KR20200009390A - 수중 근접 장애물 고속 탐지를 위한 다중 주파수 스캐닝 소나 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 수중 근접 장애물 고속 탐지를 위한 다중 주파수 스캐닝 소나는, 주파수 간섭을 피하기 위하여 상이한 주파수 대역에서 동작하는 복수의 센서배열들을 포함하고, 상기 복수의 센서배열들은 상기 수중 근접 장애물을 탐지하기 위해 상이한 스캐닝 영역을 동시에 스캐닝하여, 수중 근접장애물 탐지 소요시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다.

Description

수중 근접 장애물 고속 탐지를 위한 다중 주파수 스캐닝 소나 {Multi-frequency scanning sonar for high speed detection of underwater obstacle}

본 발명은 고속 탐지를 위한 다중 주파수 스캐닝 소나에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 수중 근접 장애물 고속 탐지를 위한 다중 주파수 스캐닝 소나 및 이를 이용한 고속 탐지 방법에 관한 것이다.

수중에서 운용되는 ROV(Remoted Operating Vehicle), AUV(Autonomous Underwater Vehicle), UUV(Unmanned Underwater Vehicle) 등의 소형 수중플랫폼은 수중에서 안전하게 기동하기 위하여 전방으로 인지센서를 탑재하여 운용된다. 기술선진국에서 주로 사용되는 인지센서에는 레이져스캐너, 광학센서, 초음파카메라, 음향소나 등이 있으며, 상기 인지센서는 운용주파수를 특징으로 분류된다. 일반적으로 운용주파수가 높을수록 해상도가 높아지는 반면 탐지거리가 줄어든다.

특히 레이저스캐너와 광학센서는 높은 해상도를 가지지만, 탁도가 높은 국내 천해해역에서는 활용이 힘들며, 또한 레이저스캐너의 경우 가시광선과의 간섭 문제로 주간에 천해에서 운용하는 것은 적합하지 못하며, 광학장비의 경우 야간에 운용할 수 없는 문제를 가진다. 초음파카메라는 주로 수 MHz대역을 사용하는데, 높은 해상도를 가지는 반면, 탐지거리는 수십m로 제한적이기 때문에 수중장애물 탐지 기능보다, 탐지된 장애물의 식별 기능으로 활용되는 것이 일반적이다. 음향소나는 주로 수백 kHz 대역을 사용하는데, 탐지거리는 수십m에서 수백m까지 확보할 수 있기 때문에 수중플랫폼의 수중장애물 탐지를 위한 주요 센서로 통상적으로 활용되고 있다.

인지센서로 활용되는 음향소나는 전방주사소나(FLS, Forward Looking Sonar), 멀티빔소나(Multibeam Sonar), 스캐닝소나(Scanning Sonar) 등 다양한 종류의 이름으로 개발되고 있는데, 이러한 소나는 목적에 따른 운용주파수 대역, 송신신호의 인가방법, 반향신호의 수신방법, 수신된 신호의 처리 및 전시방법 등에 따라 달리 명명된다. 즉, 운용주파수 대역은 목표하는 탐지거리에 따라 주파수 대역을 달리 설계할 수 있으며, 센서의 가진 특성에 따라 주파수 대역이 결정된다. 송신신호의 인가방법은 단일 센서를 통해 전방향성으로 송신신호를 인가할 수도 있으며, 다수 개의 센서를 이용하여 기구적 또는 전자적으로 조향하여 신호를 인가할 수도 있다. 수중장애물로부터 반향되는 신호는 단일 센서를 통해 전방향성으로 수신할 수도 있으며, 다수 개의 센서를 이용하여 기구적 또는 전자적으로 조향하여 신호를 수신할 수도 있다. 수신된 신호는 전달손실을 보상하기 위한 이득보상을 수행하기도 하며, 신호대잡음비를 높이기 위하여 대역필터링, 상호상관을 이용하는 매칭필터링, 신호 중합 등의 후처리를 수행하기도 한다. 음향 소나의 목적에 맞는 신호처리를 수행한 후 영상화를 하여 이미지를 전시하거나, 또는 탐지문턱치를 넘는 신호의 도달시간과 수신감도를 추출하여 그 정보를 제공하기도 한다.

