KR20230159412A - 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템 및 그 운용 방법 - Google Patents

수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템 및 그 운용 방법 Download PDF

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KR20230159412A
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코쿠리츠켄큐카이하츠호진 카이죠ㆍ코완ㆍ코쿠기쥬츠켄큐죠
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Abstract

중계기 추진 수단(38)과 중계기 위치 계측 수단(40)을 가진 수상 중계기(200)와, 항주체 위치 추정 수단(20)을 가진 수중 항주체(100)와, 수상 중계기(200)와 수중 항주체(100)를 접속하고, 수중 항주체(100)에서 얻어진 화상 정보를 포함하는 취득 정보의 전송을 수행하는 정보 전송선(24)과, 수상 중계기(200)와 수중 항주체(100)에 목표 위도 및 목표 경도를 설정하는 위치 설정 수단(54)과, 수상 중계기(200)와 수중 항주체(100)를 제어하는 제어 수단(12, 32)을 구비하고, 설정된 목표 위도 및 목표 경도와 중계기 위치 계측 수단(40)에서 계측된 수상 위치를 기반으로 중계기 추진 수단(38)을 구동하고 수상 중계기(200)의 위치를 제어 수단(12, 32)에서 제어함과 아울러, 설정된 목표 위도 및 목표 경도와 항주체 위치 추정 수단(20)에서 추정된 수중 위치를 기반으로 수중 항주체(100)의 위치를 제어 수단(12, 32)에서 제어함으로써 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 목표 위도 및 목표 경도까지 수면과 수중에서의 연직 위치 관계를 유지하면서 함께 나란히 달리도록 구성한다.

Description

수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템 및 그 운용 방법
본 발명은 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
최근 광물 자원을 비롯한 모든 자원의 공급원으로서 해저 등의 수저(水底; 물 밑바닥)가 주목을 모으고 있다. 그에 따라, 수저 조사의 필요성도 높아지고 있다. 따라서, 수중을 항주(航走)하는 수중 항주체의 위치를 높은 정밀도로 제어하는 기술이 필요해지고 있다.
모선(母船)으로부터 전파에 의해 유도 제어되는 무인정(無人艇)과 해당 무인정으로부터 케이블을 통하여 연결된 수중 항주체를 구비하고, 모선으로부터 무인정을 통하여 수중 항주체로 제어 신호를 전달함으로써 수중 항주체의 위치를 제어하는 기술이 개시되어 있다(특허 문헌 1).
수중을 주행하는 수중 항주체와 해당 수중 항주체를 추종하여 수면을 항주하는 수상정을 구비하고, 수상정은 GPS 처리부에 의해 자기 위치를 취득함과 아울러, 수중 음향 통신에 의해 해당 자기 위치를 수중 항주체로 송신하는 시스템이 개시되어 있다(특허 문헌 2). 수상정의 자기 위치를 기반으로 수중 항주체는 수중을 자율 항주하는 것이 가능하다고 알려져 있다.
마찬가지로, 수중을 주행하는 수중 항주체와 해당 수중 항주체를 추종하여 수면을 항주하는 수상 항주체를 구비하고, 수상 항주체는 수중 음향 통신에 의해 수중 항주체의 위치를 취득하고, 해당 수중 항주체의 위치를 기반으로 수중 항주체로 하여금 수상 항주체를 추종하도록 제어하는 시스템이 개시되어 있다(특허 문헌 3).
또한, 원격 조작 무인 잠수정(ROV), 통신 중계국으로서 기능하도록 구성된 자율형 수상함(ASV)을 이용하여 바다 속을 조사하는 시스템이 개시되어 있다(특허 문헌 4). 자율형 수상함(ASV)은 제어 스테이션으로부터 원격 조작 잠수정(ROV)으로 데이터를 송신하기 위한 중계국으로 사용된다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 소 57-196309호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 평 8-249060호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 2017-165333호 공보 특허 문헌 4 : 국제 공개 제2018/112045호
그런데, 종래의 자율형 수중 항주체는 케이블이 없는 독립된 수중 항주체로서, 모선과의 통신 수단으로서 주로 수중 음향 통신이 사용된다. 그러나, 통신 속도가 한정되기 때문에, 수중 카메라에 의한 영상 등의 정보를 모선 상에서 실시간으로 충분한 속도로 확인할 수가 없었다.
청구항 제1항에 대응한 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템은, 중계기 추진 수단과 중계기 위치 계측 수단을 가진 수상 중계기와, 항주체 위치 추정 수단을 가진 수중 항주체와, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체를 접속하고, 상기 수중 항주체에서 얻어진 화상 정보를 포함하는 취득 정보의 전송을 수행하는 정보 전송선과, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체에 목표 위도 및 목표 경도를 설정하는 위치 설정 수단과, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체를 제어하는 제어 수단을 구비하고, 설정된 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도와 상기 중계기 위치 계측 수단에서 계측된 수상 위치를 기반으로 상기 중계기 추진 수단을 구동하고 상기 수상 중계기의 위치를 상기 제어 수단에서 제어함과 아울러, 설정된 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도와 상기 항주체 위치 추정 수단에서 추정된 수중 위치를 기반으로 상기 수중 항주체의 위치를 상기 제어 수단에서 제어함으로써 상기 수중 항주체와 상기 수상 중계기가 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도까지 수면과 수중에서의 연직 위치 관계를 유지하면서 함께 나란히 달리는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 위치 설정 수단을 갖는 모선을 구비하고, 상기 모선과 상기 수상 중계기가 무선 통신을 이용하여 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도 및 상기 취득 정보의 전송을 수행하는 것이 적합하다.
또한, 상기 모선으로부터 상기 수상 중계기 및 상기 수중 항주체의 적어도 하나의 원격 조작이 가능한 것이 적합하다.
또한, 상기 중계기 위치 계측 수단은 위성 측위 시스템 수신기와 자세 방위 기준 장치(AHRS)를 갖는 것이 적합하다. 또한, 상기 항주체 위치 추정 수단은, 관성 항법 장치(INS)와 도플러 대지 속도계(DVL) 또는 자세 방위 기준 장치(AHRS)와 도플러 대지 속도계(DVL)를 갖는 것이 적합하다.
또한, 상기 항주체 위치 추정 수단은 심도계를 가지며, 상기 위치 설정 수단에서 설정된 심도에 상기 수중 항주체가 위치하도록 상기 제어 수단에서 상기 수중 항주체를 제어하는 것이 적합하다.
또한, 상기 수상 중계기는 상기 수중 항주체를 촬상 가능한 중계기 촬상 수단을 갖는 것이 적합하다.
또한, 상기 수중 항주체는 물에 대하여 중성 부력을 갖는 것이 적합하다.
또한, 상기 수상 중계기, 상기 수중 항주체, 상기 정보 전송선 및 상기 제어 수단을 복수 세트 구비하며, 상기 위치 설정 수단에서 상기 복수 세트 별 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도를 설정하는 것이 적합하다.
또한, 상기 정보 전송선의 중간에 다른 상기 수중 항주체를 구비하는 것이 적합하다.
또한, 상기 정보 전송선의 복수 부위에 복수 개의 수진 수단과 음향을 수중에 발진하는 음향 발진 수단을 상기 모선에 가지며, 상기 음향 발진 수단에 의한 음향 발진에 수반되는 지층으로부터의 반사 음향 진동을 복수 개의 상기 수진 수단에서 취득하고, 취득한 상기 반사 음향 진동을 음향 정보로서 상기 정보 전송선을 이용하여 전송하는 것이 적합하다.
청구항 제11항에 대응한 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법은, 상기 수중 항주체를 수중에 투입하는 항주체 투입 단계와, 상기 수중 항주체를 수저에 접근시키고 소정의 위치로 유지하는 항주체 하강 단계와, 상기 수상 중계기를 수면에 투입하는 중계기 투입 단계와, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계에 임하도록 하는 연직 위치 확보 단계와, 상기 연직 위치 관계에 임하도록 한 후에 상기 중계기 위치 계측 수단에서 계측한 상기 수상 위치를 상기 정보 전송선을 통하여 상기 수중 항주체로 전송하고, 상기 수중 항주체의 수중 위치의 초기 위치로서 입력하는 초기 위치 입력 단계를 구비한다.
여기서, 상기 복수 세트 별로 상기 항주체 투입 단계, 상기 항주체 하강 단계, 상기 중계기 투입 단계, 상기 연직 위치 확보 단계 및 상기 초기 위치 입력 단계를 반복하는 것이 적합하다.
또한, 상기 항주체 투입 단계와 항주체 하강 단계 사이에 다른 상기 수중 항주체를 수중에 투입하는 중간 수중 항주체 투입 단계와, 다른 상기 수중 항주체를 상기 수면과 상기 수저 사이의 중간의 위치로 유지하는 중간 수중 항주체 하강 단계를 구비하고, 상기 연직 위치 확보 단계에서 다른 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계에 임하도록 하고, 상기 초기 위치 입력 단계에서 상기 수상 위치를 상기 정보 전송선을 통하여 다른 상기 수중 항주체로 전송하는 것이 적합하다.
또한, 상기 항주체 투입 단계 이전에 상기 수중 항주체 및 상기 수상 중계기의 동작이 정상인지를 확인하는 상태(status) 확인 단계를 구비하는 것이 적합하다.
