KR20170109770A - 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중 운동체의 상태를 진단하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 상태를 진단하기 위한 방법은 수신부를 통해 수중 운동체에서 발생하는 음향신호를 수집하는 음향신호 수집단계와, 동작모드 선택부에서 수집한 음향신호에 대한 저장모드 또는 상태분석모드 중 어느 하나를 선택하는 동작모드 선택단계와, 상기 동작모드 선택단계에서 상태분석모드가 선택되면, 신호처리부에서 수집한 음향신호에 대한 스펙트럼 특성을 검출하는 스펙트럼 검출단계와, 분석 제어부에서 상기 음향신호 수집 시 상기 수중 운동체의 입력된 명령상태 키(key)를 확인하는 키 확인단계와, 상기 분석 제어부가 스펙트럼 라이브러리부에 저장된 다수의 기준 스펙트럼 특성 중 상기 명령상태 키에 해당하는 기준 스펙트럼 특성을 탐색하는 기준 스펙트럼 탐색단계와, 스펙트럼 비교부에서 탐색된 기준 스펙트럼 특성과 검출된 스펙트럼 특성을 비교하는 스펙트럼 비교단계와, 상기 분석 제어부에서 상기 비교 결과에 근거하여, 상기 검출된 스펙트럼 특성에 대응하는 상기 수중 운동체의 정상동작 여부를 판단하는 정상동작 판단단계 및 판단결과 출력부를 통해 상기 정상동작 여부를 포함하는 판단결과를 출력하는 판단결과 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법 및 시스템{UNDERWATER VEHICLE HEALTH MONITORING METHOD AND SYSTEM USING SELF NOISE AND SELF-GENERATED SONAR SIGNAL}

본 발명은 수중 운동체의 상태를 진단하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 미리 저장된 정상적으로 구동하는 상태의 소음 신호의 특성과 현재 상태의 소음 신호의 특성을 비교하여 수중 운동체의 이상 유무를 실시간 혹은 준실시간으로 진단할 수 있는 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법 및 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 항법과 수중탐지를 위해 수중 운동체에 장착되는 각종 소나 시스템에서 인위적으로 송신한 음향 신호를 수집하여, 각 소나 시스템의 상태를 진단할 수 있는 기능을 포함한다.

수중 운동체는 수중 탐사 혹은 수중 작업을 위하여 해수면의 작업 모선으로부터 수중에 투입되어 운용되는 운동체(vehicle)를 의미하며, 사람의 탑승 여부에 따라 유인 잠수정과 무인 잠수정으로 구분된다.

또 무인 잠수정은 전력 공급과 통신 기능을 위한 테더(tether) 케이블의 사용 여부에 따라, 테더가 사용되는 원격제어 무인잠수정(Remotely Operated Vehicle)과 테더없이 자체에 전력 공급원을 갖추고 운용되는 자율 무인잠수정(Autonomous Underwater Vehicle)으로 구분된다.

수중 운동체는 원격 혹은 자율적인 수중에서의 운항 및 작업을 위하여 전원 공급 장치, 추진기, 매니퓰레이터, 유압 시스템, 광학 카메라와 소나 시스템을 포함하는 센싱부 등의 부분 시스템을 갖추고 있으며, 장착되는 부분 시스템의 종류와 사양은 수중 운동체의 제작 용도에 따라 달라진다.

이러한 수중 운동체는 열악한 수중 환경 조건에서 운용되고 있어 고장의 발생 위험이 높은 반면, 작업 모선으로부터 원격으로 운용되고 있기 때문에 현재의 동작 상태를 육안으로 확인하기 어렵고 이상 동작을 확인한 후에도 어떤 부분 시스템에서 문제가 발생하였는지 직접 확인할 수 없는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 수중 운동체를 이용할 때에는, 수중 투입 이전에 많은 절차의 사전 검사를 시행하여, 사전에 문제 발생 소지를 예방하도록 하고 있다.

그러나 예측하기 어려운 여러 가지 환경적 혹은 자체의 기계, 전기적 요인에 인하여 문제가 발생하는 경우가 많으며, 이 경우 수중 운동체의 운용자는 사전에 설계에 반영되어 있는 전기적, 기계적 계통의 진단법을 통해 현재 시스템의 상태를 진단하게 된다.

