KR20220089466A - 수중 운동체 및 이의 동작 방법 - Google Patents

수중 운동체 및 이의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체는, 원통 모양의 몸체부, 상기 몸체부의 후단에 연결되어 상기 수중 운동체가 수중에서 이동할 수 있도록 추진제를 추진 제어 신호에 따라 상기 수중 운동체의 외부로 방출하는 추진부, 복수 개의 송신 센서들과 복수 개의 수신 센서들을 수납하기 위한 내부 공간을 제공하며, 일단이 상기 몸체부의 전단에 연결되고, 상기 일단에서 타단으로 갈수록 외주면 둘레가 점점 작아지는 형태를 갖는 센서부를 포함하고, 상기 센서부는, 지향성을 가지며, 상기 센서부의 일단의 동일 평면 상에 위치하며, 동작 모드에 따라 미리 설정된 주파수의 신호를 송신하는 원통 모양의 복수 개의 송신 센서들과 무지향성을 가지며 상기 센서부의 일단에서부터 상기 센서부의 타단까지 상기 수중 운동체의 진행방향 상으로 일렬로 배치되어, 상기 수중 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 구(球) 모양의 복수 개의 수신 센서들;을 포함하고, 상기 몸체부는,
동작 모드에 따라 상기 각 송신 센서 별로 주파수를 할당하고, 상기 할당된 주파수에 따라 상기 수중 표적을 탐지 하기 위한 신호를 송신하도록 상기 각 송신 센서를 제어하고, 상기 수신 센서들로 상기 수중 표적으로부터 반사된 신호가 수신되면, 상기 수신된 반사 신호를 이용하여 상기 수중 표적의 위치를 계산하는 제어부를 포함한다.

Description

수중 운동체 및 이의 동작 방법{UNDERWATER VEHICLE AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 수중 운동체 및 이의 동작 방법에 관한 것으로, 특히 원격에서 동작 모드를 제어할 수 있는 저 캐비테이션(cavitation) 형상의 수중에서 고속으로 운동하는 수중 운동체 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 기술의 발전으로 인하여 수중 운동체의 속도가 점차 증가되는 추세이다. 이과 같은 수중 운동체의 속도 증가는 수중에서 물체 또는 표적 탐지를 위해 사용되는 음향 센서 표면에 캐비테이션(cavitation)과 노이즈를 증가시켜 수중 또는 수상 표적 탐지 성능이 저하된다. 따라서 고속 수중 운동체에 설치되어 저 캐비테이션 형상을 가진 표적 탐지 수중 센서 시스템이 적용된 수중 운동체 개발이 요구된다. 종래의 수중 운동체에 탑재 운용되는 수중 음향 센서 시스템의 경우 수중 운동체 전면 또는 측면에 설치된 배열 센서이거나, 예인을 통해 운용되는 센서 시스템이 대부분이다.
따라서, 종래 기술의 경우 수중 운동체의 속도에 따라 수중 또는 수상 표적의 탐지 성능이 제한되는 문제점이 있었다. 특히 초고속으로 운용되어 수중 운동체 표면 캐비테이션 현상이 증가되는 수중 운동체에는 표적 탐지를 위한 기능을 적용하기가 어려웠다.
본 발명은 상술한 필요성에 따라 안출 된 것으로, 본 발명의 목적은 수중에서 고속으로 이동하는 수중 운동체 및 이의 동작 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통 모양의 수중 운동체는, 몸체부; 상기 몸체부의 후단에 연결되어 상기 수중 운동체가 수중에서 이동할 수 있도록 추진제를 추진 제어 신호에 따라 상기 수중 운동체의 외부로 방출하는 추진부;및 복수 개의 송신 센서들과 복수 개의 수신 센서들을 수납하기 위한 내부 공간을 제공하며, 일단이 상기 몸체부의 전단에 연결되고, 상기 일단에서 타단으로 갈수록 외주면 둘레가 점점 작아지는 형태를 갖는 센서부;를 포함하고, 상기 센서부는, 지향성을 가지며, 상기 센서부의 일단의 동일 평면 상에 위치하며, 동작 모드에 따라 미리 설정된 주파수의 신호를 송신하는 원통 모양의 복수 개의 송신 센서들; 및 무지향성을 가지며 상기 센서부의 일단에서부터 상기 센서부의 타단까지 상기 수중 운동체의 진행방향 상으로 일렬로 배치되어, 상기 수중 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 구(球) 모양의 복수 개의 수신 센서들;을 포함하고, 상기 몸체부는, 동작 모드에 따라 상기 각 송신 센서 별로 주파수를 할당하고, 상기 할당된 주파수에 따라 상기 수중 표적을 탐지 하기 위한 신호를 송신하도록 상기 각 송신 센서를 제어하고, 상기 수신 센서들로 상기 수중 표적으로부터 반사된 신호가 수신되면, 상기 수신된 반사 신호를 이용하여 상기 수중 표적의 위치를 계산하는 제어부를 포함한다.