또한, 상기 항주체 투입 단계와 상기 항주체 하강 단계 사이에 상기 수중 항주체의 상기 항주체 위치 추정 수단의 상기 수중 위치의 추정값이 타당한 값인지를 판단하는 추정값 판단 단계를 구비하는 것이 적합하다.
또한, 상기 연직 위치 확보 단계에서, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계에 임하지 않은 경우, 조작자가 상기 수상 중계기를 조작하여 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계에 임하도록 위치 보정하여 상기 연직 위치 관계를 확보하는 것이 적합하다.
또한, 상기 초기 위치 입력 단계 이후, 상기 위치 설정 수단으로부터 상기 수상 중계기로 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도를 설정하는 목표 위치 설정 단계와, 설정된 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도를 상기 정보 전송선을 통하여 상기 수중 항주체로 전송하고 입력하는 목표 위치 입력 단계와, 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도에 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계를 유지하면서 등속으로 함께 나란히 달려 향하도록 제어하는 항주 제어 단계와, 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도에 도달 후에 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 위치 유지를 수행하는 위치 유지 단계를 더 구비하는 것이 적합하다.
또한, 상기 항주 제어 단계는 상기 중계기 위치 계측 수단에서 계측된 상기 수상 위치를 기반으로 상기 수상 중계기의 위치를 제어함과 아울러, 상기 항주체 위치 추정 수단에서 추정된 상기 수중 위치를 기반으로 상기 수중 항주체의 위치를 제어하는 것이 적합하다.
또한, 상기 항주 제어 단계는, 상기 수상 중계기의 상기 수상 위치가 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도의 도달 범위 내인지 여부를 판단하는 중계기 도달 판단 단계와, 상기 수중 항주체의 상기 수중 위치가 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도의 상기 도달 범위 내인지 여부를 판단하는 항주체 도달 판단 단계를 가지며, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 도달 범위 내에 이른 경우에 상기 위치 유지 단계로 이행하는 것이 적합하다.
또한, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 도달 범위 내에 이르지 않은 경우에 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체를 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도를 향하도록 제어를 속행하는 것이 적합하다.
또한, 조작자가 촬상 수단을 이용하여 상기 수중 항주체의 위치를 확인하는 항주체 위치 확인 단계와, 상기 수상 중계기의 바로 아래에 상기 수중 항주체가 위치하였는지를 판단하는 위치 판단 단계와, 상기 수상 중계기의 바로 아래에 상기 수중 항주체가 위치한 경우에 상기 중계기 위치 계측 수단에서 얻어진 상기 수상 위치를 정보 전송선을 통하여 상기 수중 항주체로 전송하고, 상기 수중 항주체의 수중 위치를 제어하여 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 상기 연직 위치 관계를 보정하는 수중 위치 보정 단계를 구비하는 것이 적합하다.
또한, 상기 항주체 위치 확인 단계에서 상기 조작자가 상기 수중 항주체의 위치를 확인할 수 없는 경우에 상기 수중 항주체의 위치를 제어하여 상기 수중 항주체를 상기 촬상 수단에서 확인할 수 있는 위치까지 상승시키는 항주체 상승 단계를 구비하는 것이 적합하다.
또한, 상기 위치 판단 단계에서 상기 수상 중계기의 바로 아래에 상기 수중 항주체가 위치하지 않았다고 판단된 경우에 상기 조작자의 조작에 의해 상기 수상 중계기의 위치를 제어하여 상기 수중 항주체의 바로 위로 이동시키는 위치 어긋남 보정 단계를 구비하는 것이 적합하다.
또한, 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도에 도달 후에 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 위치를 제어하여 상기 수중 항주체의 항주체 촬상 수단에서 수중을 탐사하는 탐사 단계와, 상기 탐사로 얻어진 화상 정보를 포함하는 취득 정보를 상기 정보 전송선과 상기 무선 통신을 통하여 상기 모선으로 전송하는 정보 전송 단계를 구비하는 것이 적합하다.
또한, 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도에 도달 후에 상기 모선에 가진 상기 음향 발진 수단으로부터 음향을 발진하는 음향 발진 단계와, 복수 개의 상기 수진 수단에서 상기 지층으로부터의 상기 반사 음향 진동을 취득하는 반사 음향 진동 취득 단계와, 취득한 상기 반사 음향 진동을 음향 정보로서 상기 정보 전송선과 상기 무선 통신을 통하여 상기 모선으로 전송하는 정보 전송 단계를 구비하는 것이 적합하다.
청구항 제1항에 대응한 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템에 따르면, 중계기 추진 수단과 중계기 위치 계측 수단을 가진 수상 중계기와, 항주체 위치 추정 수단을 가진 수중 항주체와, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체를 접속하고, 상기 수중 항주체에서 얻어진 화상 정보를 포함하는 취득 정보의 전송을 수행하는 정보 전송선과, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체에 목표 위도 및 목표 경도를 설정하는 위치 설정 수단과, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체를 제어하는 제어 수단을 구비하고, 설정된 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도와 상기 중계기 위치 계측 수단에서 계측된 수상 위치를 기반으로 상기 중계기 추진 수단을 구동하고 상기 수상 중계기의 위치를 상기 제어 수단에서 제어함과 아울러, 설정된 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도와 상기 항주체 위치 추정 수단에서 추정된 수중 위치를 기반으로 상기 수중 항주체의 위치를 상기 제어 수단에서 제어함으로써, 상기 수중 항주체와 상기 수상 중계기가 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도까지 수면과 수중에서의 연직 위치 관계를 유지하면서 함께 나란히 달림으로써, 상기 수중 항주체에서 취득된 촬상 화상 등의 대용량의 화상 정보를 상기 수상 중계기를 통하여 모선 등으로 고속으로 안정적으로 전송할 수 있다.
여기서, 상기 위치 설정 수단을 갖는 모선을 구비하고, 상기 모선과 상기 수상 중계기가 무선 통신을 이용하여 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도 및 상기 취득 정보의 전송을 수행함으로써, 상기 모선으로부터 상기 수상 중계기까지를 케이블 등의 유선으로 접속하지 않고, 상기 모선과 상기 수상 중계기 간의 통신을 수행할 수 있다.
또한, 상기 모선으로부터 상기 수상 중계기 및 상기 수중 항주체의 적어도 하나의 원격 조작이 가능함으로써, 상기 수상 중계기 및 상기 수중 항주체를 각각의 목표 위치로 이동시키고, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체를 적절한 상대적인 위치 관계로 할 수 있다.
또한, 상기 중계기 위치 계측 수단은 위성 측위 시스템 수신기와 자세 방위 기준 장치(AHRS)를 가짐으로써, 상기 위성 측위 시스템 수신기와 상기 자세 방위 기준 장치(AHRS)를 이용하여 상기 수상 중계기의 위치를 계측할 수 있다. 또한, 상기 항주체 위치 추정 수단은 관성 항법 장치(INS)와 도플러 대지(對地) 속도계(DVL) 또는 자세 방위 기준 장치(AHRS)와 도플러 대지 속도계(DVL)를 가짐으로써, 상기 관성 항법 장치(INS)와 상기 도플러 대지 속도계(DVL) 또는 상기 자세 방위 기준 장치(AHRS)와 상기 도플러 대지 속도계(DVL)를 이용하여 상기 수중 항주체의 위치를 계측할 수 있다.
또한, 상기 항주체 위치 추정 수단은 심도계를 가지며, 상기 위치 설정 수단에서 설정된 심도에 상기 수중 항주체가 위치하도록 상기 제어 수단에서 상기 수중 항주체를 제어함으로써, 상기 수중 항주체를 목표가 되는 심도를 향해 항주시킬 수 있다.
또한, 상기 수상 중계기는 상기 수중 항주체를 촬상 가능한 중계기 촬상 수단을 가짐으로써, 상기 중계기 촬상 수단에 의해 촬상된 화상에서 상기 수중 항주체를 확인하고, 확인된 상황에 따라 상기 수중 항주체와 상기 수상 중계기를 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 수중 항주체는 물에 대하여 중성 부력을 가짐으로써, 상기 수중 항주체의 부력을 용이하게 확보할 수 있다.
또한, 상기 수상 중계기, 상기 수중 항주체, 상기 정보 전송선 및 상기 제어 수단을 복수 세트 구비하고, 상기 위치 설정 수단에서 상기 복수 세트 별 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도를 설정함으로써, 동시에 넓은 범위의 자원이나 수저 케이블 등의 검사 대상물을 조사할 수 있고, 조사 시간을 단축할 수 있다.
또한, 상기 정보 전송선의 중간에 다른 상기 수중 항주체를 구비함으로써, 중간의 다른 수중 항주체의 수평 위치(위도 및 경도) 및 심도(고도)를 제어함으로써 수상 중계기에 대하여 보다 높은 정밀도의 위치 제어를 실현할 수 있다.
또한, 상기 정보 전송선의 복수 부위에 복수 개의 수진(受振) 수단과 음향을 수중에 발진하는 음향 발진 수단을 상기 모선에 가지며, 상기 음향 발진 수단에 의한 음향 발진에 따른 지층으로부터의 반사 음향 진동을 복수 개의 상기 수진 수단에서 취득하고, 취득한 상기 반사 음향 진동을 음향 정보로서 상기 정보 전송선을 이용하여 전송함으로써, VCS(Vertical Cable Seismic) 분석 등의 분석을 적용하여 수저나 반사면의 구조를 높은 정밀도로 파악할 수 있다.
