KR20180118954A - 레이다 원격 송수신 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이더 정보의 수신 및 처리는 물론 다수의 항해통신장비의 모듈화 및 직접화를 통하여 일반일들이 간단하게 사용할 수 있으며, 안전한 항해를 보조할 수 있는 다중 항해정보 전시장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 다중 항해정보 전시장치는, 레이더 정보를 수집하는 레이더 스캐너; 상기 레이더 스캐너에서 스캔한 영상 데이터를 디지털 정보로 변환 및 저장하고, 상기 레이더 스캐너에서 전달되는 스포트(Spoke) 정보 및 디지털 정보를 처리하는 레이더 정보 처리부; 상기 레이더 정보 처리부에 설치되며, 상기 레이더 정보 처리부에 의하여 생산되는 정보를 유무선 통신 방식에 의하여 통신하는 통신 모듈; 상기 통신 모듈과 유무선 통신 방식에 의하여 통신하며, 상기 레이더 정보 처리부에 의하여 제공되는 레이더 정보를 화면상에 표시하는 디스플레이부;를 포함한다.

Description

다중 항해정보 전시장치{A DEVICE FOR DISPLAYING THE INFORMATION OF SAILING}
본 발명은 다중 항해정보 전시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이더 정보의 수신 및 처리는 물론 다수의 항해통신장비의 모듈화 및 직접화를 통하여 일반일들이 간단하게 사용할 수 있으며, 안전한 항해를 보조할 수 있는 다중 항해정보 전시장치에 관한 것이다.
ARPA 레이더는 Auto Radar Plotting Aids의 약자로서, 자동 레이더 플로팅 장치라고 불린다. 레이더 플로팅은 레이더 물표의 상대침로와 상대방위로 구성된 운동벡터에 본선의 침로와 방위로 구성되는 본선 운동벡터를 가감 연산(벡터연산)하여, 물표의 진침로와 진방위를 계산하는 방법이다.
컴퓨터가 발달되기 전에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 물표의 위치를 일정시간(보통 6분) 간격으로 플로팅 용지에 표시하여 벡터연산을 수행하였으며, 항해중에는 레이더 화면(브라운관)에 색연필로 직접 작도하여 계산을 수행하기도 하였다.
한편 컴퓨터가 등장한 이후에는 이러한 벡터연산을 자동으로 수행할 수 있게 되었는데, 이러한 자동 플로팅 기능(벡터 연산)이 포함된 레이더를 “ARPA 레이더” 라고 부른다.
일반적으로 대형선박은 대부분 ARPA 레이더가 장착되어 있으며, 이 장치를 이용하여 물표정보를 자동으로 실시간 확인할 수 있으며, 위험선박에 대한 예측이 가능하다. 구체적으로 ARPA 레이더는 해상의 모든 물표에 대하여 자동으로 플로팅 정보를 화면상에 숫자 및 그래픽으로 보여줌으로써 곧바로 상대 선박의 정확한 움직임을 파악할 수 있다. 따라서 충돌예측 및 위험선박에 대한 식별이 가능하고, 대형선박에서는 이러한 ARPA 레이더를 이용하여 자동조타가 가능한 것이다.
즉, 대형 선박들은 이러한 ARPA 레이더가 제공하는 주변 선박에 대한 물표 포착기능, 물표 추적기능, 물표 움직임 예측기능, 과거 항적 표시 기능, 충돌위험 경고 기능을 통하여 해양에서 사고를 미연에 방지할 수 있는 것이다.
그런데 해양사고의 80%는 대부분 소형선박 및 어선에서 발생하고 있으며 이러한 해양사고를 줄이기 위하여 근본적인 해결책이 필요한 상황이며, 사고 대부분은 대형선박이 운항되는 복잡한 교통량의 항구, 복잡한 협수로, 야간, 악천후(안개) 해상 등에 의해 외적 환경에 의한 요소가 대부분이다.
전술한 바와 같이, 대형선박의 ARPA 레이더는 주변 40여개의 물표를 동시에 포착하여 충돌 예측을 분석할 수 있지만, 소형선박의 레이더의 경우에는 주변 물표에 대한 추적기능은 전혀 없으며 오로지 위험선박에 대한 항해사의 경험으로 판단하고 있는 실정이다.