그리고, 상기 센서부의 형태는, 상기 센서부의 일단과 상기 센서부의 타단까지 내측으로 오목한 곡면을 가지며 상기 센서부의 타단이 상기 수중 운동체의 진행 방향으로 연장되는 테이퍼된(tapered) 형태를 가짐을 특징으로 한다.
또한, 각 송신 센서의 일단은 상기 동일 평면 상의 중심부에 위치하며, 송신 센서의 타단은 상기 각 송신 센서의 일단으로부터 외측으로 기울어지도록 상기 일단으로부터 연장되며, 각 송신 센서의 타단은, 상기 추적 신호를 송신하기 위한 센서 면이 위치하되, 각 송신 센서의 센서 면은 각각 지향하는 방향이 서로 다르게 배치됨을 특징으로 한다.
그리고, 각 송신 센서는, 상기 동일 평면 상에서 일정 각도만큼 이격되어 배치됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 송신 센서들의 개수가 N이라면, 각 송신 센서 면은 원형이고, 각 센서들은 각 센서 면의 중심은 시계 방향으로 360도(degree)/N 간격으로 이격되어 배치됨을 특징으로 한다.
그리고, 상기 N이 4이면, 상기 일정 각도는 90도임을 특징으로 한다.
또한, 상기 몸체부는, 원격에서 상기 수중 운동체의 동작 모드를 제어하기 위한 원격 제어 신호를 원격 제어 장치로부터 수신하는 통신부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 통신부를 통해 상기 동작 모드를 지시하는 제어 정보를 수신하고, 상기 동작 모드에 따라 상기 각 송신 센서 별로 운용 주파수를 할당함을 특징으로 한다.
그리고, 상기 동작 모드는, 상기 복수 개의 송신 센서들 모두에 상기 수중 표적 탐지용 신호를 할당하는 단독 모드와 상기 복수 개의 송신 센서들 중 적어도 하나의 송신 센서에 재밍(Jamming)을 위한 재밍 신호를 할당하고, 그 외의 송신 센서들에는 상기 수중 표적 탐지용 신호를 할당하는 복합 모드를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 각 송신 센서들로 각각 상이한 주파수를 할당함을 특징으로 한다.
그리고, 상기 각 송신 센서들에 할당된 주파수 대역은 서로 간섭이 없는 직교 주파수(Orthogonal Frequency)임을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 수신 센서들로 수신된 신호들에 대해 대역 통과 필터링을 수행하고, 상기 각 대역 통과 필터링된 신호를 배열 신호 처리하여 신호를 증폭하고, 상기 배열 신호 처리 후에 상기 수중 표적이 탐지되면, 상기 탐지된 수중 표적의 공간적 방향을 분석하여 위치를 계산하고, 상기 수중 표적으로의 송신 신호와 상기 수중 표적에서 반사된 수신 신호 간의 도플러 주파수를 계산하고, 상기 계산된 도플러 주파수를 이용하여 상기 수중 표적의 이동 속도를 계산함을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 수중 표적의 위치와 이동 속도를 상기 통신부를 통해 상기 원격 제어 장치로 송신함을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 원격 제어 장치로부터 수신된 상기 원격 제어 신호에 의해 상기 추진 제어 신호를 생성함을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통 모양의 수중 운동체의 몸체부의 후단에 연결되어 상기 수중 운동체가 수중에서 이동할 수 있도록 추진제를 추진 제어 신호에 따라 상기 수중 운동체의 외부로 방출하는 추진부 및 복수 개의 송신 센서들과 복수 개의 수신 센서들을 수납하기 위한 내부 공간을 제공하며, 일단이 상기 몸체부의 전단에 연결되고, 상기 일단에서 타단으로 갈수록 외주면 둘레가 점점 작아지는 형태를 갖는 센서부를 포함하는 수중 운동체의 동작 방법은, 상기 센서부는, 지향성을 가지며, 상기 센서부의 일단의 동일 평면 상에 위치하며, 동작 모드에 따라 미리 설정된 주파수의 신호를 송신하는 원통 모양의 복수 개의 송신 센서들; 및 무지향성을 가지며 상기 센서부의 일단에서부터 상기 센서부의 타단까지 상기 수중 운동체의 진행방향 상으로 일렬로 배치되어, 상기 수중 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 구(球) 모양의 복수 개의 수신 센서들;을 포함하고, 상기 몸체부는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 동작 모드에 따라 상기 각 송신 센서 별로 할당될 운용 주파수를 할당하는 단계; 상기 할당된 주파수에 따라 상기 수중 표적을 탐지 하기 위한 신호를 송신하도록 상기 각 송신 센서를 제어하는 단계; 상기 수신 센서들로 상기 수중 표적으로부터 