상기 서술한 바와 같이 음향소나는 목적에 따라 다양한 종류로 개발되고 있는데, 본 발명에서는 통상적으로 많이 사용하는 방법 중 하나인 스캐닝 소나에 한정하여 설명하고자 한다. 스캐닝 소나는 목표 탐지거리를 수십m에서 수백m로 설계하여 수백 kHz 대역의 단일 주파수를 사용하여 다수개의 센서를 중합하여 매우 좁은 송신빔을 인가시킨 후, 수중 근접장애물로부터 반향되는 신호를 다수 개의 센서를 중합하여 매우 좁은 수신빔으로 형성한 후, 수신된 신호를 이득보상 및 신호대잡음비를 높이는 전처리를 수행한다. 전처리된 신호는 송수신 방향에 대한 영상으로 변환하여 운용자에게 실시간으로 제공함으로써 한 송신신호에 대한 처리는 마무리된다. 다음으로 송신각도를 기구적으로 변경하거나 전자적으로 조향각을 변화시킨 후, 송신빔을 재송신하여 전술한대로 반복하여 영상화한다. 이에 대한 구체적인 방법은 통상적으로 알려져 있기 때문에 상세한 운용방법은 생략한다.

상기와 같은 스캐닝 소나는 매우 높은 해상도를 가지고 있기 때문에 고해상도 수중영상을 얻기 위한 용도로 널리 활용되고 있다. 동시에 스캐닝 소나는 스캐닝 속도가 느린 단점이 있다. 즉, 음파는 전자기파와는 달리 전달속도 v가 1,500m/s로 상대적으로 매우 느리게 때문에 목표하는 탐지거리 d의 반향신호를 획득하기 위해서는 수중장애물의 크기 l을 고려하여 요구시간 t = 2(d+l)/v가 필수적으로 소요되며, 그 시간이 스캐닝 소나가 송신하는 신호의 반복주기(PRI, Pulse Repetition Interval)의 최소조건이 된다. 이러한 PRI는 피할수 없는 물리적인 제한 조건이기 때문에, 스캐닝 소나 전방의 넓은 영역을 첨예한 송신빔으로 스캐닝하기 위해서는 상당한 시간이 소요될 수 밖에 없는 한계를 갖는다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 기존의 스캐닝소나를 이용하여 수중장애물을 탐지하기 위한 소요시간을 획기적으로 감소시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은 기존의 스캐닝소나와 달리 수중 근접장애물의 탐지 속도를 향상시켜 그 운용성을 높이고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 수중 근접 장애물 고속 탐지를 위한 다중 주파수 스캐닝 소나는, 주파수 간섭을 피하기 위하여 상이한 주파수 대역에서 동작하는 복수의 센서배열들을 포함하고, 상기 복수의 센서배열들은 상기 수중 근접 장애물을 탐지하기 위해 상이한 스캐닝 영역을 동시에 스캐닝하여, 수중 근접장애물 탐지 소요시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 복수의 센서배열들은 수평 방향으로 상기 수중 근접 장애물을 탐지하기 위한 n개의 센서배열을 포함하고, 상기 n개의 센서배열 중 i번째 센서배열의 수평방향 스캐닝 영역은 [a1+(i-1)*(b1-a1)/n, a1+i*(b1-a1)/n]이고, a1은 상기 수평 방향의 최소 스캐닝 각도이고, b1은 상기 수평 방향의 최대 스캐닝 각도일 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 복수의 센서배열들은 수평 방향 및 수직 방향으로 상기 수중 근접 장애물을 탐지하기 위한 n x m개의 센서배열을 포함하고, 상기 n x m개의 센서배열 중 제1축 방향의 i번째 센서배열의 수평방향 스캐닝 영역은 [a1+(i-1)*(b1-a1)/n, a1+i*(b1-a1)/n]이고, 상기 n x m개의 센서배열 중 제2 축 방향의 j번째 센서배열의 수직방향 스캐닝 영역은 [a2+(j-1)*(b2-a2)/m, a2+j*(b2-a2)/m]이고, a1은 상기 수평 방향의 최소 스캐닝 각도이고, b1은 상기 수평 방향의 최대 스캐닝 각도이고, a2는 상기 수직 방향의 최소 스캐닝 각도이고, b2는 상기 수직 방향의 최대 스캐닝 각도일 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 복수의 센서배열들이 동작하는 상기 상이한 주파수 대역의 차이는 최대 도플러 천이량인 △f = (2s/v)*f 보다 크고, s는 상기 복수의 센서들이 배치된 수중플랫폼과 상기 수중 근접 장애물 간의 최대 상대속도이고, v는 음파 속도이고, f는 상기 복수의 센서배열들 중 어느 하나의 동작 주파수일 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 복수의 센서배열들은 각각 N개의 센서 소자들의 배열로 구성되고, 상기 복수의 센서배열들이 상기 상이한 주파수 대역에서 상기 상이한 스캐닝 영역을 동시에 스캐닝하도록 상기 복수의 센서배열들을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 N개의 센서 소자들 중 M개의 센서 소자만을 이용하여 상기 수평방향 스캐닝 영역 중 제1 각도 영역을 스캐닝할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 N개의 센서 소자들 전부를 이용하여 상기 제1 각도 영역 내의 제2 각도 영역을 정밀 스캐닝할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제어부는 상기 n개의 센서배열 중 i번째 센서배열에 대해 상기 N개의 센서 소자들 중 M개의 센서 소자만을 이용하여 상기 수평방향 스캐닝 영역[a1+(i-1)*(b1-a1)/n, a1+i*(b1-a1)/n]을 스캐닝할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 n개의 센서배열 중 i번째 센서배열에 대해 상기 N개의 센서 소자들 전부를 이용하여 상기 수평방향 스캐닝 영역 중 일 스캐닝 영역을 정밀 스캐닝할 수 있다.