그러나 사전에 수중 시스템의 모든 부분 시스템에 대하여 상태 진단법을 설계에 반영하는 것은 현실적으로 어려우며, 예측되지 않은 사고 발생 시에는 그러한 진단법의 적용이 불가능할 수 있다.

수중 운동체의 상태 진단 기술과 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-1441496호는 유압시스템을 구비하는 수중로봇의 유압상태 계측장치에 관한 것으로, 심해에서 운용중인 수중로봇 액추에이터의 작동유 정보를 감지하여 수중로봇의 유압시스템의 상태이상 유무를 파악할 수 있는 기술이 개시되고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에서는 액추에이터의 작동유 정보를 이용하기 때문에 수중로봇의 유압시스템에 대한 상태를 파악할 수 있을 뿐 다른 구동 시스템의 동작 상태를 파악할 수 없다는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1441496호(2014년 09월 11일)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수중 운동체 혹은 수중 운동체를 구성하는 각 부분 시스템이 방사하는 소음과 수중 운동체에 장착된 소나 시스템에서 송신되는 음향 신호를 수집하여 스펙트럼 특성을 추정하고, 이를 이용하여 수중 운동체와 수중 운동체에 장착되는 부분 시스템 및 수중 운동체에 장착되는 소나 시스템의 정상 작동 여부를 진단하고, 작동 상태를 추정할 수 있는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법 및 시스템의 제공을 목적으로 한다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법은, 수신부를 통해 수중 운동체에서 발생하는 음향신호를 수집하는 음향신호 수집단계와, 동작모드 선택부에서 수집한 음향신호에 대한 저장모드 또는 상태분석모드 중 어느 하나를 선택하는 동작모드 선택단계와, 상기 동작모드 선택단계에서 상태분석모드가 선택되면, 신호처리부에서 수집한 음향신호에 대한 스펙트럼 특성을 검출하는 스펙트럼 검출단계와, 분석 제어부에서 상기 음향신호 수집 시 상기 수중 운동체의 입력된 명령상태 키(key)를 확인하는 키 확인단계와, 상기 분석 제어부가 스펙트럼 라이브러리부에 저장된 다수의 기준 스펙트럼 특성 중 상기 명령상태 키에 해당하는 기준 스펙트럼 특성을 탐색하는 기준 스펙트럼 탐색단계와, 스펙트럼 비교부에서 탐색된 기준 스펙트럼 특성과 검출된 스펙트럼 특성을 비교하는 스펙트럼 비교단계와, 상기 분석 제어부에서 상기 비교 결과에 근거하여, 상기 검출된 스펙트럼 특성에 대응하는 상기 수중 운동체의 정상동작 여부를 판단하는 정상동작 판단단계 및 판단결과 출력부를 통해 상기 정상동작 여부를 포함하는 판단결과를 출력하는 판단결과 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수중 운동체의 상태 진단 방법은, 상기 수중 운동체에서 발생하는 음향신호가 수중 운동체의 자체 소음 및 자기 발생 소나 신호 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수중 운동체의 상태 진단 방법에서, 상기 수중 운동체의 자체 소음은 상기 수중 운동체를 이루는 각 구성부분의 구동 시 발생하는 소음을 포함하고, 상기 자기 발생 소나 신호는 상기 수중 운동체에 장착된 각종 소나 장비에서 송신 및 수신되는 소나 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수중 운동체의 상태 진단 방법은, 상기 스펙트럼 비교단계에서, 상기 검출된 스펙트럼 특성 및 기준 스펙트럼 특성은 주파수, 대역폭, 크기, 위상 및 시간에 따른 스펙트럼 변화 특성을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수중 운동체의 상태 진단 방법은, 상기 정상동작 판단단계에서, 상기 검출된 스펙트럼 특성과 상기 기준 스펙트럼 특성의 오차가 일정 범위 이내이면 상기 수중 운동체가 정상동작인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수중 운동체의 상태 진단 방법은, 상기 동작모드 선택단계에서 저장모드가 선택되면, 상기 수집한 음향신호에 대한 스펙트럼 특성을 검출하여 기준 스펙트럼 특성으로 설정하는 기준 