따라서, 소형선박에 장착되어진 레이더를 이용하여 ARPA 기능을 구현한다면 물표 포착기능, 물표 추적기능, 물표 움직임 예측기능, 과거 항적 표시 기능, 충돌위험 기능을 통하여 해양에서 사고를 미연에 방지할 수 있을 것이다. 이러한 배경에서, 소형 선박에서 용이하게 장착할 수 있으며 ARPA를 구현할 수 있는 항해정보 전시장치의 개발이 절실하게 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 레이더 정보의 수신 및 처리는 물론 다수의 항해통신장비의 모듈화 및 직접화를 통하여 일반일들이 간단하게 사용할 수 있으며, 안전한 항해를 보조할 수 있는 다중 항해정보 전시장치를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다중 항해정보 전시장치는, 레이더 정보를 수집하는 레이더 스캐너; 상기 레이더 스캐너에서 스캔한 영상 데이터를 디지털 정보로 변환 및 저장하고, 상기 레이더 스캐너에서 전달되는 스포트(Spoke) 정보 및 디지털 정보를 처리하는 레이더 정보 처리부; 상기 레이더 정보 처리부에 설치되며, 상기 레이더 정보 처리부에 의하여 생산되는 정보를 유무선 통신 방식에 의하여 통신하는 통신 모듈; 상기 통신 모듈과 유무선 통신 방식에 의하여 통신하며, 상기 레이더 정보 처리부에 의하여 제공되는 레이더 정보를 화면상에 표시하는 디스플레이부;를 포함한다.
그리고 본 발명에서 상기 레이더 스캐너는, 소형 선박에 설치되는 펄스 레이더와 FMCW 레이더를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 레이더 정보 처리부는, 상기 펄스 레이더에저 스캔한 영상 데이터를 디지털 정보로 변환 및 저장하는 RSC(Radar Scan Converter) 보드; 상기 FMCW 레이더에서 전달되는 스포크(Spoke) 정보 및 상기 RSC 보드에서 제공되는 디지털 정보를 처리하여 ARPA 기능을 수행하는 ARPA 기능 수행부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 RSC 보드는, 상기 펄스 레이더의 아날로그 영상 데이터(Raw Data)를 60MHz 이상으로 샘플링하여 방위각 데이터에 따라 영상을 디지털화하고, 디지털화된 데이터를 저장부에 저장하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 ARPA 기능 수행부는, 상기 FMCW 레이더 데이터의 Trigger/Bearing/Heading/Video로 구성된 스포크 정보를 분석하여 레이더 영상 PPI(Plan Position Indicator)를 완성하는 스포크 정보 처리부를 구비하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 통신 모듈은 이더넷(Ethernet) 통신 모듈인 것이 바람직하다.
본 발명의 다중 항해정보 전시장치에 의하면 다수의 항해통신장비의 모듈화 및 직접화를 통하여 일반일들이 간단하게 사용할 수 있으며, 안전한 항해를 보조할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 임베디드 플랫폼에서 동작하여 각종 항해센서로부터 데이터와 엔진데이터를 취합하여 항해정보를 전시하여 소형선박의 안전하고 효율적인 항해를 지원할 수 있는 장점도 있다.
도 1은 종래의 레이더 플로팅 쉿트와 물표의 침로와 방위가 표시된 ARPA 레이더 화면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 항해정보 전시장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RSC 보드의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RSC 보드의 신호 흐름을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 A/D Converter의 블록 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 Sync Burst SRAM의 Timing chart이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 Sync Burst SRAM의 로직 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCI9054의 로직 다이어그램이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 ARPA 기능 수행부의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 10은 일반적인 레이더 스포크의 구성을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 스포크의 조합으로 PPI를 완성하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 처리 단계들의 개념도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 다중 항해정보 전시장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 레이더 스캐너(110), 레이더 정보 처리부(130), 통신 모듈(150) 및 디스플레이부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 실시예에서 상기 레이더 스캐너(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 펄스 레이더(111)와 FMCW 레이더(112)를 포함하여 구성될 수 있다. 먼저 상기 펄스 레이더(110)와 FMCW 레이더(120)는 소형 선박에 설치되는 레이더로서, 일반적으로 시중에서 입수할 수 있는 제품을 채용할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다음으로 상기 레이더 정보 처리부(130)는 상기 레이더 스캐너(110)에서 스캔한 영상 데이터를 디지털 정보로 변환 및 저장하고, 상기 레이더 스캐너에서 전달되는 스포트(Spoke) 정보 및 디지털 정보를 처리하는 구성요소이다. 이 레이더 정보 처리부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 모듈화되며, 그 내부에는 RSC보드(132)와 ARPA 기능 수행부(도면에 미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.
