 해양 부유식 구조물로부터 거리가 먼 위치에 형성되므로 침투물의 구체적인 형상 파악 기능보다는 침투물의 존재 여부 확인 정도의 기능만을 수행하는 것이 경제적이고 합리적이다. 이러한 점에 착안하여 본 발명에서의 스캐닝영역은 해양 부유식 구조물과의 이격 거리에 따라 복수로 형성됨과 동시에 해양 부유식 구조물로부터 먼 스캐닝영역일수록 스캐닝 소나의 스캐닝 주파수가 낮아지도록 구성된다. 스캐닝 주파수가 낮을수록 탐지 해상도는 저하되고 탐지 반경이 증가하는 스캐닝 소나의 특성에 따라 본 발명에 따르면 외측의 스캐닝영역에 많은 수의 스캐닝 소나를 설치할 필요가 없다.
도 1을 살펴보면 제1 스캐닝영역의 제1 스캐닝 소나(131)의 탐지 반경보다 제2 스캐닝영역의 제2 스캐닝 소나(151)의 탐지 반경이 크다. 이는 제2 스캐닝 소나의 스캐닝 주파수가 제1 스캐닝 소나의 스캐닝 주파수보다 낮은 것을 의미한다. 이와 같은 구성에 의하면 외부로부터 침투물이 접근할 경우 우선 제2 스캐닝영역에 의해 침투물의 존재를 탐지하고 만약 침투물이 해양 부유식 구조물에 보다 접근하면 제1 스캐닝영역에 의해 침투물의 형상을 파악하게 된다. 물론 보다 많은 스캐닝영역을 형성하여 운용하여도 무방하다. 스캐닝영역의 개수와 띠형상, 스캐닝 소나의 성능 등은 지형, 해양 부유식 구조물의 중요도, 침투물의 침입 예상 빈도 등에 의해 결정될 수 있다. 또한, 스캐닝영역 간의 거리는 스캐닝영역을 형성하는 스캐닝 소나의 탐지 반경에 따라 결정될 수 있다.
한편, 동일 스캐닝영역을 형성하는 스캐닝 소나는 등간격으로 배치될 수 있으며 또한 회전식 스캐닝 소나일 수 있다.
관제 서버는 스캐닝 소나에서 출력되는 초음파 영상 정보를 취합 감시하는 요소로서, 해양 부유식 구조물에 배치되거나 무선으로 통신 가능한 원격지에 설치될 수 있다.
관제 서버는 초음파 영상 정보를 시각적으로 표시하는 디스플레이를 구비하고 있다. 이러한 디스플레이를 통해 관리자는 침투물에 대한 감시를 수행할 수 있다. 스캐닝 소나로부터 초음파 영상 정보를 전송받기 위해 관제 서버는 스캐닝 소나와 호환되는 무선 통신 방식의 무선 통신부를 구비하여 무선으로 통신하거나(물론, 이 경우 스캐닝 소나에도 무선 통신부가 구비되어야 함) 강화 동축 케이블을 통해 유선으로 통신할 수 있다. 무선 통신부를 관제 서버와 스캐닝 소나에 구비할 경우 스캐닝 소나의 운용을 위한 배터리와 같은 자체 전원 공급부를 스캐닝 소나에 함께 구비시켜야 한다. 스캐닝 소나가 수중에 위치할 경우 해수에 의해 무선 통신이 제약받을 수 있는 점을 고려하여 스캐닝 소나에 유선으로 연결된 부유물을 해면에 띄우고 부유물에 무선 통신부를 형성함으로써 부유물과 스캐닝 소나 간에는 유선으로 통신하고, 부유물과 관제 서버 간에는 무선으로 통신하도록 할 수 있다. 강화 동축 케이블을 통한 유선 통신의 경우 전원을 관제 서버측에서 제공할 수 있는 장점이 있으나 케이블의 설치에 별도의 자원이 소요된다.
