KR20220109022A - System for processing data corrected for motion displacement of marine lidar - Google Patents

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KR20220109022A KR1020210012207A KR20210012207A KR20220109022A KR 20220109022 A KR20220109022 A KR 20220109022A KR 1020210012207 A KR1020210012207 A KR 1020210012207A KR 20210012207 A KR20210012207 A KR 20210012207A KR 20220109022 A KR20220109022 A KR 20220109022A
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Abstract

The present invention relates to a motion displacement correction data processing system of a floating LIDAR, which measures wind condition resources of sea, and obtains motion components of the six degrees of freedom of the floating LIDAR through a plurality of underwater sound generators and sound receivers. According to the present invention, there is no accumulation of errors because the motion displacement of the six degrees of freedom of the floating body, which is essential for the floating LIDAR, is measured, and an acceleration sensor is not used. In addition, by analyzing real-time data and transmitting the real-time data to the outside, incidents such as theft or accidents can be checked in real time. In addition, there is an effect of checking real-time weather conditions from the outside and providing the information to nearby ships.

Description

해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템{System for processing data corrected for motion displacement of marine lidar}System for processing data corrected for motion displacement of marine lidar

본 발명은 바다의 풍황 자원을 계측하는 부유식 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 다수의 수중 음파발생장치 및 수음장치를 통해 부유식 라이다의 6자유도 운동성분을 얻어낼 수 있는 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a motion displacement correction data processing system of floating lidar that measures wind conditions of the sea, and more particularly, 6-DOF movement of floating lidar through a plurality of underwater sound wave generators and sound pickup devices It relates to a motion displacement correction data processing system of marine lidar that can obtain components.

에너지 문제와 결부되어 신재생에너지의 개발 및 이용이 활발히 이루어지고 있다. 이 중 해상풍력발전은 육상풍력발전에 비해 평균적으로 바람의 크기가 크고 대규모 발전단지를 조성할 수 있어 많은 관심을 받고 있다. 이러한 해상풍력발전은 바람이 가진 에너지의 일부를 기계적 에너지로 변환시키는 터빈 블레이드와 기계적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전기를 기본으로 하여 구성된다. 이 해상풍력발전의 발전량은 풍속의 세제곱에 비례하기 때문에 원하는 발전량을 확보하기 위해서는 설치 및 운용을 위한 해역의 선정이 필연적이고 해상에서의 풍황 계측이 선행되어야 한다.In connection with the energy problem, the development and use of new and renewable energy is being actively carried out. Among them, offshore wind power generation is receiving a lot of attention because it has a larger wind size on average compared to onshore wind power generation and can create large-scale power generation complexes. Such offshore wind power generation is configured based on a turbine blade that converts a portion of the energy of wind into mechanical energy and a generator that converts mechanical energy into electrical energy. Since the power generation of this offshore wind power generation is proportional to the cube of the wind speed, in order to secure the desired power generation, the selection of the sea area for installation and operation is inevitable, and the measurement of the wind condition at sea must be preceded.

해상에서의 풍황 계측은 크게 두 가지 방식으로 나눌 수 있는데 하나는 바다위에 고정식 구조물을 세워 계측장비를 운용하는 것이고 다른 하나는 바다 위에 부력체를 띄워 계측장비를 운용하는 것이다. 본 발명은 후자에 관한 것으로 부력체를 띄워 계측하는 비용이 고정식 구조물을 바다에 건설하는 것 보다 저렴하기 때문에 상업적으로 활발한 개발이 진행되고 있다.Wind condition measurement at sea can be divided into two main methods. One is to operate a measuring device by erecting a fixed structure on the sea, and the other is to operate a measuring device by floating a buoyant body on the sea. The present invention relates to the latter, and since the cost of measuring by floating a buoyant body is cheaper than constructing a fixed structure in the sea, commercially active development is in progress.

부유식 라이다는 도 1에 표시된 바와 같이, 부력체(10)와, 라이다(20)와, 계류장치(30)로 구성된다. 한편, 종래의 부유식 라이다는 항시 움직이는 상태이므로 라이다로부터 계측된 데이터는 라이다 자체의 움직임을 보정해야 하는데 주로 가속도계(40)를 부유체에 고정시켜 부유체의 6자유도운동 변위(surge, sway, heave, roll, pitch, yaw)에 대한 데이터를 획득하는 방식을 사용한다. 부유체의 6자유도운동 변위는 계측된 가속도계의 가속도 값을 시간에 대해 적분하여 얻어내는데 장시간 사용하는 경우 오차가 누적되는 문제점이 있다.As shown in FIG. 1 , the floating lidar consists of a buoyancy body 10 , a lidar 20 , and a mooring device 30 . On the other hand, since the conventional floating lidar is always in a moving state, the data measured from the lidar needs to correct the movement of the lidar itself. Mainly, the accelerometer 40 is fixed to the floating body, so that the 6-DOF motion displacement of the floating body (surge, The method of acquiring data for sway, heave, roll, pitch, yaw) is used. The 6-DOF motion displacement of a floating body is obtained by integrating the measured acceleration value of the accelerometer with respect to time.