스펙트럼 설정단계와, 상기 음향신호 수집 시 상기 수중 운동체의 입력된 명령상태 키(key)를 확인하는 키 확인단계 및 상기 명령상태 키와 설정된 기준 스펙트럼 특성을 매칭하여 상기 스펙트럼 라이브러리부에 저장하는 기준 스펙트럼 저장단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수중 운동체의 상태 진단 방법은, 상기 스펙트럼 라이브러리부에 저장하는 상기 기준 스펙트럼 특성은, 상기 수중 운동체의 정상 동작 시 발생하는 음향신호의 스펙트럼 특성인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 시스템은, 수중 운동체에서 발생하는 음향신호를 수집하도록 적어도 하나 구비되는 수신부와, 상기 수신부를 통해 수집한 음향신호에 대한 저장모드 또는 상태분석모드 중 어느 하나를 선택하는 동작모드 선택부와, 상기 동작모드 선택단계에서 상태분석모드가 선택되면, 수집한 음향신호에 대한 스펙트럼 특성을 검출하는 신호처리부와, 다수의 기준 스펙트럼 특성이 저장되는 스펙트럼 라이브러리부와, 상기 음향신호 수집 시 상기 수중 운동체의 입력된 명령상태 키(key)를 확인하고, 상기 스펙트럼 라이브러리부에 저장된 다수의 기준 스펙트럼 특성 중 상기 명령상태 키에 해당하는 기준 스펙트럼 특성을 탐색하는 분석 제어부와, 탐색된 기준 스펙트럼 특성과 검출된 스펙트럼 특성을 비교하고, 상기 비교 결과에 근거하여 상기 검출된 스펙트럼 특성에 대응하는 상기 수중 운동체의 정상동작 여부를 판단하는 스펙트럼 비교분석부 및 상기 스펙트럼 비교분석부의 판단결과를 출력하는 판단결과 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따른 수중 운동체의 상태 진단 시스템은, 상기 수신부가 상기 수중 운동체에 구비되어 상기 수중 운동체 주위의 음향신호를 수집하는 하이드로폰과, 상기 하이드로폰에 수집한 음향신호를 증폭하는 신호 증폭기와, 증폭된 음향신호에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행하는 A/D 컨버터 및 디지털로 변환된 음향신호에 대해 설정된 신호를 선택적으로 통과시키는 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 수중 운동체 혹은 수중 운동체를 구성하는 각 부분 시스템이 방사하는 소음과 수중 운동체에 장착된 소나 시스템에서 송신되는 음향 신호를 수집하여 스펙트럼 특성을 추정하고 이를 수중 운동체가 정상 동작 중일 때 측정된 스펙트럼 특성 데이터와 비교함으로써, 수중 운동체와 수중 운동체에 장착된 부분 시스템 및 수중 운동체에 장착되는 소나 시스템의 정상 작동 여부를 진단하고 작동 상태를 추정할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 수중 운동체에서 발생되는 자체 소음 및 소나 신호를 판단함으로써, 수중 운동체 자체 혹은 수중 운동체를 구성하는 부분 시스템의 상태를 원격으로 간단하게 진단할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 구성되는 수중 운동체 상태 진단 방법을 이용하여, 수중 운동체의 부분 시스템과 소나 시스템의 정상 작동 여부를 진단하고, 작동 상태를 추정하는 상태 진단 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 수중 운동체의 상태 진단 시스템을 이루는 수신부의 구성을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법에서 저장모드를 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 스펙트럼의 특성 데이터를 예시적으로 나타내는 예시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블럭도이고, 도 2는 수신부의 구성을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.

도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 시스템(10)은, 수신부(100), 동작모드 선택부(110), 신호처리부(120), 분석 제어부(130), 스펙트럼 비교분석부(140), 판단결과 출력부(150) 및 스펙트럼 라이브러리부(160)를 포함할 수 있다.