한편, 관제 서버는 관리자의 편의와 신뢰성 있는 감지를 위해 자동으로 침투물의 존재 여부를 확인하고 이상 발생시 경보등, 부저 등을 통하여 침투물이 있음을 관리자에게 알릴 수도 있다. 이를 위해 관제 서버는 도 5에 도시된 바와 같이 사전에 침투물이 없는 상태에서 취합된 기본 초음파 영상 정보와 현재 스캐닝 소나에서 출력되는 초음파 영상 정보를 비교하여 비교 오차가 설정값 이상인지 판단하는 침투물 감지부(210) 및 비교 오차가 설정값 이상이면 경보 신호를 생성하는 경보 신호 생성부(230)를 포함할 수 있다.
현재 스캐닝 소나에서 출력되는 초음파 영상 정보를 살펴보면 침투물이 없는 경우에는 사전에 침투물이 없는 상태에서 취합된 기본 초음파 영상 정보와 동일하거나 거의 유사하다. 그러나 침투물이 등장하면 기본 초음파 영상 정보와는 다른 영상 정보가 출력되는데 이때의 영상 정보 간의 차이(비교 오차)가 설정값 이상이면 침투물 감지부(210)는 침투물이 등장한 것으로 판단한다. 설정값을 작게 설정하면 작은 물체도 침투물로 판단하게 됨으로써 삼엄한 수중 감시가 가능하나 작은 수중 생물 등도 침투물로 판단하게 되므로 불필요한 경보가 다량 발생할 수 있다. 이런 점을 고려하여 설정값은 적정하게 선택될 수 있다.
경보 신호 생성부(230)는 알람, 경보등의 경보 표시 수단을 구동하는 경보 신호를 생성한다.
침투물 감지부에서 비교 오차가 설정값 이상으로 판단된 경우, 즉 침투물이 등장한 것으로 판단되면 해당 침투물에 대한 세밀한 감시가 요구된다. 이를 위해 관제 서버는 설정값 이상의 비교 오차에 해당하는 침투물의 속도와 크기에 따라 상기 스캐닝 소나의 회전 속도, 분해능 및 측정 거리 중 적어도 하나를 변경시키는 소나 제어부(250)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 소나 제어부는 모터 구동부를 통해 스캐닝 소나에 설비된 모터의 회전 속도를 느리게 하여 분해능을 향상시킴으로써 해당 침투물을 신뢰성있게 감시하도록 할 수 있다. 소나 제어부와 모터 구동부는 일체로 형성될 수 있다.
스캐닝 소나에서 탐지된 침투물에 대한 정보를 제공하기 위해 관제 서버는 수중에서 운동 가능한 물체의 영상 정보가 포함된 물체 정보를 저장하는 침투물 정보 저장부(280), 상기 소나 제어부에 의해 획득된 상기 침투물의 영상 정보에 해당하는 물체 정보를 상기 침투물 정보 저장부에서 추출하는 정보 추출부(260) 및 상기 추출된 물체 정보를 표시하는 표시부(270)를 더 포함할 수 있다.
침투물 정보 저장부(280)는 수중에서 운동 가능한 물체의 정보를 저장한다. 이때의 물체 정보에는 해당 물체의 영상 정보가 포함된다. 이때의 영상 정보는 스캐닝 소나의 초음파 영상 정보와 비교가 가능하여야 한다.
정보 추출부(260)는 침투물 정보 저장부의 물체 정보 중 영상 정보와 소나 제어부에서 획득한 침투물의 초음파 영상 정보를 비교하여 해당하는 물체 정보를 추출한다.
이렇게 추출된 물체 정보는 시각적 표시 수단 및 청각적 표시 수단 중 적어도 하나를 포함하는 표시부(270)를 통해 표시된다.
한편, 스캐닝 소나는 회전하는 트랜스듀서(transducer) 하우징이 구비된 회전식 스캐닝 소나일 수 있으며, 이때 트랜스듀서 하우징에는 서로 다른 스캐닝 주파수를 갖는 2개의 트랜스 듀서가 대향하여 설치될 수 있다.
도 6은 본 발명과 관련된 회전식 스캐닝 소나에서 트랜스듀서 하우징을 나타낸 개략도이다.