본 발명의 적어도 일 실시 예에 따른 수중 근접 장애물 고속 탐지를 위한 다중 주파수 스캐닝 소나는 수중의 근접 장애물을 탐지하기 위한 다중 주파수를 이용한 스캐닝 소나 장비를 제안하여, 수중 근접장애물 탐지 소요시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 적어도 일 실시 예에 따른 다중 주파수 스캐닝 소나는 다중 주파수에서 운용성 증대를 통해 수중플랫폼의 안전한 기동을 지원할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명에 따른 스캐닝 소나의 기구적으로 각도를 변경시키는 방법의 운용 개념도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 스캐닝 소나를 이용하여 획득된 영상으로, 수중 근접장애물인 어망에 대한 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 수중장애물 탐지 센서배열이 n개로 구성된 스캐닝 소나 시스템의 일례를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 다중 주파수 스캐닝 소나 시스템의 세부 구성을 나타낸다.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.

제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 모듈, 블록 및 부는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 수중 근접 장애물 고속 탐지를 위한 다중 주파수 스캐닝 소나에 대해 살펴보기로 한다.

이와 관련하여, 스캐닝 소나는 단일의 주파수를 이용하여 수중으로 송신한 후, 수중장애물로 반향되어온 신호를 수신하여 그 정보를 반복적으로 영상화시키는 방법을 사용할 수 있다. 스캐닝 소나는 기구적으로 각도를 변경하거나, 전자적으로 시지연 등의 방식으로 전자적으로 조향각을 변경할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스캐닝 소나의 기구적으로 각도를 변경시키는 방법의 운용 개념도를 나타낸다.

한편, 도 2는 본 발명에 따른 스캐닝 소나를 이용하여 획득된 영상으로, 수중 근접장애물인 어망에 대한 예를 나타낸다. 본 영상은 스캐닝 시간이 0.225°/step으로 설정되어 획득한 영상으로 해상도는 높으나, 큰 범위의 영역을 스캔하기 위해서는 수십초 이상의 시간이 필연적으로 소요된다.

