KR20190025907A - 수중 장치 위치 결정 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20190025907A
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모이라 샹지
장-마리 코돌
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서브마린 오픈 테크놀로지스
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Abstract

수중 장치(105, 110, 115, 120)의 위치 결정을 위한 시스템(100)은,
- 지구 위치결정 시스템(200)에 의해 송신된 무선 신호를 수신하기 위한 수신기(160)를 포함하는 적어도 2 개의 위성 트랜스폰더(125,130,135)를 포함하고,
- 각각의 표면 트랜스폰더는,
- 적어도 하나의 무선 의사-거리를 추정하기 위한 수단(180),
- 부유물에 대한 부착부(185), 및
- 상기 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 전송하기 위한 통신 수단(140), 및
- 수중 음향 송신기(140)를 포함하며,
- 상기 수중 장치는,
- 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 수신하기 위한 수단(145),
- 음향 신호 수신기(145),
- 적어도 2 개의 수중 음향 송신기와 수중 장치 사이의 하나 이상의 음향 의사-거리를 결정하는 수단(150)과,
- 상기 표면 트랜스폰더들 중 하나에 중심을 둔 지상 기준 프레임에서 상기 장치의 위치를 계산하는 수단(155)을 포함한다.

Description

수중 장치 위치 결정 장치 및 방법
본 발명은 수중 장치의 위치 결정 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히 바다 표면 아래 다이버나 무인 비행기의 위치에 적용된다.
신선한 물 또는 바닷물에서 잠수부의 위치를 결정하는 것은 이러한 환경으로 인한 장애물이 전자기파의 전파를 방해하기 때문에 기술적 과제다.
이러한 위치 결정 문제의 결과는 일 군의 다이버로부터 또는 다이버 수송 장치(transport craft)로부터 벗어난 다이버의 손실일 수 있다. 또한, 잠수부는 잠수 사이트에 최대한 빨리 도달할 수 있어야하며, 이는 이러한 잠수 사이트의 위치를 다이버에게 표시해야 한다.
복수의 위성이 지구 상의 수신기에 의해 포착된 전자기 신호를 전송하는 GPS("글로벌 포지셔닝 시스템")의 원리가 알려져 있는데, 이 수신기는 위성의 기준 프레임에서의 위치를 결정하는데, 각 위성으로부터 떨어진 거리를 계산함으로써 구현된다. 위성들의 위치가 또한 알려지기 때문에, 지상 기준 프레임에서 수신기의 위치를 결정하는 것이 가능하다.
그러나 실제적으로 인공위성에 의해 전리층을 통해 전송하면 신호가 왜곡되어 약 10 미터 정도의 위치 오류가 발생할 수 있다.
이러한 효과를 보상하기 위해, 소위 차동 GPS 시스템은 수신기와 마찬가지로 각 위성까지의 거리를 계산하는 지상-기반 수신기 스테이션을 이용한다. 이 계산된 거리는 수신기로 전송되어 기준 수신기 스테이션에 대한 위치가 연산되고, 따라서, 전리층 지연의 영향을 극복할 수 있다. 따라서 위치 오차는 1 미터 정도다.
수중 장치의 위치를 결정하는 분야에서, GPS 위치 센서 및 그 부표에 의해 계산된 위치를 전송하는 수중 음향 신호의 송신기를 갖춘 복수의 부표를 이용하는 시스템이 공지되어 있다.
그러나 이러한 시스템에서 각 부표는 10 미터 정도의 위치 오차를 가지고 있으며, 수중 신호의 전송으로 인해 추가 오차와 함께 이 오차를 수중 장치에 전송한다. 결과적으로이 시스템을 이용하여 결정된 위치의 정확도가 낮다.
부표 중 하나가 기준 수신기 스테이션으로 간주되는, 차동 GPS 작동 원리를 이용하는 더 진보된 시스템이 공지되어있다. 그럼에도 불구하고 이 시스템은 기준 부표가 다른 부표에 위치를 전송할 수 있도록 부표들을 연동시키는 공기 기반 전파(air based radio)가 필요하다. 또한 기준 부표는 공정 시작 전에 선택되어야하며, 표면 부표의 수는 시스템의 아키텍처를 더욱 복잡하게 만든다.
미국 특허 US8654610 호에 기술된 것과 같은, 현재의 다른 시스템에서:
- 물의 표면에 위치한 부유물(float)은 수신된 무선 주파수 신호에 따라 위치를 결정하며,
- 이 부유물은 물에 잠긴 강체형 구조물 상에 위치한 송신기의 네트워크에 연결되며, 각 송신기는 공유된 클럭에 따라 부유물의 위치 정보를 소리 신호로 전송하고,
- 송신된 소리 신호의 수신기는 각 송신기에 의해 송신된 위치 정보에 기초하여 그 위치를 결정하고 수신된 각각의 동일한 신호의 시간 시프트를 측정한다.
이러한 시스템에는 몇 가지 단점이 있다:
- 크래프트(craft) 상에서 강체형 구조물을 운반하는 것은 선내 공간을 감소시키고,
- 위치 정보를 전송하는 것은 긴 메시지의 장기 전송을 수반하여, 틀리거나 수신기에 도달하지 못할 수 있으며,
- 흔히 단 하나의 부유물이 있으며, 이로 인해 제한된 시선이 생겨 위치 정확도가 떨어지며,
- 시스템이 여러 개의 부유물을 포함할 때, 이 부유물은 1m 정도의 각 부유물에 대한 상대적 위치 정밀도를 가지므로 시스템의 전체적인 정확도가 떨어진다.
본 발명은 이러한 단점의 전부 또는 일부를 개선하는 것을 목적으로한다.