도 6의 트랜스듀서 하우징(120)은 도 2의 트랜스듀서(12)에 해당하는 요소로 내부에 제1 트랜스듀서(121), 제2 트랜스듀서(123) 이렇게 2개의 트랜스듀서가 서로 반대 방향을 감시하도록 대향하여 설비되어 있다.
회전식 스캐닝 소나는 트랜스듀서가 회전하면서 영상 정보를 획득하는 방식으로 구동되기 때문에 스캐닝 속도가 빠르지 못하면 침투물을 누락시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 트랜스듀서를 고속으로 회전시켜야 하는데 이때에는 높은 해상도를 제공하기 힘들다는 문제가 있다. 따라서, 본 실시예에서와 같이 다른 스캐닝 주파수의 트랜스듀서 2개를 함께 설비하여 스탭핑 모터에 의해 회전시키면 다양한 해상도로 침투물을 탐지할 수 있고 탐지 속도도 향상된다. 예를 들어 제1 트랜스듀서는 100kHz의 스캐닝 주파수로 초음파를 발신/수신하고, 제2 트랜스듀서는 300kHz의 스캐닝 주파수로 초음파를 발신/수신할 수 있다. 이때 제1 트랜스듀서는 제2 트랜스듀서에 비해 장거리의 탐지 반경을 갖는 대신 해상도가 떨어지게 되고 제2 트랜스듀서는 제1 트랜스듀서에 비해 해상도가 높은 대신 단거리의 탐지 반경을 갖게 된다. 정리하면 하나의 스캐닝 소나를 통해 2개의 스캐닝 주파수로 감시를 수행함으로써 이중 감시가 가능하다.
도 7은 본 발명과 관련된 회전식 스캐닝 소나의 음향 처리 보드와 모터 제어 보드의 구성을 나타낸 블럭도이다.
살펴보면 도 3의 회전식 스캐닝 소나에 비하여 추가된 트랜스듀서를 담당하는 초음파 수신부와 초음파 발신부가 추가된 것을 알 수 있다. 그외의 구성은 도 3과 동일하다.
도 6 및 도 7에 개시된 회전식 스캐닝 소나가 적용된 수중 감시 시스템은 해양 부유식 구조물로부터 해면상으로 이격된 위치의 해면 또는 수중에 띠 형상으로 배치되는 복수의 회전식 스캐닝 소나에 의해 형성되는 스캐닝영역 및 상기 회전식 스캐닝 소나에서 출력되는 초음파 영상 정보를 취합 감시하는 관제 서버를 포함하고, 상기 회전식 스캐닝 소나는 서로 다른 스캐닝 주파수를 갖는 2개의 트랜스듀서가 대향하여 설비된 트랜스듀서 하우징이 회전함으로써 스캐닝을 수행하고, 상기 스캐닝영역은 상기 해양 부유식 구조물과의 이격 거리에 따라 복수로 형성되고, 상기 해양 부유식 구조물로부터 먼 스캐닝영역일수록 상기 회전식 스캐닝 소나의 스캐닝 주파수가 낮아질 수 있다.
이때, 상기 회전식 스캐닝 소나는 제1 스캐닝 주파수의 제1 트랜스듀서와 상기 제1 스캐닝 주파수보다 높은 제2 스캐닝 주파수의 제2 트랜스듀서를 포함하고, 상기 제2 스캐닝 주파수는 상기 회전식 스캐닝 소나가 구비된 스캐닝영역에 인접한 외측 스캐닝영역의 회전식 스캐닝 소나의 제1 스캐닝 주파수보다 낮을 수 있다.
예를 들어 어느 한 스캐닝영역의 스캐닝 소나의 제1 스캐닝 주파수가 400kHz이고 제2 스캐닝 주파수가 900kHz일 때 인접한 외측의 스캐닝영역을 형성하는 스캐닝 소나의 제2 스캐닝 주파수는 300kHz일 수 있다. 이와 같이 하면 외측의 스캐닝영역의 스캐닝 주파수가 전반적으로 내측의 스캐닝영역의 스캐닝 주파수보다 낮게 된다. 이를 통해 외측의 스캐닝영역은 상당히 적은 개수의 스캐닝 소나로 형성될 수 있다.