청구항 제11항에 대응한 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법에 따르면, 상기 수중 항주체를 수중에 투입하는 항주체 투입 단계와, 상기 수중 항주체를 수저에 근접시키고 소정의 위치로 유지하는 항주체 하강 단계와, 상기 수상 중계기를 수면에 투입하는 중계기 투입 단계와, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계에 임하도록 하는 연직 위치 확보 단계와, 상기 연직 위치 관계에 임하도록 한 후에 상기 중계기 위치 계측 수단에서 계측한 상기 수상 위치를 상기 정보 전송선을 통하여 상기 수중 항주체로 전송하고, 상기 수중 항주체의 수중 위치의 초기 위치로서 입력하는 초기 위치 입력 단계를 구비함으로써, 상기 수중 항주체에서 취득된 촬상 화상 등의 정보를 상기 수상 중계기를 통하여 모선 등에 고속으로 안정적으로 통신할 수 있다.
여기서, 상기 복수 세트 별로 상기 항주체 투입 단계, 상기 항주체 하강 단계, 상기 중계기 투입 단계, 상기 연직 위치 확보 단계 및 상기 초기 위치 입력 단계를 반복함으로써, 동시에 넓은 범위의 자원이나 수저 케이블 등의 검사 대상물을 조사할 수 있고, 조사 시간을 단축할 수 있다.
또한, 상기 항주체 투입 단계와 항주체 하강 단계 사이에 다른 상기 수중 항주체를 수중에 투입하는 중간 수중 항주체 투입 단계와, 다른 상기 수중 항주체를 상기 수면과 상기 수저 사이의 중간의 위치로 유지하는 중간 수중 항주체 하강 단계를 구비하고, 상기 연직 위치 확보 단계에서 다른 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계에 임하도록 하고, 상기 초기 위치 입력 단계에서 상기 수상 위치를 상기 정보 전송선을 통하여 다른 상기 수중 항주체로 전송함으로써, 동시에 넓은 범위의 자원이나 수저 케이블 등의 검사 대상물을 조사할 수 있고, 조사 시간을 단축할 수 있다.
여기서, 상기 항주체 투입 단계 이전에 상기 수중 항주체 및 상기 수상 중계기의 동작이 정상인지를 확인하는 상태 확인 단계를 구비함으로써, 상기 수중 항주체 및 상기 수상 중계기가 정상임을 확인한 후에 상기 수중 항주체 및 상기 수상 중계기를 투입할 수 있다.
또한, 상기 항주체 투입 단계와 상기 항주체 하강 단계 이전에, 상기 수중 항주체의 상기 항주체 위치 추정 수단의 상기 수중 위치의 추정값이 타당한 값인지를 판단하는 추정값 판단 단계를 구비함으로써, 상기 수중 항주체의 상기 항주체 위치 추정 수단의 동작을 확인한 후에 상기 수중 항주체를 수중에 강하시킬 수 있다.
또한, 상기 연직 위치 확보 단계에서, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계에 임하지 않은 경우, 조작자가 상기 수상 중계기를 조작하여 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계에 임하도록 위치 보정하여 상기 연직 위치 관계를 확보함으로써, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체를 적절한 상기 연직 위치 관계로 할 수 있다.
또한, 상기 초기 위치 입력 단계 이후, 상기 위치 설정 수단으로부터 상기 수상 중계기로 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도를 설정하는 목표 위치 설정 단계와, 설정된 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도를 상기 정보 전송선을 통하여 상기 수중 항주체로 전송하고 입력하는 목표 위치 입력 단계와, 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도에 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계를 유지하면서 등속으로 함께 나란히 달려 향하도록 제어하는 항주 제어 단계와, 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도에 도달 후에 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 위치 유지를 수행하는 위치 유지 단계를 더 구비함으로써, 상기 수상 중계기 및 상기 수중 항주체를 목표 위치로 이동시키고, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 위치 관계를 유지할 수 있다.
또한, 상기 항주 제어 단계는, 상기 중계기 위치 계측 수단에서 계측된 상기 수상 위치를 기반으로 상기 수상 중계기의 위치를 제어함과 아울러, 상기 항주체 위치 추정 수단에서 추정된 상기 수중 위치를 기반으로 상기 수중 항주체의 위치를 제어함으로써, 상기 수상 위치를 기반으로 상기 수상 중계기를 목표 위치에 이동시킴과 아울러 상기 수중 위치를 기반으로 상기 수중 항주체를 목표 위치로 이동시키고, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 위치 관계를 유지할 수 있다.
또한, 상기 항주 제어 단계는, 상기 수상 중계기의 상기 수상 위치가 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도의 도달 범위 내인지 여부를 판단하는 중계기 도달 판단 단계와, 상기 수중 항주체의 상기 수중 위치가 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도의 상기 도달 범위 내인지 여부를 판단하는 항주체 도달 판단 단계를 가지며, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 도달 범위 내에 이른 경우에 상기 위치 유지 단계로 이행함으로써, 상기 수상 중계기 및 상기 수중 항주체를 각각 목표 위치의 도달 범위 내로 이동시키고, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 위치 관계를 유지할 수 있다.
또한, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 도달 범위 내에 이르지 않은 경우에 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체를 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도를 향하게 하도록 제어를 속행함으로써, 상기 수상 중계기 및 상기 수중 항주체를 각각 목표 위치의 도달 범위 내로 이동시키고, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 위치 관계를 유지할 수 있다.
또한, 촬상 수단을 이용하여 상기 수중 항주체의 위치를 확인하는 항주체 위치 확인 단계와, 상기 수상 중계기의 바로 아래에 상기 수중 항주체가 위치하였는지를 판단하는 위치 판단 단계와, 상기 수상 중계기의 바로 아래에 상기 수중 항주체가 위치한 경우에, 상기 중계기 위치 계측 수단에서 얻어진 상기 수상 위치를 정보 전송선을 통하여 상기 수중 항주체로 전송하고, 상기 수중 항주체의 수중 위치를 제어하여 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 상기 연직 위치 관계를 보정하는 수중 위치 보정 단계를 구비함으로써, 상기 촬상된 화상에서 상기 수중 항주체를 확인하고, 상기 수상 중계기의 바로 아래에 상기 수중 항주체가 위치하도록 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 연직 방향의 위치 관계를 보정할 수 있다.
또한, 상기 항주체 위치 확인 단계에서 상기 조작자가 상기 수중 항주체의 위치를 확인할 수 없는 경우에, 상기 수중 항주체의 위치를 제어하여 상기 수중 항주체를 상기 촬상 수단에서 확인할 수 있는 위치까지 상승시키는 항주체 상승 단계를 구비함으로써, 상기 수중 항주체를 상승시켜 상기 촬상된 화상에서 상기 수중 항주체를 확인할 수 있는 상황으로 할 수 있다.
또한, 상기 위치 판단 단계에서 상기 수상 중계기의 바로 아래에 상기 수중 항주체가 위치하지 않았다고 판단된 경우에, 상기 조작자의 조작에 의해 상기 수상 중계기의 위치를 제어하여 상기 수중 항주체의 바로 위로 이동시키는 위치 어긋남 보정 단계를 구비함으로써, 상기 수중 항주체의 바로 아래에 상기 수상 중계기가 위치하도록 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 연직 방향의 위치 관계를 보정할 수 있다.
또한, 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도에 도달 후에 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 위치를 제어하여, 상기 수중 항주체의 항주체 촬상 수단에서 수중을 탐사하는 탐사 단계와, 상기 탐사로 얻어진 화상 정보를 포함하는 취득 정보를 상기 정보 전송선과 상기 무선 통신을 통하여 상기 모선으로 전송하는 정보 전송 단계를 구비함으로써, 수중 항주체에 의해 얻어진 화상 정보를 영사하거나 분석할 수 있다.
또한, 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도에 도달 후에 상기 모선에 가진 상기 음향 발진 수단으로부터 음향을 발진하는 음향 발진 단계와, 복수 개의 상기 수진 수단에서 상기 지층으로부터의 상기 반사 음향 진동을 취득하는 반사 음향 진동 취득 단계와, 취득한 상기 반사 음향 진동을 음향 정보로서 상기 정보 전송선과 상기 무선 통신을 통하여 상기 모선으로 전송하는 정보 전송 단계를 구비함으로써, VCS(Vertical Cable Seismic) 분석 등의 분석을 적용하여 수저나 반사면의 구조를 높은 정밀도로 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 구성 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서 수중 항주체의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 있어서 수상 중계기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 있어서 모선의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 있어서 수중 항주체 및 수상 중계기의 투입 시의 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 있어서 수중 항주체 및 수상 중계기의 항주 시의 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 있어서 수중 항주체 및 수상 중계기의 연직 위치의 보정 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 변형예 1에 있어서 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 구성 개념도이다.
도 9는 본 발명의 변형예 2에 있어서 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 구성 개념도이다.
도 10은 본 발명의 변형예 2에 있어서 수중 항주체 및 수상 중계기의 투입 시의 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 변형예 3에 있어서 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 구성 개념도이다.
도 12는 본 발명의 변형예 3에 있어서 음향 발진기 및 수진기를 이용한 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 있어서 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템을 이용한 측정 처리를 나타내는 흐름도이다.