먼저 상기 RSC 보드(132)는 상기 펄스 레이더(111)에서 스캔한 영상 데이터를 디지털 정보로 변환 및 저장하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 RSC(Radar Scan Converter) 보드(132)는 구체적으로 도 3에 도시된 바와 같은 구성을 가질 수 있다. 따라서 상기 RSC 보드(132)는 상기 펄스 레이더의 아날로그 영상 데이터(Raw Data)를 60Mhz 이상으로 샘플링하여 방위각 데이터에 따라 영상을 디지털화하고 디지털화된 데이터를 저장부(메모리)에 저장한다.
그리고 상기 RSC(Radar Scan Converter) 보드(132)에는, 레이더 데이터 프로세서 PCI보드를 사용하고 이동 물표 추출 및 관측 기능을 위한 개선된 Firmware와, Rain Noise, Sea Clutter, Gain등의 레이더 영상을 주변 환경에 맞게 조정하여 이동 물표를 정확히 검출할 수 있는 Firmware 가 설치될 수 있다.
이러한 RSC 보드(132)의 동작 과정은 도 4에 도시된 바와 같고, 이하에서 이를 상세하게 설명한다.
먼저 도 4에 도시된 바와 같이, Video 신호설정이 이루어진다. 레이더 데이터 프로세서로 비디오신호가 입력되면 신호레벨이 A/D 컨버터 입력 범위 안에 위치하도록 적절히 조정하며, 이때 이득은 레이더 데이터 프로세서 설정 프로그램에서 전송된 값을 적용한다. 이득 설정이 끝나면 비디오 신호의 Offset을 조정하며 최종적으로 A/D컨버터로 입력된다.
다음으로 A/D Converter에서 비디오 신호를 25MHz에 동기화시켜 디지털 신호로 변환한다. 출력포트는 14bit 병렬처리가 지원되며 최대 65MHz까지 샘플링이 가능하다. Encoder 신호는 Transformer를 사용하여 노이즈를 차단한다. 본 실시예에서 상기 A/D Converter의 구성은 도 5에 도시된 바와 같다.
다음으로 Sync Burst SRAM은 도 7에 도시된 바와 같은, 로직 다이어 그램을 가지며, Clock을 기준으로 데이터의 입출력이 일어나는 SRAM이다. 레이더 데이터 프로세서에 사용할 수 있는 Sync Burst SRAM 은 CYPRESS 및 MICRON의 몇 가지 종류가 있으며 32 Bit 단위로 데이터의 입출력이 이루어진다.
연속적인 고속전송을 버스트 전송하는 경우, 한 번의 어드레스 출력 후 어드레스는 증가하지 않는 상태에서 데이터만 Clock에 동기가 되어 전송된다. Clock이 33MHz 인 경우 32비트 데이터가 각각의 클럭에 동기가 되어 전송되므로 최대 전송 속도는 132 MByte/sec가 된다. 도 6은 상기 Sync Burst SRAM의 Timing chart인데, 이 Timing Chart에서는 어드레스 출력 후 어드레스는 증가하지 않는 상태에서 데이터가 출력됨을 볼 수 있다.
