KR20190074428A - 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치 및 이를 이용한 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법 - Google Patents

무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치 및 이를 이용한 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치에 관한 것으로, 본 발명은 무인잠수정의 수중 절대 위치를 측정하는 USBL(Ultrashort Baseline); 상기 무인잠수정에 설치되어 무인잠수정의 대지 속도를 측정하는 도플러 속도 측정기(DVL;Doppler Velocity Log); 상기 USBL(Ultrashort Baseline)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정하는 헤딩 정보 추정기; 및 상기 헤딩 정보 추정기에서 추정된 헤딩 정보를 기초로 상기 무인잠수정의 운행 헤딩 정보를 기설정된 기준 헤딩 정보와 매칭되도록 보정하여 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경하는 헤딩 정보 보정기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치 및 이를 이용한 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법{Apparatus For Heading Information Estimating And Correcting Of Remote Operated Vehicle And Method For Heading Information Estimating And Correcting Of Remote Operated Vehicle In Using Same}
본 발명은 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치 및 이를 이용한 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 무인잠수정의 수중에서의 절대 위치와 대지 속도를 이용하여 운행 중인 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정 및 보정할 수 있는 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치 및 이를 이용한 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무인잠수정은 자기장 기반의 자세 센서를 사용하여 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정하는데, 이러한 자세 센서는 자기장 외란이 심한 수중 환경에서 무인잠수정의 헤딩 정보 중 하나인 선수각을 추정하는데 있어 오차를 가지는 문제점이 있다.
즉, 무인잠수정을 공기 중에서 기설정된 기준 선수각에 대해 정렬을 수행한 후 해당 무인잠수정을 수중으로 입수시켜 운행시키는 경우, 수중에서 시간당 1도 내지 10도의 선수각 오차가 누적되므로 무인잠수정의 운행 중 선수각을 정확하게 추정하지 못하는 문제점이 있다.
본 출원인은 무인잠수정의 수중에서의 절대 위치와 대지 속도를 각각 측정한 후, 해당 측정 자료를 기초로 운행 중인 무인잠수정의 헤딩 정보를 정확하게 추정 및 보정할 수 있는 장치를 발명하였다.
대한민국 등록특허공보 제10-1177839호(2012.08.29.)
본 발명은 USBL을 통해 무인잠수정의 수중 절대 위치를 측정한 후 수중 절대 위치로부터 수중 절대 속도를 산출하고, 도플러 속도 측정기(DVL)를 통해 무인잠수정의 대지 속도를 측정한 후, 무인잠수정의 수중 절대 속도와 대지 속도를 각각 이용하여 무인잠수정의 헤딩 정보 중 하나인 선수각을 추정한 후 무인잠수정의 운행 선수각을 기설정된 기준 선수각과 매칭되도록 보정함으로써 무인잠수정의 운행 항로를 변경할 수 있는 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치 및 이를 이용한 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치는 무인잠수정의 수중 절대 위치를 측정하는 USBL(Ultrashort Baseline); 상기 무인잠수정에 설치되어 무인잠수정의 대지 속도를 측정하는 도플러 속도 측정기(DVL;Doppler Velocity Log); 상기 USBL(Ultrashort Baseline)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정하는 헤딩 정보 추정기; 및 상기 헤딩 정보 추정기에서 추정된 헤딩 정보를 기초로 상기 무인잠수정의 운행 헤딩 정보를 기설정된 기준 헤딩 정보와 매칭되도록 보정하여 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경하는 헤딩 정보 보정기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 헤딩 정보 추정기는, 상기 USBL(Ultrashort Baseline)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치를 이용하여 무인잠수정의 지구 좌표계 상에서의 수중 절대 속도를 산출하는 절대 속도 산출모듈; 및 상기 절대 속도 산출모듈에서 산출된 무인잠수정의 수중 절대 속도와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정하는 헤딩 정보 추정모듈;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 절대 속도 산출모듈은, 상기 무인잠수정의 운행 구간 중 등속도 구간에서의 수중 절대 위치의 변화값에 의해 상기 수중 절대 속도를 산출할 수 있다.
또한, 상기 헤딩 정보 추정모듈은, 상기 무인잠수정의 수중 절대 속도와 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보로 선수각을 추정할 수 있다.
또한, 상기 헤딩 정보 추정모듈은, 하기의 수학식을 이용하여 상기 무인잠수정의 선수각을 추정할 수 있다.