도 3은 본 발명에 따른 수중장애물 탐지 센서배열이 n개로 구성된 스캐닝 소나 시스템의 일례를 나타낸다. 한편, 도 4는 본 발명에 따른 다중 주파수 스캐닝 소나 시스템의 세부 구성을 나타낸다.

도 4를 참조하면, 다중 주파수 스캐닝 소나 시스템은 복수의 센서배열들(100)과 제어부(200)를 포함한다. 한편, 도 4에서는 센서배열이 3개로 구성된 경우를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 2개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 등으로 응용에 따라 자유롭게 변형가능하다. 한편, 복수의 센서배열들(100) 중 하나의 배열 내의 소자들의 개수는 4개, 6개, 8개, 9개 등으로 응용에 따라 자유롭게 변형 가능하다.

한편, 도 3을 참조하면, 수중장애물 탐지 센서배열이 n개로 구성된다. 실제 센서배열의 배치는 n개가 길이방향으로 배열 될 필요는 없으며, 탑재 공간에 따라 상하 방향으로 배치해도 무방하다. n개의 센서배열은 주파수 간섭을 피하기 위하여 상이한 주파수 대역을 사용하며, 상이한 주파수 대역은 최대 도플러 천이량 △f = (2s/v)*f을 고려하여 대역을 상호 분리하여야 한다. 여기서 s는 수중플랫폼과 목표하는 수중장애물 간의 최대 상대속도를 나타낸다. 즉, n개의 센서배열은 서로 다른 주파수 대역을 사용하여 동시에 다른 영역을 스캐닝할 수 있기 때문에, 목표하는 구간을 스캐닝하기 위한 소요시간이 획기적으로 줄어들게 된다. 스캐닝 영역은 스캐닝하고자 하는 최소각 a와 최대각 b, 그리고 센서배열 개수 n을 이용하여, i번째 센서배열의 스캐닝 영역 [a+(i-1)*(b-a)/n, a+i*(b-a)/n]을 산정할 수 있다. 예를 들어 1개의 센서배열이 -30°에서 30°로 스캐닝해야 할 영역이, 2개의 센서배열로 -30°에서 0° 구간과 0°에서 30° 구간으로 분할하여 스캐닝하게 되므로, 이론적으로 약 1/2의 시간이 절약되며, 3개의 센서배열로는 -30°에서 -10° 구간과, -10°에서 10° 구간과, 10°에서 30° 구간으로 분할하여 스캐닝하게 되므로, 병렬 영상처리가 가능하다면 이론적으로 약 1/3의 시간이 절약된다. 또한, n개의 센서배열 간의 영상 보정을 위하여 일부 영역을 오버랩(overlap)하여 영역을 스캐닝할 수 있으며, 오버랩 구간의 원신호를 이용하여 n개 영상신호 간의 절대 준위를 보정할 수도 있다.

전술한 내용을 참조하여, 복수의 센서배열들(100)과 제어부(200)의 구체적인 동작에 대해 살펴보면 다음과 같다.

복수의 센서배열들(100)은 주파수 간섭을 피하기 위하여 상이한 주파수 대역에서 동작하도록 구성 가능하다. 여기서, 상기 복수의 센서배열들이 동작하는 상기 상이한 주파수 대역의 차이는 최대 도플러 천이량인 전술한 바와 같이 △f = (2s/v)*f 보다 크도록 설정 가능하다. 이때, s는 상기 복수의 센서들이 배치된 수중플랫폼과 상기 수중 근접 장애물 간의 최대 상대속도이고, v는 음파 속도이고, f는 상기 복수의 센서배열들 중 어느 하나의 동작 주파수일 수 있다. 이때, 상기 동작 주파수 각각은 상기 상이한 주파수 대역 내의 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 상기 동작 주파수 각각은 상기 상이한 주파수 대역 내의 중심 주파수일 수 있다.

한편, 상기 복수의 센서배열들(100)은 상기 수중 근접 장애물을 탐지하기 위해 상이한 스캐닝 영역을 동시에 스캐닝하도록 구성 가능하다. 한편, 제어부(200)는 상기 복수의 센서배열들이 상기 상이한 주파수 대역에서 상기 상이한 스캐닝 영역을 동시에 스캐닝하도록 상기 복수의 센서배열들을 제어할 수 있다.