반사된 신호가 수신되면, 상기 수신된 반사 신호를 이용하여 상기 수중 표적의 위치를 계산하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 수신 센서들로 수신된 신호들에 대해 대역 통과 필터링을 수행하는 단계; 상기 각 대역 통과 필터링된 신호를 배열 신호 처리하여 신호를 증폭하는 단계; 상기 배열 신호 처리 후에 상기 수중 표적이 탐지되면, 상기 탐지된 수중 표적의 공간적 방향을 분석하여 위치를 계산하는 단계; 상기 수중 표적으로의 송신 신호와 상기 수중 표적에서 반사된 수신 신호 간의 도플러 주파수를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 도플러 주파수를 이용하여 상기 수중 표적의 이동 속도를 계산하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따르면 수중에서 고속으로 이동하는 수중 운동체 표면에서 발생하는 캐비테이션(Cavitation) 및 저항을 저감하기 위한 기하학적 형상 설계를 통해 고속 수중 운동체에서도 운용이 가능하다.
그리고, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 센서부의 내부에 송신 센서와 수신 센서들을 분리하여 배치함으로써, 수중 표적을 단절 없이 지속적으로 탐지 및 추적이 가능하다.
또한, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 센서부에서 다중 주파수 대역을 운용함으로써 반사 파에 대한 간섭 영향을 저감 시킬 수 있다.
그리고, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 센서부는 수중 표적/수상 표적을 탐색하기 위한 송신 신호를 송신하는 각 송신 센서의 지향 방향을 다르게 구성하고, 각 송신 센서마다 각각 다른 주파수들을 할당함으로써, 송신 신호간의 상호 간섭을 최소화 할 수 있다.
아울러, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체는 센서부에 독립적으로 운용이 가능한 복수 개의 송신 센서를 포함함으로써 수중/수상 표적 탐지 기능 및 정보 전달 등의 다양한 기능을 동시에 수행하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 형태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체를 구성하는 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 송신 센서들과 복수 개의 수신 센서들을 수납하기 위한 내부 공간을 제공하는 센서부 내에 상기 복수 개의 송신 센서들과 상기 복수 개의 수신 센서들을 배치시키는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 각 송신 센서들의 센서 영역들이 공간적으로 분리되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 주파수 영역 상에서 각 송신 센서들에 할당되는 직교 주파수(Orthogonal Frequency) 형태를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예 따른 수중 운동체의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 일 예로서의 고속 소형 어뢰를 도시한 도면이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들 뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.
또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.
본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 형태를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체는 센서부(100), 몸체부(150) 및 추진부(170)로 구성된다. 몸체부(150)는 원통 모양의 형태를 가지며, 추진부(170)는 상기 몸체부(150)의 후단에 상기 수중 운동체가 수중에서 이동할 수 있도록 추진제를 추진 제어 신호에 따라 상기 수중 운동체의 외부로 방출한다. 본 발명의 센서부(100)의 형태는 초고속 수중 운동체에 탑재 운용되어도 수중 운동체에 캐비테이션의 발생 및 저항을 최소화하기 위한 기하학적 형태로 제작됨을 특징으로 한다. 그리고, 본 발명의 실시 예에 따는 센서부(100)는 수중 운동체의 고속 주행 시 발생하는 주변 노이즈에 강인한 표적탐지 성능을 갖기 위해 송신 센서들과 수신 센서들로 구성된다.