이를 위해, 제 1 실시형태에 따르면, 본 발명은 수중 장치의 위치 결정 시스템을 가정하며, 상기 시스템은,
- 적어도 2 개의 위성 트랜스폰더를 포함하고, 각 표면 트랜스폰더는 지구 위치결정 시스템의 신호들의 적어도 2개의 위성 소스에 의해 송신된 무선 신호의 수신기를 포함하며,
- 각각의 표면 트랜스폰더는,
- 상기 표면 트랜스폰더와 상기 지구 위치결정 시스템으로부터의 적어도 두 개의 신호 소스들 사이의 적어도 하나의 무선 의사-거리(radio pseudo-distance)를 추정하기 위한 수단,
- 특정 깊이에서 중립 부력을 갖도록 구성된 부유물에 대한 부착부, 및
- 상기 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 상기 수중 장치에 전송하는 통신 수단, 및
- 수중 장치에 음향 신호를 송신하도록 구성된 지구 위치결정 시스템의 시간에 동기화된 수중 음향 송신기를 포함하고,
- 상기 수중 장치는,
- 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 수신하기 위한 수단,
- 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 음향 신호를 수신하도록 구성된 음향 신호 수신기,
- 적어도 2 개의 수중 음향 송신기와 수중 장치 사이의 하나 이상의 음향 의사-거리를 결정하는 수단과,
- 상기 표면 트랜스폰더들 중 하나에 중심을 둔 지상 기준 프레임에서 상기 장치의 위치를 계산하는 수단을 포함하며, 상기 위치를 계산하는 수단은 적어도 다음의 과정을 통해 이러한 추정을 수행하는 확률론적 추정 프로세스를 실행하는 컴퓨팅 유닛을 포함하고, 상기 과정은,
- 수신 수단에 의해 수신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보의 선택,
- 결정 수단에 의해 결정된 음향 의사-거리의 선택을 포함한다.
이러한 구성 덕분에, 어떤 참조 부표도 필요치 않고, 시스템의 아키텍처가 표면 트랜스폰더의 추가로 더 복잡하게 만들어지지 않는다. 본 시스템에서, 트랜스폰더의 위치는 수중 장치에서 직접 연산되고, 따라서, 전리층 효과로 인한 위치 오차를 제거할 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 수중 음향 송신기가 상기 지구 위치결정 시스템의 무선 수신기의 내부 클럭에 동기화된다.
이러한 실시예들은 GPS의 경우에 위성 신호의 도플러 효과를 재현할 수 있게 한다. 도플러 효과는 위성의 움직임에 따라 신호들의 주파수를 매우 임의적으로 변하게 한다. GPS 수신기의 내부 클럭의 함수로 음향 소스를 변화시킴으로써, GPS 수신기의 내부 클럭의 동적 수단에 의해 동일하지만 임의적으로 변경되는 주파수로 위치결정 시스템을 동작시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 음향 송신기와 상기 통신 수단은 하나의 동일한 것으로서, 상기 음향 송신기는 상기 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 상기 수중 장치에 전송한다.
이러한 실시예는 시스템을 생산하는데 사용되는 수단의 수를 제한할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 수중 기기의 상기 수신기 및 상기 수신 수단은 하나의 동일한 것으로서, 상기 수신기는 적어도 2 개 이상의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 수신한다.
일부 실시예에서,
- 표면 트랜스폰더의 각각의 송신기는 송신될 하나의 의사-거리에 대해 하나의 채널씩, 복수 개의 채널을 통해 복수의 주기 신호의 선형 조합을 음향적으로 전송하며, 각 채널은 송신될 정보를 가진 상기 무선 의사-거리들 중 하나의 표현, 또는, 상기 지구 위치결정 시스템으로부터의 시간에 따른 클럭 신호이며, 각각의 주기 신호는 전송될 상기 무선 의사-거리 전파의 값의 함수로서 시간-시프트되고, 그리고,
- 상기 음향 수신기는 상이한 음향 채널을 통해 상이한 음향 신호의 도달 시간을 비교함으로써 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 재구성한다.
이러한 실시예는 이러한 정보의 이진화없이 의사-거리 정보를 송신할 수 있게 한다. 정보의 전송은 전송 파라미터의 적응에 의해 수행된다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 표면 트랜스폰더는 적어도 2 개의 수중 음향 송신기를 포함한다.
이러한 실시예는 단일 트랜스폰더로 시스템을 동작시킬 수 있게 한다.
일부 실시예에서, 본 발명의 주제인 시스템은 적어도 2개의 수중 음향 송신기를 부착하기 위한 구조물을 포함하며, 상기 표면 트랜스폰더는 위성 소스에 의해 송신되는 신호들의 수신기에 대해 지상 프레임에서 상기 수중 음향 송출기의 위치를 결정하기 위한 수단과, 계산 수단을 포함하며, 상기 계산 수단은,
- 무선 수신기와 수중 음향 송신기의 동일한 위치를 시뮬레이션하는 이론적인 무선 의사-거리의 측정,
- 각 송신기에 의해, 무선 의사-거리 값의 이론적인 측정치의 송신을 명령하기 위한 전송을 구현한다.
이 실시예는 단일 트랜스폰더로 시스템을 동작시킬 수 있게 한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 표면 트랜스폰더는 상기 지구 위치결정 시스템에 대한 위치를 결정하기 위한 수단을 포함하고, 상기 송신기는 상기 결정된 위치를 나타내는 정보 아이템을 상기 수중 장치에 송신하며, 상기 수중 장치의 계산 수단은 상기 지구 위치결정 시스템의 기준 프레임 대비 위치를 계산하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 본 발명의 주제인 시스템은 적어도 2개의 수중 장치를 포함한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 표면 트랜스폰더는 "주(principal)" 수중 장치로 알려진 적어도 하나의 수중 장치로부터, 하나 이상의 수중 장치의 위치를 수신하도록, 그리고, 하나 이상의 수중 장치의 위치를 나타내는 이 정보를 적어도 하나의 제 2 수중 장치에 재전송하도록 구성되는 통신 수단을 포함하며, 상기 "주" 수중 장치는 상기 적어도 하나의 수중 장치의 위치를 나타내는 정보 아이템을 적어도 하나의 표면 트랜스폰더에 송신하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 수중 장치는 계산된 위치를 나타내는 정보 아이템을 적어도 제 2 "주" 수중 장치로 전송하는 통신 수단을 포함한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 수중 장치는 적어도 하나의 수중 장치의 위치 정보 아이템을 디스플레이하기 위한 수단을 포함한다.
일부 실시예에서, 본 발명의 주제인 시스템은 상기 표면 위에 위치하여, 하나 이상의 수중 장치의 위치에 관한 정보 아이템을 디스플레이하기 위한 수단을 포함한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 수중 장치는 다음 중 적어도 하나의 추가 센서를 포함한다:
- 깊이 센서;
- 관성 측정 유닛; 및
- 자력계(magnetometer).
상기 장치의 위치를 계산하는 수단은 적어도
- 수신 수단에 의해 수신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보의 선택,
- 상기 결정 수단에 의해 결정된 음향 의사-거리의 선택 및
- 적어도 하나의 상기 추가 센서로부터의 측정들의 선택
에 의해 상기 추정을 수행하는 확률론적 추정 프로세스를 실행하는 컴퓨팅 유닛을 포함한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 장치는 팔찌에 내장된다.