Figure pat00001
(여기서,
Figure pat00002
는 무인잠수정의 수중 절대 속도, α는 무인잠수정의 선수각,
Figure pat00003
는 무인잠수정의 대지 속도)
또한, 상기 헤딩 정보 보정기는, 상기 헤딩 정보 추정모듈에서 추정된 무인잠수정의 선수각을 기초로 상기 무인잠수정의 운행 선수각을 기설정된 기준 선수각과 매칭되도록 보정하는 선수각 보정모듈; 및 상기 선수각 보정모듈에 의해 보정된 운행 선수각과 매칭되는 방향으로 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경하는 항로 제어모듈;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법은 USBL(Ultrashort Baseline)이 무인잠수정의 수중 절대 위치를 측정하는 절대 위치 측정단계; 도플러 속도 측정기(DVL;Doppler Velocity Log)가 상기 무인잠수정의 대지 속도를 측정하는 대지 속도 측정단계; 헤딩 정보 추정기가 상기 USBL(Ultrashort Baseline)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정하는 헤딩 정보 추정단계; 및 헤딩 정보 보정기가 상기 헤딩 정보 추정기에서 추정된 헤딩 정보를 기초로 상기 무인잠수정의 운행 헤딩 정보를 기설정된 기준 헤딩 정보와 매칭되도록 보정하여 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경하는 헤딩 정보 보정단계;를 포함하고, 상기 헤딩 정보 추정단계는, 절대 속도 산출모듈이 상기 USBL(Ultrashort Baseline)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치를 이용하여 무인잠수정의 지구 좌표계 상에서의 수중 절대 속도를 산출하는 절대 속도 산출공정; 및 헤딩 정보 추정모듈이 상기 절대 속도 산출모듈에서 산출된 무인잠수정의 수중 절대 속도와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정하는 헤딩 정보 추정공정;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 절대 속도 산출공정은, 상기 무인잠수정의 운행 구간 중 등속도 구간에서의 수중 절대 위치의 변화값에 의해 상기 수중 절대 속도를 산출할 수 있다.
또한, 상기 헤딩 정보 추정공정은, 상기 무인잠수정의 수중 절대 속도와 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보로 선수각을 추정하되, 하기의 수학식을 이용하여 상기 무인잠수정의 선수각을 추정할 수 있다.
Figure pat00004
(여기서,
Figure pat00005
는 무인잠수정의 수중 절대 속도, α는 무인잠수정의 선수각,
Figure pat00006
는 무인잠수정의 대지 속도)
아울러, 상기 헤딩 정보 보정단계는, 선수각 보정모듈이 상기 헤딩 정보 추정모듈에서 추정된 무인잠수정의 선수각을 기초로 상기 무인잠수정의 운행 선수각을 기설정된 기준 선수각과 매칭되도록 보정하는 선수각 보정공정; 및 항로 제어모듈이 상기 선수각 보정모듈에 의해 보정된 운행 선수각과 매칭되는 방향으로 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경하는 항로 제어공정;을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치 및 이를 이용한 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법에 의하면, USBL을 통해 무인잠수정의 수중 절대 위치를 측정한 후 수중 절대 위치로부터 수중 절대 속도를 산출하고, 도플러 속도 측정기(DVL)를 통해 무인잠수정의 대지 속도를 측정한 후, 무인잠수정의 수중 절대 속도와 대지 속도를 각각 이용하여 무인잠수정의 헤딩 정보 중 하나인 선수각을 추정한 후 무인잠수정의 운행 선수각을 기설정된 기준 선수각과 매칭되도록 보정함으로써 무인잠수정의 운행 항로를 변경할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 헤딩 정보 추정기의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 헤딩 정보 추정모듈에서 추정한 무인잠수정의 선수각을 나태내는 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 헤딩 정보 보정기의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법의 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 헤딩 정보 추정단계의 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 헤딩 정보 보정단계의 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, USBL(Ultrashort Baseline,100), 도플러 속도 측정기(DVL;Doppler Velocity Log,200), 헤딩 정보 추정기(300) 및 헤딩 정보 보정기(400)를 포함한다.
상기 USBL(100)는 무인잠수정의 수중 절대 위치를 측정할 수 있다.
구체적으로, 상기 USBL(100)은 모함에 설치되는 USBL 트랜시버와 무인잠수정에 설치되는 USBL 트랜스폰더를 포함할 수 있는데, 이러한 USBL(100)은 무인잠수정에 음향신호를 송신한 후 무인잠수정으로부터 응답신호가 돌아오면 그 시간지연과 신호가 오는 각도를 이용하여 무인잠수정의 지구 좌표계 상의 수중 절대 위치를 계산할 수 있다.