공개특허 제10-2014-0034997호(2014.03.21.)Patent Publication No. 10-2014-0034997 (2014.03.21.)

본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 고안한 것으로, 부유체의 6자유도 운동 계측에 있어 시간에 따른 오차의 누적 문제를 해결할 수 있도록 하는 해상 라이다의 운동변위 보정 데이터 처리 시스템을 제공함에 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above-mentioned problem, and the purpose of the present invention is to provide a motion displacement correction data processing system of offshore lidar that can solve the problem of accumulation of errors over time in measuring the motion of a floating body in 6 degrees of freedom have.

본 발명의 일 측면에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템은 내부에 전원공급장치, 시스템 제어 및 데이터 저장장치를 구비하는 부유체; 상기 부유체를 계류시키는 장치에 연결되어 서로 다른 주파수 대역을 갖는 수중음파 발생/수신부; 상기 부유체의 하단부에 위치하여 상기 수중음파 발생/수신부의 서로 다른 주파수 중, 특정 주파수 대역을 각각 반사시키는 반사부; 및 상기 부유체로부터 수중음파 발생/수신부에 전원 및 데이터를 송수신하는 케이블;을 포함한다.In accordance with an aspect of the present invention, a motion displacement correction data processing system of a marine lidar includes a floating body having a power supply device, a system control and a data storage device therein; a sonar generating/receiving unit connected to the device for mooring the floating body and having different frequency bands; a reflection unit positioned at the lower end of the floating body to reflect a specific frequency band among different frequencies of the sonar wave generating/receiving unit; and a cable for transmitting and receiving power and data from the floating body to the sonar wave generating/receiving unit.

바람직하게 시스템 제어 및 데이터 저장장치는 상기 케이블로 부유체와 연결되는 수중음파 발생/수신부에서 서로 다른 주파수를 가지도록 진동을 발생시킨다.Preferably, the system control and data storage device generates vibration to have different frequencies in the sonar wave generating/receiving unit connected to the floating body with the cable.

바람직하게 수중음파 발생/수신부는 상기 계류장치에 연결되어 제1 특정 주파수 대역을 출력하는 복수의 제1 수중음파 발생/수신모듈; 및 상기 제1 수중음파 발생/수신모듈 사이에 위치하여 제2 특정 주파수 대역을 출력하는 제2 수중음파 발생/수신모듈;을 포함한다.Preferably, the sonar generating/receiving unit includes: a plurality of first sonar generating/receiving modules connected to the mooring device to output a first specific frequency band; and a second sonar generating/receiving module positioned between the first sonar generating/receiving module and outputting a second specific frequency band.

바람직하게 수중음파 발생/수진부와 결합하여 위치 및 각도를 고정시키는 각도 고정부;를 더 포함한다.It preferably includes an angle fixing unit for fixing the position and angle in combination with the sonar wave generating/receiving unit.

바람직하게 반사부는 특정 주파수에 가장 크게 반응하도록 표면에 다수의 패턴홀을 갖고, 상기 패턴홀에 의해 표면에서 특정 주파수를 반사하는 진동이 상기 수중음파 발생/수신부로 전달된다.Preferably, the reflector has a plurality of pattern holes on the surface to respond to the specific frequency the most, and the vibration reflecting the specific frequency on the surface by the pattern hole is transmitted to the sonar wave generator/receiver.

바람직하게 시스템 제어 및 데이터 저장장치는 부유식 라이다를 제어하여 풍속 및 풍향데이터를 포함하는 풍황 데이터와, 시간 t의 각 반사부 위치좌표를 포함하는 자세 데이터를 획득하는 데이터 획득부; 상기 풍황 데이터와 자세 데이터에서 시간 t, 시간 t+1의 각 반사부의 위치 좌표로 병진운동 변위와 회전운동 변위를 시간간격으로 나누어 시간 t에서의 순간 속도를 계산하고, 시간 t에서의 순간속도와 풍속 및 풍향 데이터를 보정하는 데이터 처리부;를 포함한다.Preferably, the system control and data storage device includes: a data acquisition unit for controlling the floating lidar to acquire wind condition data including wind speed and wind direction data, and posture data including position coordinates of each reflector at time t; In the wind condition data and attitude data, the instantaneous velocity at time t is calculated by dividing the translational displacement and rotational displacement by the positional coordinates of each reflector at time t and time t+1 by time interval, and the instantaneous velocity at time t and and a data processing unit for correcting wind speed and wind direction data.

한편, 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리방법은 시스템 제어 및 데이터 저장장치가 풍황 데이터와 자세 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득한 데이터에서 시간 t, 시간 t+1의 각 반사부의 위치 좌표로 병진운동 변위와 회전운동 변위를 시간간격으로 나누어 시간 t에서의 순간 속도를 계산하는 단계; 및 상기 시간 t에서의 순간속도로 시간 t에서의 풍속 및 풍향 데이터를 보정하는 단계;를 포함한다.On the other hand, the motion displacement correction data processing method of the marine lidar includes the steps of: acquiring, by a system control and data storage device, wind condition data and attitude data; calculating the instantaneous velocity at time t by dividing the translational displacement and the rotational displacement by time intervals from the obtained data to the position coordinates of each reflector at time t and time t+1; and correcting the wind speed and wind direction data at time t at the instantaneous speed at time t.