<수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템>
본 발명의 실시 형태에 있어서, 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 수중 항주체(100), 수상 중계기(200) 및 모선(300)을 포함하여 구성된다. 수중 항주체(100)는 수면과 수저(400) 사이의 수중에서 사용된다. 또한, 수상 중계기(200)는 수면에서 사용된다.
수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)는 케이블(500)에 의해 연결된다. 아울러, 연결 시스템의 연결이란 단순히 케이블(500) 등으로 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)를 연결하는 것뿐만 아니라, 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 연계(連係)하여 항주하는 것, 제휴(連携)하여 작업을 수행하는 것 등도 포함하는 것이다. 또한, 케이블(500)에는 정보를 전송하는 기능 이외에 전력의 전송이나 예인(曳引)의 기능 등을 가지도록 할 수도 있다.
수중 항주체(100)는 수중을 자율 항주하여 목표물인 자원이나 수저 케이블 등의 검사 대상물을 조사하기 위하여 사용된다. 수중 항주체(100)의 이용 범위는 해중에 한정되지 않으며, 하천, 호수, 연못, 늪(웅덩이) 등이나 인공의 풀(pool) 등에서 이용할 수도 있다. 수상 중계기(200)는 수중 항주체(100)를 추종하여 수상을 항주하여 수중 항주체(100)와 모선(300) 사이의 통신을 중계하기 위하여 사용된다. 모선(300)은 수중 항주체(100)로부터 조사에 관한 정보를 수신함과 아울러, 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)에 대하여 항주를 위한 정보를 제공한다.
아울러, 본 실시 형태에서는 모선(300)으로 하였으나, 특별히 선박에 한정되는 것은 아니며, 육상에 배치된 기지국일 수도 있고, 수중에 배치한 수중 모함(母艦)일 수도 있고, 공중을 비행하는 비행체일 수도 있다. 특히, 수중에 배치한 수중 모함의 경우, 예를 들면, 수면 근방에 수중 모함을 배치하고 공중을 향하도록 한 안테나에 의해 전파를 이용하여 수상 중계기(200)와 통신을 하는 것이나, 완전히 수중에 배치하고 광통신을 이용하여 수상 중계기(200)와 직접 통신하는 것도 가능하다.
<수중 항주체의 구성>
본 발명의 실시 형태에 있어서, 수중 항주체(100)는, 도 2의 구성 개념도에 나타낸 바와 같이, 정체(艇體, 보트 몸체)(10), 제어 수단(12), 저장 수단(14), 통신 수단(16), 항주 수단(18), 항주체 위치 추정 수단(20) 및 항주체 촬상 수단(22)을 포함하여 구성된다. 수중 항주체(100)는, 예를 들면, 자율형 무인 잠수기(AUV)이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정체(10)는 선실(艇室, cabin) 등의 공간을 구성하는 밀폐 가능한 구조체이다. 정체(10)는 금속이나 강화 플라스틱 등에 의해 구성되며, 수중 항주체(100)의 구성 요소를 기계적으로 지지하는 역할도 한다. 정체(10)는 수중 항주체(100)가 중성 부력을 갖도록 구성되는 것이 적합하다.
제어 수단(12)은 수중 항주체(100)에 있어서의 각종 기능을 제어하기 위한 수단이다. 제어 수단(12)은 컴퓨터에 있어서의 CPU 등일 수 있다. 제어 수단(12)은 미리 정해진 제어 프로그램을 실행함으로써 수중 항주체(100)에 탑재된 각 수단을 통합적으로 제어한다.
저장 수단(14)은 수중 항주체(100)에서 이용되는 정보나 수중 항주체(100)의 제어 프로그램을 저장시켜 두기 위한 수단이다. 저장 수단(14)은 예를 들면, 반도체 메모리, 하드 디스크 등일 수 있다.
저장 수단(14)에는 수중 항주체(100)의 위치의 제어에서 수중 항주체(100)의 목표 위치를 나타내는 정보가 저장된다. 목표 위치는, 예를 들면, 목표 위도 및 목표 경도를 포함하는 초기 위치 및 웨이 포인트(Way Point)(잠항점(潛航點))로서 저장된다. 즉, 수중 항주체(100)의 정체(10)가 수중을 항주할 때의 초기 위치 및 항주의 경로를 나타내는 웨이 포인트(잠항점)가 설정 및 저장된다. 초기 위치 및 웨이 포인트는 정체(10)가 항주하는 목표가 되는 수중의 경로를 이산적인 좌표점으로 차례로 표시한 정보이다. 또한, 초기 위치 및 웨이 포인트는 목표 위도 및 목표 경도에 더하여, 수면으로부터의 심도의 조합으로서 표시할 수도 있다.
또한, 저장 수단(14)은 후술하는 항주체 위치 추정 수단(20)에서 추정된 수중 항주체(100)의 자기 위치의 추정값을 저장한다. 또한, 저장 수단(14)은 후술하는 항주체 촬상 수단(22)에서 취득된 화상 정보를 저장한다.
통신 수단(16)은 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200) 사이에서 정보를 통신하기 위한 수단이다. 통신 수단(16)은 정보 전송선(24)을 통하여 수상 중계기(200)로부터 정보를 수신하고, 정보 전송선(24)을 통하여 수중 항주체(100)에서 취득된 정보를 수상 중계기(200)로 송신한다. 정보 전송선(24)은 케이블(500)의 일부로 할 수 있다. 통신 수단(16)은 예를 들면, 통신 프로토콜로서 이더넷(Ethernet)을 채용하면 된다. 이 경우, 정보 전송선(24)은 이더넷(Ethernet) 케이블이 된다.
여기서, 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200) 사이를 유선 통신으로 함으로써, 수중을 음향 신호로 전달하는 방법에 비해 고속으로 대용량의 통신을 수행할 수 있다. 이에 따라, 수중 항주체(100)는 수상 중계기(200) 및 모선(300)과 고속으로 통신할 수 있고, 대용량의 화상 정보 등을 전송할 수 있다. 특히, 대용량의 화상 정보 등은 시간을 들이면 수중 음향 통신에 의해 수중 항주체(100)로부터 수상 중계기(200)로 전송하는 것도 가능한 기술이 출현되어는 왔으나, 수중 항주체(100)가 수중을 항주하면서 촬상한 화상 정보 등을 전송하는 경우에는 실시간성이 부족하여 수중 조사를 하는 목적에 부합하지 않는다.
아울러, 정보 전송선(24)의 길이는 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 항주 예정 수역의 최대 수심에 대하여 여유를 갖도록 해 두는 것이 적합하다. 예를 들면, 수중 항주체(100)가 항주할 예정의 최대 수심이 15m인 경우, 정보 전송선(24)의 케이블 길이는 20m로 해 두면 좋다. 이에 따라, 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)의 위치 관계를 적절히 유지하면서 함께 나란히 달리는 것이 가능해진다. 다만, 수상 중계기(200)에 정보 전송선(24)의 조출·권출 장치를 탑재하고, 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200) 사이의 거리에 따라 정보 전송선(24)을 조출하거나 권선하는 것과 같은 구성으로 할 수도 있다.
항주 수단(18)은 정체(10)를 추진시키기 위한 구동력을 발생시키고, 정체(10)를 좌우 상하 방향으로 선회(회두(回頭, 머리를 돌림))시키기 위한 수단이다. 항주 수단(18)은 예를 들면, 구동력 발생을 위한 기구로서 주추진기 구동 모터, 프로펠러, 회전축 등을 포함하여 구성된다. 주추진기 구동 모터는 정체(10)에 대하여 구동력을 제공하기 위한 모터이다. 주추진기 구동 모터는 전지로부터의 전력에 의해 제어 수단(12)으로부터의 구동 제어 신호에 따른 회전 수 및 토크로 항주 수단(18)의 회전축을 회전 구동시킨다. 이에 따라, 구동축에 접속된 프로펠러가 회전되어 정체(10)에 추진력이 제공된다. 또한, 항주 수단(18)은 예를 들면, 정체(10)를 상하 좌우 방향으로 선회(회두)시키기 위한 타(舵, rudder, 키)를 포함한다. 수직타를 정체(10)에 대하여 우 또는 좌로 기울임으로써, 정체(10)를 좌 또는 우로 회두시킬 수 있다. 수직타는 수직타 구동 모터에 의해 회전시킬 수 있다. 수직타 구동 모터는 제어 수단(12)로부터의 수직타 제어 신호에 따른 각도가 되도록 수직타를 회전 구동시킨다. 수평타를 정체(10)에 대하여 위 또는 아래로 기울임으로써, 정체(10)를 머리 내림(피치 다운) 또는 머리 올림(피치 업)시킬 수 있다. 수평타는 수평타 구동 모터에 의해 구동할 수 있다. 수평타 구동 모터는 제어 수단(12)으로부터의 수평타 제어 신호에 따른 각도가 되도록 수평타를 회전 구동시킨다. 아울러, 좌우에 각각 개별적인 항주 수단(18)을 마련해 두었다가, 수직타에 의하지 않고, 좌우의 항주 수단(18)의 추력의 밸런스를 조정함으로써 정체(10)를 좌우 방향으로 선회(회두)시키는 구성으로 할 수도 있다.
