KR20220078892A

KR20220078892A - 수중드론의 실시간 위치추적 및 제어 시스템

Info

Publication number: KR20220078892A
Application number: KR1020200168139A
Authority: KR
Inventors: 김성보; 김도한
Original assignee: 주식회사 디에이치오션
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2022-06-13
Also published as: KR102509176B1

Abstract

본 발명은 수중드론의 실시간 위치추적 및 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 수중드론의 위치를 직접적으로 추적하지 않고 위치추적을 위한 중간매개체를 이용함으로써 깊은 수심에서 이동하는 수중드론의 위치를 정확하게 파악할 수 있도록 하면서, 정확한 위치파악이 이루어진 수중드론의 조종을 용이하게 하고 원하는 지점으로 수중드론을 이동시킬 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 일정 수심에 위치하는 수중드론과, 상기 수중드론의 상부 수면에 일정 간격을 두고 복수 설치되는 수상기지국과, 상기 수상기지국과 무선통신을 통해 수중드론의 위치정보를 연산하여 표시해주는 연산컴퓨터;로 구성되며, 상기 수상기지국은 각각 GPS모듈과 거리측정센서가 독립적으로 설치되어, GPS모듈을 통해 위성으로부터 각 수상기지국의 위치에 대한 기준값을 얻어내고, 상기 거리측정센서를 통해 각 수상기지국과 수중드론과의 거리값을 측정하여, 상기 연산컴퓨터를 통해 각각의 기준값과 거리값을 종합적으로 연산하여 수중드론의 위치값을 연산하는 것을 특징으로 한다.

Description

수중드론의 실시간 위치추적 및 제어 시스템{Real-time location tracking and control system for underwater drones}

본 발명은 수중드론의 실시간 위치추적 및 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 수중드론의 위치를 직접적으로 추적하지 않고 위치추적을 위한 중간매개체를 이용함으로써 깊은 수심에서 이동하는 수중드론의 위치를 정확하게 파악할 수 있도록 하면서, 정확한 위치파악이 이루어진 수중드론의 조종을 용이하게 하고 원하는 지점으로 수중드론을 이동시킬 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.

일반적으로 드론(Drone)은 무인기를 뜻하는 용어로서, 사람이 탑승하지 않고 외부의 조종에 의해 하늘을 나는 비행체로 널리 알려졌었다. 최근에는 하늘을 나는 것에 국한되지 않고, 바다위를 주행하거나 바다 속을 잠수하는 형태로 이른바 '수중드론'이 개발되고 있다.

현재에 와서는 이러한 드론은 무인 이동장치의 플랫폼 개념으로 이해하는 것이 올바르며, 앞으로 드론을 이용한 다양한 분야에 활용될 수 있음은 물론이다. 특히 수중드론은 해양에서 레저용으로 사용될 수 있고, 해양관측, 인명구조, 수중탐사, 수온, 수심, 유속, 염분, 미생물과 같은 해양환경을 측정할 수 있고, 기상이변을 예측하거나, 어류의 이동을 확인하는 등의 다양한 용도로 사용될 수 있다.

그러나 수중드론 중에서 물위에 부유한 상태로 이동하는 경우에는 수중드론 자체에 설치된 GPS기능을 통해 수중드론의 위치를 정확하게 파악할 수 있어서 비교적 제어가 쉽게 이루어지지만, 일정 수심 이하의 물속에 잠수하는 수중드론의 경우는 GPS기능만으로 수중드론의 위치를 정확하게 파악할 수 없기 때문에, 수중드론의 제어가 어려운 문제점이 있었다

이러한 수중드론의 위치파악을 위한 선행기술로서, 등록특허 제10-2155682호(레저 활동 보조용 수중 드론 시스템)에는 수면의 특정 위치에 위치하여 GPS 위치정보를 확인하여 제어 단말에 제공하는 모선; 및 상기 모선을 촬영하는 제1카메라와, 수중의 이용자를 촬영하는 제2카메라와, 상기 제1카메라와 제2카메라의 각도를 조절하는 카메라 구동부를 구비하는 수중 드론을 포함하되, 상기 수중 드론은, 상기 제1카메라의 촬영 영상에서 상기 모선의 크기에 따라 모선까지의 거리를 추정하고, 표준 체형을 기준으로 하여 상기 제2카메라의 촬영 영상에서 상기 이용자까지의 거리를 추정하고, 상기 모선을 기준으로 이동한 방향을 기준으로 방위각을 정하여, 상기 모선과 상기 이용자 사이의 상대적인 위치를 확인하도록 한 기술이 개시되어 있다.