복수 개의 송신 센서들과 복수 개의 수신 센서들을 수납하기 위한 내부 공간을 제공하며, 일단이 상기 몸체부의 전단에 연결된다. 도 1에 도시된 센서부(100)의 형태를 구체적으로 설명하면, 센서부(100)는 상기 일단에서 타단으로 갈수록 외주면의 둘레가 점점 작아지는 형태를 가지며, 상기 센서부(100)의 일단에서 타단까지 내측으로 오목한 곡면을 가지며 상기 센서부(100)의 타단이 상기 수중 운동체의 진행 방향으로 연장되는 테이퍼된(tapered) 형태를 가짐을 볼 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체를 구성하는 블록 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 수중 운동체를 구성하는 각 부분에 대한 설명의 편의를 위해 센서부(200), 몸체부(250), 추진부(290)를 블록 구성도의 형태로 도시한 것이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 센서부(200)는 송신 센서 1(205a)에서 송신 센서 N(205n)까지의 복수 개(N개)의 송신 센서들과 수신 센서 1(210a)에서 송신 센서 N(210n)까지의 복수 개(N개)의 수신 센서들을 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 송신 센서들(205a~205n)은 수중 물체의 공간적 탐지를 위해 독립된 방향 및 독립된 주파수로 운용될 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 송신 센서들(205a~205n)은 센서부(200)내에서 송신 빔 패턴의 상호 간섭을 최소화하기 위해 서로 다른 각도로 지향하도록 배치될 수 있다. 그리고, 제어부(250b)는 각 송신 센서별 신호 간섭을 최소화하기 위해 서로 다른 주파수 대역을 사용하며 독립적으로 운용할 수도 있다. 그러나, 필요 시 제어부(250b)는 동일한 주파수 대역을 사용해 복수 개의 송신 센서들(205a~205n)을 동시에 운용 가능하다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 수신 센서들(210a~210n)은 배열 센서로 구성되며, 배열 신호 처리를 통해 수중 표적 신호를 증폭하고, 표적의 방향을 추정할 수 있다. 구체적으로 복수 개의 수신 센서들(210a~210n)은 무지향성 센서를 사용한 선배열 센서를 사용할 수 있으며, 복수 개의 수신 센서들(210a~210n)은 광대역 주파수 대역 수신이 가능한 센서들을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 송신 센서들(205a~205n)은 지향성을 가지며, 제어부(250b)의 제어 하에 동작 모드에 따라 미리 설정된 주파수의 신호를 송신하고, 복수 개의 수신 센서들(210a~210n)은 무지향성을 가지며, 상기 복수 개의 송신 센서들(205a~205n)로부터 송신된 신호 중 표적에 의해 반사된 신호를 수신하여 제어부(250b)로 전달한다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 몸체부(250)는 제어부(250b)와 통신부(250a)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(250b)는 동작 모드에 따라 각 송신 센서(205a~205n) 별로 주파수를 할당하고, 상기 할당된 주파수에 따라 상기 수중 표적을 탐지 하기 위한 신호를 송신하도록 상기 각 송신 센서(205a~205n)를 제어하고, 상기 수신 센서들(210a~210n)로 도시 되지 않은 수중 표적으로부터 반사된 신호가 수신되면, 상기 수신된 반사 신호를 이용하여 상기 수중 표적의 위치를 계산한다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신부(250a)는 도시 되지 않은 원격 제어 장치로부터 상기 수중 운동체의 동작 모드를 지시하기 위한 원격 제어 신호가 수신되면, 이를 제어부(250)로 전달하고, 상기 원격 제어 신호를 수신한 제어부(250)는 상기 원격 제어 신호에 따라 상기 동작 모드에 따라 상기 각 송신 센서 별(205a~205n)로 운용 주파수를 할당한다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 동작 모드는, 상기 복수 개의 송신 센서들(205a~205n) 모두에 상기 수중 표적 탐지용 신호를 할당하는 단독 모드와 상기 복수 