본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템에 의하면, 부유식 라이다에서 필수적으로 활용해야 하는 부유체의 6자유도 운동변위를 계측하고, 가속도센서 등을 활용하는 것이 아니기 때문에 오차의 누적이 없다. 또한 실시간 데이터를 분석하여 외부에 전송함으로써 도난이나 사고 등의 사실을 실시간으로 확인할 수 있다. 또한 실시간 기상상황을 외부에서 확인하고 주위 선박등에 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the motion displacement correction data processing system of the offshore lidar according to an embodiment of the present invention, it is possible to measure the movement displacement of 6 degrees of freedom of the floating body that must be used in the floating lidar, and to utilize the acceleration sensor, etc. Since it is not, there is no accumulation of errors. In addition, by analyzing real-time data and transmitting it to the outside, facts such as theft or accidents can be checked in real time. In addition, it has the effect of checking the real-time weather condition from the outside and providing it to nearby ships.

도 1은 종래 부유식 라이다를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템의 수중음파 발생/수신부와 반사부의 배치를 나타낸 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템의 반사부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템의 각도 고정부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 방법의 전체 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 방법의 데이터 처리과정을 나타낸 도면이다.1 is a view for explaining a conventional floating lidar.
Figure 2 is a view showing a motion displacement correction data processing system of the marine lidar according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the arrangement of the sonar wave generating/receiving unit and the reflecting unit of the motion displacement correction data processing system of the marine lidar according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a reflection unit of the motion displacement correction data processing system of the marine lidar according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing an angle fixing unit of the motion displacement correction data processing system of the marine lidar according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing the overall flow of the motion displacement correction data processing method of the marine lidar according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a data processing process of a method for processing motion displacement correction data of a marine lidar according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are only exemplified for the purpose of describing embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as being limited to the embodiments described herein, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Meanwhile, in the present invention, terms such as first and/or second may be used to describe various components, but the components are not limited to the above terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, within the scope of not departing from the scope of the rights according to the concept of the present invention, the first component may be named as the second component, Similarly, the second component may also be referred to as the first component.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 설명을 생략하였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the embodiment of the present invention, if it is determined that the description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the description thereof is omitted.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템을 나타낸 도면이다. 2 is a diagram illustrating a system for processing motion displacement correction data of a marine lidar according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템은 부유체(10) 내부에 라이다(20), 전원공급장치(120), 시스템 제어 및 데이터 저장장치(110)를 구비하고, 부유체(10)는 서로 다른 주파수 대역을 갖는 복수의 수중음파 발생/수신부(80,90)를 계류장치(30)로 계류시킨다. 또한 부유체(10) 내부의 전원공급장치와 연결되는 케이블(100)이 수중음파 발생/수신부(80.90)에 전원을 공급한다.As shown in Figure 2, the motion displacement correction data processing system of the marine lidar according to an embodiment of the present invention is a floating body 10 inside the lidar 20, the power supply 120, the system control and The data storage device 110 is provided, and the floating body 10 moores a plurality of sonar wave generating/receiving units 80 and 90 having different frequency bands to the mooring device 30 . In addition, the cable 100 connected to the power supply device inside the floating body 10 supplies power to the sonar wave generating/receiving unit 80.90.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템의 수중음파 발생/수신부와 반사부의 배치를 나타낸 도면이다.3 is a view showing the arrangement of the sonar wave generating/receiving unit and the reflecting unit of the motion displacement correction data processing system of the marine lidar according to an embodiment of the present invention.

이때, 복수의 수중음파 발생/수신장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 3개 이상이 배치할 수 있으며 등각으로 배치한다. 이러한 수중음파 발생/수신부는 부유체를 계류시키는 장치에 연결되어 서로 다른 주파수 대역을 갖는다. 이러한 수중음파 발생/수신부는 계류장치에 연결되어 제1 특정 주파수 대역을 출력하는 제1 수중음파 발생/수신모듈(80)과 제2 특정 주파수 대역을 출력하는 제2 수중음파 발생/수신모듈(90)을 구비한다. At this time, as shown in FIG. 3 , the plurality of sonar wave generating/receiving devices may be arranged in three or more, respectively, and are arranged at an isometric angle. Such a sonar wave generator/receiver is connected to a device for mooring a floating body and has different frequency bands. The sonar generating/receiving unit is connected to the mooring device to generate a first sonar/receiver module 80 for outputting a first specific frequency band and a second sonar wave generating/receiving module 90 for outputting a second specific frequency band ) is provided.

여기서, 제2 수중음파 발생/수신모듈(90)은 제1 수중음파 발생/수신모듈 사이에 위치하여 제2 특정 주파수 대역을 출력하는 구성이다.Here, the second sonar wave generating/receiving module 90 is positioned between the first sonar wave generating/receiving modules to output a second specific frequency band.