본 발명은 이차원 영역에서의 수평방향에 대한 스캐닝 영역 분할 뿐만 아니라 목적에 따라 수직방향에 대한 스캐닝 영역 분할도 가능하다. 또한 이차원 영역에 국한되지 않고 삼차원으로 확장하여 공간상에서의 n개 x m개의 구간으로 영역 분할하여 스캐닝할 수도 있다. 삼차원상에서도 이차원과 마찬가지로 도플러 천이량을 고려하여 대역을 서로 분리하여야 하며, 스캐닝 영역은 스캐닝하고자 하는 수평방향 최소각 a1, 수평방향 최대각 b1, 수평방향 센서배열 n개를 이용하여 i번째 센서배열의 수평방향 스캐닝 영역 [a1+(i-1)*(b1-a1)/n, a1+i*(b1-a1)/n]을 산정할 수 있으며, 수직방향 최소각 a2, 수직방향 최대각 b2, 수직방향 센서배열 m개를 이용하여 j번째 센서배열의 수직방향 스캐닝 영역 [a2+(j-1)*(b2-a2)/m, a2+j*(b2-a2)/m]을 산정할 수 있다. 삼차원 배열에서도 오버랩 스캐닝을 통해 오버랩 구간의 원신호를 이용하여 nxm개 영상신호 간의 절대 준위를 보정할 수도 있다.

이와 관련하여, 상기 복수의 센서배열들(100)은 수평 방향으로 상기 수중 근접 장애물을 탐지하기 위한 n개의 센서배열 (110 내지 130)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 n개의 센서배열 (110 내지 130) 중 i번째 센서배열의 수평방향 스캐닝 영역은 [a1+(i-1)*(b1-a1)/n, a1+i*(b1-a1)/n]일 수 있다. 여기서, a1은 상기 수평 방향의 최소 스캐닝 각도이고, b1은 상기 수평 방향의 최대 스캐닝 각도일 수 있다.

한편, 수평방향과 수직방향의 스캐닝 영역 분할에 대해 상세하게 살펴보면 다음과 같다. 상기 복수의 센서배열들(100)은 수평 방향 및 수직 방향으로 상기 수중 근접 장애물을 탐지하기 위한 n x m개의 센서배열을 포함할 수 있다. 이때, 상기 n x m개의 센서배열 중 제1축 방향의 i번째 센서배열의 수평방향 스캐닝 영역은 [a1+(i-1)*(b1-a1)/n, a1+i*(b1-a1)/n]일 수 있다. 또한, 상기 n x m개의 센서배열 중 제2 축 방향의 j번째 센서배열의 수직방향 스캐닝 영역은 [a2+(j-1)*(b2-a2)/m, a2+j*(b2-a2)/m]일 수 있다. 여기서, 상기 제1축 방향과 상기 제2축 방향은 공간 상에서 직교하는 임의의 두 축일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1축 방향과 상기 제2축 방향은 x축 방향과 y축 방향일 수 있다. 여기서, a1은 상기 수평 방향의 최소 스캐닝 각도이고, b1은 상기 수평 방향의 최대 스캐닝 각도이고, a2는 상기 수직 방향의 최소 스캐닝 각도이고, b2는 상기 수직 방향의 최대 스캐닝 각도일 수 있다.