개의 송신 센서들(205a~205n) 중 적어도 하나의 송신 센서에 재밍(Jamming)을 위한 재밍 신호를 할당하고, 그 외의 송신 센서들에는 상기 수중 표적 탐지용 신호를 할당하는 복합 모드를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(250b)는 송신 신호들 간의 신호 간섭을 최소화 하기 위해 상기 송신 센서들(205a~205n)로 각각 상이한 주파수를 할당한다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(250b)는 상기 수신 센서들(210a~210n)로 수신된 반사 신호들에 대해 대역 통과 필터링을 수행하고, 상기 각 대역 통과 필터링된 신호를 배열 신호 처리하여 신호를 증폭한다. 제어부(250b)는 상기 배열 신호 처리 후에 상기 수중 표적이 탐지되면, 상기 탐지된 수중 표적의 공간적 방향을 분석하여 위치를 계산하고, 상기 수중 표적으로의 송신 신호와 상기 수중 표적에서 반사된 수신 신호 간의 도플러 주파수를 계산하고, 상기 계산된 도플러 주파수를 이용하여 상기 수중 표적의 이동 속도를 계산하고, 상기 계산된 상기 수중 표적의 위치와 이동 속도를 상기 통신부(250a)를 통해 상기 원격 제어 장치로 송신한다.
또, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(250b)는 상기 원격 제어 장치로부터 수신된 상기 원격 제어 신호에 의해 상기 추진부(290)를 통해 방출되는 추진제를 제어하기 위한 추진 제어 신호를 생성한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 송신 센서들과 복수 개의 수신 센서들을 수납하기 위한 내부 공간을 제공하는 센서부(200)내에 상기 복수 개의 송신 센서들과 상기 복수 개의 수신 센서들을 배치시키는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 센서부는 총 4개의 송신 센서들(300a, 300b, 300c, 300d)과 총 5개의 수신 센서들이 일렬로 배열되는 배열 센서(350)를 포함한다. 각 송신 센서들(300a, 300b, 300c, 300d)은 지향성을 가지며, 상기 센서부의 일단의 동일 평면 상(360)에 위치하며, 동작 모드에 따라 미리 설정된 주파수의 신호를 송신하는 원통 모양을 가진다.
반면, 본 발명의 각 수신 센서들은 무지향성을 가지며 참조번호 350과 같이 상기 센서부의 일단에서부터 상기 센서부의 타단(370)까지 상기 수중 운동체의 진행방향 상으로 일렬로 배치되어, 상기 수중 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 구(球) 모양을 가진다.
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 각 송신 센서들(300a, 300b, 300c, 300d)의 일단은 상기 동일 평면 상(360)의 중심부에 위치하며, 각 송신 센서들(300a, 300b, 300c, 300d)의 타단은 상기 각 송신 센서의 일단으로부터 외측으로 기울어지도록 상기 일단으로부터 연장되는 것을 볼 수 있다. 그리고, 각 송신 센서들(300a, 300b, 300c, 300d)의 타단은 상기 추적 신호를 송신하기 위한 센서 면이 위치하되, 각 송신 센서의 센서 면은 각각 지향하는 방향이 서로 다르게 배치되는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 각 송신 센서들의 센서 영역들이 공간적으로 분리되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 각 송신 센서들은 지향성 센서를 사용함으로써 공간적으로 구분된다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 각 송신 센서들은 서로 다른 주파수 신호를 사용하도록 제어된다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 각 송신 센서들(300a, 300b, 300c, 300d)은 공간적 및 신호처리측면에서 간섭을 최소화할 수 있다.
다시 도 4를 참고하면, 각 송신 센서들(300a, 300b, 300c, 300d)은 상기 동일 평면 상(450)에서 일정 각도만큼 이격되어 배치된다. 예컨대 본 발명의 실시 예에 따른 센서부(200)는 수납되는 송신 센서들의 개수들에 따라 각 송신 센서들이 이격되는 간격을 조절하여 배치할 수 있다.