제 2 실시형태에 따르면, 본 발명은 수중 장치의 위치 결정 방법(300)을 구상하며, 상기 방법은,
- 지구 위치결정 시스템의 신호들의 적어도 2개의 위성 소스에 의해 송신된 무선 신호를 적어도 2개의 표면 트랜스폰더에 의해 수신하는 단계,
- 지구 위치결정 시스템으로부터 적어도 2개의 신호 소스와 표면 트랜스폰더 사이의 적어도 하나의 무선 의사-거리를 추정하는 단계,
- 특정 깊이에서 중립 부력을 갖도록 구성된 부유물에 트랜스폰더를 부착하는 단계,
- 트랜스폰더에 의해, 상기 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 상기 수중 장치에 전송하는 단계,
- 수중 장치에 음향 신호를 전송하도록 구성된 지구 위치결정 시스템의 시간에 동기화된, 트랜스폰더에 의한 수중 음향 전송 단계,
- 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 수중 장치의 수신 수단에 의해 수신하는 단계,
- 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 무선 의사-거리를 나타내는 음향 신호를 수중 장치의 수신기에 의해 수신하는 단계,
- 표면 트랜스폰더의 적어도 2 개의 수중 음향 송신기와 수중 장치 사이의 하나 이상의 음향 의사-거리를 결정하는 단계 및
- 상기 표면 트랜스폰더들 중 하나에 중심을 둔 지상 기준 프레임에서 상기 장치의 위치를 계산하는 단계로서, 상기 위치를 계산하는 수단은 적어도
- 수신 수단에 의해 수신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보의 선택,
- 결정 수단에 의해 결정된 음향 의사-거리의 선택.
에 의해 상기 추정을 수행하는 확률론적 추정 프로세스를 실행하는 컴퓨팅 유닛을 포함하는, 상기 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 주제인 방법의 특정 목적, 장점 및 특징은 본 발명의 주제인 장치의 목적, 장점 및 특징과 유사하므로, 여기에서 반복하지 않는다.
본 발명의 다른 장점, 목적 및 특정 특징은 부록에 포함된 도면을 참조하여 본 발명의 주제인 시스템 및 방법 중 적어도 하나의 특정 실시예의 비 제한적인 설명으로부터 명백해질 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 대상인 장치의 제 1 특정 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 주제인 방법의 특정 일련의 단계를 개략적으로 논리적 다이어그램 형태로 나타낸다.
본 설명은 비 제한적인 방식으로 주어지며, 일 실시예의 각 특징은 임의의 다른 실시예의 임의의 다른 특징과 유리하게 결합될 수 있다.
도면은 일정한 비율로 표시되지 않는다.
스케일링되지 않은 도 1은 본 발명의 주제인 시스템(100)의 일 실시예의 개략도를 도시한다. 수중 장치(105, 110, 115 및/또는 120)의 위치 결정을 위한 이 시스템(100)은,
- 적어도 2 개의 위성 트랜스폰더들(125, 130 및/또는 135)을 포함하고, 각 표면 트랜스폰더는 지구 위치결정 시스템(geolocation system)(200)의 신호들의 적어도 2 개의 위성 소스들(165, 170 및/또는 175)에 의해 송신된 무선 신호들의 수신기(160)를 포함하며,
- 각각의 표면 트랜스폰더는,
- 상기 표면 트랜스폰더와 상기 지구 위치결정 시스템으로부터의 적어도 두 개의 신호 소스들 사이의 적어도 하나의 무선 의사-거리를 추정하기 위한 수단(180),
- 특정 깊이에서 중립 부력을 갖도록 구성된 부유물에 대한 부착부(185), 및
- 상기 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 상기 수중 장치에 통신하는 수단(140), 및
- 수중 장치에 음향 신호를 전송하도록 구성된 지구 위치결정 시스템의 시간에 동기화된 수중 음향 송신기(140)를 포함하고,
- 상기 수중 장치는,
- 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 수신하기 위한 수단(145),
- 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 음향 신호를 수신하도록 구성된 음향 신호 수신기(145),
- 적어도 2 개의 수중 음향 송신기와 수중 장치 사이의 하나 이상의 음향 의사-거리를 결정하는 수단(150)과,
- 상기 표면 트랜스폰더들 중 하나에 중심을 둔 지상 기준 프레임에서 상기 장치의 위치를 계산하는 수단(155)을 포함하며, 상기 위치를 계산하는 수단은 적어도 다음과 같은 측정을 통해 이러한 추정을 수행하는 확률론적 추정 프로세스를 실행하는 컴퓨팅 유닛을 포함하고, 상기 측정은,
- 수신 수단에 의해 수신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보의 선택,
- 결정 수단에 의해 결정된 음향 의사-거리의 선택을 포함한다.
각각의 트랜스폰더(125, 130 및 135)는 예를 들어 부표에 장착되거나 부유 구조물 또는 크래프트에 부착된 전자 회로이다.
부착물(185)은 예를 들어, 못 박기, 나사 고정, 클리핑(clipping) 또는 묶음 결합(tying)에 의한 부착과 같이, 당 업자에게 공지된 임의의 형태일 수 있다.
각각의 신호 수신기(160)는 예를 들어, 지구 위치결정 시스템(200)의 각 위성 소스(165, 170 및 175)에 의해 송신된 전자기 신호를 수신하도록 구성된 안테나이다.
이 지구 위치결정 시스템(200)은 예를 들어 GPS 시스템이다.
추정 수단(180)은, 예를 들어, 수신기(160)에 의해 수신된 신호를 가진, 트랜스폰더(125, 130 또는 135)와 각 소스(165, 170 및/또는 175) 사이의 의사-거리를 계산하도록 구성된 전자 계산 회로이다.
각 의사-거리를 추정하기 위해, 추정 수단(180)은:
- 소스(165, 170 또는 175)에 의해 전송된 신호와, 트랜스폰더(125, 130 또는 135)의 로컬 클럭과 동기화하여 재구성된 동일한 신호의 로컬 복제본 사이의 시간차를 계산하고,
- 예를 들어, 수신된 신호와 로컬 복제본 간의 시간차, 진공 상태에서 빛의 속도 값과 같은 파동 전파 속도 상수를 곱하여 의사-거리를 계산한다.
각 트랜스폰더(125, 130, 135)의 클럭은 독립적이다. 그러나, 무선 의사-거리의 추정기로부터, 지구 위치결정 시스템(200)과 동기화된 클럭을 생성하는 것이 가능하다.
통신 수단(140)은 예를 들어 적어도 하나의 수중 장치(105, 110, 115 및/또는 120)에 전자기 신호를 송신하도록 구성된 안테나이다.