본 발명을 적용함에 있어, 스캐닝 시간을 더욱 감소시키기 위한 방법으로, 센서배열이 동시에 서로 다른 영역을 스캐닝할 때, 센서배열 중 일부 센서 엘리먼트(element)만을 이용하여 첨예한 송신빔이 아닌, 넓은 송신빔을 송신하여 스캐닝 속도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 3개의 센서배열을 사용할 때, 각 센서배열 내의 8개의 센서 엘리먼트 중 4개의 엘리먼트만을 사용하면 송신빔폭이 넓어지지만, 넓은 영역을 커버할 수 있기 때문에 스캔속도를 증가시킬 수 있다. 물론, 이 경우 송수신빔폭이 넓어지기 때문에 분해 해상도가 낮아질 수 있지만, 수중 장애물의 대략적 위치를 파악하기 위해 일부 엘리먼트만을 사용하고, 이후에 정밀 위치를 파악하기 위해 전체 엘리먼트를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명을 적용함에 있어, 스캐닝 시간을 더욱 감소시키기 위해 스캐닝 단계를 일반 탐색단계와 상세 탐색단계로 구분하여 속도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어 도 3에서 일반 탐색단계를 통해 -10도에서 10도 사이의 영역을 센서배열의 일부만을 이용하여 고속으로 스캐닝한 후, 수중장애물이 -2도에서 +2도에 위치한다고 판정되면, 이후에 상세 탐색단계를 통해 두 번째 센서배열의 8개의 센서배열을 모두 이용하고 -2도에서 +2도에서만 상세하게 스캔할 수 있다. 이러한 방식으로 스캔의 신속성과 정확도의 트레이드오프 구현이 가능하다.

전술한 2단게 탐색 단계와 관련하여, 상기 복수의 센서배열들(100)은 각각 N개의 센서 소자들의 배열로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 8개의 센서 소자들의 배열로 구성될 수 잇다. 이때, 제어부(200)는 상기 N개의 센서 소자들 중 M개의 센서 소자만을 이용하여 상기 수평방향 스캐닝 영역 중 제1 각도 영역을 스캐닝하도록 구성 가능하다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 8개의 센서 소자들 중 4개의 센서 소자 (엘리먼트)만을 사용할 수 있다. 또한, 제어부(200)는 상기 N개의 센서 소자들 전부를 이용하여 상기 제1 각도 영역 내의 제2 각도 영역을 정밀 스캐닝하도록 구성 가능하다. 전술한 바와 같이, 일반 탐색단계를 통해 -10도에서 10도 사이의 영역을 센서배열의 일부만을 이용하여 고속으로 스캐닝한다. 이후, 수중장애물이 -2도에서 +2도에 위치한다고 판정되면, 상세 탐색단계를 통해 두 번째 센서배열의 8개의 센서배열을 모두 이용하고 -2도에서 +2도에서만 상세하게 스캔할 수 있다. 또는 수중장애물이 +4도에서 +8도에 위치한다고 판정되면, 상세 탐색단계를 통해 세 번째 센서배열의 8개의 센서배열을 모두 이용하고 4도에서 +8도에서만 상세하게 스캔할 수 있다. 또는, -10도에서 10도 사이에서 일반 탐색 이후에, 특정 각도 영역의 정밀 탐색이 필요하면 특정 각도 영역만을 n개 (예컨대, 3개)의 센서배열 전부를 이용하여 상세하게 스캔할 수 있다.

한편, 제어부(200)는 상기 n개의 센서배열 중 i번째 센서배열에 대해 상기 N개의 센서 소자들 중 M개의 센서 소자만을 이용하여 상기 수평방향 스캐닝 영역[a1+(i-1)*(b1-a1)/n, a1+i*(b1-a1)/n]을 스캐닝할 수 있다.

또한, 제어부(200)는 상기 n개의 센서배열 중 i번째 센서배열에 대해 상기 N개의 센서 소자들 전부를 이용하여 상기 수평방향 스캐닝 영역 중 일 스캐닝 영역을 정밀 스캐닝할 수 있다. 이때, 상기 일 스캐닝 영역의 정밀 스캔은 n개의 센서배열 중 해당 영역을 일반 탐색(스캔)하였던 센서배열에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 일 스캐닝 영역의 정밀 스캔은 n개의 센서배열 전부를 이용하여 이루어지거나, 또는 둘 이상의 센서 배열을 이용하여 이루어질 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 수중 근접 장애물 고속 탐지를 위한 다중 주파수 스캐닝 소나에 대해 살펴보았다.