항주체 위치 추정 수단(20)은 수중에 있어서의 정체(10)의 현재의 위치(수중 위치)를 자기 위치로서 추정하기 위한 구성요소를 포함하여 구성된다. 항주체 위치 추정 수단(20)은 예를 들면, 프로그래밍 가능한 마이크로 컴퓨터에 의해 실현할 수 있다. 항주체 위치 추정 수단(20)에서 추정된 수중 항주체(100)의 자기 위치는 제어 수단(12)에 입력된다. 제어 수단(12)은 입력된 수중 항주체(100)의 자기 위치를 저장 수단(14)에 저장시킴과 아울러, 수중 항주체(100)의 위치의 제어에 이용한다.
항주체 위치 추정 수단(20)은 관성 항법 장치(INS)를 포함하는 구성으로 할 수 있다. 관성 항법 장치는 수중 항주체(100)의 속도를 측정하는 속도계를 포함하여 구성된다. 속도계는, 예를 들면, 도플러 대지 속도계(DVL)에 의해 구성할 수 있다. 관성 항법에서는 속도계에서 검출된 수중 항주체(100)의 속도를 적분함으로써수중 항주체(100)의 기점으로부터의 이동 거리를 구함으로써 수중 항주체(100)의 자기 위치를 추정한다.
또한, 항주체 위치 추정 수단(20)은 자세 방위 기준 장치(AHRS)를 포함하는 구성으로 할 수 있다. 자세 방위 기준 장치는 자이로 등을 이용한 관성 항법 장치의 일종으로서, 도플러 대지 속도계(DVL) 등의 속도계와 조합됨으로써 수중 항주체(100)의 수중에 있어서의 회전 및 직선 운동을 연산하여 출력한다. 항주체 위치 추정 수단(20)은 자세 방위 기준 장치에서 연산된 수중 항주체(100)의 회전 및 직선 운동을 적분함으로써 수중 항주체(100)의 기점으로부터의 이동 거리를 구함으로써 수중 항주체(100)의 자기 위치를 추정한다.
또한, 항주체 위치 추정 수단(20)은 수중 항주체(100)의 수중에서의 심도를 계측하기 위한 심도계를 포함할 수도 있다. 심도계에 의해 계측된 수중 항주체(100)의 심도는 제어 수단(12)에 입력된다. 제어 수단(12)은 입력된 수중 항주체(100)의 심도를 저장 수단(14)에 저장시킴과 아울러, 수중 항주체(100)의 심도의 제어에 이용한다.
항주체 위치 추정 수단(20)에서 추정된 자기 위치를 기반으로 정체(10)의 항주 제어가 수행된다. 제어 수단(12)은 저장 수단(14)에 미리 설정된 웨이 포인트를 차례로 읽어내고, 해당 웨이 포인트와 항주체 위치 추정 수단(20)에서 추정된 정체(10)의 자기 위치 사이의 차이가 작아지도록 항주 수단(18)을 제어한다.
항주 수단(18)의 제어는 정체 운동 모델을 기반으로 수행할 수도 있다. 정체 운동 모델은 AUV 다이나믹스(dynamics)라고도 불리며, 수중에서의 정체(10)의 운동 성능을 나타내는 운동 방정식으로 이루어진다. 구체적으로는, 항주 수단(18)에 있어서의 주추진기 구동 모터, 수직타, 수평타 등의 응답 특성이나 정체(10)의 이동 특성 등을 기반으로 주추진기 구동 모터, 수직타, 수평타 등의 제어를 수행하도록 할 수도 있다.
또한, 항주체 위치 추정 수단(20)에서 추정된 정체(10)의 자기 위치를 수정하는 수중 항주체 수정 정보에 따라 항주 수단(18)은 제어된다. 제어 수단(12)은 모선(300)로부터 송신되는 수중 항주체 수정 정보에 따라 항주의 목표 위치를 수정함으로써 정체(10)를 목표 위치에 근접시키도록 항주 수단(18)을 제어한다. 즉, 항주 수단(18)은 수중 항주체 수정 정보에 따라 제어됨으로써 정체(10)의 초기 위치나 웨이 포인트의 설정을 기반으로 한 위치 오차나 항주체 위치 추정 수단(20)에 있어서의 자기 위치의 추정에 있어서의 위치 오차를 보상할 수 있다.
항주체 촬상 수단(22)은 정체(10)의 외부를 촬상하기 위한 구성 요소를 포함하여 구성된다. 항주체 촬상 수단(22)은 예를 들면, 정지 화상을 촬상하기 위한 카메라, 동영상을 촬상하기 위한 비디오 등으로 할 수 있다. 항주체 촬상 수단(22)에서 얻어진 화상이나 동영상에 관한 화상 정보(촬상 데이터)는 저장 수단(14)에 저장된다. 또한, 항주체 촬상 수단(22)에서 얻어진 화상이나 동영상에 관한 화상 정보(촬상 데이터)는 통신 수단(16)을 이용하여 정보 전송선(24)을 통하여 수상 중계기(200)로 송신된다.
아울러, 항주체 촬상 수단(22)을 복수 개 마련하여, 스테레오 비전(Stereo vision)을 기반으로 정체(10)와 목표물 간의 상대적인 위치를 취득할 수 있도록 할 수도 있다. 해당 상대적 위치 정보는 후술하는 항주체 위치 추정 수단(20)에 있어서의 수중 항주체(100)의 자기 위치의 추정에서 오차의 수정에 이용할 수 있다.
또한, 본 실시 형태로서 수중 항주체(100)에 항주체 촬상 수단(22)을 마련한 구성으로 하였으나, 수중에서의 상황을 수중 항주체(100)에서 취득할 수 있는 수단이면 된다. 예를 들면, 음파나 초음파를 이용한 소나(sonar)에 의해 수저의 형상 등을 취득하도록 할 수도 있다. 이 경우, 얻어진 정보는 저장 수단(14)에 저장됨과 아울러, 통신 수단(16)을 이용하여 정보 전송선(24)을 통하여 수상 중계기(200)로 송신된다.
<수상 중계기의 구성>
본 발명의 실시 형태에 있어서, 수상 중계기(200)는 도 3의 구성 개념도에 나타낸 바와 같이, 기체(機體)(30), 제어 수단(32), 저장 수단(34), 통신 수단(36), 중계기 추진 수단(38), 중계기 위치 계측 수단(40) 및 중계기 촬상 수단(42)을 포함하여 구성된다. 수상 중계기(200)는 예를 들면, 자율형 무인 양상(洋上) 중계기(ASV)이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기체(30)는 선실 등의 공간을 구성하는 밀폐 가능한 구조체이다. 기체(30)는 금속이나 강화 플라스틱 등에 의해 구성되며, 수상 중계기(200)의 구성 요소를 기계적으로 지지하는 역할도 한다.
제어 수단(32)은 수상 중계기(200)에 있어서의 각종 기능을 제어하기 위한 수단이다. 제어 수단(32)은 컴퓨터에 있어서의 CPU 등으로 할 수 있다. 제어 수단(32)은 미리 정해진 제어 프로그램을 실행함으로써 수상 중계기(200)에 탑재된 각 수단을 통합적으로 제어한다. 아울러, 수상 중계기(200)의 제어 수단(32)과 수중 항주체(100)의 제어 수단(12)을 집약하여 어느 하나를 구비하는 구성으로 할 수도 있다.
저장 수단(34)은 수상 중계기(200)에서 이용되는 정보나 수상 중계기(200)의 제어 프로그램을 저장시켜 두기 위한 수단이다. 저장 수단(34)은, 예를 들면, 반도체 메모리, 하드 디스크 등으로 할 수 있다.
저장 수단(34)에는 수상 중계기(200)의 위치의 제어에서 수상 중계기(200)의 목표 위치를 나타내는 정보가 저장된다. 목표 위치는, 예를 들면, 목표 위도 및 목표 경도를 포함하는 초기 위치 및 웨이 포인트(항주점)로서 저장된다. 즉, 수상 중계기(200)의 기체(30)가 수상을 항주할 때의 초기 위치 및 항주의 경로를 나타내는 웨이 포인트가 설정 및 저장된다. 초기 위치 및 웨이 포인트는 기체(30)가 항주하는 목표가 되는 수상의 경로를 이산적인 좌표점으로 차례로 표시한 정보이다.
또한, 저장 수단(34)은 후술하는 중계기 위치 계측 수단(40)에서 계측된 수상 중계기(200)의 자기 위치의 정보를 저장한다. 또한, 저장 수단(34)은 후술하는 중계기 촬상 수단(42)에서 취득된 화상 정보를 저장한다.
통신 수단(36)은 수상 중계기(200)와 수중 항주체(100) 사이에서 정보를 통신하고, 수상 중계기(200)와 모선(300) 사이에서 정보를 통신하기 위한 수단이다. 통신 수단(36)은 정보 전송선(24)을 통하여 수중 항주체(100)로부터 정보를 수신하고, 정보 전송선(24)을 통하여 정보를 수중 항주체(100)로 송신한다. 또한, 통신 수단(36)은 무선 통신기(26)를 통하여 모선(300)로부터 정보를 수신하고, 무선 통신기(26)를 통하여 정보를 모선(300)로 송신한다. 무선 통신기(26)를 이용한 통신은, 예를 들면, 2. 4GHz의 주파수 대를 이용한 Wi-Fi 시스템으로 할 수 있다. 단, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, UHF 통신, VHF 통신, 광통신, 위성 통신 등의 무선 통신으로 할 수도 있다.
아울러, 모선(300)과 수상 중계기(200) 사이를 무선 통신으로 함으로써, 유선 통신을 적용한 경우에 비해 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 이동 가능 범위를 확대할 수가 있다.