수중 침투물을 감시하는 시스템에 적합하다.
특히, 유동이 없거나 느리게 이루어지는 해양 부유식 구조물 주변의 수중 침투물을 감시하는 경우에 유용하다.
120...트랜스듀서 하우징 121...제1 트랜스듀서
123...제2 트랜스듀서 131, 151...스캐닝 소나
210...침투물 감지부 230...경보 신호 생성부
250...소나 제어부 260...정보 추출부
270...표시부 280...침투물 정보 저장부

Claims (9)

  1. 해양 부유식 구조물로부터 해면상으로 이격된 위치의 해면 또는 수중에 띠 형상으로 배치되는 복수의 회전식 스캐닝 소나에 의해 형성되는 스캐닝영역; 및
    상기 회전식 스캐닝 소나에서 출력되는 초음파 영상 정보를 취합 감시하는 관제 서버;를 포함하고,
    상기 회전식 스캐닝 소나는 서로 다른 스캐닝 주파수를 갖는 2개의 트랜스듀서가 대향하여 설비된 트랜스듀서 하우징이 회전함으로써 스캐닝을 수행하고,
    상기 스캐닝영역은 상기 해양 부유식 구조물과의 이격 거리에 따라 복수로 형성되고, 상기 해양 부유식 구조물로부터 먼 스캐닝영역일수록 상기 회전식 스캐닝 소나의 스캐닝 주파수가 낮아지는 것을 특징으로 하는 수중 감시 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 띠 형상은 원형, 타원형 및 다각형 중 하나인 것을 특징으로 하는 수중 감시 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐닝 소나는 회전식 스캐닝 소나이고, 동일 스캐닝영역에서 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 수중 감시 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캐닝영역 간의 거리는 상기 스캐닝영역을 형성하는 스캐닝 소나의 탐지 반경에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 수중 감시 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관제 서버는,
    침투물이 없는 상태에서 취합된 기본 초음파 영상 정보와 상기 스캐닝 소나에서 출력되는 초음파 영상 정보를 비교하여 비교 오차가 설정값 이상인지 판단하는 침투물 감지부; 및
    상기 비교 오차가 상기 설정값 이상이면 경보 신호를 생성하는 경보 신호 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 감시 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 관제 서버는 상기 설정값 이상의 비교 오차에 해당하는 침투물의 속도와 크기에 따라 상기 스캐닝 소나의 회전 속도, 분해능 및 측정 거리 중 적어도 하나를 변경시키는 소나 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 감시 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 관제 서버는,
    수중에서 운동 가능한 물체의 영상 정보가 포함된 물체 정보를 저장하는 침투물 정보 저장부;
    상기 소나 제어부에 의해 획득된 상기 침투물의 영상 정보에 해당하는 물체 정보를 상기 침투물 정보 저장부에서 추출하는 정보 추출부; 및
    상기 추출된 물체 정보를 표시하는 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 감시 시스템.
  8. 회전하는 트랜스듀서(transducer) 하우징이 구비된 회전식 스캐닝 소나에 있어서,
    상기 트랜스듀서 하우징에는 서로 다른 스캐닝 주파수를 갖는 2개의 트랜스듀서가 대향하여 설비되는 것을 특징으로 하는 회전식 스캐닝 소나.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전식 스캐닝 소나는 제1 스캐닝 주파수의 제1 트랜스듀서와 상기 제1 스캐닝 주파수보다 높은 제2 스캐닝 주파수의 제2 트랜스듀서를 포함하고,
    상기 제2 스캐닝 주파수는 상기 회전식 스캐닝 소나가 구비된 스캐닝영역에 인접한 외측 스캐닝영역의 회전식 스캐닝 소나의 제1 스캐닝 주파수보다 낮은 것을 특징으로 하는 수중 감시 시스템.
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