한편, 본 발명의 적어도 일 실시 예에 따른 수중 근접 장애물 고속 탐지를 위한 다중 주파수 스캐닝 소나는 수중의 근접 장애물을 탐지하기 위한 다중 주파수를 이용한 스캐닝 소나 장비를 제안하여, 수중 근접장애물 탐지 소요시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 적어도 일 실시 예에 따른 다중 주파수 스캐닝 소나는 다중 주파수에서 운용성 증대를 통해 수중플랫폼의 안전한 기동을 지원할 수 있다는 장점이 있다.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들에 대한 설계 및 파라미터 최적화는 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.

Claims (6)

1. 수중 근접 장애물 고속 탐지를 위한 다중 주파수 스캐닝 소나에 있어서,
   주파수 간섭을 피하기 위하여 상이한 주파수 대역에서 동작하는 복수의 센서배열들을 포함하고,
   상기 복수의 센서배열들은 상기 수중 근접 장애물을 탐지하기 위해 상이한 스캐닝 영역을 동시에 스캐닝하는 것을 특징으로 하는, 스캐닝 소나.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 센서배열들은 수평 방향으로 상기 수중 근접 장애물을 탐지하기 위한 n개의 센서배열을 포함하고,
   상기 n개의 센서배열 중 i번째 센서배열의 수평방향 스캐닝 영역은 [a1+(i-1)*(b1-a1)/n, a1+i*(b1-a1)/n]이고,
   a1은 상기 수평 방향의 최소 스캐닝 각도이고, b1은 상기 수평 방향의 최대 스캐닝 각도인 것을 특징으로 하는, 스캐닝 소나.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 센서배열들은 수평 방향 및 수직 방향으로 상기 수중 근접 장애물을 탐지하기 위한 n x m개의 센서배열을 포함하고,
   상기 n x m개의 센서배열 중 제1축 방향의 i번째 센서배열의 수평방향 스캐닝 영역은 [a1+(i-1)*(b1-a1)/n, a1+i*(b1-a1)/n]이고,
   상기 n x m개의 센서배열 중 제2 축 방향의 j번째 센서배열의 수직방향 스캐닝 영역은 [a2+(j-1)*(b2-a2)/m, a2+j*(b2-a2)/m]이고,
   a1은 상기 수평 방향의 최소 스캐닝 각도이고, b1은 상기 수평 방향의 최대 스캐닝 각도이고,
   a2는 상기 수직 방향의 최소 스캐닝 각도이고, b2는 상기 수직 방향의 최대 스캐닝 각도인 것을 특징으로 하는, 스캐닝 소나.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 복수의 센서배열들이 동작하는 상기 상이한 주파수 대역의 차이는 최대 도플러 천이량인 △f = (2s/v)*f 보다 크고,
   s는 상기 복수의 센서들이 배치된 수중플랫폼과 상기 수중 근접 장애물 간의 최대 상대속도이고, v는 상기 수중 근접 장애물의 속도이고, f는 상기 복수의 센서배열들 중 어느 하나의 동작 주파수인 것을 특징으로 하는, 스캐닝 소나.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 복수의 센서배열들은 각각 N개의 센서 소자들의 배열로 구성되고,
   상기 복수의 센서배열들이 상기 상이한 주파수 대역에서 상기 상이한 스캐닝 영역을 동시에 스캐닝하도록 상기 복수의 센서배열들을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 N개의 센서 소자들 중 M개의 센서 소자만을 이용하여 상기 수평방향 스캐닝 영역 중 제1 각도 영역을 스캐닝하고,
   상기 제어부는 상기 N개의 센서 소자들 전부를 이용하여 상기 제1 각도 영역 내의 제2 각도 영역을 정밀 스캐닝하는 것을 특징으로 하는, 스캐닝 소나.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 n개의 센서배열 중 i번째 센서배열에 대해 상기 N개의 센서 소자들 중 M개의 센서 소자만을 이용하여 상기 수평방향 스캐닝 영역[a1+(i-1)*(b1-a1)/n, a1+i*(b1-a1)/n]을 스캐닝하고,
   상기 제어부는 상기 n개의 센서배열 중 i번째 센서배열에 대해 상기 N개의 센서 소자들 전부를 이용하여 상기 수평방향 스캐닝 영역 중 일 스캐닝 영역을 정밀 스캐닝하는 것을 특징으로 하는, 스캐닝 소나.

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