이러한 복수의 수중음파 발생/수신부(80,90)를 각도 고정부(70)로 고정시킨다. 즉, 각도 고정부(70)는 수중음파 발생/수진부(80,90)와 결합하여 위치 및 각도를 고정시킨다.The plurality of sonar wave generating/receiving units 80 and 90 are fixed with an angle fixing unit 70 . That is, the angle fixing unit 70 is combined with the sonar wave generating/receiving units 80 and 90 to fix the position and angle.

반사부(50,60)는 도2에 도시된 바와 같이, 부유체(10)의 하단부에 위치하여 수중음파 발생/수신부의 서로 다른 주파수 중, 특정 주파수 대역을 각각 반사시키는 구성이다. 이러한 반사부(50,60)는 특정 주파수에 가장 크게 반응하도록 표면에 많은 패턴홀들을 가진다.As shown in FIG. 2 , the reflection units 50 and 60 are located at the lower end of the floating body 10 and are configured to reflect a specific frequency band among different frequencies of the sonar wave generating/receiving unit, respectively. These reflectors 50 and 60 have many pattern holes on the surface to respond the most to a specific frequency.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템의 반사부를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 반사부(50), 제2 반사부(60)는 특정 주파수를 잘 반사시킬 수 있도록 표면에 패턴홀을 가지고, 이러한 패턴홀에 의해 각 반사부(50,60) 표면에서 특정 주파수를 반사하는 진동이 수중음파 발생/수신부(80,90)로 전달된다.4 is a view showing a reflection unit of the motion displacement correction data processing system of the marine lidar according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4 , the first reflecting unit 50 and the second reflecting unit 60 have pattern holes on the surface to reflect a specific frequency well, and each reflection unit 50, 60) The vibration that reflects a specific frequency on the surface is transmitted to the sonar wave generating/receiving units 80 and 90 .

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템의 각도 고정부를 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리시스템은 수중음파 발생/수진부와 결합하여 위치 및 각도를 고정시키는 각도 고정부(70)를 포함한다. 이러한 각도 고정부(70)는 수중음파 발생/수진부(80,90)의 각도를 조절하여 지지할 수 있도록 각도조절장치(71)와 각도 유지장치(72)가 결합된다.5 is a view showing an angle fixing unit of the motion displacement correction data processing system of the marine lidar according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 5, the motion displacement correction data processing system of the marine lidar according to this embodiment includes an angle fixing unit 70 for fixing the position and angle in combination with the sonar wave generating/receiving unit. The angle fixing unit 70 is coupled to the angle adjusting device 71 and the angle maintaining device 72 so as to be supported by adjusting the angle of the underwater sound wave generating/receiving units 80 and 90 .

본 실시예에 따른 시스템 제어 및 데이터 저장장치(110)는 위치벡터 결정모듈(111), 저장모듈(112), 데이터 획득모듈(113), 데이터 처리모듈(114), 데이터 전송모듈(115)를 포함한다. The system control and data storage device 110 according to this embodiment includes a position vector determination module 111 , a storage module 112 , a data acquisition module 113 , a data processing module 114 , and a data transmission module 115 . include

위치벡터 결정모듈(111)은 수중음파 발생/수신부로부터 받은 신호를 저장하고, 저장된 신호는 반사부(50,60)의 운동에 따라 반사되는 시간 차이로 반사부(50,60)의 공간상 위치벡터를 결정한다.The position vector determination module 111 stores the signal received from the sonar wave generator/receiver, and the stored signal is the spatial position of the reflectors 50 and 60 with a time difference reflected according to the movement of the reflectors 50 and 60. Determine the vector.

저장모듈(112)은 위치벡터 결정모듈을 통해 결정된 위치벡터로 반사부(50,60)의 운동 기준점 t0일 때 위치벡터와 t1일 때의 위치벡터의 차이를 통해 6자유도 속도성분을 도출하여 데이터로 저장한다. 설치 후, 초기 교정은 최초 위치벡터를 Bias 벡터로 간주하여 항상 6자유도 속도성분 도출시에 반영하도록 한다. 또한 데이터 처리모듈을 통한 보정결과 데이터를 저장한다.The storage module 112 derives the 6 degree of freedom velocity component through the difference between the position vector at the motion reference point t0 of the reflectors 50 and 60 and the position vector at t1 as the position vector determined through the position vector determination module. Save as data. After installation, the initial calibration considers the initial position vector as a bias vector and always reflects it when deriving the 6DOF velocity component. Also, it stores the correction result data through the data processing module.

데이터 획득모듈(113)은 부유식 라이다를 제어하여 풍속 및 풍향데이터를 포함하는 풍황 데이터와, 시간 t의 각 반사부 위치좌표를 포함하는 자세 데이터를 획득한다.The data acquisition module 113 controls the floating lidar to acquire wind condition data including wind speed and wind direction data, and attitude data including position coordinates of each reflector at time t.

데이터 처리모듈(114)은 풍황 데이터와 자세 데이터에서 시간 t, 시간 t+1의 각 반사부의 위치 좌표로 병진운동 변위와 회전운동 변위를 시간간격으로 나누어 시간 t에서의 순간 속도를 계산하고, 상기 시간 t에서의 순간속도로 시간 t에서의 풍속 및 풍향 데이터를 보정한다.The data processing module 114 calculates the instantaneous velocity at time t by dividing the translational displacement and the rotational displacement by the time interval with the position coordinates of each reflector at time t and time t+1 in the wind condition data and attitude data, and The wind speed and direction data at time t are corrected for the instantaneous speed at time t.