중계기 추진 수단(38)은 기체(30)를 추진시키기 위한 구동력을 발생시키고, 기체(30)를 좌우 방향으로 선회(회두)시키기 위한 수단이다. 중계기 추진 수단(38)은, 예를 들면, 구동력 발생을 위한 기구로서 주추진기 구동 모터, 프로펠러, 회전축 등을 포함하여 구성된다. 주추진기 구동 모터는 기체(30)에 대하여 구동력을 제공하기 위한 모터이다. 주추진기 구동 모터는 전지로부터의 전력에 의해 제어 수단(32)으로부터의 구동 제어 신호에 따른 회전 수 및 토크로 중계기 추진 수단(38)의 회전축을 회전 구동시킨다. 이에 따라, 구동축에 접속된 프로펠러가 회전되어 기체(30)에 추진력이 제공된다. 또한, 중계기 추진 수단(38)은, 예를 들면, 기체(30)를 좌우 방향으로 선회(회두)시키기 위한 키를 포함한다. 수직타를 기체(30)에 대하여 우 또는 좌로 기울임으로써 기체(30)를 좌 또는 우로 회두시킬 수 있다. 수직타는 수직타 구동 모터에 의해 회전시킬 수 있다. 수직타 구동 모터는 제어 수단(32)으로부터의 수직타 제어 신호에 따른 각도가 되도록 수직타를 회전 구동시킨다. 아울러, 좌우에 각각 개별적인 중계기 추진 수단(38)을 마련해 두었다가, 수직타에 의하지 않고, 좌우의 중계기 추진 수단(38)의 추력의 밸런스를 조정함으로써 기체(30)를 좌우 방향으로 선회(회두)시키는 구성으로 할 수도 있다.
중계기 위치 계측 수단(40)은 수상에서의 기체(30)의 현재 위치를 자기 위치로서 계측하기 위한 구성요소를 포함하여 구성된다. 중계기 위치 계측 수단(40)은 예를 들면, 프로그래밍 가능한 마이크로 컴퓨터에 의해 실현할 수 있다. 중계기 위치 계측 수단(40)에서 계측된 수상 중계기(200)의 자기 위치는 제어 수단(32)에 입력된다. 제어 수단(32)은 입력된 수상 중계기(200)의 자기 위치를 저장 수단(14)에 저장시킴과 아울러, 수상 중계기(200)의 위치의 제어에 이용한다.
중계기 위치 계측 수단(40)은 위성 측위 시스템(GPS:Global Positioning System)의 수신기(40a)를 포함하는 구성으로 할 수 있다. 중계기 위치 계측 수단(40)은 수신기(40a)에 의해 수신된 GPS 신호를 기반으로 수상 중계기(200)의 현재의 자기 위치(수상 위치)를 계측한다. 계측된 수상 중계기(200)의 자기 위치는 제어 수단(32)에 입력되고, 수상 중계기(200)의 위치의 제어에 이용된다. 또한, 중계기 위치 계측 수단(40)은 자세 방위 기준 장치(AHRS)를 포함하는 구성으로 할 수 있다. 자세 방위 기준 장치를 이용하여 중계기 위치 계측 수단(40)에서 계측되는 수상 중계기(200)의 자기 위치의 보정을 할 수 있다.
중계기 촬상 수단(42)은 기체(30)의 외부를 촬상하기 위한 구성요소를 포함하여 구성된다. 중계기 촬상 수단(42)은 예를 들면, 정지 화상을 촬상하기 위한 카메라, 동영상을 촬상하기 위한 비디오 등으로 할 수 있다. 중계기 촬상 수단(42)에서 얻어진 화상이나 동영상에 관한 화상 정보(촬상 데이터)는 저장 수단(34)에 저장된다. 또한, 중계기 촬상 수단(42)에서 얻어진 화상이나 동영상에 관한 화상 정보(촬상 데이터)는 통신 수단(36)을 이용하여 무선 통신기(26)를 통하여 모선(300)으로 송신된다.
중계기 위치 계측 수단(40)에서 계측된 자기 위치를 기반으로 기체(30)의 항주 제어가 수행된다. 제어 수단(32)은 저장 수단(34)에 미리 설정된 웨이 포인트를 차례로 읽어내고, 해당 웨이 포인트와 중계기 위치 계측 수단(40)에서 계측된 기체(30)의 자기 위치 사이의 차이가 작아지도록 중계기 추진 수단(38)을 제어한다.
중계기 추진 수단(38)의 제어는 정체 운동 모델을 기반으로 수행할 수도 있다. 정체 운동 모델은 ASV 다이나믹스라고도 불리며, 수상에서의 기체(30)의 운동 성능을 나타내는 운동 방정식으로 이루어진다. 구체적으로는, 중계기 추진 수단(38)에 있어서의 주추진기 구동 모터, 수직타, 수평타 등의 응답 특성이나 기체(30)의 이동 특성 등에 기초하여 주추진기 구동 모터, 프로펠러, 수직타 등의 제어를 수행하도록 할 수도 있다.
또한, 중계기 위치 계측 수단(40)에서 추정된 기체(30)의 자기 위치를 수정하는 수상 중계기 수정 정보에 따라 중계기 추진 수단(38)은 제어된다. 제어 수단(32)은 모선(300)로부터 송신되는 수상 중계기 수정 정보에 따라 항주의 목표 위치를 수정함으로써 기체(30)를 목표 위치에 근접시키도록 중계기 추진 수단(38)을 제어한다. 즉, 중계기 추진 수단(38)은 수상 중계기 수정 정보에 따라 제어됨으로써 기체(30)의 초기 위치나 웨이 포인트의 설정을 기반으로 한 위치 오차나 중계기 위치 계측 수단(40)에 있어서의 자기 위치의 계측에 있어서의 위치 오차를 보상할 수 있다.
아울러, 수상 중계기(200)는 수중 항주체(100)의 이동에 따라 함께 나란히 달리도록 할 수도 있다. 수상 중계기(200)와 수중 항주체(100)가 정보 전송선(24)에 의해 유선 접속되어 있는 경우, 수중 항주체(100)가 이동하면 정보 전송선(24)에 의해 수상 중계기(200)가 잡아당겨짐으로써도 수상 중계기(200)를 수중 항주체(100)에 연동시킬 수 있다.
<모선의 구성>
본 발명의 실시 형태에 있어서, 모선(300)은 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 기지가 되는 선박이다. 모선(300)은 도 4의 구성 개념도에 나타낸 바와 같이, 정체(50), 측위 수단(52), 위치 설정 수단(54), 화상 표시 수단(56), 조작 수단(58), 연결 수단(60) 및 통신 수단(62)을 포함하여 구성된다.
정체(50)는 모선(300)의 공간을 구성하는 구조체이다. 정체(50)는 금속이나 강화 플라스틱 등에 의해 구성되며, 모선(300)의 구성요소를 기계적으로 지지하는 역할도 한다. 또한, 정체(50)에는 모선(300)을 이동시키기 위한 항주 수단을 마련할 수도 있다. 아울러, 모선(300) 대신 육상에 배치된 기지국으로 하는 경우, 정체(50)를 마련할 필요는 없다. 또한, 모선(300) 대신 공중을 비행하는 비행체로 하는 경우, 정체(50) 대신 비행체의 기체로 할 수도 있다.
측위 수단(52)은 모선(300)의 현재 위치를 취득하기 위한 장치를 포함하여 구성된다. 측위 수단(52)은, 예를 들면, 위성 측위 시스템 (GPS: Global Positioning System) 등의 측위 수단으로 할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 육상에 배치되어 있는 기준점으로부터의 거리 및 방위에 따라 모선(300)의 위치를 측위할 수 있는 구성으로 할 수도 있다.
위치 설정 수단(54)은 측위 수단(52)에 의한 측위 정보를 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)에 설정하기 위한 수단이다. 위치 설정 수단(54)은 측위 수단(52)에 의해 얻어진 모선(300)의 측위 정보를 수중 항주체(100)의 항주체 위치 추정 수단(20)에 초기 위치의 정보로서 설정한다. 즉, 모선(300)에 수중 항주체(100)가 탑재되어 있는 상태에서, 측위 수단(52)에 의한 측위 위치 정보를 항주체 위치 추정 수단(20)에 수중 항주체(100)의 초기 위치로서 설정한다. 또한, 위치 설정 수단(54)은 수중 항주체(100)의 항주체 위치 추정 수단(20)에 웨이 포인트를 설정하기 위해서도 사용된다. 또한, 위치 설정 수단(54)은 수상 중계기(200)의 중계기 위치 계측 수단(40)에 웨이 포인트를 설정하기 위해서도 사용된다.
화상 표시 수단(56), 조작 수단(58) 및 연결 수단(60)은 모선(300)에 있어서의 감시 수단(302)을 구성한다. 감시 수단(302)은 수중 항주체(100)의 위치, 수상 중계기(200)의 위치 및 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)의 상대적인 위치를 감시함과 아울러 이들 위치를 수정하기 위하여 사용된다.
