KR20230105908A - Uuv의 수중 충전/통신 시스템 및 방법 - Google Patents

Uuv의 수중 충전/통신 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20230105908A KR1020220001518A KR20220001518A KR20230105908A KR 20230105908 A KR20230105908 A KR 20230105908A KR 1020220001518 A KR1020220001518 A KR 1020220001518A KR 20220001518 A KR20220001518 A KR 20220001518A KR 20230105908 A KR20230105908 A KR 20230105908A
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uuv
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은희현
최석민
곽규민
이철
안승영
신유준
우성호
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엘아이지넥스원 주식회사
한국과학기술원
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Abstract

UUV의 수중 충전/통신 시스템 및 방법이 개시된다. 함정에 연결되어 수중에서 동작하며, 수중에서 UUV를 무선 충전하고 수중에서 상기 UUV와 무선 통신을 수행하는 함정용 수중 충전/통신 스테이션; 상기 UUV에 장착되며, 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션으로부터 수중에서 무선 충전되고, 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션과 수중에서 무선 통신을 수행하는 UUV용 수중 충전/통신 장치를 구성한다. 상술한 UUV의 수중 충전/통신 시스템 및 방법에 의하면, UUV를 수중에서 무선 충전하고, 가시광 통신에 의해 수중에서 임무 지시 데이터를 송신하고 임무 수행 데이터를 수집하도록 구성됨으로써, UUV를 건져 커넥터를 세척하고 건조하고 케이블을 연결하거나 배터리를 교체할 필요가 없고, 배터리를 교체할 필요가 없다. 이에, UUV 내부 기밀 상태가 지속적으로 유지되고, 기밀을 위한 작업이 불필요하다.

Description

UUV의 수중 충전/통신 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR UNDERWATER CHARGING/COMMUNICATION UNDERWATER OF UNMANNED UNDERWATER VEHICLE}
본 발명은 무인잠수정(UUV, Unmanned Underwater Vehicle)에 관한 것으로서, 구체적으로는 무인잠수정의 수중 충전/통신 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 방위사업청(정부)의 재원으로 민군협력진흥원의 지원을 받아 수행된 유도무기 배꼽케이블 무선화 기술 실용화에 대한 연구(No. 19-PD-TN-03)와 관련된다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
도 1은 종래 기술에 따른 충전/통신을 위한 UUV 회수 작업을 나타내는 사진이다.
UUV(unmanned underwater vehicle)는 수중에서 해저지형조사 및 디지털 맵 작성, 해양환경·기후변화조사, 해양생물·광물자원 조사, 생물 탐사·자연현상 규명, 해저 침몰체 수색, 수중감시·해양범죄 감시 등 다양한 해양 임무 수행을 목적으로 개발/운용되고 있다.
그런데, UUV는 배터리에 의해 한정된 전력으로 운용되므로 배터리 방전 시에는 배터리 교체라든가 충전을 위해 수면 위에서 크레인을 이용하여 건져내어 작업을 한다. 도 1에서 보듯이 수면 위로 UUV를 건져 내는 작업은 상당한 시간과 작업을 요한다. 구체적으로는 배터리 교체를 위해 UUV 조립 해제 시 수밀이 해제되고 조립 시 수밀 성능을 다시 확인하는 상당한 시간 소요와 비용이 필요하다. 또한, 크레인을 이용하여 수상/수중으로 전개 해야하는 경우, 우천 시에는 작업에 제약이 있다.