데이터 전송모듈(115)은 데이처 처리부에서 처리되어 특정 시간간격에 따라 저장된 데이터를 외부(서버)로 송신한다.The data transmission module 115 transmits the data processed by the data processing unit and stored according to a specific time interval to the outside (server).

본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리시스템의 작동원리를 설명하면 다음과 같다.The operating principle of the motion displacement correction data processing system of the marine lidar according to an embodiment of the present invention will be described as follows.

먼저 전원공급장치(120)는 시스템 제어 및 데이터 저장장치(110)에 전원을 공급한다. 전원공급장치(120)는 또한, 케이블(100)을 통해 수중음파 발생/수신부(80,90)에 전원을 공급한다. 이때, (80)과 (90)은 각각 3개 이상이 배치되어 있다.First, the power supply 120 supplies power to the system control and data storage device 110 . The power supply 120 also supplies power to the sonar generating/receiving units 80 and 90 through the cable 100 . At this time, three or more (80) and (90) are arranged respectively.

시스템 제어 및 데이터 저장장치(110)는 케이블(100)을 통해 수중음파 발생/수신부(80,90)를 제어한다.The system control and data storage device 110 controls the sonar wave generating/receiving units 80 and 90 through the cable 100 .

시스템 제어 및 데이터 저장장치(110)의 제어를 통해 수중음파 발생/수신부(80,90)은 서로 다른 주파수를 가지도록 진동을 발생시킨다.Through the control of the system control and the data storage device 110 , the sonar wave generating/receiving units 80 and 90 generate vibrations to have different frequencies.

발생한 진동은 바닷물을 매질로 하여 제1 반사부(50)과 제2 반사부(60)에 도달한다.The generated vibration reaches the first reflector 50 and the second reflector 60 using seawater as a medium.

반사부(50,60)는 특정 주파수에 가장 크게 반응하도록 표면에 많은 패턴홀들을 가진다.The reflectors 50 and 60 have many pattern holes on the surface to respond the most to a specific frequency.

반사부(50,60)에 도달한 진동은 각기 반사하여 다시 (80)과 (90)에 수신된다.The vibrations reaching the reflectors 50 and 60 are respectively reflected and received at 80 and 90 again.

(110)은 (80)과 (90)으로부터 받은 신호를 (110)의 저장장치에 저장한다.(110) stores the signals received from (80) and (90) in the storage device of (110).

저장된 신호는 (50)과 (60)의 운동에 따라 반사되는 시간의 차이가 발생하므로 이를 통해 (50)과 (60)의 공간상의 위치벡터를 결정할 수 있다.Since the difference in the reflected time of the stored signal occurs according to the motion of (50) and (60), the position vector in space of (50) and (60) can be determined through this.

상기 두 개의 위치벡터는 시간에 대해 서로 운동하고 두 벡터는 (50), (60)을 동시에 지나고 전체 시스템은 동시에 움직이므로 운동의 기준점은 t0일 때의 위치벡터와 t1일 때의 위치벡터의 차이를 통해 6자유도 속도성분을 얻어낼 수 있다.The two position vectors move with respect to time, and the two vectors pass through (50) and (60) at the same time and the entire system moves at the same time. 6 degrees of freedom velocity component can be obtained through

설치 후 초기 교정은 최초 위치벡터를 Bias 벡터로 간주하여 항상 계산에 반영하도록 한다.The initial calibration after installation considers the initial position vector as a bias vector and always reflects it in the calculation.

시스템 제어 및 데이터 저장장치(110)는 설명하면, 부유식 라이다를 제어하여 풍속 및 풍향데이터를 포함하는 풍황 데이터와, 시간 t의 각 반사부 위치좌표를 포함하는 자세 데이터를 획득하고, 풍황 데이터와 자세 데이터에서 시간 t, 시간 t+1의 각 반사부의 위치 좌표로 병진운동 변위와 회전운동 변위를 시간간격으로 나누어 시간 t에서의 순간 속도를 계산하고, 시간 t에서의 순간속도와 풍속 및 풍향 데이터를 보정할 수 있다. 이러한 시스템 제어 및 데이터 저장장치(110)는 풍황데이터와 자세데이터 획득시 서로 시간을 동기화하여 사용하고, 부유체의 순간속도와 순간 각속도를 얻어내기 위해 1차정도를 가지는 수치기법부터 고차정도를 가지는 수치기법들을 사용한다. 즉, 병진운동과 회전 운동성분의 변위는 반사부(50,60) 두 구성물의 위치 정보로부터 얻어내어 처리된 데이터를 다시 저장하고 시간의 흐름에 따라 반복작업을 수행하여 특정 시간간격에 따라 저장된 데이터를 외부(서버)로 송신한다.If described, the system control and data storage device 110 controls the floating lidar to obtain wind condition data including wind speed and wind direction data, and attitude data including position coordinates of each reflector at time t, and wind condition data The instantaneous velocity at time t is calculated by dividing the translational displacement and rotational displacement with the position coordinates of each reflector at time t and time t+1 from the and attitude data, and the instantaneous velocity, wind speed and wind direction at time t. data can be corrected. This system control and data storage device 110 synchronizes time with each other when acquiring wind condition data and attitude data, and has a numerical technique having a first degree to a higher degree in order to obtain an instantaneous velocity and an instantaneous angular velocity of a floating body. Use numerical techniques. That is, the displacement of the translational motion and the rotational motion component is obtained from the position information of the two components of the reflectors 50 and 60, the processed data is stored again, and the data stored according to a specific time interval by repeating the operation according to the passage of time. is sent to the outside (server).