그러나, 수중 환경에서 전파 제한 때문에, 이 통신 수단(140)은 전기 신호를 나타내는 음향 신호를 전송하도록 구성된 전기-음향 트랜스듀서(electroacoustic transducer)인 것이 바람직하다.
따라서, 이해되는 바와 같이, 이 실시예에서, 통신 수단(140)은 트랜스폰더(125, 130 또는 135)의 알려진 위치를 수중 장치(105, 110, 115 또는 120)에 전송하지 않고 결정된 의사-거리만을 송신한다.
송신기(140)는 예를 들어 전기 신호를 나타내는 음향 신호를 송신하도록 구성된 전기-음향 트랜스듀서(electroacoustic transducer)이다.
이러한 신호는 예를 들어 각 위성의 3 차원 공간에서의 방향, 그리고 가능하다면, 크래프트의 위치를 나타낸다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 수중 음향 송신기(140, 105, 110, 115 및/또는 120)는 지구 위치결정 시스템(200)의 무선 수신기(160)의 내부 클럭에 동기화된다.
일부 바람직한 변형예에서, 송신기(140) 및 통신 수단(140)은 동일한 것이다.
각각의 수중 장치(105, 110, 115 및 120)는 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더(125, 130 및/또는 135)에 의해 송신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 수신하는 수단(145)을 포함한다.
이 수신 수단(145)은, 예를 들면 음향 신호를 전기 신호로 변환하는 전기 음향 트랜스듀서이다. 이들 음향 신호는 대응하는 음향 신호를 전송한 트랜스폰더(125, 130 또는 135)에 의해 추정된 의사-거리를 나타낸다.
각각의 수중 장치(105, 110, 115 및 120)는 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더(125, 130 및/또는 135)에 의해 송신된 음향 신호를 수신하도록 구성된 음향 신호 수신기(145)를 포함한다.
수신기(145)는 예를 들어, 송신기(140)에 의해 송신된 전자기 신호를 수신하도록 구성된 안테나이다.
송신기(140)에 의해 이용되는 기술, 기준(norm) 또는 표준이 무엇이든, 수신기(145)는 상보적인 방식으로 동일한 기술, 기준 또는 표준을 이용한다.
일부 변형예에서, 송신기(140) 및 수신기(145)는 가요성 전기 케이블 또는 적외선 송신에 의해 연결된다.
일부 바람직한 변형예에서, 수신기(145)는 음향 신호를 전기 신호로 변환하도록 구성된 전기-음향 트랜스듀서이다.
몇몇 바람직한 변형예에서, 수신기(145) 및 수신 수단(145)은 동일한 것이다.
일부 변형예에서, 수중 장치(105, 110, 115 및/또는 120)와 표면 트랜스폰더(125, 130 및/또는 135)와의 통신은 양방향이다.
결정 수단(150)은, 예를 들면 각 트랜스폰더(125, 130 및 135)의 추정 수단(180)과 동일한 방식으로 동작하는 전자 계산 회로이다.
각 의사-거리를 추정하기 위해, 결정 수단(150)은:
- 소스(125, 130 또는 135)에 의해 전송된 신호와, 수중 장치(105, 110, 115 또는 120)에서의 로컬 클럭과 동기하여 재구성된 동일한 신호의 로컬 복제본 사이의 시간차를 계산하고,
- 해수에서 소리의 속도 값과 같은 파동 전파 속도 상수를 수신된 신호와 로컬 복제본 간의 시간차와 곱하여 의사-거리를 계산한다.
각 수중 장치(105, 110, 115 또는 120)의 클럭은, 예를 들어, 바람직하게는 지구 위치결정 시스템(200)의 클럭에 동기화된 트랜스폰더(125, 130, 135)의 클럭에 동기화된다.
각각의 수중 장치(105, 110, 115, 120)의 계산 수단(155)은, 예를 들어, 다음과 같이 기능하도록 구성된 전자 계산 회로이다:
- 결정 수단(150)에 의해 의사-거리가 결정된, 각 트랜스폰더(125, 130 및/또는 135)에 대한 수중 장치(105, 110, 115 또는 120)의 위치를 삼각 측량에 의해 계산하고,
- 의사-거리가 결정 수단(150)에 의해 결정된 각 트랜스폰더(125, 130 및/또는 135)의 위치를 삼각 측량에 의해 게산하며, 소스의 소스(165, 170 및/또는 175)에 대해 계산한다.
- 지구 위치결정 시스템(200)의, 위성 소스(165, 170, 및/또는 175) 대비, 수중 장치(105, 110, 115 또는 120)의 위치를 천이 공식(transitivity)에 의해 계산한다.
확률론적 추정 프로세스는 장치의 위치를 계산하기 위한 수단(155) 상에서 실행된다. 프로세스는 예를 들어 다음 작업을 수행한다:
- 상태 벡터의 점진적 구성. 상태 벡터의 각 요소는 수치 값을 갖는 1 차원 또는 다차원의 숫자 변수다. 다음의 변수가 인용될 수 있다: 각 순간마다, 지구 위치결정 시스템(200)의 위성 소스들(165, 170 및/또는 175)에 대한 확률론적 추정을 실행하는 수중 장치(105, 110, 115 또는 120)의 새로운 3D 위치, 수중 장치와 시스템(200)의 각각의 무선 수신기 간의 클럭 차(초), 위성 소스(165, 170, 및/또는 175)와 시스템(200)의 각각의 무선 수신기 사이의 클럭차(초);
- 측정 벡터의 점진적 구성. 각 측정은 측정 프로세스에서 오는 임의의 변수이다. 음향 및 무선 의사-거리의 측정이 언급될 수 있고, 예를 들어, 깊이, 가속도 또는 주변 자기장의 측정이 또한 언급될 수 있다.
- 측정 잔차 벡터의 점진적 구성. 각 측정 잔차는 상태 벡터가 있는 측정 벡터의 측정 값의 함수다. 잔차는 오차가 없는 것으로 간주되는 측정의 경우 숫자 값(1차원 또는 다차원으로서, 해당 측정 값과 동일하거나 다른 차원을 가짐)이 0과 같고, 이 오차가 마운트(mounts)로 간주될 때 증가하는 값을 갖는다.