구체적으로, 본 발명?? 실시 예에 따라 센서부(200)에 수납되는 송신 센서들의 개수(N)가 4라면, 원형인 각 송신 센서 면(405, 410, 415, 420)의 각 센서 면의 중심(405a, 410a, 415a, 420a)은 시계 방향으로 "360도(degree)/4"인 90도(degree)만큼 이격되도록 각 송신 센서들이 배치된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 주파수(560) 영역 상에서 각 송신 센서들에 할당되는 직교 주파수(Orthogonal Frequency) 형태를 보여주는 도면이다.
도 5에서 참조 번호 505는 송신 센서1(300a)의 주파수 영역, 참조 번호 510은 송신 센서2(300b)의 주파수 영역, 참조 번호 515는 송신 센서3(300c)의 주파수 영역, 참조 번호 520은 송신 센서4(300d)에 할당되는 신호의 주파수 영역을 각각 보여준다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에서는 각 송신 센서들(300a, 300b, 300c, 300d)에 할당되는 송신 신호의 주파수 대역은 서로 간섭이 없는 직교 주파수를 사용하는 것을 보여준다.
본 발명의 실시 예에서는 제어부(250b)가 각 송신 센서 별 할당된 송신 신호(540)의 주파수와 수신 신호(550)의 주파수 간의 도플러 주파수를 이용하여 수중/수상 표적의 위치, 이동 속도 등에 대한 정보를 획득할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예 따른 수중 운동체의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 제어부(250b)는 원격 제어 장치로부터 원격 제어 신호가 통신부(250a)를 통해 수신되면(S100), 상기 원격 제어 신호에 따라 수중 표적 탐지를 위한 동작 모드를 결정한다(S102). 그리고, 동작 모드(S104)가 단독 기능 모드(S106)로 결정되면, 제어부(250b)는 각 송신 센서(300a, 300b, 300c, 300d) 별 운용 주파수를 할당하고(S108), 각 송신 센서 별로 할당된 운용 주파수 신호를 송신(S110)한다. 본 발명의 실시 예에 따라 각 송신 센서(300a, 300b, 300c, 300d)들을 단독 기능 모드(S105)로 운용할 때, 제어부(250b)는 각 송신 센서 별로 별도의 신호를 할당하는 방식으로 운용할 수 도 있으며, 각 송신 센서에서 송신되는 신호를 특정 시간 간격 또는 동시 시간에 송신하도록 제어할 수도 있다.
그리고, 수신 센서들(350)이 반사 신호를 수신 (S112)하면, 제어부(250b)는 각 수신 센서들(350)로 수신된 신호들을 주파수 대역별로 분해(S114)하고, 각 대역별 대역 통과 필터링(Band Pass Filtering)을 수행(S116)하고, 상기 대역 통과 필터링된 신호에 대해 각 수신 센서 별 수신된 시간 지연을 고려한 배열 신호 처리를 수행한다(S118).
제어부(250b)는 상기 배열 신호 처리된 신호에 대해 도플러 주파수를 측정하고(S120), 측정된 도플러 주파수를 이용하여 표적 이동 방향 및 속도를 측정한 후(S122), 표적 정보를 통신부(250a)를 통해 상기 원격 제어 장치로 송신한다(S124).
그리고, 상기 동작 모드(S104)가 복합 기능 모드(S128)라면, 제어부(250b)는 복수 개의 송신 센서들(300a, 300b, 300c, 300d) 중 표적 탐지 신호 송신용 센서들과 재밍(Jamming) 신호 송신용 센서를 선택한다(S130).
본 발명의 실시 예에 따라 동작 모드(S104)가 복합 모드 기능(S128)에 따라 제어부(250b)가 복수 개의 송신 센서들(300a, 300b, 300c, 300d)를 복합 모드로 운용하는 방식을 예를 들어 설명하기로 한다. 예컨대, 제어부(250b)는 송신 센서 1(300a), 송신 센서2(300b), 송신 센서3(300c)에는 표적 탐지 신호 송신용 신호를 할당하고, 송신 센서 4(300d)에는 재밍 신호를 할당할 수 있다.
상기 S130단계에서 표적 탐지 신호 송신용 센서들과 재밍 신호 송신용 센서들이 선택되면, 제어부(250b)는 각 송신 센서(300a, 300b, 300c, 300d) 별 운용 주파수를 할당하고(S132), 각 송신 센서 별로 할당된 운용 주파수 신호를 송신(S134)한다. 그리고, 수신 센서들(350)이 반사 신호를 수신 (S136)하면, 제어부(250b)는 각 수신 센서들(350)로 수신된 신호들을 주파수 대역별로 분해(S138)하고, 각 대역별 대역 통과 필터링(Band Pass Filtering)을 수행(S140)하고, 상기 대역 통과 필터링된 신호에 대해 배열 신호 처리를 수행한다(S142).