데이터 처리는 실시간으로 할 수도 있고, 향후에 데이터를 모아서 할 수도 있다. 실시간 데이터 처리 수행 중 자세가 급격히 변하거나 변위가 설정한 값보다 크게 도출되면 본 시스템에 어떤 이상이 생긴 것으로 판단하고 데이터 전송부를 통해 급히 위험신호를 반복 송신한다.Data processing can be done in real time, or it can be done by collecting data in the future. During real-time data processing, if the posture changes rapidly or the displacement is greater than the set value, it is determined that there is an abnormality in the system, and a danger signal is urgently transmitted repeatedly through the data transmission unit.

실시간으로 데이터 처리를 수행하지 않는 경우는 다양한 시간 간격에 따라 다양한 차분 기법을 사용할 수 있으므로 보다 정밀한 순간 속도를 얻을 수 있다. 데이터 전송부는 안텐자 및 위성 등을 이용하여 무선으로 전송할 수 있고 무선을 통해 본 시스템을 제어할 수도 있다.When data processing is not performed in real time, a more precise instantaneous velocity can be obtained because various differential techniques can be used according to various time intervals. The data transmission unit may transmit wirelessly using antenza or satellite, and may control the present system wirelessly.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 방법은 시스템 제어 및 데이터 저장장치가 풍황 데이터와 자세 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득한 데이터에서 시간 t, 시간 t+1의 각 반사부의 위치 좌표로 병진운동 변위와 회전운동 변위를 시간간격으로 나누어 시간 t에서의 순간 속도를 계산하는 단계; 및 상기 시간 t에서의 순간속도로 시간 t에서의 풍속 및 풍향 데이터를 보정하는 단계;를 포함한다.On the other hand, the motion displacement correction data processing method of the marine lidar according to an embodiment of the present invention includes the steps of: acquiring, by a system control and data storage device, wind condition data and attitude data; calculating the instantaneous velocity at time t by dividing the translational displacement and the rotational displacement by time intervals from the obtained data to the position coordinates of each reflector at time t and time t+1; and correcting the wind speed and wind direction data at time t at the instantaneous speed at time t.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 방법의 전체 흐름을 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 시작단계에서 전원공급장치(120)로부터 전원을 인가받고 가동을 시작한다.6 is a view showing the overall flow of the motion displacement correction data processing method of the marine lidar according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6 , power is applied from the power supply device 120 in the starting stage and operation is started.

시스템 제어 및 데이터 저장장치의 데이터 획득모듈은 부유식 라이다를 제어하여 풍속 및 풍향데이터를 포함하는 풍황 데이터를 획득하고, 시간 t의 각 반사부(50,60)의 위치좌표를 포함하는 자세 데이터를 획득한다(601). 데이터 획득모듈은 두 데이터 획득시 서로 시간을 동기화하여 사용한다. 저장모듈(112)에서 데이터 획득모듈(113)의 데이터를 받아 저장(603)한다. 이때 저장받은 데이터는 데이터 처리모듈(114)로 넘겨진다.The data acquisition module of the system control and data storage device controls the floating lidar to acquire wind condition data including wind speed and wind direction data, and attitude data including the positional coordinates of each reflector 50 and 60 at time t is obtained (601). The data acquisition module synchronizes time with each other when acquiring two data. The storage module 112 receives and stores the data of the data acquisition module 113 (603). At this time, the stored data is transferred to the data processing module 114 .

데이터 처리모듈(114)은 부유체의 순간속도와 순간각속도를 얻어내기 위해 1차정도를 가지는 수치기법부터 고차정도를 가지는 수치기법들을 사용한다. 여기서, 병진운동과 회전운동성분의 변위는 (50)과 (60) 두 구성물의 위치 정보로부터 얻어내어 다음의 데이터 처리를 수행한다. 풍황 데이터와 자세 데이터에서 시간 t, 시간 t+1의 각 반사부의 위치 좌표로 병진운동 변위와 회전운동 변위를 시간간격으로 나누어 시간 t에서의 순간 속도를 계산하고, 상기 시간 t에서의 순간속도로 시간 t에서의 풍속 및 풍향 데이터를 보정한다(605). 데이터 처리모듈을 통과하면 처리된 데이터를 다시 저장하고 시간의 흐름에 따라 반복작업을 수행한다.The data processing module 114 uses numerical techniques having a first degree to a higher degree of precision in order to obtain the instantaneous velocity and instantaneous angular velocity of the floating body. Here, the displacement of the translational motion and rotational motion component is obtained from the position information of the two components (50) and (60), and the following data processing is performed. From the wind condition data and attitude data, the instantaneous velocity at time t is calculated by dividing the translational displacement and rotational displacement with the position coordinates of each reflector at time t and time t+1 by time interval, and the instantaneous velocity at the time t. The wind speed and wind direction data at time t are corrected (605). After passing through the data processing module, the processed data is saved again and repeated operations are performed according to the passage of time.