또한 PCI 버스 규약을 만족하여 설계되는 PCI 디바이스는 반드시 필요한 핀들과 선택적으로 필요한 핀으로 나뉘게 되며 PCI 버스규약이 요구하는 사항이 모두 고려된 회로를 설계하기에는 고려되어야 할 사항이 많아 설계의 난이도가 매우 높다. 따라서 본 실시예에 따른 레이더 데이터 프로세서에서는 PLXTech사에서 ASIC화하여 제공하는 PCI9054 칩셋을 사용하며 이 칩셋은 DMA채널을 내장하고 있다. PCI9054는 도 8에 도시된 바와 같은 로직 다이어그램을 가지며, 자체 외부핀인 157번핀과 156번핀을 하드웨어적으로 조합하여 서로 다른 하드웨어 모드로 설정을 할 수 있다. PCI9054는 M 또는 J 또는 C 모드 3개의 모드로 설정이 가능하며 레이더 프로세서는 DMA 기능을 사용하기 위하여 C 모드로 구성하여 버스 제어신호로 제어한다.
다음으로 상기 ARPA 기능 수행부는 상기 FMCW 레이더(112)에서 전달되는 스포크(Spoke) 정보 및 상기 RSC 보드(132)에서 제공되는 디지털 정보를 처리하여 ARPA 기능을 수행하는 구성요소이다. 구체적으로 본 실시예에서 상기 ARPA 기능 수행부는 도 9에 도시된 바와 같은 구성을 가질 수 있다. 상기 ARPA 기능 수행부의 기능설정용 소프트웨어는 크게 3가지 기능으로 구분되며 그 항목은 Data Recorder, Oscilloscope, Plan Position Indicator이다. 기능설정용 소프트웨어는 GUI 기반의 각 설정 값을 입력하고 읽을 수 있도록 구성되어 있으며 이 명령어 셋들은 사전에 정의된 프로토콜로 PCI 인터페이스를 통하여 전송된다.
즉, 본 실시예에서 상기 ARPA 기능 수행부는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 FMCW 레이더(120) 데이터의 Trigger/Bearing/Heading/Video로 구성된 스포크 정보를 분석하여 도 11에 도시된 바와 같이, 레이더 영상 PPI(Plan Position Indicator)를 완성하는 스포크 정보 처리부(도면에 미도시)를 구비하는 것이다.
여기에서 상기 Trigger Signal (or PRF : Pulse Repetition Frequency)은, 레이더 디스플레이 장치인 PPI CRT의 중심점을 시작으로 Sweep가 시계방향으로 돌아갈 때 각 순간을 보면 전시부의 중심에서 바깥쪽으로 하나의 선이 그어지며 이 선의 길이에 해당하는 지점이 바로 관측지점 위치에서의 거리가 되고, 전시부의 중심점이 Trigger의 시작점이며 보통 Trigger의 주파수를 PRF라고 한다.
다음으로 Bearing Signal (or ACP : Azimuth Change Pulse)는 실제 안테나의 방향에 해당되는 펄스를 말한다. 일반적으로 디스플레이 장치 상에 물표를 표시하는데 얼마 정도의 Resolution으로 할 것 인가가 여기에 해당된다. 0.1도 마다 물표를 표시하기 위해서는 3600개의 안테나 방향정보가 필요하며, 여기에 해당하는 위치펄스가 ACP이다. 주로 1024, 2048 개를 사용하며 단위 수량은 안테나 1회전에 대한 펄스수이다.
다음으로 Heading Signal (or ARP : Azimuth Reference(or Reset) Pulse)는 Ship heading mark라고도 하며 ACP의 시작점을 지칭한다. 안테나 1회전 당 한 번에 해당하는 신호이며 선박의 선수 방향과 일치한다.
마지막으로 Video Signal은 레이더에서 가장 중요한 신호이며, 레이더 데이터 프로세서에서 고속 처리해야 하는 Analog 신호이다. 이 신호는 Trigger 신호(보통 8~12.5GHz)에 포함되어서 송신된다. 즉 Carrier 신호이다. 송신된 이 신호가 물체에 반사되어 안테나가 수신하게 되면 통상적인 항해 시에 필요 없는 Sea clutter와 같은 신호잡음이 포함되지만, 이득과 해상도를 조절하여 우리가 필요한 물표의 정보를 제공하는 레이더 영상 정보를 추출할 수 있다. 이 Video 신호는 레이더 제작사나 모델에 따라 다른 고유의 전압 범위를 가지고 있다.