- 마지막으로 상태 벡터를 업데이트하는 정규 프로세스. 이 과정의 목적은 새로운 값을 탐구하여 상기 상태 벡터를 재평가한 다음, 측정 잔차 벡터의 특정 표준(certain norm)을 가능한한 많이 줄이려는 목적으로 측정 잔류 벡터를 재평가하는 것이다. 이를 달성하기 위해 확률론이라고하는 여러 가지 방법이 있다. 그것들은 확률 이론(probability theory)이 상태 벡터의 반복적 갱신으로부터 방향과 값을 부여할 수 있게 한다는 점에서 확률론적이라 불린다. 의사-인버스(pseudo-inverses), 소위 "QR" 분해, Cholesky 분해, 또는 몬테-카를로(Monte-Carlo)로 알려진 세미-랜덤 탐색의 방법에 기초한 방법, 또는, 유전학 분야로부터 진화론에 기반한 방법을 인용할 수 있다.
- 선택적으로, 전체 프로세스에서 바람직하지 않은 것으로 간주되는 효과들을 가진 상태 및 측정 값을 제거하는 프로세스를 추가할 수 있다.
따라서, 확률론적 추정 프로세스는 2차적인 것으로 고려되는 다른 변수에 추가하여 장치의 위치를 계산하기 위한 수단(155)의 궤적 또는 궤적의 일부를 실시간으로 획득하는 것을 가능하게 한다.
일부 실시예들에서, 표면 트랜스폰더(125, 130 또는 135)의 각각의 송신기(140)는 송신될 하나의 의사-거리에 대해 하나의 채널씩으로, 몇몇 채널을 통해 몇몇 주기 신호들의 선형 조합을 음향적으로 전송하며, 각 채널은 송신될 정보를 가진 무선 의사-거리들 중 하나의 표현, 또는 지구 위치결정 시스템(200)으로부터 시간에 따른, 클럭 신호이며, 각각의 주기적 신호는 송신될 무선 의사-거리 전파의 함수로서 시간 시프트(time shift)된다.
따라서, 예를 들어, 송신기(140)가 추정된 의사-거리를 나타내는 신호를 송신해야한다면, 이 송신기(140)는 두 개의 주파수, 즉, 지구 위치결정 시스템(200)의 클럭 신호에 대응하는 제 1 주파수와, 전송될 의사-거리에 대응하는 제 2 주파수에서 음향 신호를 전송한다.
이러한 제 2 주파수에서, 주기적 신호가 연속적으로 또는 정의된 시간 간격 동안 전송되고, 추정된 의사-거리의 값의 함수로서 시간-시프트된다. 오프셋 함수는 예를 들어 결정된 거리 단위에 대해 1 초의 비율로 선형입니다. 예를 들어, 100 킬로미터의 거리는 1 밀리 초의 이동에 해당합니다. 따라서, 추정된 의사-거리가 20,000 킬로미터인 경우, 주기 신호는 200 밀리초만큼 시프트된다.
예를 들어, 송신기(140)가 각각 추정된 의사-거리를 나타내는 2 개의 신호를 송신해야한다면, 3 개의 주파수가 이용된다: 제 1은 클럭 신호에 대응하고, 제 2는 제 1 의사-거리에 대응하고, 제 3는 제 2 의사-거리에 대응한다.
따라서, 이해되는 바와 같이, 이들 실시예에서, 의사-거리의 값은 이진화되지 않고, 그 후, 송신기(140)에 의해 송신되며, 대신에, 주기적 신호를 시프트함으로써 간접적으로 송신된다. 이들 실시예는 의사-거리 값의 전송을보다 강건하게 만든다.
또한, 복수의 주파수의 이용은 각각의 의사-거리의 값의 동시적이고 간접적인 전송을 가능하게한다.
이들 실시예에서, 음향 수신기(145)는 상이한 음향 채널을 통한 상이한 음향 신호의 도달 시간과 비교하여 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 재구성한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 표면 트랜스폰더(130)는 적어도 두 개의 수중 음향 송신기(140)를 포함한다.
일부 실시예에서, 본 발명의 주제인 시스템(100)은 적어도 2 개의 상기 수중 음향 송신기(140)를 부착하기 위한 구조물(132)을 포함하며, 상기 표면 트랜스폰더(130)는 위성 소스(165, 170, 175)에 의해 송신되는 신호의 수신기에 대한 지상 프레임 내 상기 수중 음향 송신기의 위치를 결정하기 위한 수단(133)과, 다음의 동작을 구현하는 계산 수단(134)을 포함한다:
- 무선 수신기(160) 및 수중 음향 송신기(140)의 동일한 위치를 시뮬레이션하는 이론적인 무선 의사-거리의 측정, 및
- 각 송신기(140)에 의해 무선 의사-거리 값의 이론적인 측정치의 송신을 명령하기 위한 전송.
이 계산 수단(134)은, 예를 들면 전자 계산 회로이다.
계산 수단(134)은 무선 수신기(160)로부터의 무선 의사-거리 측정치와, 로컬 기준 프레임 내 지구 위치결정 시스템(200)의 소스(165, 170, 및/또는 175)의 각자의 방향(예를 들어, 동/북/상향)을 불러들인다. 상기 계산 수단은 상기 로컬 기준 프레임에서의 상기 무선 수신기(160)에 대한 상기 수중 음향 송신기(140)의 위치를 알 수 있는 것으로 고려된다.
그러므로, 수신기(160)가 각각의 송신기(140)의 위치에 놓여 있었다면 무선 의사-거리의 측정치가 무엇이었을지를 시뮬레이션하는 것이 가능하다. 사실, 무선 의사-거리 측정은 정의에 의해 첫째로, 시간 시프트에 광속을 곱한 것과, 둘째로, 무선 수신기(160)와 지구 위치결정 시스템(200)의 소스(165, 170 및/또는 175)를 분리하는 거리의 합이다. 시간 시프트는 수신기(160)의 이동의 시뮬레이션 동안 일정하다고 간주된다. 따라서, 새로운 무선 의사-거리 측정을 얻기 위해, 무선 수신기가 음향 송신기(140)의 위치에 배치되어 있었다면, 지구 위치결정 시스템(200)의 소스(165, 170, 및/또는 175)와 무선 수신기(160)를 통과하는 유닛 벡터에 투영되는 음향 송신기(140)의 위치 벡터의 직교 투영 거리(미터)로부터, 의사-거리 측정치(미터)를 추가할 필요가 있다. 이는 무선 의사-거리 측정 모델을 나타내는 우리의 새로운 가상 의상 거리 측정 방식이다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 표면 트랜스폰더(125)는 지구 위치결정 시스템(200)에 대한 위치를 결정하기 위한 수단(186)을 포함하고, 송신기(140)는 결정된 위치를 나타내는 정보 아이템을 수중 장치(105, 110, 115 및/또는 120)에 송신하며, 수중 장치의 계산 수단(155)은 지구 위치결정 시스템(200)의 기준 프레임에 대한 위치를 계산하도록 구성된다.