수신부(100)는 수중 운동체(도시하지 않음)에 다수개 구비되어 수중의 음향신호, 예를 들어 수중 운동체의 자체 소음 및 자기 발생 소나 신호를 수집할 수 있도록, 도 2에 나타낸 바와 같이, 하이드로폰(101), 신호 증폭기(102), A/D 컨버터(103) 및 필터(104)로 구성될 수 있다.

하이드로폰(101)은 수중 운동체에 장착되어 수중 운동체의 주위의 음향신호를 수집하고, 신호 증폭기(102)에서는 하이드로폰(101)에 수집한 음향신호를 일정 범위로 증폭시킨다.

또한, A/D 컨버터(103)는 증폭된 음향신호에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행하여 음향신호를 디지털 신호로 변환시키기고, 필터(104)에서는 디지털로 변환된 음향신호에 대해 원하는 신호 또는 설정된 신호를 선택적으로 통과시키고, 또한 수중 운동체의 명령 상태 키(key)에 따른 특정 주파수 영역을 강조하거나 감쇠하는 마스킹(masking)의 기능을 수행할 수 있다.

특히, 수신부(100)가 다수개 설치되는 경우, 빔형성기(도시하지 않음)를 구비하여 자체 소음의 공간 분포, 즉 공간 스펙트럼을 측정할 수 있다.

동작모드 선택부(110)에서는 수신부(100)를 통해 수집한 음향신호를 저장할지 또는 상태분석을 수행할지를 선택하는 것으로, 사용자의 선택에 따라 저장모드 또는 상태분석모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다.

신호처리부(120)는 수집한 음향신호에 대한 스펙트럼 특성을 검출하고, 분석 제어부(130)에서는 음향신호 수집 시 수중 운동체의 입력된 명령상태 키(key)를 확인하여 스펙트럼 라이브러리부(160)에 저장된 다수의 기준 스펙트럼 특성 중 명령상태 키에 해당하는 기준 스펙트럼 특성을 탐색할 수 있다.

신호처리부(120)에서 검출되는 스펙트럼 특성 및 기준 스펙트럼 특성은 주파수, 대역폭, 크기, 위상과 더불어 시간에 따른 스펙트럼 변화 특성 등을 포함할 수 있다.

또한, 스펙트럼 비교분석부(140)에서는 탐색된 기준 스펙트럼 특성과 검출된 스펙트럼 특성을 비교하고, 비교 결과에 근거하여 검출된 스펙트럼 특성에 대응하는 수중 운동체의 정상동작 여부를 판단할 수 있다.

이때, 스펙트럼 비교분석부(140)는 검출된 스펙트럼 특성과 기준 스펙트럼 특성의 오차가 일정 범위 이내이면, 수중 운동체가 정상동작인 것으로 판단할 수 있다.

판단결과 출력부(150)는 스펙트럼 비교분석부(140)의 판단결과를 출력하는 것으로, 디스플레이를 구비하여 판단결과를 출력할 수도 있고, 원격의 사용자 또는 관리자 단말과 전기적으로 접속되어 판단결과를 전송할 수 있도록 구성될 수도 있다.

또한, 스펙트럼 라이브러리부(160)는 다수의 기준 스펙트럼 특성, 예를 수중 운동체의 명령상태 키에 대응되는 스펙트럼 특성이 저장될 수 있고, 저장되는 기준 스펙트럼 특성은 수중 운동체의 정상 동작 시 발생하는 음향신호의 스펙트럼 특성으로, 동작 전 혹은 일정 시간마다 측정되어 저장될 수 있다.

상기한 바와 같이, 수중 운동체에는 전원 공급 장치, 추진기, 매니퓰레이터, 유압 시스템, 광학 카메라와 소나 시스템을 포함하는 센싱부 등의 다양한 부분 시스템이 장착되어 있으며, 각각의 시스템들은 가동 시 다양한 소음을 발생시킬 수 있다.