등록특허공보 10-2322124 등록특허공보 10-1173938
본 발명의 목적은 UUV의 수중 충전/통신 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 UUV의 수중 충전/통신 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 UUV의 수중 충전/통신 시스템은, 함정에 연결되어 수중에서 동작하며, 수중에서 UUV를 무선 충전하고 수중에서 상기 UUV와 무선 통신을 수행하는 함정용 수중 충전/통신 스테이션; 상기 UUV에 장착되며, 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션으로부터 수중에서 무선 충전되고, 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션과 수중에서 무선 통신을 수행하는 UUV용 수중 충전/통신 장치를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션은, 상기 함정으로부터 전원을 공급받아 상기 UUV를 수중에서 무선 충전하는 함정용 수중 충전 모듈; 상기 UUV를 수중에서 탐지하는 레이더 모듈; 음파 통신에 의해 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치로 어웨이크(awake) 신호를 송신하는 제1 음파 통신 모듈; 상기 제1 음파 통신 모듈의 어웨이크 신호에 의해 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치가 어웨이크되면, 상기 함정으로부터 임무 지시 데이터를 수신하여 전달하고, 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치의 임무 수행 데이터를 전달받아 상기 함정으로 송신하는 제1 이더넷 통신 모듈; 상기 제1 이더넷 통신 모듈로부터 임무 지시 데이터를 전달받아 수중에서의 가시광 통신을 통해 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치로 송신하고, 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치로부터 수중에서의 가시광 통신을 통해 임무 수행 데이터를 수신하여 상기 제1 이더넷 통신 모듈로 전달하는 제1 가시광 통신 모듈; PWM 신호를 이용하여 상기 함정용 수중 충전 모듈의 전원 변환을 제어하는 PWM 제어 모듈; 상기 레이더 모듈에서 탐지되는 UUV의 거리 및 방향에 따라 상기 PWM 제어 모듈을 제어하여 상기 함정용 수중 충전 모듈이 수중에서 무선 충전을 하도록 제어하고, 상기 제1 음파 통신 모듈이 음파 통신을 수행하도록 제어하고, 상기 제1 가시광 통신 모듈이 가시광 통신을 수행하도록 제어하는 제1 제어 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 함정용 수중 충전 모듈은, 상기 함정으로부터 AC 전원을 수신하는 전원 수신단; 상기 전원 수신단에서 수신된 AC 전원에서 노이즈를 제거하는 제1 EMI 필터; 상기 제1 EMI 필터에서 노이즈가 제거된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 제1 AC-DC 컨버터; 상기 제1 AC-DC 컨버터에서 변환된 DC 전원의 전달을 위해 임피던스를 매칭시키는 제1 임피던스 매칭부; 상기 제1 임피던스 매칭부를 통해 전달되는 DC 전원을 AC 전원으로 변환하는 인버터; 상기 인버터에서 변환된 AC 전원을 무선 송신하는 무선 전력 송신용 안테나를 포함하도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 제1 가시광 통신 모듈은, 상기 제1 이더넷 통신 모듈로부터 임무 지시 데이터를 전달받아 발광 신호로 변환하는 제1 LED 발광 신호 변환부; 상기 제1 LED 발광 신호 변환부에서 변환된 발광 신호에 따라 발광하는 제1 LED 발광부; 상기 UUV 수중 충전/통신 장치로부터 수중에서 가시광 신호를 수신하는 제1 LED 수광부; 상기 제1 LED 수광부에서 수신된 가시광 신호를 수광 신호로 변환하여 상기 제1 이더넷 통신 모듈로 전달하는 제1 LED 수광 신호 변환부; 상기 제1 LED 발광부를 구동 제어하는 제1 LED 드라이버를 포함하도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 제1 제어 모듈은, 상기 레이더 모듈에서 탐지되는 UUV의 거리 및 방향에 따라 무선 충전의 개시 및 지속과 가시광 통신의 개시 및 지속을 제어하도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 PWM 제어 모듈은, 상기 PWM 제어 신호를 이용하여 상기 제1 AC-DC 컨버터에서 변환된 DC 전원의 크기 및 상기 인버터에서 변환된 AC 전원의 크기를 제어하도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치는, 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션으로부터 수중에서 무선 충전되는 UUV용 수중 충전 모듈; 상기 제1 음파 통신 모듈로부터 음파 통신에 의해 어웨이크 신호를 수신하는 제2 음파 통신 모듈; 상기 제2 음파 통신 모듈에서 수신된 어웨이크 신호에 의해 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치가 어웨이크되면, 상기 제1 가시광 통신 모듈로부터 임무 지시 데이터를 수신하여 전달하고, 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치의 임무 수행 데이터를 전달받아 상기 제1 가시광 통신 모듈로 송신하는 제2 가시광 통신 모듈; 상기 제2 가시광 통신 모듈로부터 임무 지시 데이터를 전달받아 UUV 탑재 장비로 송신하고, 상기 UUV 탑재 장비로부터 임무 수행 데이터를 수신하여 상기 제2 가시광 통신 모듈로 전달하는 제2 이더넷 통신 모듈; 온/오프 제어 신호를 이용하여 상기 UUV 용 수중 충전 모듈을 온/오프 제어하는 온/오프 제어 모듈; 상기 온/오프 제어 모듈을 제어하여 상기 UUV 용 수중 충전 모듈이 수중에서 무선 충전되도록 제어하고, 상기 제2 음파 통신 모듈이 음파 통신을 수행하도록 제어하고, 상기 제2 가시광 통신 모듈이 가시광 통신을 수행하도록 제어하는 제2 제어 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 UUV용 수중 충전 모듈은, 상기 무선 전력 송신용 안테나로부터 AC 전원을 무신 수신하는 무선 전력 수신용 안테나; 상기 무선 전력 수신용 안테나에서 무선 수신된 AC 전원의 전달을 위해 임피던스를 매칭시키는 제2 임피던스 매칭부; 상기 제2 임피던스 매칭부를 통해 전달되는 AC 전원을 정류하는 정류기; 상기 정류기에서 정류되는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 AC-DC 컨버터; 상기 AC-DC 컨버터에서 변환된 DC 전원의 노이즈를 제거하는 EMI 필터; 상기 EMI 필터에서 노이즈가 제거된 DC 전원을 출력하여 배터리를 충전시키는 전원 출력단을 포함하도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 제2 가시광 통신 모듈은, 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션로부터 수중에서 가시광 신호를 수신하는 제2 LED 수광부; 상기 제2 LED 수광부에서 수신된 가시광 신호를 수광 신호로 변환하여 상기 제2 이더넷 통신 모듈로 전달하는 제2 LED 수광 신호 변환부; 상기 제2 이더넷 통신 모듈로부터 임무 수행 데이터를 전달받아 발광 신호로 변환하는 제2 LED 발광 신호 변환부; 상기 제2 LED 발광 신호 변환부에서 변환된 발광 신호에 따라 발광하는 제2 LED 발광부; 상기 제2 LED 발광부를 구동 제어하는 제2 LED 드라이버를 포함하도록 구성될 수 있다.