상기 도플러 속도 측정기(200)는 상기 무인잠수정에 설치되어 무인잠수정의 대지 속도를 측정할 수 있다.
구체적으로, 상기 도플러 속도 측정기(200)는 무인잠수정의 바닥에 설치되어 해저를 향해 초음파를 발사한 후 해저로부터 수신된 반향음(echo)에 포함된 도플러 주파수를 이용하여 무인잠수정의 대지 속도를 측정할 수 있는데, 이러한 도플러 속도 측정기(200)는 무인잠수정의 대지 속도로써 선수방향과 우현방향의 대지 속도를 각각 측정할 수 있다.
상기 헤딩 정보 추정기(300)는 상기 USBL(Ultrashort Baseline)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 헤딩 정보 추정기의 구성도이다.
구체적으로, 상기 헤딩 정보 추정기(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 절대 속도 산출모듈(310) 및 헤딩 정보 추정모듈(320)을 포함할 수 있다.
상기 절대 속도 산출모듈(310)은 상기 USBL(100)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치를 이용하여 무인잠수정의 지구 좌표계 상에서의 수중 절대 속도를 산출할 수 있다.
여기서, 상기 절대 속도 산출모듈(310)은 상기 무인잠수정의 전체 운행 구간 중 가속도 구간을 제외한 등속도 구간에서의 수중 절대 위치의 변화값에 의해 상기 수중 절대 속도를 산출할 수 있다.
구체적으로, 절대 속도 산출모듈(310)은 무인잠수정의 전체 운행 구간 중 등속도 구간이 시작되는 시작 시간에서의 무인잠수정의 수중 절대 위치값과 해당 등속도 구간이 종료되는 종료 시간에서의 무인잠수정의 수중 절대 위치값을 각각 측정하여 해당 등속도 구간의 시작과 종료 사이의 위치 변화값을 산출할 수 있다.
또한, 절대 속도 산출모듈(310)은 해당 등속도 구간의 시작 시간과 종료 시간 사이의 시간 변화값을 산출할 수 있으며, 이후, 절대 속도 산출모듈(310)은 산출된 등속도 구간의 위치 변화값과 시간 변화값을 이용하여 무인잠수정의 수중 절대 속도로써 지구상의 북쪽방향과 동쪽방향으로의 절대 속도를 각각 산출할 수 있다.
상기 헤딩 정보 추정모듈(320)은 상기 절대 속도 산출모듈에서 산출된 무인잠수정의 수중 절대 속도와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정할 수 있는데, 이러한 헤딩 정보 추정모듈(320)은 상기 무인잠수정의 헤딩 정보로써 선수각을 추정할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 헤딩 정보 추정모듈에서 추정한 무인잠수정의 선수각을 나태내는 도이다.
구체적으로, 상기 헤딩 정보 추정모듈(320)은 도 3에 도시된 바와 같이, 절대 속도 산출모듈(310)에서 각각 산출된 무인잠수정의 지구 북쪽방향 절대 속도(
Figure pat00007
)와 지구 동쪽방향 절대 속도(
Figure pat00008
) 및 도플러 속도 측정기(200)에서 각각 측정된 무인잠수정의 선수방향 대지 속도(Vel_fwd(u))와 우현방향 대지 속도(Vel_std(v))를 이용하여 상기 무인잠수정의 선수각(α)을 추정할 수 있는데, 이때, 상기 헤딩 정보 추정모듈(320)은 하기의 [수학식 1]을 이용하여 상기 무인잠수정의 선수각을 추정할 수 있다.
Figure pat00009
(여기서,
Figure pat00010
는 무인잠수정의 수중 절대 속도, α는 무인잠수정의 선수각,
Figure pat00011
는 무인잠수정의 대지 속도)
즉, 상기 헤딩 정보 추정모듈(320)은 절대 속도 산출모듈(310)에서 산출된 무인잠수정의 수중 절대 속도인
Figure pat00012
와, 도플러 속도 측정기(200)에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도인
Figure pat00013
를 각각 [수학식 1]에 대입하여 무인잠수정의 선수각인 α를 계산함으로써 무인잠수정의 운행 중 선수각을 추정할 수 있다.