제어부(250b)는 상기 배열 신호 처리된 신호에 대해 도플러 주파수를 측정하고(S144), 측정된 도플러 주파수를 이용하여 표적 이동 방향 및 속도를 측정한 후(S146), 표적 정보를 통신부(250a)를 통해 상기 원격 제어 장치로 송신한다(S148).
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 일 예로서의 고속 소형 어뢰를 도시한 도면이다. 본 발명은 도 7과 같이 수중에서 고속으로 운동할 수 있는 고속 소형 어뢰에 적용될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 동작 방법은 프로그램으로 구현되어 다양한 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다. 비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (15)

  1. 원통 모양의 수중 운동체의 몸체부;
    상기 몸체부의 후단에 연결되어 상기 수중 운동체가 수중에서 이동할 수 있도록 추진제를 추진 제어 신호에 따라 상기 수중 운동체의 외부로 방출하는 추진부;및
    복수 개의 송신 센서들과 복수 개의 수신 센서들을 수납하기 위한 내부 공간을 제공하며, 일단이 상기 몸체부의 전단에 연결되고, 상기 일단에서 타단으로 갈수록 외주면 둘레가 점점 작아지는 형태를 갖는 센서부;를 포함하고,
    상기 센서부는,
    지향성을 가지며, 상기 센서부의 일단의 동일 평면 상에 위치하며, 동작 모드에 따라 미리 설정된 주파수의 신호를 송신하는 원통 모양의 복수 개의 송신 센서들; 및
    무지향성을 가지며 상기 센서부의 일단에서부터 상기 센서부의 타단까지 상기 수중 운동체의 진행방향 상으로 일렬로 배치되어, 상기 수중 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 구(球) 모양의 복수 개의 수신 센서들;을 포함하고,
    상기 몸체부는,
    동작 모드에 따라 상기 각 송신 센서 별로 주파수를 할당하고, 상기 할당된 주파수에 따라 상기 수중 표적을 탐지 하기 위한 신호를 송신하도록 상기 각 송신 센서를 제어하고, 상기 수신 센서들로 상기 수중 표적으로부터 반사된 신호가 수신되면, 상기 수신된 반사 신호를 이용하여 상기 수중 표적의 위치를 계산하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 수중 운동체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부의 형태는,
    상기 센서부의 일단과 상기 센서부의 타단까지 내측으로 오목한 곡면을 가지며 상기 센서부의 타단이 상기 수중 운동체의 진행 방향으로 연장되는 테이퍼된(tapered) 형태를 가짐을 특징으로 하는 수중 운동체.
  3. 제2항에 있어서,
    각 송신 센서의 일단은 상기 동일 평면 상의 중심부에 위치하며, 송신 센서의 타단은 상기 각 송신 센서의 일단으로부터 외측으로 기울어지도록 상기 일단으로부터 연장되며,
    각 송신 센서의 타단은,
    상기 추적 신호를 송신하기 위한 센서 면이 위치하되, 각 송신 센서의 센서 면은 각각 지향하는 방향이 서로 다르게 배치됨을 특징으로 하는 수중 운동체.