그리고 기 온/오프 제어 모듈은, 상기 온/오프 제어 신호를 이용하여 상기 AC-DC 컨버터의 DC 전원 변환 동작을 온/오프 제어하도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 UUV의 수중 충전/통신 방법은, 함정에 연결되어 수중에서 동작하는 함정용 수중 충전/통신 스테이션이 수중에서 UUV에 장착되는 UUV용 수중 충전/통신 장치를 무선 충전하는 단계; 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션과 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치가 수중에서 무선 통신을 수행하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 함정에 연결되어 수중에서 동작하는 함정용 수중 충전/통신 스테이션이 수중에서 UUV에 장착되는 UUV용 수중 충전/통신 장치를 무선 충전하는 단계는, 함정용 수중 충전 모듈이 상기 함정으로부터 전원을 공급받아 상기 UUV를 수중에서 무선 충전하는 단계; UUV용 수중 충전 모듈이 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션으로부터 수중에서 무선 충전되는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 UUV에 장착되는 UUV용 수중 충전/통신 장치가 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션으로부터 수중에서 무선 충전되고, 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션과 수중에서 무선 통신을 수행하는 단계는, 제1 음파 통신 모듈이 음파 통신에 의해 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치로 어웨이크(awake) 신호를 송신하고, 제2 음파 통신 모듈이 상기 어웨이크 신호를 수신하여 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치가 어웨이크되는 단계; 상기 제1 이더넷 통신 모듈이 상기 함정으로부터 임무 지시 데이터를 수신하여 제1 가시광 통신 모듈로 전달하고, 상기 제1 가시광 통신 모듈이 전달받은 임무 지시 데이터를 제2 가시광 통신 모듈로 수중 송신하고, 상기 제2 가시광 통신 모듈이 상기 임무 지시 데이터를 수신하여 제2 이더넷 통신 모듈로 송신하고, 상기 제2 이더넷 통신 모듈이 상기 임무 지시 데이터를 수신하여 각 UUV 탑재 장비로 송신하는 단계; 상기 제2 이더넷 통신 모듈이 상기 각 UUV 탑재 장비로부터 임무 수행 데이터를 수신하여 상기 제2 가시광 통신 모듈로 전달하고, 상기 제2 가시광 통신 모듈이 임무 수행 데이터를 전달받아 상기 제1 가시광 통신 모듈로 수중 송신하고, 상기 제1 가시광 통신 모듈이 임무 수행 데이터를 수신하여 상기 제1 이더넷 통신 모듈로 전달하고, 상기 제1 이더넷 통신 모듈이 상기 임무 수행 데이터를 전달받아 상기 함정으로 송신하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
상술한 UUV의 수중 충전/통신 시스템 및 방법에 의하면, UUV를 수중에서 무선 충전하고, 가시광 통신에 의해 수중에서 임무 지시 데이터를 송신하고 임무 수행 데이터를 수집하도록 구성됨으로써, UUV를 건져 커넥터를 세척하고 건조하고 케이블을 연결하거나 배터리를 교체할 필요가 없고, 배터리를 교체할 필요가 없다.
이에, UUV 내부 기밀 상태가 지속적으로 유지되고, 기밀을 위한 작업이 불필요하다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 종래 기술에 따른 충전/통신을 위한 UUV 회수 작업을 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 UUV의 수중 충전/통신 시스템의 실물 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 UUV의 수중 충전/통신 시스템의 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 UUV의 수중 충전/통신 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 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 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 UUV의 수중 충전/통신 시스템의 실물 구성도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 UUV의 수중 충전/통신 시스템의 블록 구성도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 UUV의 수중 충전/통신 시스템은 함정용 수중 충전/통신 스테이션(100), UUV용 수중 충전/통신 장치(200)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
함정용 수중 충전/통신 스테이션(100)은 함정(10)에 연결되어 수중에서 동작하며, 수중에서 UUV(20)를 무선 충전하고 수중에서 UUV(20)와 무선 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
함정용 수중 충전/통신 스테이션(100)은 함정용 수중 충전 모듈(110), 레이더 모듈(120), 제1 음파 통신 모듈(130), 제1 이더넷 통신 모듈(140), 제1 가시광 통신 모듈(150), PWM 제어 모듈(160), 제1 제어 모듈(170)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
함정용 수중 충전 모듈(110)은 함정(10)으로부터 전원을 공급받아 UUV(20)를 수중에서 무선 충전하도록 구성될 수 있다.