또한, 수중 운동체에서 발생하는 소음은, 소음원이 되는 부분 시스템의 종류에 따라 고조파(harmonics)가 주를 이루는 선 스펙트럼의 형태로 나타나거나, 고조파 성분 없이 넓은 주파수 대역에 걸쳐 준위가 높아지는 광대역 스펙트럼의 형태 또는 선 스펙트럼과 광대역 스펙트럼이 복합적으로 나타나는 형태의 다양한 소음 특성을 가질 수 있다.

따라서, 각각의 부분 시스템은 자체의 동작 원리에 따라 고유의 소음 특성을 지니며, 부분 시스템의 가동 상태(예를 들면, 추진기의 속도)에 의해서도 소음 특성이 달라지는 경우가 많으며, 또한 부분 시스템들이 함께 가동될 경우에는 시스템 간의 상호 작용에 의해, 각각을 따로 구동할 때와는 다른 소음 특성을 보여줄 수도 있다.

또한, 수중 운동체에는 주변 환경을 탐지하거나 자신의 위치를 추정하기 위하여 다양한 소나 시스템이 장착될 수 있다.

이러한 소나 시스템은 일반적으로 미리 설계된 음향 신호를 트랜스듀서를 통해 송신하여, 피사체에서 반사된 신호를 수신하거나 혹은 다른 곳에 위치한 트랜스듀서로부터 송신된 응답 신호를 수신하여, 필요한 정보를 획득하는 과정으로 구동된다.

소나 시스템 구동 과정에서는 미리 정해진 파형의 신호들이 각 소나 시스템으로부터 송신되며, 이때 소나 시스템의 종류에 따라 사용되는 신호의 특성 - 주파수, 대역폭, 파형 등- 이 다르게 나타난다.

일반적으로 수중 운동체를 설계, 제작할 때에는 소나 시스템들끼리의 상호 간섭을 최소화하도록 신호의 특성을 선택하게 되며, 이 과정에서 각각의 소나 시스템은 고유한 신호 특성을 가지게 된다.

따라서, 수중 운동체의 자체 소음과 소나 시스템의 음향 신호에는 소음을 발생시키는 부분 시스템과 소나 시스템 작동에 관한 고유한 상태 정보가 포함될 수 있다.

따라서, 스펙트럼 라이브러리부(160)에는 이러한 자체 소음 및 자기 발생 소나 신호의 특성을 고려하여, 각각에 대한 기준 스펙트럼을 분류하여 저장할 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 5는 본 발명에 따른 스펙트럼의 특성 데이터를 예시적으로 나타내는 예시도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 수중 운동체의 상태 진단 방법은, 먼저 수신부(100)를 통해 수중 운동체 주변에서, 수중 운동체에서 발생하는 음향신호로 자체 소음 또는 자기 발생 소나 신호, 또는 둘 다를 수집한다(S101).

수중 운동체의 자체 소음은, 예를 들어, 수중 운동체를 이루는 각 구성부분의 구동 시 발생하는 소음을 포함할 수 있고, 자기 발생 소나 신호는 수중 운동체에 장착된 각종 소나 장비에서 송신 및 수신되는 소나 신호를 포함할 수 있다.

그리고 수신부(100)에서 수집한 음향신호에 대한 저장모드 또는 상태분석모드 중 어느 하나를 선택하는 동작모드 신호가 입력되면(S102), 동작모드 선택부(110)를 통해 저장모드 또는 상태분석모드 중 어느 하나가 선택된다(S103).

단계(S103)에서 상태분석모드가 선택되면, 신호처리부(120)는 수신기(100)를 통해 수집한 음향신호에 대한 스펙트럼 특성을 검출한다(S104).

이때, 신호처리부(120)에서 검출되는 스펙트럼 특성은 스펙트럼의 전체 패턴을 샘플링하여 이용할 수도 있고, 혹은 저장되는 스펙트럼 데이터의 양을 감소시키기 위하여 고조파 스펙트럼 주파수와 피크 크기, 광대역 스펙트럼의 패턴만을 추출하여 사용할 수도 있다.

또한, 검출되는 스펙트럼 특성은 명령상태 키, 즉 현재의 수중 운동체 동작 상태에 따라 다양한 형태로 설정될 수도 있다.