화상 표시 수단(56)은 수중 항주체(100)의 항주체 촬상 수단(22)에서 촬상된 화상을 표시하는 장치를 포함한다. 즉, 화상 표시 수단(56)은 후술하는 통신 수단(62)을 통하여 수중 항주체(100)로부터 취득된 화상 정보에 기초하여 수중 항주체(100)의 항주체 촬상 수단(22)에서 촬상된 수중의 화상을 표시한다. 모선(300)의 탑승자는 화상 표시 수단(56)에 표시된 화상을 봄으로써 수중 항주체(100)가 촬상한 화상을 확인할 수 있다.
또한, 화상 표시 수단(56)은 수상 중계기(200)의 중계기 촬상 수단(42)에서 촬상된 화상을 표시하는 장치를 포함한다. 화상 표시 수단(56)은, 예를 들면, 디스플레이를 포함할 수 있다. 즉, 화상 표시 수단(56)은 통신 수단(62)을 통하여 수상 중계기(200)로부터 취득된 화상 정보에 기초하여 수상 중계기(200)의 중계기 촬상 수단(42)에서 촬상된 수중의 화상을 표시한다. 모선(300)의 탑승자는 화상 표시 수단(56)에 표시된 화상을 봄으로써 수상 중계기(200)가 촬상한 화상을 확인할 수 있다.
아울러, 화상 표시 수단(56)은 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)에 대하여 따로따로 마련할 수도 있고, 전환 스위치 등에 의해 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)를 전환할 수 있는 구성으로 할 수도 있다.
조작 수단(58)은 수중 항주체(100)의 위치를 수정하는 조작을 수행하는 수단을 포함한다. 조작 수단(58)은, 예를 들면, 수중 항주체(100)의 위치를 수정하기 위한 조이스틱이나 마우스 등의 포인팅 디바이스를 포함하여 구성할 수 있다. 모선(300)에 탑승한 관리자가 조작 수단(58)을 조작함으로써, 연결 수단(60)에서 수중 항주체(100)를 이동시키기 위한 수중 항주체 수정 정보가 생성된다.
또한, 조작 수단(58)은 수상 중계기(200)의 위치를 수정하는 조작을 수행하는 수단을 포함한다. 조작 수단(58)은, 예를 들면, 수상 중계기(200)의 위치를 수정하기 위한 조이스틱이나 마우스 등의 포인팅 디바이스를 포함하여 구성할 수 있다. 모선(300)에 탑승한 관리자가 조작 수단(58)을 조작함으로써, 연결 수단(60)에서 수상 중계기(200)를 이동시키기 위한 수상 중계기 수정 정보가 생성된다.
아울러, 조작 수단(58)은 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)에 대하여 따로따로 마련할 수도 있고, 전환 스위치 등에 의해 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)를 전환할 수 있는 구성으로 할 수도 있다.
연결 수단(60)은 화상 표시 수단(56)에 표시되어 있는 화상과 조작 수단(58)에 의해 조작되는 수중 항주체(100)에 대한 수중 항주체 수정 정보 및 수상 중계기(200)에 대한 수상 중계기 수정 정보를 연결시키기 위한 수단이다. 연결 수단(60)은, 예를 들면, 프로그래밍 가능한 마이크로 컴퓨터에 의해 실현할 수 있다. 마이크로 컴퓨터는 화상 표시 수단(56) 및 조작 수단(58)을 제어하기 위한 제어 장치와 공통으로 할 수도 있다. 연결 수단(60)은 조작 수단(58)의 조작량에 따라 수중 항주체(100)의 항주체 위치 추정 수단(20)에서 추정된 자기 위치 정보를 수정하기 위한 수중 항주체 수정 정보를 생성한다. 연결 수단(60)은 조작 수단(58)의 조작량이 클수록 수중 항주체(100)의 자기 위치 정보의 수정량이 커지는 수중 항주체 수정 정보를 생성한다. 또한, 연결 수단(60)은 조작 수단(58)의 조작량에 따라 수상 중계기(200)의 중계기 위치 계측 수단(40)에서 계측된 자기 위치 정보를 수정하기 위한 수상 중계기 수정 정보를 생성한다. 연결 수단(60)은 조작 수단(58)의 조작량이 클수록 수상 중계기(200)의 자기 위치 정보의 수정량이 커지는 수상 중계기 수정 정보를 생성한다.
예를 들면, 조작 수단(58)이 조이스틱이나 마우스 등의 포인팅 디바이스인 경우, 그 조작량과 방향을 토대로 해당 방향을 향해 해당 조작량에 대응하는 거리만큼 수중 항주체(100)를 이동시키도록 수중 항주체 수정 정보를 생성한다. 또한, 예를 들면, 조작 수단(58)이 조이스틱이나 마우스 등의 포인팅 디바이스인 경우, 그 조작량과 방향을 토대로 해당 방향을 향해 해당 조작량에 대응하는 거리만큼 수상 중계기(200)를 이동시키도록 수상 중계기 수정 정보를 생성한다. 또한, 예를 들면, 조작 수단(58)이 화상 표시 수단(56)과 일체화된 터치 패널인 경우, 화상 표시 수단(56)에 표시된 목표 위치를 화면 내에서 이동(스와이핑)시킨 조작량과 방향을 토대로 수중 항주체(100)를 해당 방향과 반대 방향(목표 위치를 촬상 화상 내에서 이동시킨 방향으로 수중 항주체(100)가 이동하는 방향)을 향해 해당 조작량에 대응하는 거리만큼 수중 항주체(100)를 이동시키도록 수중 항주체 수정 정보를 생성한다. 조작량에 대한 수중 항주체(100)의 이동 거리의 수정량의 관계는 미리 설정해 두면 된다. 예를 들면, 조작 수단(58)이 화상 표시 수단(56)과 일체화된 터치 패널인 경우, 화상 표시 수단(56)에 표시된 목표 위치를 화면 내에서 이동(스와이핑)시킨 조작량과 방향을 토대로 수상 중계기(200)를 해당 방향과 반대 방향(목표 위치를 촬상 화상 내에서 이동시킨 방향으로 수상 중계기(200)가 이동하는 방향)을 향해 해당 조작량에 대응하는 거리만큼 수상 중계기(200)를 이동시키도록 수상 중계기 수정 정보를 생성한다. 조작량에 대한 수상 중계기(200)의 이동 거리의 수정량의 관계는 미리 설정해 두면 된다.
이에 따라, 화면 내에 표시되어 있는 목표 위치에 대하여 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)로 이동시키고, 올바른 위치에 임하도록 할 수 있다. 또한, 화면 내에 표시되어 있는 목표 위치에 대하여 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)를 실시간으로 이동시킬 수 있다.
통신 수단(62)은 수상 중계기(200)로부터 모선(300)으로 송신되어 오는 정보를 수신하거나 모선(300)으로부터 수상 중계기(200)로 정보를 송신하기 위한 장치를 포함하여 구성된다. 본 실시 형태에서는 수상 중계기(200)를 통하여 수중 항주체(100)와 모선(300) 사이의 통신이 수행되므로, 모선(300)은 수상 중계기(200)의 통신을 수행하는 무선 통신 수단으로 이용된다. 수상 중계기(200)의 통신이 무선으로 수행되는 경우, 통신 수단(62)은 전파 등의 통신 방법을 이용한 무선 통신을 위한 장치를 포함한다. 구체적으로는, 예를 들면, WiFi 통신, UHF 통신, 위성 통신 등의 무선 통신 장치를 포함하면 된다.
아울러, 본 실시 형태에서는 관리자에 의한 조작 수단(58)의 조작에 기초하여 연결 수단(60)에서 수중 항주체 수정 정보 및 수상 중계기 수정 정보를 생성하는 태양으로 하였으나, 관리자의 조작에 의하지 않고 연결 수단(60)(또는 조작 수단(58))에서 자동으로 수중 항주체 수정 정보 및 수상 중계기 수정 정보를 생성하도록 할 수도 있다.
예를 들면, 수중 항주체(100)로부터 송신되어 온 촬상 화상을 화상 처리하여 목표물의 특징(형상, 색 등)으로부터 화상 내에서 목표물이 표시되어 있는 목표 위치를 특정하고, 해당 목표 위치가 촬상 화상의 중심에 위치하도록 수중 항주체(100)를 이동시키기 위한 수중 항주체 수정 정보를 생성하도록 할 수도 있다. 즉, 화상 내에서 화상의 중심 위치로부터 현재의 목표 위치의 어긋남의 방향 및 크기를 토대로 해당 방향을 향해 해당 어긋남량에 대응하는 거리만큼 수중 항주체(100)를 이동시키도록 수중 항주체 수정 정보를 생성할 수도 있다. 마찬가지로, 예를 들면, 수상 중계기(200)로부터 송신되어 온 촬상 화상을 화상 처리하여 목표물(예를 들면, 추종하는 수중 항주체(100))의 특징(형상, 색 등)으로부터 화상 내에서 목표물이 표시되어 있는 목표 위치를 특정하고, 해당 목표 위치가 촬상 화상의 중심에 위치하도록 수상 중계기(200)를 이동시키기 위한 수상 중계기 수정 정보를 생성하도록 할 수도 있다. 즉, 화상 내에서 화상의 중심 위치로부터 현재의 목표 위치의 어긋남의 방향 및 크기를 토대로 해당 방향을 향해 해당 어긋남량에 대응하는 거리만큼 수상 중계기(200)를 이동시키도록 수상 중계기 수정 정보를 생성할 수도 있다.