상기 헤딩 정보 보정기(400)는 상기 헤딩 정보 추정기에서 추정된 헤딩 정보를 기초로 상기 무인잠수정의 현재 운행 중의 헤딩 정보인 운행 헤딩 정보를 무인잠수정에 기설정된 헤딩 정보인 기준 헤딩 정보와 매칭되도록 보정하여 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경함으로써 해당 무인잠수정이 기설정된 운행 항로로 운행하도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 헤딩 정보 보정기의 구성도이다.
구체적으로, 상기 헤딩 정보 보정기(400)는 도 4에 도시된 바와 같이, 선수각 보정모듈(410) 및 항로 제어모듈(420)을 포함할 수 있다.
상기 선수각 보정모듈(410)은 상기 헤딩 정보 추정기에서 추정된 헤딩 정보를 기초로 상기 무인잠수정의 운행 헤딩 정보를 무인잠수정의 기준 헤딩 정보와 매칭되도록 보정할 수 있는데, 특히 상기 선수각 보정모듈(410)은 상기 헤딩 정보 추정모듈에서 추정된 무인잠수정의 헤딩 정보 중 하나인 선수각을 기초로 상기 무인잠수정의 운행 헤딩 정보 중 하나인 운행 선수각을 무인잠수정에 기설정된 기준 헤딩 정보 중 하나인 기준 선수각과 매칭되도록 보정할 수 있다.
상기 항로 제어모듈(420)은 상기 선수각 보정모듈에 의해 보정된 운행 선수각과 매칭되는 방향으로 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경함으로써 해당 무인잠수정이 기설정된 운행 항로로 운행하도록 할 수 있는데, 이러한 항로 제어모듈(420)은 무인잠수정의 항법을 제어하기 위한 공지의 다양한 구성을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법의 블록도이다.
본 발명에 따른 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 절대 위치 측정단계(S10), 대지 속도 측정단계(S20), 헤딩 정보 추정단계(S30) 및 헤딩 정보 보정단계(S40)를 포함한다.
상기 절대 위치 측정단계(S10)는 USBL(Ultrashort Baseline)이 무인잠수정의 수중 절대 위치를 측정하는 단계이다.
구체적으로, 상기 절대 위치 측정단계(S10)에서는 USBL(100)이 무인잠수정에 음향신호를 송신한 후 무인잠수정으로부터 응답신호가 돌아오면 그 시간지연과 신호가 오는 각도를 이용하여 무인잠수정의 지구 좌표계 상의 수중 절대 위치를 계산할 수 있다.
상기 대지 속도 측정단계(S20)는 도플러 속도 측정기(DVL;Doppler Velocity Log)가 상기 무인잠수정의 대지 속도를 측정하는 단계이다.
구체적으로, 상기 대지 속도 측정단계(S20)에서는 무인잠수정의 바닥에 설치된 도플러 속도 측정기(200)가 해저를 향해 초음파를 발사한 후 해저로부터 수신된 반향음(echo)에 포함된 도플러 주파수를 이용하여 무인잠수정의 대지 속도로써 무인잠수정의 선수방향과 우현방향의 대지 속도를 각각 측정할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 대지 속도 측정단계(S20)가 절대 위치 측정단계(S10) 이후에 수행되는 것을 개시하였으나, 이러한 대지 속도 측정단계가 절대 위치 측정단계 이전에 수행될 수 있음은 물론이다.
상기 헤딩 정보 추정단계(S30)는 헤딩 정보 추정기(300)가 상기 USBL(Ultrashort Baseline)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정하는 단계이다.
도 6은 본 발명에 따른 헤딩 정보 추정단계의 블록도이다.
구체적으로, 상기 헤딩 정보 추정단계(S30)는 도 6에 도시된 바와 같이, 절대 속도 산출공정(S31) 및 헤딩 정보 추정공정(S32)을 포함할 수 있다.
상기 절대 속도 산출공정(S31)은 절대 속도 산출모듈(310)이 상기 USBL(100)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치를 이용하여 무인잠수정의 지구 좌표계 상에서의 수중 절대 속도를 산출하는 공정으로, 이러한 절대 속도 산출공정(S31)에서는 상기 무인잠수정의 전체 운행 구간 중 가속도 구간을 제외한 등속도 구간에서의 수중 절대 위치의 변화값에 의해 상기 수중 절대 속도를 산출할 수 있다.