상기 선행기술은 제1카메라와 제2카메라의 촬영 영상을 기반으로 이미지를 해석하여 위치를 추적하고 있기 때문에, 정확한 거리측정이 어렵고 그로 인해 수중드론의 정밀한 위치를 파악할 수 없으며, 카메라의 가시거리에 영향을 줄 수 있는 이물질, 탁도변화, 유속 등의 문제로 정확한 위치추적이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, GPS를 통해 수중드론의 위치를 직접적으로 알아내지 않고 중간매개체 역할을 하는 복수의 수상기지국을 설치하여 깊은 수심에 수중드론이 위치하더라도 정확하게 파악하여, 수중드론의 조종을 용이하게 함과 아울러, 수중드론의 이동경로를 정확하게 제어할 수 있는 수중드론의 실시간 위치추적 및 제어 시스템을 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 일정 수심에 위치하는 수중드론과, 상기 수중드론의 상부 수면에 일정 간격을 두고 복수 설치되는 수상기지국과, 상기 수상기지국과 무선통신을 통해 수중드론의 위치정보를 연산하여 표시해주는 연산컴퓨터;로 구성되며, 상기 수상기지국은 각각 GPS모듈과 거리측정센서가 독립적으로 설치되어, GPS모듈을 통해 위성으로부터 각 수상기지국의 위치에 대한 기준값을 얻어내고, 상기 거리측정센서를 통해 각 수상기지국과 수중드론과의 거리값을 측정하여, 상기 연산컴퓨터를 통해 각각의 기준값과 거리값을 종합적으로 연산하여 수중드론의 위치값을 연산하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수상기지국은 DGPS 방식으로 적용되어 정해진 위치에 설치된 DGPS기준국을 이용하여 오차보정이 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 거리측정센서는 초음파센서로 적용되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수상기지국은 4군데에 설치되되, 평면기준으로 4각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수상기지국이라는 매개체를 이용하여 수상기지국의 정확한 위치와, 수상기지국과 수중드론의 거리값을 이용하여, 깊은 수심에 수중드론이 위치하더라도 정확하게 파악하여, 수중드론의 조종을 용이하게 함과 아울러, 수중드론의 이동경로를 정확하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 수중드론의 실시간 위치추적 및 제어 시스템을 나타낸 구성도
도 2는 본 발명의 수중드론의 실시간 위치추적 및 제어 시스템의 이해를 돕기위해 설치예시를 이미지화 하여 나타낸 모식도

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

일반적으로 GPS만으로는 수중드론의 위치를 정확하게 알 수 없기 때문에, 본 발명은 수중드론의 위치를 정확하게 측정하도록, GPS와 거리측정을 위한 센서를 함께 복합적으로 사용하여 위치를 연산하는 기술이다.

본 발명의 수중드론의 실시간 위치추적 및 제어 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이 일정 수심에 위치하는 수중드론(100)과, 상기 수중드론(100)의 상부 수면에 일정 간격을 두고 복수 설치되는 수상기지국(200)과, 상기 수상기지국(200)과 무선통신을 통해 수중드론(100)의 위치정보를 연산하여 표시해주는 연산컴퓨터(300);로 구성된다.

그리고 상기 수상기지국(200)은 각각 GPS모듈(400)과 거리측정센서(500)가 독립적으로 설치되어, GPS모듈(400)을 통해 위성으로부터 각 수상기지국(200)의 위치에 대한 기준값을 얻어내고, 상기 거리측정센서(500)를 통해 각 수상기지국(200)과 수중드론(100)과의 거리값을 측정하여, 상기 연산컴퓨터(300)를 통해 각각의 기준값과 거리값을 종합적으로 연산하여 수중드론(100)의 위치값을 연산하는 것을 특징으로 한다.

상기 수중드론(100)은 일정 수심에 위치하여 별도의 컨트롤러(미도시)를 이용하여 수중드론(100)의 움직임을 제어하게 된다.

본 발명의 수상기지국(200)은 수중드론(100)이 위치한 상부에 설치되는 것으로서, 복수로 구비되어 일정간격을 두고 수면에 부유한 상태로 설치된다. 상기 수상기지국(200)의 위치는 해양조건에 따라 수시로 이동할 수 있는 구성이며, 수중드론(100)의 움직임에 따라 함께 이동할 수도 있다.

상기 수상기지국(200)은 GPS모듈(400)과 거리측정센서(500)가 각각의 수상기지국(200)마다 독립적으로 설치되어 있다. 상기 GPS모듈(400)은 위성으로부터 각 수상기지국(200)의 위치에 대한 기준값을 얻어내기 위한 구성에 해당한다. 이때 GPS모듈(400)이 설치된 수상기지국(200)은 DGPS(Differential GPS) 방식으로 적용되어, 정해진 위치에 설치된 DGPS기준국(600)을 이용하여 오차보정이 이루어지도록 한 것이 바람직하다.

일반적인 GPS방식은 시계 오차, 위성 궤도 오차, 전리층 지연 오차, 대류층 오차, 다중경로 오차 등 다양한 오차 요인들에 의하여 결정된 위치 정보에 오차가 발생할 수 있으며, 정밀도는 약 3~10m 에 해당한다.