데이터 전송모듈(115)에서는 특정 시간간격에 따라 저장된 데이터를 외부(서버)로 송신한다(607).The data transmission module 115 transmits the stored data to the outside (server) according to a specific time interval ( 607 ).

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 방법의 데이터 처리과정을 나타낸 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 시간 t의 (50,60)의 위치 좌표를 얻고 풍속 및 풍향데이터를 얻는다(701). 7 is a diagram illustrating a data processing process of a method for processing motion displacement correction data of a marine lidar according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7 , the location coordinates of (50, 60) at time t are obtained and wind speed and wind direction data are obtained (701).

다음으로 시간 t+1의 (50,60)의 위치 좌표를 얻는다(703). Next, the location coordinates of (50,60) at time t+1 are obtained (703).

다음으로 (50,60)의 위치 좌표를 가지고 시스템의 병진운동변위와 회전운동변위를 얻는다(705). 이때 시스템은 강체 운동을 한다고 가정한다. 여기서, 회전운동이란 물체가 한 점을 축으로 회전하는 운동을 말하며 병진운동이란 평행이동 즉 질점계의 모든 질점이 똑같이 이동하는 운동을 말한다. 강체의 가장 일반적인 운동은 질량중심의 병진운동과 질량중심을 지나는 축에 대한 회전운동의 결합이다.Next, with the position coordinates of (50, 60), the translational and rotational displacements of the system are obtained (705). In this case, the system is assumed to be in rigid motion. Here, the rotational motion refers to a motion in which an object rotates around a point, and the translational motion refers to a parallel motion, that is, a motion in which all mass points in the mass system move equally. The most common motion of a rigid body is a combination of translational motion of the center of mass and rotational motion about an axis passing through the center of mass.

다음으로 병진운동변위와 회전운동변위를 시간간격으로 나누어 시간 t에서의 순간 속도를 계산한다(707). 여기서 시간 정보를 사용하는 개수에 따라 accuracy를 높일 수 있다.Next, the instantaneous velocity at time t is calculated by dividing the translational and rotational displacements by time intervals (707). Here, the accuracy can be increased according to the number of times information used.

다음으로 시간 t에서의 순간속도를 시간 t에서의 풍속 및 풍향데이터를 계산하는데 보정한다(709).Next, the instantaneous speed at time t is corrected to calculate wind speed and wind direction data at time t (709).

앞서 기술한 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템은 부유식 라이다에서 필수적으로 활용해야 하는 부유체의 6자유도 운동변위를 계측하고, 가속도센서 등을 활용하는 것이 아니기 때문에 오차의 누적이 없다. 또한 실시간 데이터를 분석하여 외부에 전송함으로써 도난이나 사고 등의 사실을 실시간으로 확인할 수 있다. 또한 실시간 기상상황을 외부에서 확인하고 주위 선박등에 제공할 수 있는 효과가 있다.The above-described motion displacement correction data processing system of offshore lidar according to an embodiment of the present invention measures the 6-DOF motion displacement of a floating body that must be used in a floating lidar, and utilizes an acceleration sensor, etc. There is no accumulation of errors because it is not In addition, by analyzing real-time data and transmitting it to the outside, facts such as theft or accidents can be checked in real time. In addition, it has the effect of checking the real-time weather condition from the outside and providing it to nearby ships.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 당업자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it will be apparent to those skilled in the art that various substitutions, modifications and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention.

10 : 부유체
30 : 계류장치
50 : 제1 반사부
60 : 제2 반사부
70 : 각도 고정부
71 : 각도 조절장치
72 : 각도 유지장치
80 : 제1 수중음파 발생/수신장치
90 : 제2 수중음파 발생/수신장치
100 : 케이블
110 : 시스템 제어 및 데이터 저장장치
120 : 전원공급장치10: floating body
30: mooring device
50: first reflector
60: second reflector
70: angle fixing part
71: angle adjustment device
72: angle maintaining device
80: first sonar wave generating/receiving device
90: second sonar wave generating/receiving device
100: cable
110: system control and data storage device
120: power supply

Claims (7)