결정 수단(186)은, 예를 들어, 추정 수단(180)에 의해 추정된 무선 의사-거리를 나타내는 정보의 (최소한) 선택으로부터 트랜스폰더(125)의 위치를 확률적으로 추정하도록 구성된 전자 계산 회로이다.
이 결정 수단(186)은, 예를 들어, 추정 수단(180)에 의해 추정된 의사-거리에 기초하여 트랜스폰더(125)의 삼각 측량을 수행하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 시스템(100)은 적어도 2 개의 수중 장치(105, 110, 115 및/또는 120)를 포함한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 표면 트랜스폰더(125, 130 및/또는 135)는 적어도 하나의 소위 "주" 수중 장치(105)로부터 하나 이상의 수중 장치의 위치를 수신하도록, 그리고, 하나 이상의 수중 장치의 위치를 나타내는 정보를 적어도 하나의 제 2 수중 장치에 재전송하도록 구성된 통신 수단(140)을 포함하며, 소위 "주" 수중 장치는 적어도 하나의 수중 장치의 위치를 나타내는 정보 항목을 적어도 하나의 표면 트랜스폰더(125, 130 및/또는 135)에 전송하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 수중 장치(105, 110, 115 및/또는 120)는 계산된 위치를 나타내는 정보 아이템을 적어도 제 2 소위 "주" 수중 장치와 통신하기 위한 수단(191)을 포함한다.
통신 수단(191)은 예를 들어, 전자기 신호를 송신하도록 구성된 안테나, 또는 계산된 위치를 나타내는 전기 신호를 나타내는 음향 신호를 송신하도록 구성된 전기 음향 트랜스폰더이다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 수중 장치(105)는 적어도 하나의 수중 장치(110)의 위치 정보 아이템을 디스플레이하기 위한 수단(195)을 포함한다.
이 디스플레이 수단(195)은, 예를 들면 화면(screen)이다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 주제인 시스템(100)은 상기 표면 위에 위치하여 하나 이상의 수중 장치들(105, 110, 115 및/또는 120)의 위치에 관한 정보 아이템을 디스플레이하기 위한 수단(210)을 포함한다.
이 디스플레이 수단(210)은, 예를 들면, 컴퓨터, 디지털 태블릿 또는 스마트 폰의 화면이다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 수중 장치(110)는 다음 중에서 적어도 하나의 추가 센서(190)를 포함한다:
- 깊이 센서;
- 관성 측정 장치; 및
- 자력계,
상기 장치의 위치를 계산하는 수단(155)은 적어도 다음의 측정들에 의해 상기 추정을 수행하는 확률론적 추정 프로세스를 실행하는 컴퓨팅 유닛을 포함한다:
- 수신 수단에 의해 수신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보의 선택,
- 상기 결정 수단에 의해 결정된 음향 의사-거리의 선택 및
- 적어도 하나의 상기 추가 센서로부터의 측정들의 선택.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 장치(110)가 팔찌에 매립된다.
일부 변형예에서, 적어도 하나의 수중 장치가 무인 항공기 또는 수중 장치에 내장된다.
바람직하게는, 본 발명의 주제인 시스템(100)은:
- 적어도 3 개의 트랜스폰더(125, 130 및 135), 및 센서(190), 또는
- 적어도 4 개의 트랜스폰더, 125, 130 및 135를 포함한다.
도 2는 본 발명의 주제인 방법(300)의 특정 실시예를 도시한다. 이러한 수중 장치의 위치 결정(300)은,
- 특정 깊이에서 중립 부력을 갖도록 구성된 부유물에 트랜스폰더를 부착하는 단계(305),
- 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해, 지구 위치결정 시스템의 신호들의 적어도 2 개의 위성 소스에 의해 송신된 무선 신호를 수신하는 단계(310),
- 상기 표면 트랜스폰더와 상기 지구 위치결정 시스템으로부터의 신호들의 적어도 2 개의 소스들 사이의 적어도 하나의 무선 의사-거리를 추정하는 단계(315),
- 트랜스폰더에 의해, 상기 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 상기 수중 장치에 전송하는 단계(320),
- 수중 장치에 음향 신호를 전송하도록 구성된 지구 위치결정 시스템의 시간에 동기화 된, 트랜스폰더에 의한 수중 음향 전송 단계(325),
- 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 수중 장치의 수신 수단에 의해 수신하는 단계(330),
- 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 무선 의사-거리를 나타내는 음향 신호를 수중 장치의 수신기가 수신하는 단계(335),
- 표면 트랜스폰더의 적어도 2 개의 수중 음향 송신기와 수중 장치 사이의 하나 이상의 음향 의사-거리를 결정하는 단계(340) 및
- 상기 표면 트랜스폰더들 중 하나에 중심을 둔 지상 기준 프레임에서 상기 장치의 위치를 계산하는 단계(345)로서, 상기 위치를 계산하는 수단은 적어도
- 수신 수단에 의해 수신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보의 선택,
- 결정 수단에 의해 결정된 음향 의사-거리의 선택.
에 의해 상기 추정을 수행하는 확률론적 추정 프로세스를 실행하는 컴퓨팅 유닛을 포함하는, 상기 계산하는 단계를 포함한다.
이 방법(300)은 예를 들어, 도 1과 관련하여 기술되는 바의 시스템(100)을 이용함으로써 수행된다.

Claims (16)

  1. 수중 장치(105, 110, 115, 120)의 위치 결정을 위한 시스템(100)에 있어서,
    - 적어도 2 개의 위성 트랜스폰더(125,130,135)를 포함하고, 각 표면 트랜스폰더는 지구 위치결정 시스템(200)의 신호들의 적어도 2개의 위성 소스(165,170,175)에 의해 송신된 무선 신호의 수신기(160)를 포함하고,
    - 각각의 표면 트랜스폰더는,
    - 상기 표면 트랜스폰더와 상기 지구 위치결정 시스템으로부터의 적어도 두 개의 신호 소스들 사이의 적어도 하나의 무선 의사-거리를 추정하기 위한 수단(180),
    - 특정 깊이에서 중립 부력을 갖도록 구성된 부유물에 대한 부착부(185), 및
    - 상기 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 상기 수중 장치에 전송하는 통신 수단(140), 및
    - 수중 장치에 음향 신호를 송신하도록 구성된 지구 위치결정 시스템의 시간에 동기화된 수중 음향 송신기(140)를 포함하고,
    - 상기 수중 장치는,
    - 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 수신하기 위한 수단(145),
    - 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 음향 신호를 수신하도록 구성된 음향 신호 수신기(145),
    - 적어도 2 개의 수중 음향 송신기와 수중 장치 사이의 하나 이상의 음향 의사-거리를 결정하는 수단(150)과,
    - 상기 표면 트랜스폰더들 중 하나에 중심을 둔 지상 기준 프레임에서 상기 장치의 위치를 계산하는 수단(155)을 포함하며, 상기 위치를 계산하는 수단은 적어도 다음의 과정을 통해 이러한 추정을 수행하는 확률론적 추정 프로세스를 실행하는 컴퓨팅 유닛을 포함하고, 상기 과정은,
    - 수신 수단에 의해 수신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보의 선택,
    - 결정 수단에 의해 결정된 음향 의사-거리의 선택을 포함하는,
    시스템(100).