함정용 수중 충전 모듈(110)은 전원 수신단(111), 제1 EMI 필터(112), 제1 AC-DC 컨버터(113), 제1 임피던스 매칭부(114), 인버터(115), 무선 전력 송신용 안테나(116)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
전원 수신단(111)은 함정(10)으로부터 AC 전원을 수신하도록 구성될 수 있다.
제1 EMI 필터(112)는 전원 수신단(111)에서 수신된 AC 전원에서 노이즈를 제거하도록 구성될 수 있다.
제1 AC-DC 컨버터(113)는 제1 EMI 필터(112)에서 노이즈가 제거된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하도록 구성될 수 있다.
제1 임피던스 매칭부(114)는 제1 AC-DC 컨버터(113)에서 변환된 DC 전원의 전달을 위해 임피던스를 매칭시키도록 구성될 수 있다.
인버터(115)는 제1 임피던스 매칭부(114)를 통해 전달되는 DC 전원을 AC 전원으로 변환하도록 구성될 수 있다.
무선 전력 송신용 안테나(116)는 인버터(115)에서 변환된 AC 전원을 무선 송신하도록 구성될 수 있다.
레이더 모듈(120)은 UUV(20)를 수중에서 탐지하도록 구성될 수 있다.
제1 음파 통신 모듈(130)은 음파 통신에 의해 UUV용 수중 충전/통신 장치(200)로 어웨이크(awake) 신호를 송신하도록 구성될 수 있다.
제1 이더넷 통신 모듈(140)은 제1 음파 통신 모듈(130)의 어웨이크 신호에 의해 UUV용 수중 충전/통신 장치(200)가 어웨이크되면, 함정(10)으로부터 임무 지시 데이터를 수신하여 전달하고, UUV용 수중 충전/통신 장치(200)의 임무 수행 데이터를 전달받아 함정(10)으로 송신하도록 구성될 수 있다.
제1 가시광 통신 모듈(150)은 제1 LED 발광 신호 변환부(151), 제1 LED 발광부(152), 제1 LED 수광부(153), 제1 LED 수광 신호 변환부(154), 제1 LED 드라이버(155)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
제1 LED 발광 신호 변환부(151)는 제1 이더넷 통신 모듈(140)로부터 임무 지시 데이터를 전달받아 발광 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.
제1 LED 발광부(152)는 제1 LED 발광 신호 변환부(151)에서 변환된 발광 신호에 따라 발광하도록 구성될 수 있다.
제1 LED 수광부(153)는 UUV 수중 충전/통신 장치(200)로부터 수중에서 가시광 신호를 수신하도록 구성될 수 있다.
제1 LED 수광 신호 변환부(154)는 제1 LED 수광부(153)에서 수신된 가시광 신호를 수광 신호로 변환하여 제1 이더넷 통신 모듈(140)로 전달하도록 구성될 수 있다.
제1 LED 드라이버(145)는 제1 LED 발광부(152)를 구동 제어하도록 구성될 수 있다.
제1 가시광 통신 모듈(150)은 제1 이더넷 통신 모듈(140)로부터 임무 지시 데이터를 전달받아 수중에서의 가시광 통신을 통해 UUV용 수중 충전/통신 장치(200)로 송신하고, UUV용 수중 충전/통신 장치(200)로부터 수중에서의 가시광 통신을 통해 임무 수행 데이터를 수신하여 제1 이더넷 통신 모듈(140)로 전달하도록 구성될 수 있다.
PWM 제어 모듈(160)은 PWM 신호를 이용하여 함정용 수중 충전 모듈(110)의 전원 변환을 제어하도록 구성될 수 있다.
그리고 PWM 제어 모듈(160)은 PWM 제어 신호를 이용하여 제1 AC-DC 컨버터(113)에서 변환된 DC 전원의 크기 및 인버터(115)에서 변환된 AC 전원의 크기를 제어하도록 구성될 수 있다.
제1 제어 모듈(170)은 레이더 모듈(120)에서 탐지되는 UUV의 거리 및 방향에 따라 PWM 제어 모듈(160)을 제어하여 함정용 수중 충전 모듈(110)이 수중에서 무선 충전을 하도록 제어하고, 제1 음파 통신 모듈(130)이 음파 통신을 수행하도록 제어하고, 제1 가시광 통신 모듈(150)이 가시광 통신을 수행하도록 제어할 수 있다.