구체적으로, 상기 절대 속도 산출공정(S31)에서는 무인잠수정의 등속도 구간이 시작되는 시작 시간에서의 무인잠수정의 수중 절대 위치값과 해당 등속도 구간이 종료되는 종료 시간에서의 무인잠수정의 수중 절대 위치값 사이의 위치 변화값을 산출하고, 또한, 해당 등속도 구간의 시작 시간과 종료 시간 사이의 시간 변화값을 산출한 후, 이러한 위치 변화값과 시간 변화값을 이용하여 무인잠수정의 수중 절대 속도로써 지구상의 북쪽방향과 동쪽방향으로의 절대 속도를 각각 산출할 수 있다.
상기 헤딩 정보 추정공정(S32)은 헤딩 정보 추정모듈(320)이 상기 절대 속도 산출모듈에서 산출된 무인잠수정의 수중 절대 속도와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정하는 공정이다.
구체적으로, 상기 헤딩 정보 추정공정(S32)에서는 상기 무인잠수정의 수중 절대 속도와 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보로써 선수각을 추정할 수 있는데, 이러한 헤딩 정보 추정공정(S32)에서는 상기의 [수학식 1]을 이용하여 무인잠수정의 선수각을 추정할 수 있다.
즉, 상기 헤딩 정보 추정공정(S32)에서는 절대 속도 산출모듈(310)에서 산출된 무인잠수정의 수중 절대 속도인
Figure pat00014
와, 도플러 속도 측정기(200)에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도인
Figure pat00015
를 각각 [수학식 1]에 대입하여 무인잠수정의 선수각인 α를 계산함으로써 무인잠수정의 운행 중 선수각을 추정할 수 있다.
상기 헤딩 정보 보정단계(S40)는 헤딩 정보 보정기(400)가 상기 헤딩 정보 추정기에서 추정된 헤딩 정보를 기초로 상기 무인잠수정의 운행 헤딩 정보를 무인잠수정에 기설정된 기준 헤딩 정보와 매칭되도록 보정하여 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경하는 단계이다.
도 7은 본 발명에 따른 헤딩 정보 보정단계의 블록도이다.
구체적으로, 상기 헤딩 정보 보정단계(S40)는 도 7에 도시된 바와 같이, 선수각 보정공정(S41) 및 항로 제어공정(S42)을 포함할 수 있다.
상기 선수각 보정공정(S41)은 상기 헤딩 정보 추정기(300)에서 추정된 헤딩 정보를 기초로 상기 무인잠수정의 운행 헤딩 정보를 무인잠수정의 기준 헤딩 정보와 매칭되도록 보정하는 공정으로, 이러한 선수각 보정공정(S41)에서는 선수각 보정모듈(410)이 상기 헤딩 정보 추정모듈에서 추정된 무인잠수정의 선수각을 기초로 상기 무인잠수정의 운행 선수각을 기설정된 기준 선수각과 매칭되도록 보정할 수 있다.
상기 항로 제어공정(S42)은 항로 제어모듈(420)이 상기 선수각 보정모듈에 의해 보정된 운행 선수각과 매칭되는 방향으로 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경함으로써 해당 무인잠수정이 기설정된 운행 항로로 운행하도록 할 수 있는 공정이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, USBL을 통해 무인잠수정의 수중 절대 위치를 측정한 후 수중 절대 위치로부터 수중 절대 속도를 산출하고, 도플러 속도 측정기(DVL)를 통해 무인잠수정의 대지 속도를 측정한 후, 무인잠수정의 수중 절대 속도와 대지 속도를 각각 이용하여 무인잠수정의 헤딩 정보 중 하나인 선수각을 추정한 후 무인잠수정의 운행 선수각을 기설정된 기준 선수각과 매칭되도록 보정함으로써 무인잠수정의 운행 항로를 변경할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치 및 이를 이용한 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100:USBL 200:도플러 속도 측정기(DVL)
300:헤딩 정보 추정기 310:절대 속도 산출모듈
320:헤딩 정보 추정모듈 400:헤딩 정보 보정기
410:선수각 보정모듈 420:항로 제어모듈
S10:절대 위치 측정단계
S20:대지 속도 측정단계
S30:헤딩 정보 추정단계
S31:절대 속도 산출공정
S32:헤딩 정보 추정공정
S40:헤딩 정보 보정단계
S41:선수각 보정공정
S42:항로 제어공정

Claims (10)

  1. 무인잠수정의 수중 절대 위치를 측정하는 USBL(Ultrashort Baseline);
    상기 무인잠수정에 설치되어 무인잠수정의 대지 속도를 측정하는 도플러 속도 측정기(DVL;Doppler Velocity Log);
    상기 USBL(Ultrashort Baseline)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정하는 헤딩 정보 추정기; 및
    상기 헤딩 정보 추정기에서 추정된 헤딩 정보를 기초로 상기 무인잠수정의 운행 헤딩 정보를 기설정된 기준 헤딩 정보와 매칭되도록 보정하여 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경하는 헤딩 정보 보정기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 헤딩 정보 추정기는,
    상기 USBL(Ultrashort Baseline)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치를 이용하여 무인잠수정의 지구 좌표계 상에서의 수중 절대 속도를 산출하는 절대 속도 산출모듈; 및
    상기 절대 속도 산출모듈에서 산출된 무인잠수정의 수중 절대 속도와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정하는 헤딩 정보 추정모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 절대 속도 산출모듈은,
    상기 무인잠수정의 운행 구간 중 등속도 구간에서의 수중 절대 위치의 변화값에 의해 상기 수중 절대 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 헤딩 정보 추정모듈은,
    상기 무인잠수정의 수중 절대 속도와 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보로 선수각을 추정하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 헤딩 정보 추정모듈은,
    하기의 수학식을 이용하여 상기 무인잠수정의 선수각을 추정하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치.