  2. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 수중 음향 송신기(140)가 상기 지구 위치결정 시스템(200)의 무선 수신기의 내부 클럭에 동기화되는 것을 특징으로하는 시스템(100).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 음향 송신기(140)와 상기 통신 수단(140)은 하나의 동일한 것으로서, 상기 음향 송신기는 상기 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 상기 수중 장치에 전송하는 .시스템(100).
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 수중 기기의 상기 수신기(145) 및 상기 수신 수단(145)은 하나의 동일한 것으로서, 상기 수신기는 적어도 2 개 이상의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 수신하는 시스템(100).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 표면 트랜스폰더(125, 130, 135)의 각각의 송신기(140)는 송신될 하나의 의사-거리에 대해 하나의 채널씩, 복수 개의 채널을 통해 복수의 주기 신호의 선형 조합을 음향적으로 전송하며, 각 채널은 송신될 정보를 가진 상기 무선 의사-거리들 중 하나의 표현, 또는, 상기 지구 위치결정 시스템(200)으로부터의 시간에 따른 클럭 신호이며, 각각의 주기 신호는 전송될 무선 의사-거리 전파의 값의 함수로서 시간-시프트되고, 그리고,
    - 상기 음향 수신기(145)는 상이한 음향 채널을 통해 상이한 음향 신호의 도달 시간을 비교함으로써 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 재구성하는
    시스템(100).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 표면 트랜스폰더(125, 130, 135)는 적어도 2 개의 수중 음향 송신기(140)를 포함하는 시스템(100).
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 수중 음향 송신기(140)를 부착하기 위한 구조물(132)을 포함하며, 상기 표면 트랜스폰더(130)는 위성 소스(165, 170, 175)에 의해 송신되는 신호들의 수신기에 대해 지상 프레임에서 상기 수중 음향 송출기(140)의 위치를 결정하기 위한 수단(133)과, 계산 수단을 포함하며, 상기 계산 수단은,
    - 무선 수신기와 수중 음향 송신기의 동일한 위치를 시뮬레이션하는 이론적인 무선 의사-거리의 측정,
    - 각 송신기에 의해, 무선 의사-거리 값의 이론적인 측정치의 송신을 명령하기 위한 전송을 구현하는, 시스템(100).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 표면 트랜스폰더(125)는 상기 지구 위치결정 시스템(200)에 대한 위치를 결정하기 위한 수단(186)을 포함하고, 상기 송신기(140)는 상기 결정된 위치를 나타내는 정보 아이템을 상기 수중 장치(105, 110, 115, 120)에 전송하도록 구성되며, 상기 수중 장치의 계산 수단(155)은 상기 지구 위치결정 시스템의 기준 프레임 대비 위치를 계산하도록 구성되는, 시스템(100).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2 개의 수중 장치(105, 115)를 포함하는, 시스템(100).
  10. 제 9 항에 있어서, 적어도 하나의 표면 트랜스폰더(125, 130, 135)는 "주(principal)" 수중 장치로 알려진 적어도 하나의 수중 장치로부터, 하나 이상의 수중 장치의 위치를 수신하도록, 그리고, 하나 이상의 수중 장치의 위치를 나타내는 이 정보를 적어도 하나의 제 2 수중 장치에 재전송하도록 구성되는 통신 수단(140)을 포함하며, 상기 "주" 수중 장치는 상기 적어도 하나의 수중 장치의 위치를 나타내는 정보 아이템을 적어도 하나의 표면 트랜스폰더에 송신하도록 구성되는, 시스템(100).
  11. 제 10 항에 있어서, 적어도 하나의 수중 장치(105, 110, 115, 120)는 계산된 위치를 나타내는 정보 아이템을 적어도 제 2 "주" 수중 장치로 전송하는 통신 수단을 포함하는, 시스템(100).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 수중 장치(105)는 적어도 하나의 수중 장치(110)의 위치 정보 아이템을 디스플레이하기 위한 수단(195)을 포함하는 시스템(100).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면 위에 위치하여, 하나 이상의 수중 장치의 위치에 관한 정보 아이템을 디스플레이하기 위한 수단(210)을 포함하는 시스템(100).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 수중 장치(110)는 다음 중 적어도 하나의 추가 센서(190)를 포함하고,
    - 깊이 센서;
    - 관성 측정 유닛; 및
    - 자력계(magnetometer),
    상기 장치의 위치를 계산하는 수단(155)은 적어도
    - 수신 수단에 의해 수신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보의 선택,
    - 상기 결정 수단에 의해 결정된 음향 의사-거리의 선택 및
    - 적어도 하나의 상기 추가 센서로부터의 측정들의 선택
    에 의해 상기 추정을 수행하는 확률론적 추정 프로세스를 실행하는 컴퓨팅 유닛을 포함하는, 시스템(100).
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 장치(110)는 팔찌에 내장되는 것을 특징으로하는 시스템(100).