한편, 제1 제어 모듈(170)은 레이더 모듈(120)에서 탐지되는 UUV의 거리 및 방향에 따라 무선 충전의 개시 및 지속과 가시광 통신의 개시 및 지속을 제어하도록 구성될 수 있다.
UUV용 수중 충전/통신 장치(200)는 UUV(20)에 장착되며, 함정용 수중 충전/통신 스테이션(100)으로부터 수중에서 무선 충전되고, 함정용 수중 충전/통신 스테이션(100)과 수중에서 무선 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
UUV용 수중 충전/통신 장치(200)는 UUV용 수중 충전 모듈(210), 제2 음파 통신 모듈(220), 제2 가시광 통신 모듈(230), 제2 이더넷 통신 모듈(240), 온/오프 제어 모듈(250), 제2 제어 모듈(260)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
UUV용 수중 충전 모듈(210)은 함정용 수중 충전/통신 스테이션(100)으로부터 수중에서 무선 충전되도록 구성될 수 있다.
UUV용 수중 충전 모듈(210)은 무선 전력 수신용 안테나(211), 제2 임피던스 매칭부(212), 정류기(213), AC-DC 컨버터(214), EMI 필터(215), 전원 출력단(216)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
무선 전력 수신용 안테나(211)는 무선 전력 송신용 안테나(116)로부터 AC 전원을 무신 수신하도록 구성될 수 있다.
제2 임피던스 매칭부(212)는 무선 전력 수신용 안테나(211)에서 무선 수신된 AC 전원의 전달을 위해 임피던스를 매칭시키도록 구성될 수 있다.
정류기(213)는 제2 임피던스 매칭부(212)를 통해 전달되는 AC 전원을 정류하도록 구성될 수 있다.
AC-DC 컨버터(214)는 정류기(213)에서 정류되는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하도록 구성될 수 있다.
EMI 필터(215)는 AC-DC 컨버터(214)에서 변환된 DC 전원의 노이즈를 제거하도록 구성될 수 있다.
전원 출력단(216)은 EMI 필터(215)에서 노이즈가 제거된 DC 전원을 출력하여 배터리(202)를 충전시키도록 구성될 수 있다.
제2 음파 통신 모듈(220)은 제1 음파 통신 모듈(130)로부터 음파 통신에 의해 어웨이크 신호를 수신하도록 구성될 수 있다.
제2 가시광 통신 모듈(230)은 제2 음파 통신 모듈(215)에서 수신된 어웨이크 신호에 의해 UUV용 수중 충전/통신 장치(200)가 어웨이크되면, 제1 가시광 통신 모듈(150)로부터 임무 지시 데이터를 수신하여 전달하고, UUV용 수중 충전/통신 장치(200)의 임무 수행 데이터를 전달받아 제1 가시광 통신 모듈(150)로 송신하도록 구성될 수 있다.
제2 가시광 통신 모듈(230)은 제2 LED 수광부(231), 제2 LED 수광 신호 변환부(232), 제2 LED 발광 신호 변환부(233), 제2 LED 발광부(234), 제2 LED 드라이버(235)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
제2 LED 수광부(231)는 함정용 수중 충전/통신 스테이션(100)로부터 수중에서 가시광 신호를 수신하도록 구성될 수 있다.
제2 LED 수광 신호 변환부(232)는 제2 LED 수광부(231)에서 수신된 가시광 신호를 수광 신호로 변환하여 제2 이더넷 통신 모듈(240)로 전달하도록 구성될 수 있다.
제2 LED 발광 신호 변환부(233)는 제2 이더넷 통신 모듈(240)로부터 임무 수행 데이터를 전달받아 발광 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.
제2 LED 발광부(234)는 제2 LED 발광 신호 변환부(233)에서 변환된 발광 신호에 따라 발광하도록 구성될 수 있다.
제2 LED 드라이버(235)는 제2 LED 발광부(234)를 구동 제어하도록 구성될 수 있다.
제2 이더넷 통신 모듈(240)은 제2 가시광 통신 모듈(230)로부터 임무 지시 데이터를 전달받아 UUV 탑재 장비(201)로 송신하고, UUV 탑재 장비(201)로부터 임무 수행 데이터를 수신하여 제2 가시광 통신 모듈(230)로 전달하도록 구성될 수 있다.
온/오프 제어 모듈(250)은 온/오프 제어 신호를 이용하여 UUV 용 수중 충전 모듈(210)을 온/오프 제어하도록 구성될 수 있다.
온/오프 제어 모듈(250)은 온/오프 제어 신호를 이용하여 AC-DC 컨버터(214)의 DC 전원 변환 동작을 온/오프 제어하도록 구성될 수 있다.