이후, 분석 제어부(130)에서는 음향신호 수집 시, 수중 운동체의 입력된 명령상태 키를 확인하고(S105), 동시에 스펙트럼 라이브러리부(160)에 저장된 다수의 기준 스펙트럼 특성 중 명령상태 키에 해당하는 기준 스펙트럼 특성을 탐색한다(S106).

다음에 스펙트럼 비교분석부(140)에서는, 탐색된 기준 스펙트럼 특성과 검출된 스펙트럼 특성을 비교하고, 비교 결과에 근거하여 검출된 스펙트럼 특성에 대응하는 음향신호의 정상동작 여부를 판단한다(S107).

이때, 스펙트럼 비교분석부(140)는 검출된 스펙트럼 특성과 기준 스펙트럼 특성의 오차가 일정 범위 이내이면, 수중 운동체의 동작이 정상인 것으로 판단할 수 있다.

또한, 스펙트럼 비교분석부(140)는 오차 범위를 벗어난 차이가 존재할 경우에는 이상 발생으로 판단하여, 현재 입력된 명령상태 키를 구성하는 각 기준 스펙트러럼과 현재의 스펙트럼 특성을 비교하여, 이상이 발생한 부분의 시스템을 추정할 수 있는 기능을 포함할 수 있다.

이후, 판단결과 출력부(150)에서는 스펙트럼 비교분석부(140)의 판단결과를 출력한다(S108).

또한, 단계(S103)에서 동작모드 선택부(110)를 통해 저장모드가 선택되면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 신호처리부(120)는 수신기(100)를 통해 수집한(S201) 음향신호에 대한 스펙트럼 특성을 검출하여 기준 스펙트럼으로 설정한다(S202).

이후, 분석 제어부(130)는 음향신호 수집 시 수중 운동체의 입력된 명령상태 키를 확인하여, 명령상태 키와 설정된 기준 스펙트럼 특성을 매칭한 후 스펙트럼 라이브러리부(160)에 저장한다(S203).

음향신호로부터 검출되는 스펙트럼 특성은 수중 운동체의 정상 동작 시 발생하는 음향신호의 스펙트럼 특성으로, 예를 들어, 도 5에 나타낸 바와 같이, 수중 운동체의 명령 상태 키에 따른 스펙트럼 특성으로 분류될 수 있다.

상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 수중 운동체의 상태 진단 시스템
100 : 수신부
101 : 하이드로폰 102 : 신호 증폭기
103 : A/D 컨버터 104 : 필터
110 : 동작모드 선택부 120 : 신호처리부
130 : 분석 제어부 140 : 스펙트럼 비교분석부
150 : 판단결과 출력부 160 : 스펙트럼 라이브러리부

Claims (12)