  16. 수중 장치의 위치 결정 방법(300)에 있어서,
    - 특정 깊이에서 중립 부력을 갖도록 구성된 부유물에 트랜스폰더를 부착하는 단계(305),
    - 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해, 지구 위치결정 시스템의 신호들의 적어도 2 개의 위성 소스에 의해 송신된 무선 신호를 수신하는 단계(310),
    - 상기 표면 트랜스폰더와 상기 지구 위치결정 시스템으로부터의 신호들의 적어도 2 개의 소스들 사이의 적어도 하나의 무선 의사-거리를 추정하는 단계(315),
    - 트랜스폰더에 의해, 상기 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 상기 수중 장치에 전송하는 단계(320),
    - 수중 장치에 음향 신호를 전송하도록 구성된 지구 위치결정 시스템의 시간에 동기화 된, 트랜스폰더에 의한 수중 음향 전송 단계(325),
    - 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보를 수중 장치의 수신 수단에 의해 수신하는 단계(330),
    - 적어도 2 개의 표면 트랜스폰더에 의해 송신된 무선 의사-거리를 나타내는 음향 신호를 수중 장치의 수신기가 수신하는 단계(335),
    - 표면 트랜스폰더의 적어도 2 개의 수중 음향 송신기와 수중 장치 사이의 하나 이상의 음향 의사-거리를 결정하는 단계(340) 및
    - 상기 표면 트랜스폰더들 중 하나에 중심을 둔 지상 기준 프레임에서 상기 장치의 위치를 계산하는 단계(345)로서, 상기 위치를 계산하는 수단은 적어도
    - 수신 수단에 의해 수신된 무선 의사-거리를 나타내는 정보의 선택,
    - 결정 수단에 의해 결정된 음향 의사-거리의 선택.
    에 의해 상기 추정을 수행하는 확률론적 추정 프로세스를 실행하는 컴퓨팅 유닛을 포함하는, 상기 계산하는 단계를 포함하는
    위치 결정 방법(300).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102197671B1 (ko) * 2020-06-22 2020-12-31 대한민국 수난 구조 대원 모니터링 시스템

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109100684A (zh) * 2018-08-14 2018-12-28 深圳市烽焌信息科技有限公司 一种无人机的寻找方法
CN109856659B (zh) * 2019-01-21 2021-02-12 同济大学 海床基定位授时与数据回收系统及方法
RU2713053C1 (ru) * 2019-06-13 2020-02-03 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ пассивного акустического определения местоположения водолаза
CN112147578B (zh) * 2020-08-21 2024-03-19 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种高精度深水发射阵及多元垂直接收阵阵元定位系统与方法
CN113376580B (zh) * 2021-06-30 2022-12-02 中国科学院深海科学与工程研究所 一种提高水声定位系统定位精度的位置解算方法
CN114089341A (zh) * 2021-10-30 2022-02-25 宁波星与海科技有限公司 一种适用于水下低可见度水下打捞定位设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5119341A (en) * 1991-07-17 1992-06-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method for extending GPS to underwater applications
US5331602A (en) * 1993-04-26 1994-07-19 Hughes Aircraft Company Acoustic navigation and diving information system and method
KR20120096626A (ko) * 2011-02-23 2012-08-31 대양전기공업 주식회사 수중운동체의 위치 추정 방법 및 수중운동체의 위치 추정 장치

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6336174A (ja) * 1986-07-30 1988-02-16 Nec Corp 水中位置計測用ブイ
JPH073464B2 (ja) * 1989-08-09 1995-01-18 三井造船株式会社 無索無人機用測位システム
JPH04315076A (ja) * 1991-04-12 1992-11-06 Sharp Corp Ｇｐｓローカル測位システム
JPH05249224A (ja) * 1992-03-06 1993-09-28 Furuno Electric Co Ltd 測距方法および装置
FR2699713B1 (fr) * 1992-12-17 1995-03-24 Hubert Thomas Procédé et dispositif de contrôle à distance d'un engin sous marin inhabité.
JPH07110380A (ja) * 1993-10-13 1995-04-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水中ｇｐｓ
JPH0815403A (ja) * 1994-06-28 1996-01-19 Furuno Electric Co Ltd 測位システム
JPH10111352A (ja) * 1996-10-08 1998-04-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水中航走体誘導装置及び方法
FR2785993A1 (fr) * 1998-11-16 2000-05-19 Hubert Thomas Procede et dispositif de localisation d'objets sous-marins dotes d'une liaison filaire avec la surface
FR2806167B1 (fr) * 2000-03-10 2003-12-12 Architecture Et Conception De Emetteur de localisation sous-marine a etalement temporel et spectral, et procede et installation utilisant de tels emetteurs
JP2002236165A (ja) * 2001-02-08 2002-08-23 Keio Gijuku Ｇｐｓ装置
JP2003084831A (ja) * 2001-09-13 2003-03-19 Pegasus Net Kk ロボット走行制御システム
JP3615737B2 (ja) * 2002-01-21 2005-02-02 正夫 吉谷 水中における移動体の位置検知システム及びその方法
CN1271422C (zh) * 2002-05-23 2006-08-23 输入/输出公司 基于gps的水下拖缆定位系统
JP2006084385A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Fujitsu Ltd 測位信号送信装置、測位信号送信方法、及び測位装置
JP2006275920A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Hitachi Ltd 水中位置検出システム、音源装置、水中位置検出装置、および水中位置検出方法
US7512036B2 (en) * 2005-08-16 2009-03-31 Ocean Server Technology, Inc. Underwater acoustic positioning system and method
CN101470190B (zh) * 2007-12-26 2011-11-09 中国科学院声学研究所 一种水面载体的综合定位装置和方法
WO2011084483A2 (en) * 2009-12-16 2011-07-14 Shb Instruments, Inc. Underwater acoustic navigation systems and methods
CN102782521A (zh) * 2009-12-31 2012-11-14 萨班吉大学 基于gps信号的室内定位系统和具有室外定向天线的伪卫星
JP2011232039A (ja) * 2010-04-23 2011-11-17 Hitachi Ltd Ｇｐｓ信号再生方法、ｇｐｓ信号再生システム、ｇｐｓ信号再生情報転送装置、およびｇｐｓ信号再生装置
CN102262226B (zh) * 2011-04-25 2013-02-27 哈尔滨工程大学 基于差分技术的水下定位方法
CN102608640A (zh) * 2012-03-14 2012-07-25 桂林电子科技大学 基于gnss卫星的水下航行器定位方法及系统
CN103823205B (zh) * 2014-02-28 2017-01-18 上海交通大学 一种水下定位导航系统和方法
CN103823229B (zh) * 2014-02-28 2016-10-19 上海交通大学 一种基于dgps浮标的水下定位导航系统和方法
JP6675118B2 (ja) * 2015-08-18 2020-04-01 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 水中局域測位システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5119341A (en) * 1991-07-17 1992-06-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method for extending GPS to underwater applications
US5331602A (en) * 1993-04-26 1994-07-19 Hughes Aircraft Company Acoustic navigation and diving information system and method
KR20120096626A (ko) * 2011-02-23 2012-08-31 대양전기공업 주식회사 수중운동체의 위치 추정 방법 및 수중운동체의 위치 추정 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102197671B1 (ko) * 2020-06-22 2020-12-31 대한민국 수난 구조 대원 모니터링 시스템

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