제2 제어 모듈(260)은 온/오프 제어 모듈(250)을 제어하여 UUV 용 수중 충전 모듈(210)이 수중에서 무선 충전되도록 제어하고, 제2 음파 통신 모듈(22)이 음파 통신을 수행하도록 제어하고, 제2 가시광 통신 모듈(230)이 가시광 통신을 수행하도록 제어하는 것으로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 UUV의 수중 충전/통신 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 함정(10)에 연결되어 수중에서 동작하는 함정용 수중 충전/통신 스테이션(100)이 수중에서 UUV(20)에 장착되는 UUV용 수중 충전/통신 장치(200)를 무선 충전한다(S110).
구체적으로는 다음과 같다.
함정용 수중 충전 모듈(110)이 함정(10)으로부터 전원을 공급받아 UUV(20)를 수중에서 무선 충전한다(S111).
그리고 UUV용 수중 충전 모듈(210)이 함정용 수중 충전/통신 스테이션(100)으로부터 수중에서 무선 충전된다(S112).
다음으로, 함정용 수중 충전/통신 스테이션(100)과 UUV용 수중 충전/통신 장치(200)가 수중에서 무선 통신을 수행한다(S120).
구체적으로는 다음과 같다.
제1 음파 통신 모듈(150)이 음파 통신에 의해 UUV용 수중 충전/통신 장치(200)로 어웨이크(awake) 신호를 송신하고, 제2 음파 통신 모듈(220)이 어웨이크 신호를 수신하여 UUV용 수중 충전/통신 장치(200)가 어웨이크된다(S121).
그리고 제1 이더넷 통신 모듈(140)이 함정(10)으로부터 임무 지시 데이터를 수신하여 제1 가시광 통신 모듈(150)로 전달하고, 제1 가시광 통신 모듈(150)이 전달받은 임무 지시 데이터를 제2 가시광 통신 모듈(230)로 수중 송신하고, 제2 가시광 통신 모듈(230)이 임무 지시 데이터를 수신하여 제2 이더넷 통신 모듈(240)로 송신하고, 제2 이더넷 통신 모듈(240)이 임무 지시 데이터를 수신하여 각 UUV 탑재 장비(201)로 송신한다(S122).
그리고 제2 이더넷 통신 모듈(240)이 각 UUV 탑재 장비(201)로부터 임무 수행 데이터를 수신하여 제2 가시광 통신 모듈(230)로 전달하고, 제2 가시광 통신 모듈(230)이 임무 수행 데이터를 전달받아 제1 가시광 통신 모듈(150)로 수중 송신하고, 제1 가시광 통신 모듈(150)이 임무 수행 데이터를 수신하여 제1 이더넷 통신 모듈(140)로 전달하고, 제1 이더넷 통신 모듈(140)이 임무 수행 데이터를 전달받아 함정(10)으로 송신한다(S123).
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 함정용 수중 충전/통신 스테이션
110: 함정용 수중 충전 모듈
111: 전원 수신단
112: 제1 EMI 필터
113: 제1 AC-DC 컨버터
114: 제1 임피던스 매칭부
115: 인버터
116: 무선 전력 송신용 안테나
120: 레이더 모듈
130: 제1 음파 통신 모듈
140: 제1 이더넷 통신 모듈
150: 제1 가시광 통신 모듈
151: 제1 LED 발광 신호 변환부
152: 제1 LED 발광부
153: 제1 LED 수광부
154: 제1 LED 수광 신호 변환부
155: 제1 LED 드라이버
160: PWM 제어 모듈
170: 제1 제어 모듈
200: UUV용 수중 충전/통신 장치
210: UUV용 수중 충전 모듈
211: 무선 전력 수신용 안테나
212: 제2 임피던스 매칭부
213: 정류기
214: AC-DC 컨버터
215: EMI 필터
216: 전원 출력단
220: 제2 음파 통신 모듈
230: 제2 가시광 통신 모듈
231: 제2 LED 수광부
232: 제2 LED 수광 신호 변환부
233: 제2 LED 발광 신호 변환부
234: 제2 LED 발광부
235: 제2 LED 드라이버
240: 제2 이더넷 통신 모듈
250: 온/오프 제어 모듈
260: 제2 제어 모듈

Claims (13)

  1. 함정에 연결되어 수중에서 동작하며, 수중에서 UUV를 무선 충전하고 수중에서 상기 UUV와 무선 통신을 수행하는 함정용 수중 충전/통신 스테이션; 및
    상기 UUV에 장착되며, 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션으로부터 수중에서 무선 충전되고, 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션과 수중에서 무선 통신을 수행하는 UUV용 수중 충전/통신 장치를 포함하는 UUV의 수중 충전/통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션은,
    상기 함정으로부터 전원을 공급받아 상기 UUV를 수중에서 무선 충전하는 함정용 수중 충전 모듈;
    상기 UUV를 수중에서 탐지하는 레이더 모듈;
    음파 통신에 의해 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치로 어웨이크(awake) 신호를 송신하는 제1 음파 통신 모듈;
    상기 제1 음파 통신 모듈의 어웨이크 신호에 의해 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치가 어웨이크되면, 상기 함정으로부터 임무 지시 데이터를 수신하여 전달하고, 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치의 임무 수행 데이터를 전달받아 상기 함정으로 송신하는 제1 이더넷 통신 모듈;