1. 수신부를 통해 수중 운동체에서 발생하는 음향신호를 수집하는 음향신호 수집단계;
   동작모드 선택부에서 수집한 음향신호에 대한 저장모드 또는 상태분석모드 중 어느 하나를 선택하는 동작모드 선택단계;
   상기 동작모드 선택단계에서 상태분석모드가 선택되면, 신호처리부에서 수집한 음향신호에 대한 스펙트럼 특성을 검출하는 스펙트럼 검출단계;
   분석 제어부에서 상기 음향신호 수집 시 상기 수중 운동체의 입력된 명령상태 키(key)를 확인하는 키 확인단계;
   상기 분석 제어부가 스펙트럼 라이브러리부에 저장된 다수의 기준 스펙트럼 특성 중 상기 명령상태 키에 해당하는 기준 스펙트럼 특성을 탐색하는 기준 스펙트럼 탐색단계;
   스펙트럼 비교부에서 탐색된 기준 스펙트럼 특성과 검출된 스펙트럼 특성을 비교하는 스펙트럼 비교단계;
   상기 분석 제어부에서 상기 비교 결과에 근거하여, 상기 검출된 스펙트럼 특성에 대응하는 상기 수중 운동체의 정상동작 여부를 판단하는 정상동작 판단단계; 및
   판단결과 출력부를 통해 상기 정상동작 여부를 포함하는 판단결과를 출력하는 판단결과 출력단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수중 운동체에서 발생하는 음향신호는 수중 운동체의 자체 소음 및 자기 발생 소나 신호 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 수중 운동체의 자체 소음은 상기 수중 운동체를 이루는 각 구성부분의 구동 시 발생하는 소음을 포함하고,
   상기 자기 발생 소나 신호는 상기 수중 운동체에 장착된 각종 소나 장비에서 송신 및 수신되는 소나 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 스펙트럼 비교단계에서,
   상기 검출된 스펙트럼 특성 및 기준 스펙트럼 특성은 주파수, 대역폭, 크기, 위상 및 시간에 따른 스펙트럼 변화 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 정상동작 판단단계에서,
   상기 검출된 스펙트럼 특성과 상기 기준 스펙트럼 특성의 오차가 일정 범위 이내이면 상기 수중 운동체가 정상동작인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 동작모드 선택단계에서 저장모드가 선택되면,
   상기 수집한 음향신호에 대한 스펙트럼 특성을 검출하여 기준 스펙트럼 특성으로 설정하는 기준 스펙트럼 설정단계;
   상기 음향신호 수집 시 상기 수중 운동체의 입력된 명령상태 키(key)를 확인하는 키 확인단계; 및
   상기 명령상태 키와 설정된 기준 스펙트럼 특성을 매칭하여 상기 스펙트럼 라이브러리부에 저장하는 기준 스펙트럼 저장단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 스펙트럼 라이브러리부에 저장하는 상기 기준 스펙트럼 특성은,
   상기 수중 운동체의 정상 동작 시 발생하는 음향신호의 스펙트럼 특성인 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 방법.
   
8. 수중 운동체에서 발생하는 음향신호를 수집하도록 적어도 하나 구비되는 수신부;
   상기 수신부를 통해 수집한 음향신호에 대한 저장모드 또는 상태분석모드 중 어느 하나를 선택하는 동작모드 선택부;
   상기 동작모드 선택단계에서 상태분석모드가 선택되면, 수집한 음향신호에 대한 스펙트럼 특성을 검출하는 신호처리부;
   다수의 기준 스펙트럼 특성이 저장되는 스펙트럼 라이브러리부;
   상기 음향신호 수집 시 상기 수중 운동체의 입력된 명령상태 키(key)를 확인하고, 상기 스펙트럼 라이브러리부에 저장된 다수의 기준 스펙트럼 특성 중 상기 명령상태 키에 해당하는 기준 스펙트럼 특성을 탐색하는 분석 제어부;
   탐색된 기준 스펙트럼 특성과 검출된 스펙트럼 특성을 비교하고, 상기 비교 결과에 근거하여 상기 검출된 스펙트럼 특성에 대응하는 상기 수중 운동체의 정상동작 여부를 판단하는 스펙트럼 비교분석부; 및
   상기 스펙트럼 비교분석부의 판단결과를 출력하는 판단결과 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 시스템.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 수신부는,
   상기 수중 운동체에 구비되어 상기 수중 운동체 주위의 음향신호를 수집하는 하이드로폰;
   상기 하이드로폰에 수집한 음향신호를 증폭하는 신호 증폭기;
   증폭된 음향신호에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행하는 A/D 컨버터; 및
   디지털로 변환된 음향신호에 대해 설정된 신호를 통과시키는 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 시스템.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 수중 운동체에서 발생하는 음향신호는 수중 운동체의 자체 소음 및 자기 발생 소나 신호 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 시스템.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 수중 운동체의 자체 소음은 상기 수중 운동체를 이루는 각 구성부분의 구동 시 발생하는 소음을 포함하고,
    상기 자기 발생 소나 신호는 상기 수중 운동체에 장착된 각종 소나 장비에서 송신 및 수신되는 소나 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 시스템.
    
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 라이브러리부에 저장하는 상기 기준 스펙트럼 특성은,
    상기 수중 운동체의 정상 동작 시 발생하는 음향신호의 스펙트럼 특성인 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 자체 소음과 자기 발생 소나 신호를 이용한 수중 운동체의 상태 진단 시스템.

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