    Figure pat00016

    (여기서,
    Figure pat00017
    는 무인잠수정의 수중 절대 속도, α는 무인잠수정의 선수각,
    Figure pat00018
    는 무인잠수정의 대지 속도)
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 헤딩 정보 보정기는,
    상기 헤딩 정보 추정모듈에서 추정된 무인잠수정의 선수각을 기초로 상기 무인잠수정의 운행 선수각을 기설정된 기준 선수각과 매칭되도록 보정하는 선수각 보정모듈; 및
    상기 선수각 보정모듈에 의해 보정된 운행 선수각과 매칭되는 방향으로 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경하는 항로 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 장치를 이용한 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법에 있어서,
    USBL(Ultrashort Baseline)이 무인잠수정의 수중 절대 위치를 측정하는 절대 위치 측정단계;
    도플러 속도 측정기(DVL;Doppler Velocity Log)가 상기 무인잠수정의 대지 속도를 측정하는 대지 속도 측정단계;
    헤딩 정보 추정기가 상기 USBL(Ultrashort Baseline)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정하는 헤딩 정보 추정단계; 및
    헤딩 정보 보정기가 상기 헤딩 정보 추정기에서 추정된 헤딩 정보를 기초로 상기 무인잠수정의 운행 헤딩 정보를 기설정된 기준 헤딩 정보와 매칭되도록 보정하여 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경하는 헤딩 정보 보정단계;를 포함하고,
    상기 헤딩 정보 추정단계는,
    절대 속도 산출모듈이 상기 USBL(Ultrashort Baseline)에서 측정된 무인잠수정의 수중 절대 위치를 이용하여 무인잠수정의 지구 좌표계 상에서의 수중 절대 속도를 산출하는 절대 속도 산출공정; 및
    헤딩 정보 추정모듈이 상기 절대 속도 산출모듈에서 산출된 무인잠수정의 수중 절대 속도와 상기 도플러 속도 측정기에서 측정된 무인잠수정의 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보를 추정하는 헤딩 정보 추정공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 절대 속도 산출공정은,
    상기 무인잠수정의 운행 구간 중 등속도 구간에서의 수중 절대 위치의 변화값에 의해 상기 수중 절대 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 헤딩 정보 추정공정은,
    상기 무인잠수정의 수중 절대 속도와 대지 속도를 이용하여 상기 무인잠수정의 헤딩 정보로 선수각을 추정하되,
    하기의 수학식을 이용하여 상기 무인잠수정의 선수각을 추정하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법.
    Figure pat00019

    (여기서,
    Figure pat00020
    는 무인잠수정의 수중 절대 속도, α는 무인잠수정의 선수각,
    Figure pat00021
    는 무인잠수정의 대지 속도)
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 헤딩 정보 보정단계는,
    선수각 보정모듈이 상기 헤딩 정보 추정모듈에서 추정된 무인잠수정의 선수각을 기초로 상기 무인잠수정의 운행 선수각을 기설정된 기준 선수각과 매칭되도록 보정하는 선수각 보정공정; 및
    항로 제어모듈이 상기 선수각 보정모듈에 의해 보정된 운행 선수각과 매칭되는 방향으로 상기 무인잠수정의 운행 항로를 변경하는 항로 제어공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정의 헤딩 정보 추정 및 보정 방법.
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