  4. 제3항에 있어서,
    각 송신 센서는,
    상기 동일 평면 상에서 일정 각도만큼 이격되어 배치됨을 특징으로 하는 수중 운동체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 송신 센서들의 개수가 N이라면,
    각 송신 센서 면은 원형이고, 각 센서들은 각 센서 면의 중심은 시계 방향으로 360도(degree)/N 간격으로 이격되어 배치됨을 특징으로 하는 수중 운동체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 N이 4이면,
    상기 일정 각도는 90도임을 특징으로 하는 수중 운동체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부는,
    원격에서 상기 수중 운동체의 동작 모드를 제어하기 위한 원격 제어 신호를 원격 제어 장치로부터 수신하는 통신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 통신부를 통해 상기 동작 모드를 지시하는 제어 정보를 수신하고,
    상기 동작 모드에 따라 상기 각 송신 센서 별로 운용 주파수를 할당함을 특징으로 하는 수중 운동체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 동작 모드는,
    상기 복수 개의 송신 센서들 모두에 상기 수중 표적 탐지용 신호를 할당하는 단독 모드와 상기 복수 개의 송신 센서들 중 적어도 하나의 송신 센서에 재밍(Jamming)을 위한 재밍 신호를 할당하고, 그 외의 송신 센서들에는 상기 수중 표적 탐지용 신호를 할당하는 복합 모드를 포함함을 특징으로 하는 수중 운동체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 각 송신 센서들로 각각 상이한 주파수를 할당함을 특징으로 하는 수중 운동체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 각 송신 센서들에 할당된 주파수 대역은,
    서로 간섭이 없는 직교 주파수(Orthogonal Frequency)임을 특징으로 하는 수중 운동체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신 센서들로 수신된 신호들에 대해 대역 통과 필터링을 수행하고, 상기 각 대역 통과 필터링된 신호를 배열 신호 처리하여 신호를 증폭하고, 상기 배열 신호 처리 후에 상기 수중 표적이 탐지되면, 상기 탐지된 수중 표적의 공간적 방향을 분석하여 위치를 계산하고, 상기 수중 표적으로의 송신 신호와 상기 수중 표적에서 반사된 수신 신호 간의 도플러 주파수를 계산하고, 상기 계산된 도플러 주파수를 이용하여 상기 수중 표적의 이동 속도를 계산함을 특징으로 하는 수중 운동체.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수중 표적의 위치와 이동 속도를 상기 통신부를 통해 상기 원격 제어 장치로 송신함을 특징으로 하는 수중 운동체.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 원격 제어 장치로부터 수신된 상기 원격 제어 신호에 의해 상기 추진 제어 신호를 생성함을 특징으로 하는 수중 운동체.
  14. 원통 모양의 수중 운동체의 몸체부의 후단에 연결되어 상기 수중 운동체가 수중에서 이동할 수 있도록 추진제를 추진 제어 신호에 따라 상기 수중 운동체의 외부로 방출하는 추진부 및 복수 개의 송신 센서들과 복수 개의 수신 센서들을 수납하기 위한 내부 공간을 제공하며, 일단이 상기 몸체부의 전단에 연결되고, 상기 일단에서 타단으로 갈수록 외주면 둘레가 점점 작아지는 형태를 갖는 센서부를 포함하는 수중 운동체의 동작 방법에 있어서,
    상기 센서부는,
    지향성을 가지며, 상기 센서부의 일단의 동일 평면 상에 위치하며, 동작 모드에 따라 미리 설정된 주파수의 신호를 송신하는 원통 모양의 복수 개의 송신 센서들; 및
    무지향성을 가지며 상기 센서부의 일단에서부터 상기 센서부의 타단까지 상기 수중 운동체의 진행방향 상으로 일렬로 배치되어, 상기 수중 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 구(球) 모양의 복수 개의 수신 센서들;을 포함하고,
    상기 몸체부는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    동작 모드에 따라 상기 각 송신 센서 별로 할당될 운용 주파수를 할당하는 단계;
    상기 할당된 주파수에 따라 상기 수중 표적을 탐지 하기 위한 신호를 송신하도록 상기 각 송신 센서를 제어하는 단계;
    상기 수신 센서들로 상기 수중 표적으로부터 반사된 신호가 수신되면, 상기 수신된 반사 신호를 이용하여 상기 수중 표적의 위치를 계산하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 수중 운동체의 동작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신 센서들로 수신된 신호들에 대해 대역 통과 필터링을 수행하는 단계;
    상기 각 대역 통과 필터링된 신호를 배열 신호 처리하여 신호를 증폭하는 단계;
    상기 배열 신호 처리 후에 상기 수중 표적이 탐지되면, 상기 탐지된 수중 표적의 공간적 방향을 분석하여 위치를 계산하는 단계;
    상기 수중 표적으로의 송신 신호와 상기 수중 표적에서 반사된 수신 신호 간의 도플러 주파수를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 도플러 주파수를 이용하여 상기 수중 표적의 이동 속도를 계산하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 수중 운동체의 동작 방법.
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