그리고 상기 스포크 정보 처리부에서의 이미지 처리 단계는 도 12에 도시된 바와 같이, 그레이스케일 변환, 가우시안 필터, 이진화, 라벨링 등의 단계를 거친다.
다음으로 본 실시예에서 상기 디스플레이부(140)는 상기 RSC 보드(132) 및 ARPA 기능 수행부에서 제공되는 레이더 정보를 화면상에 표시하는 구성요소이다. 상기 디스플레이부(140)는 구체적으로 안드로이드 기반의 8 ~ 12인치급 LCD 디스플레이 장치로 구성될 수 있다.
다음으로 상기 통신 모듈(150)은 상기 레이더 정보 처리부(130)와 디스플레이부(140) 사이에서 유무선 방식의 통신을 수행하는 구성요소이다. 따라서 상기 통신 모듈(150)은 Wifi 방식 등 다양한 방식의 무선 통신 방식은 물론 유선 통신 방식도 가능하도록 지원하며, 이더넷 통신 모듈이 구비되는 것이 바람직하다.
이러한 통신 모듈(150)이 구비되는 경우, 본 실시예에 따른 다중 항해정보 전시장치에서는 스마트폰 등 일반적인 스마트 모바일 디바이스를 이용하여 항해정보를 디스플레이할 수도 있다. 즉, 상기 스마트 모바일 디바이스에는 레이더 정보를 스마트 모바일 디바이스에서 표현하는 모바일 레이더 앱이 설치되어, 이동 중에도 레이더 영상 정보를 수신받아 레이더 데이터를 확인할 수 있는 장점이 있다.
100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 항해정보 전시장치
110 : 레이더 스캐너 130 : 레이더 정보 처리부
140 : 디스플레이부 150 : 통신 모듈

Claims (6)

  1. 레이더 정보를 수집하는 레이더 스캐너;
    상기 레이더 스캐너에서 스캔한 영상 데이터를 디지털 정보로 변환 및 저장하고, 상기 레이더 스캐너에서 전달되는 스포트(Spoke) 정보 및 디지털 정보를 처리하는 레이더 정보 처리부;
    상기 레이더 정보 처리부에 설치되며, 상기 레이더 정보 처리부에 의하여 생산되는 정보를 유무선 통신 방식에 의하여 통신하는 통신 모듈;
    상기 통신 모듈과 유무선 통신 방식에 의하여 통신하며, 상기 레이더 정보 처리부에 의하여 제공되는 레이더 정보를 화면상에 표시하는 디스플레이부;를 포함하는 다중 항해정보 전시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이더 스캐너는,
    소형 선박에 설치되는 펄스 레이더와 FMCW 레이더를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 항해정보 전시장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 레이더 정보 처리부는,
    상기 펄스 레이더에저 스캔한 영상 데이터를 디지털 정보로 변환 및 저장하는 RSC(Radar Scan Converter) 보드;
    상기 FMCW 레이더에서 전달되는 스포크(Spoke) 정보 및 상기 RSC 보드에서 제공되는 디지털 정보를 처리하여 ARPA 기능을 수행하는 ARPA 기능 수행부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 항해정보 전시장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 RSC 보드는,
    상기 펄스 레이더의 아날로그 영상 데이터(Raw Data)를 60MHz 이상으로 샘플링하여 방위각 데이터에 따라 영상을 디지털화하고, 디지털화된 데이터를 저장부에 저장하는 것을 특징으로 하는 다중 항해정보 전시장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 ARPA 기능 수행부는,
    상기 FMCW 레이더 데이터의 Trigger/Bearing/Heading/Video로 구성된 스포크 정보를 분석하여 레이더 영상 PPI(Plan Position Indicator)를 완성하는 스포크 정보 처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 항해정보 전시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 통신 모듈은,
    이더넷(Ethernet) 통신 모듈인 것을 특징으로 하는 다중 항해정보 전시장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200056252A (ko) * 2018-11-14 2020-05-22 대우조선해양 주식회사 선박 항통장비를 이용한 해상파랑정보 계측시스템

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