    상기 제1 이더넷 통신 모듈로부터 임무 지시 데이터를 전달받아 수중에서의 가시광 통신을 통해 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치로 송신하고, 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치로부터 수중에서의 가시광 통신을 통해 임무 수행 데이터를 수신하여 상기 제1 이더넷 통신 모듈로 전달하는 제1 가시광 통신 모듈;
    PWM 신호를 이용하여 상기 함정용 수중 충전 모듈의 전원 변환을 제어하는 PWM 제어 모듈; 및
    상기 레이더 모듈에서 탐지되는 UUV의 거리 및 방향에 따라 상기 PWM 제어 모듈을 제어하여 상기 함정용 수중 충전 모듈이 수중에서 무선 충전을 하도록 제어하고, 상기 제1 음파 통신 모듈이 음파 통신을 수행하도록 제어하고, 상기 제1 가시광 통신 모듈이 가시광 통신을 수행하도록 제어하는 제1 제어 모듈을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 UUV의 수중 충전/통신 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 함정용 수중 충전 모듈은,
    상기 함정으로부터 AC 전원을 수신하는 전원 수신단;
    상기 전원 수신단에서 수신된 AC 전원에서 노이즈를 제거하는 제1 EMI 필터;
    상기 제1 EMI 필터에서 노이즈가 제거된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 제1 AC-DC 컨버터;
    상기 제1 AC-DC 컨버터에서 변환된 DC 전원의 전달을 위해 임피던스를 매칭시키는 제1 임피던스 매칭부;
    상기 제1 임피던스 매칭부를 통해 전달되는 DC 전원을 AC 전원으로 변환하는 인버터; 및
    상기 인버터에서 변환된 AC 전원을 무선 송신하는 무선 전력 송신용 안테나를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 UUV의 수중 충전/통신 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 가시광 통신 모듈은,
    상기 제1 이더넷 통신 모듈로부터 임무 지시 데이터를 전달받아 발광 신호로 변환하는 제1 LED 발광 신호 변환부;
    상기 제1 LED 발광 신호 변환부에서 변환된 발광 신호에 따라 발광하는 제1 LED 발광부;
    상기 UUV 수중 충전/통신 장치로부터 수중에서 가시광 신호를 수신하는 제1 LED 수광부;
    상기 제1 LED 수광부에서 수신된 가시광 신호를 수광 신호로 변환하여 상기 제1 이더넷 통신 모듈로 전달하는 제1 LED 수광 신호 변환부; 및
    상기 제1 LED 발광부를 구동 제어하는 제1 LED 드라이버를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 UUV의 수중 충전/통신 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 제어 모듈은,
    상기 레이더 모듈에서 탐지되는 UUV의 거리 및 방향에 따라 무선 충전의 개시 및 지속과 가시광 통신의 개시 및 지속을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 UUV의 수중 충전/통신 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 PWM 제어 모듈은,
    상기 PWM 제어 신호를 이용하여 상기 제1 AC-DC 컨버터에서 변환된 DC 전원의 크기 및 상기 인버터에서 변환된 AC 전원의 크기를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 UUV의 수중 충전/통신 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 UUV용 수중 충전/통신 장치는,
    상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션으로부터 수중에서 무선 충전되는 UUV용 수중 충전 모듈;
    상기 제1 음파 통신 모듈로부터 음파 통신에 의해 어웨이크 신호를 수신하는 제2 음파 통신 모듈;
    상기 제2 음파 통신 모듈에서 수신된 어웨이크 신호에 의해 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치가 어웨이크되면, 상기 제1 가시광 통신 모듈로부터 임무 지시 데이터를 수신하여 전달하고, 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치의 임무 수행 데이터를 전달받아 상기 제1 가시광 통신 모듈로 송신하는 제2 가시광 통신 모듈;
    상기 제2 가시광 통신 모듈로부터 임무 지시 데이터를 전달받아 UUV 탑재 장비로 송신하고, 상기 UUV 탑재 장비로부터 임무 수행 데이터를 수신하여 상기 제2 가시광 통신 모듈로 전달하는 제2 이더넷 통신 모듈;
    온/오프 제어 신호를 이용하여 상기 UUV 용 수중 충전 모듈을 온/오프 제어하는 온/오프 제어 모듈; 및
    상기 온/오프 제어 모듈을 제어하여 상기 UUV 용 수중 충전 모듈이 수중에서 무선 충전되도록 제어하고, 상기 제2 음파 통신 모듈이 음파 통신을 수행하도록 제어하고, 상기 제2 가시광 통신 모듈이 가시광 통신을 수행하도록 제어하는 제2 제어 모듈을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 UUV의 수중 충전/통신 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 UUV용 수중 충전 모듈은,