반면, 상대측위방식에 해당하는 DGPS(Differential GPS)는 위치가 알려진 기준국에서 미리 측정된 자신의 위치와 GPS 신호를 받아 계산된 위치를 비교하여 해당 순간의 GPS 신호에 의한 위치 오차 보정 정보를 계산하고, 이를 RTCM(Radio Technical Commision for Maritime Service) 포맷으로 주변의 사용자 단말로 전송하여, 사용자 단말에서 GPS 신호에 의한 위치 계산시 상기 RTCM 신호를 수신하여 위치 계산시 위치 오차 보정 정보를 반영함으로써 자신의 정확한 위치를 계산이 가능하며, 정밀도는 1m로 뛰어난 수준이다.

따라서, 본 발명에서 수상기지국(200)은 수면에 떠있으면서 마치 수중드론(100)만을 위한 2차 인공위성의 역할을 하게 되는 것이다. 그리고 수상기지국(200)에 설치된 거리측정센서(500)는 수상기지국(200)과 수중드론(100)과의 거리값을 각 수상기지국(200)마다 측정하게 되는 것이다.

이때 상기 거리측정센서(500)는 초음파센서로 적용되는 것이 바람직한데, 상기 초음파센서는 다른 종류의 센서(예:카메라센서)보다 수심환경의 변화에도 오차발생이 적은 이점을 갖는다.

본 발명의 연산컴퓨터(300)는 상기 수상기지국(200)과 무선통신을 통해 수중드론(100)의 위치정보를 연산하여 표시해주는 구성에 해당한다. 상기 수상기지국(200)과 무선통신은 Zigbe 통신이 적용될 수 있지만, 이외에도 와이파이나 블루투스와 같은 무선통신도 적용될 수 있다.

상기 연산컴퓨터(300)에서 수중드론(100)의 위치정보를 정확하게 연산하기 위해서는 상기 수상기지국(200)의 설치가 도 2에 도시한 바와 같이 군데에 설치되되, 평면기준으로 4각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 각각 설치되는 것이 바람직하다. 상기와 같이 수상기지국(200)이 설치될 경우, Gauss-Jordan 소거법을 이용하여 연산이 가능하여, 수중드론(100)의 위치를 정확하게 파악할 수 있게 된다.

또한 상기 연산컴퓨터(300)는 초음파센서의 수중음속도에 따라 거리오차가 발생할 수 있기 때문에, 수중드론(100)의 위치가 깊은 수심에 있을 경우 CTD(수온, 염분, 밀도)값을 이용하여 음속도 보정을 추가적으로 시행하여 좀 더 정확한 위치추적이 이루어지도록 하는 것이 좋다.

이와 같이 이루어지는 본 발명은 수상기지국(200)이라는 매개체를 이용하여 수상기지국(200)의 정확한 위치와, 수상기지국(200)과 수중드론(100)의 거리값을 이용하여, 수중드론(100)의 위치를 더욱 정확하게 연산할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

100 : 수중드론
200 : 수상기지국
300 : 연산컴퓨터
400 : GPS모듈
500 : 거리측정센서
600 : DGPS기준국

Claims

일정 수심에 위치하는 수중드론(100)과,
상기 수중드론(100)의 상부 수면에 일정 간격을 두고 복수 설치되는 수상기지국(200)과,
상기 수상기지국(200)과 무선통신을 통해 수중드론(100)의 위치정보를 연산하여 표시해주는 연산컴퓨터(300);로 구성되며,
상기 수상기지국(200)은 각각 GPS모듈(400)과 거리측정센서(500)가 독립적으로 설치되어, GPS모듈(400)을 통해 위성으로부터 각 수상기지국(200)의 위치에 대한 기준값을 얻어내고, 상기 거리측정센서(500)를 통해 각 수상기지국(200)과 수중드론(100)과의 거리값을 측정하여, 상기 연산컴퓨터(300)를 통해 각각의 기준값과 거리값을 종합적으로 연산하여 수중드론(100)의 위치값을 연산하는 것을 특징으로 하는 수중드론의 실시간 위치추적 및 제어 시스템
제 1항에 있어서,
상기 수상기지국(200)은 DGPS 방식으로 적용되어 정해진 위치에 설치된 DGPS기준국(600)을 이용하여 오차보정이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 수중드론의 실시간 위치추적 및 제어 시스템
제 1항에 있어서,
상기 거리측정센서(500)는 초음파센서로 적용되는 것을 특징으로 하는 수중드론의 실시간 위치추적 및 제어 시스템
제 1항에 있어서,
상기 수상기지국(200)은 4군데에 설치되되, 평면기준으로 4각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 수중드론의 실시간 위치추적 및 제어 시스템