내부에 전원공급장치, 시스템 제어 및 데이터 저장장치를 구비하는 부유체;
상기 부유체를 계류시키는 장치에 연결되어 서로 다른 주파수 대역을 갖는 수중음파 발생/수신부;
상기 부유체의 하단부에 위치하여 상기 수중음파 발생/수신부의 서로 다른 주파수 중, 특정 주파수 대역을 각각 반사시키는 반사부; 및
상기 부유체로부터 수중음파 발생/수신부에 전원 및 데이터를 송수신하는 케이블;을 포함하며,
상기 시스템 제어 및 데이터 저장장치는 상기 반사부의 병진운동과 회전운동 성분 변위를 시간 간격으로 나누어 특정 시간에서의 부유체의 순간 속도를 도출하여 부유체의 풍향 데이터를 보정하도록 하는 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템.a floating body having a power supply device, a system control device and a data storage device therein;
a sonar generating/receiving unit connected to the device for mooring the floating body and having different frequency bands;
a reflection unit located at the lower end of the floating body to reflect a specific frequency band among different frequencies of the sonar wave generating/receiving unit; and
A cable for transmitting and receiving power and data from the floating body to the underwater sound wave generating/receiving unit; includes,
The system control and data storage device divides the translational motion and rotational component displacement of the reflector by time intervals to derive the instantaneous speed of the floating body at a specific time to correct the wind direction data of the floating body. Calibration data processing system. 제1항에 있어서,
상기 시스템 제어 및 데이터 저장장치는 상기 케이블로 부유체와 연결되는 수중음파 발생/수신부에서 서로 다른 주파수를 가지도록 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템.According to claim 1,
The system control and data storage device is a motion displacement correction data processing system of offshore lidar, characterized in that for generating vibrations to have different frequencies in the sonar wave generating/receiving unit connected to the floating body with the cable. 제1항에 있어서,
상기 수중음파 발생/수신부는
상기 계류장치에 연결되어 제1 특정 주파수 대역을 출력하는 복수의 제1 수중음파 발생/수신모듈; 및
상기 제1 수중음파 발생/수신모듈 사이에 위치하여 제2 특정 주파수 대역을 출력하는 제2 수중음파 발생/수신모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템.According to claim 1,
The underwater sound wave generating/receiving unit
a plurality of first sonar wave generating/receiving modules connected to the mooring device to output a first specific frequency band; and
A second sonar wave generating/receiving module positioned between the first sonar generating/receiving module and outputting a second specific frequency band; motion displacement correction data processing system of marine lidar comprising a. 제1항에 있어서,
상기 수중음파 발생/수진부와 결합하여 위치 및 각도를 고정시키는 각도 고정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템.According to claim 1,
Motion displacement correction data processing system of marine lidar, characterized in that it further comprises; an angle fixing unit for fixing the position and angle in combination with the sonar generating / receiving unit. 제1항에 있어서,
상기 반사부는,
특정 주파수에 가장 크게 반응하도록 표면에 다수의 패턴홀을 갖고, 상기 패턴홀에 의해 표면에서 특정 주파수를 반사하는 진동이 상기 수중음파 발생/수신부로 전달되는 것을 특징으로 하는 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템.According to claim 1,
the reflector,
Motion displacement correction of marine lidar, characterized in that it has a plurality of pattern holes on the surface to respond the most to a specific frequency, and the vibration that reflects a specific frequency on the surface by the pattern hole is transmitted to the sonar wave generator/receiver data processing system. 제1항에 있어서,
상기 시스템 제어 및 데이터 저장장치는,
부유식 라이다를 제어하여 풍속 및 풍향데이터를 포함하는 풍황 데이터와, 시간 t의 각 반사부 위치좌표를 포함하는 자세 데이터를 획득하는 데이터 획득모듈;
상기 풍황 데이터와 자세 데이터에서 시간 t, 시간 t+1의 각 반사부의 위치 좌표로 병진운동 변위와 회전운동 변위를 시간간격으로 나누어 시간 t에서의 순간 속도를 계산하고, 상기 시간 t에서의 순간속도로 시간 t에서의 풍속 및 풍향 데이터를 보정하는 데이터 처리모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리 시스템.According to claim 1,
The system control and data storage device,
a data acquisition module for controlling the floating lidar to acquire wind condition data including wind speed and wind direction data and posture data including position coordinates of each reflector at time t;
In the wind condition data and attitude data, the instantaneous velocity at time t is calculated by dividing the translational displacement and rotational displacement with the position coordinates of each reflector at time t and time t+1 by time interval, and the instantaneous velocity at the time t A data processing module for correcting wind speed and wind direction data at time t; 시스템 제어 및 데이터 저장장치가 풍황 데이터와 자세 데이터를 획득하는 단계;
상기 획득한 데이터에서 시간 t, 시간 t+1의 각 반사부의 위치 좌표로 병진운동 변위와 회전운동 변위를 시간간격으로 나누어 시간 t에서의 순간 속도를 계산하는 단계; 및
상기 시간 t에서의 순간속도로 시간 t에서의 풍속 및 풍향 데이터를 보정하는 단계;를 포함하는 해상 라이다의 운동변위 보정데이터 처리방법.acquiring, by the system control and data storage device, wind condition data and attitude data;
calculating the instantaneous velocity at time t by dividing the translational displacement and the rotational displacement by time intervals from the obtained data to the position coordinates of each reflector at time t and time t+1; and
Compensating the wind speed and wind direction data at time t at the instantaneous speed at the time t; Compensating motion displacement correction data processing method of marine lidar comprising a.
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