    상기 무선 전력 송신용 안테나로부터 AC 전원을 무신 수신하는 무선 전력 수신용 안테나;
    상기 무선 전력 수신용 안테나에서 무선 수신된 AC 전원의 전달을 위해 임피던스를 매칭시키는 제2 임피던스 매칭부;
    상기 제2 임피던스 매칭부를 통해 전달되는 AC 전원을 정류하는 정류기;
    상기 정류기에서 정류되는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 AC-DC 컨버터;
    상기 AC-DC 컨버터에서 변환된 DC 전원의 노이즈를 제거하는 EMI 필터; 및
    상기 EMI 필터에서 노이즈가 제거된 DC 전원을 출력하여 배터리를 충전시키는 전원 출력단을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 UUV의 수중 충전/통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 가시광 통신 모듈은,
    상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션로부터 수중에서 가시광 신호를 수신하는 제2 LED 수광부;
    상기 제2 LED 수광부에서 수신된 가시광 신호를 수광 신호로 변환하여 상기 제2 이더넷 통신 모듈로 전달하는 제2 LED 수광 신호 변환부;
    상기 제2 이더넷 통신 모듈로부터 임무 수행 데이터를 전달받아 발광 신호로 변환하는 제2 LED 발광 신호 변환부;
    상기 제2 LED 발광 신호 변환부에서 변환된 발광 신호에 따라 발광하는 제2 LED 발광부; 및
    상기 제2 LED 발광부를 구동 제어하는 제2 LED 드라이버를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 UUV의 수중 충전/통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 온/오프 제어 모듈은,
    상기 온/오프 제어 신호를 이용하여 상기 AC-DC 컨버터의 DC 전원 변환 동작을 온/오프 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 UUV의 수중 충전/통신 시스템.
  11. 함정에 연결되어 수중에서 동작하는 함정용 수중 충전/통신 스테이션이 수중에서 UUV에 장착되는 UUV용 수중 충전/통신 장치를 무선 충전하는 단계; 및
    상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션과 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치가 수중에서 무선 통신을 수행하는 단계를 포함하는 UUV의 수중 충전/통신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 함정에 연결되어 수중에서 동작하는 함정용 수중 충전/통신 스테이션이 수중에서 UUV에 장착되는 UUV용 수중 충전/통신 장치를 무선 충전하는 단계는,
    함정용 수중 충전 모듈이 상기 함정으로부터 전원을 공급받아 상기 UUV를 수중에서 무선 충전하는 단계; 및
    UUV용 수중 충전 모듈이 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션으로부터 수중에서 무선 충전되는 단계를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 UUV의 수중 충전/통신 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 UUV에 장착되는 UUV용 수중 충전/통신 장치가 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션으로부터 수중에서 무선 충전되고, 상기 함정용 수중 충전/통신 스테이션과 수중에서 무선 통신을 수행하는 단계는,
    제1 음파 통신 모듈이 음파 통신에 의해 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치로 어웨이크(awake) 신호를 송신하고, 제2 음파 통신 모듈이 상기 어웨이크 신호를 수신하여 상기 UUV용 수중 충전/통신 장치가 어웨이크되는 단계;
    상기 제1 이더넷 통신 모듈이 상기 함정으로부터 임무 지시 데이터를 수신하여 제1 가시광 통신 모듈로 전달하고, 상기 제1 가시광 통신 모듈이 전달받은 임무 지시 데이터를 제2 가시광 통신 모듈로 수중 송신하고, 상기 제2 가시광 통신 모듈이 상기 임무 지시 데이터를 수신하여 제2 이더넷 통신 모듈로 송신하고, 상기 제2 이더넷 통신 모듈이 상기 임무 지시 데이터를 수신하여 각 UUV 탑재 장비로 송신하는 단계; 및
    상기 제2 이더넷 통신 모듈이 상기 각 UUV 탑재 장비로부터 임무 수행 데이터를 수신하여 상기 제2 가시광 통신 모듈로 전달하고, 상기 제2 가시광 통신 모듈이 임무 수행 데이터를 전달받아 상기 제1 가시광 통신 모듈로 수중 송신하고, 상기 제1 가시광 통신 모듈이 임무 수행 데이터를 수신하여 상기 제1 이더넷 통신 모듈로 전달하고, 상기 제1 이더넷 통신 모듈이 상기 임무 수행 데이터를 전달받아 상기 함정으로 송신하는 단계를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 UUV의 수중 충전/통신 방법.
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