이 때, 촬상 화상 내에 있어서의 목표물의 크기를 토대로 수중 항주체(100)나 수상 중계기(200)와 목표물 간의 거리를 구하고, 해당 거리에 따라 수중 항주체 수정 정보나 수상 중계기 수정 정보를 수정하는 양을 조정하도록 할 수도 있다.
아울러, 연결 수단(60)(또는 조작 수단(58))에서 자동으로 수중 항주체 수정 정보나 수상 중계기 수정 정보를 생성하는 경우, 화상 표시 수단(56)에 촬상 화상을 표시시킴으로써 관리자로 하여금 상황을 파악하도록 할 필요가 없으므로, 화상 표시 수단(56)에 실태로서의 화상을 표시하지 않도록 할 수도 있다.
[수중 항주체 및 수상 중계기의 투입 시의 처리]
이하, 도 5의 흐름도를 참조하여 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 투입 시의 처리에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시 형태에서는 수상의 모선(300)으로부터 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)를 투입하는 처리를 수행하는 태양에 대하여 설명하기로 한다.
아울러, 도 5 내지 도 7의 흐름도에서는 수중 항주체(100)를 자율형 무인 잠수기(AUV), 수상 중계기(200)를 자율형 무인 양상 중계기(ASV)로서 나타냈으나, 상기한 대로 이들에 한정되는 것은 아니다.
단계 S10에서는 시동 처리가 수행된다. 수중 항주체(100), 수상 중계기(200) 및 수상의 모선(300)의 시스템 전원이나 각 부의 전원이 온(on)된다. 단계 S11에서는 모선(300)에서 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 상태의 확인 처리가 수행된다. 해당 단계는 상태 확인 단계에 해당한다. 단계 S12에서는 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 상태가 정상인지 여부가 판정된다. 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 동작이 정상이면 단계 S13으로 처리를 이행시키고, 정상이 아니면 단계 S10으로 처리를 되돌린다.
단계 S13에서는 모선(300)으로부터 수중 항주체(100)를 수중에 투입하는 작업이 수행된다. 해당 단계는 항주체 투입 단계에 해당한다. 단계 S14에서는 수중 항주체(100)에 의한 심도(고도) 및 속도의 계측값이 타당한 값인지 여부가 판정된다. 해당 단계는 추정값 판단 단계에 해당한다. 수중 항주체(100)의 항주체 위치 추정 수단(20)의 수중 위치의 추정값에서 심도(고도) 및 속도의 추정값이 타당한 값이면 단계 S15로 처리를 이행시키고, 타당한 값이 아니면 단계 S10으로 처리를 되돌린다.
단계 S15에서는 수중 항주체(100)를 수중에 강하시키는 처리가 수행된다. 해당 단계는 항주체 하강 단계에 해당한다. 모선(300)에 있어서의 조작 수단(58)을 이용하여 수중 항주체(100)에 대하여 수중 항주체 수정 정보를 송신함으로써 수중 항주체(100)를 수저에 접근시키고 수평 위치(위도 및 경도) 및 심도(고도)를 소정의 위치로 유지한다. 또한, 해당 단계에서 항주체 촬상 수단(22)에 의한 수저의 촬상을 수행하고, 촬상 처리 및 촬상 화상의 송수신 처리를 적절하게 실행할 수 있는지를 확인함과 아울러, 수중 항주체(100)가 수저 부근에 위치한 것을 확인할 수도 있다.
단계 S16에서는 모선(300)으로부터 수상 중계기(200)를 투입하는 작업이 수행된다. 해당 단계는 중계기 투입 단계에 해당한다. 수상 중계기(200)를 수상에 투입하여 수평 위치(위도 및 경도)를 소정의 위치로 유지한다. 또한, 해당 단계에서 중계기 촬상 수단(42)에 의한 수중의 촬상을 수행하고, 촬상 처리 및 촬상 화상의 송수신 처리를 적절하게 실행할 수 있는지를 확인한다.
단계 S17에서는 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)의 연직 위치 관계를 확인하는 처리가 수행된다. 해당 단계는 연직 위치 관계 확인 단계에 해당한다. 모선(300)에서 수상 중계기(200)를 통하여 수중 항주체(100)로부터 송신되어 오는 자기 위치에 있어서의 수평 위치(위도 및 경도)와 수상 중계기(200)로부터 송신되어 오는 자기 위치에 있어서의 수평 위치(위도 및 경도)로부터 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 서로 연직한 위치 관계에 있는지 여부가 판정된다. 여기서, 연직한 위치 관계란 수중에 있는 수중 항주체(100)와 수상에 있는 수상 중계기(200)가 서로 연직한 위치에 있는 것을 의미한다. 단, 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 완전히 연직한 위치 관계에 있을 필요는 없으며, 정보 전송선(24)의 여유 등에 따라 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 항주나 처리의 장애가 되지 않을 정도로 대략 연직한 위치 관계에 있으면 된다. 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 대략 연직한 위치 관계에 있는 경우에는 단계 S19로 처리가 이행되며, 그렇지 않은 경우에는 단계 S18로 처리가 이행된다.
단계 S18에서는 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)의 연직 위치 관계를 확보하는 처리가 수행된다. 해당 단계는 연직 위치 확보 단계에 해당한다. 모선(300)에 있어서의 조작 수단(58)을 이용하여 수상 중계기(200)에 대하여 수상 중계기 수정 정보를 송신함으로써 수상 중계기(200)를 수중 항주체(100)에 대하여 대략 연직한 위치가 되도록 이동시키고, 대략 연직한 위치를 유지하도록 한다. 해당 단계의 처리가 종료되면 단계 S17로 처리를 되돌린다.
단계 S19에서는 수상 중계기(200)의 위치 정보를 수중 항주체(100)의 초기 위치의 위치 정보로서 설정하는 처리가 수행된다. 해당 단계는 초기 위치 입력 단계에 해당한다. 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 대략 연직한 위치로 유지된 상태에서, 모선(300)은 수상 중계기(200)의 자기 위치(위도 및 경도)를 취득하고, 수상 중계기(200)의 자기 위치(위도 및 경도)를 수중 항주체(100)로 송신한다. 수중 항주체(100)는 수상 중계기(200)의 자기 위치(위도 및 경도)를 초기 위치(위도 및 경도)로서 설정한다. 단계 S20에서는 모선(300)에서 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 상태의 확인 처리가 수행된다.
이상과 같이 본 실시 형태의 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템에서 모선(300)으로부터 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 투입하는 처리가 실현된다. 아울러, 본 실시 형태에서는 모선(300)으로부터 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)를 투입하는 처리를 수행하는 태양에 대하여 설명하였으나, 모선(300) 대신 육상이나 다른 부체(浮體) 상으로부터 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)를 투입하는 태양으로 할 수도 있다.
[수중 항주체 및 수상 중계기의 항주 시의 처리]
이하, 도 6의 흐름도를 참조하여 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 항주 시의 처리에 대하여 설명하기로 한다.
단계 S30에서는 모선(300)으로부터 수상 중계기(200)로 목표 위치의 정보가 송신된다. 해당 단계는 목표 위치 설정 단계에 해당한다. 조작자의 조작 등에 의해, 모선(300)의 위치 설정 수단(54)에 의해 수상 중계기(200)의 목표 위치가 되는 초기 위치 및 웨이 포인트의 정보가 설정되며, 모선(300)의 통신 수단(62) 및 수상 중계기(200)의 통신 수단(36)을 통하여 수상 중계기(200)에 대하여 목표 위치의 설정이 수행된다. 목표 위치의 정보는 저장 수단(34)에 저장된다. 구체적으로는, 수상 중계기(200)에 탑재된 무선 통신기(26)를 이용한 무선 통신에 의해 수상 중계기(200)에 목표 위치의 설정이 수행된다. 수상 중계기(200)의 목표 위치는 초기 위치 및 웨이 포인트를 나타내는 목표 위도 및 목표 경도의 정보를 포함한다.
단계 S31에서는 수상 중계기(200)를 통하여 모선(300)으로부터 수중 항주체(100)로 목표 위치의 정보가 송신된다. 해당 단계는 목표 위치 입력 단계에 해당한다. 조작자의 조작 등에 의해, 모선(300)의 위치 설정 수단(54)에 의해 수중 항주체(100)의 목표 위치가 되는 초기 위치 및 웨이 포인트의 정보가 설정되며, 모선(300)의 통신 수단(62), 수상 중계기(200)의 통신 수단(36)을 통하여 수상 중계기(200)로 해당 목표 위치가 송신된다. 나아가, 수상 중계기(200)의 통신 수단(36) 및 수중 항주체(100)의 통신 수단(16)을 통하여 수상 중계기(200)로부터 수중 항주체(100)로 해당 목표 위치가 입력된다. 구체적으로는, 수상 중계기(200)와 수중 항주체(100)를 접속하는 정보 전송선(24)을 이용한 유선 통신에 의해 수중 항주체(100)에 목표 위치가 입력된다. 목표 위치의 정보는 저장 수단(14)에 저장된다. 수중 항주체(100)의 목표 위치는 초기 위치 및 웨이 포인트를 나타내는 목표 위도, 목표 경도 및 목표 심도의 정보를 포함한다.
이하, 단계 S32 내지 단계 S35의 처리에서 수상 중계기(200)의 이동 처리에 대하여 설명하기로 한다. 수상 중계기(200)의 제어 수단(32)은 저장 수단(34)에 저장되어 있는 초기 위치 및 웨이 포인트를 소정의 주기마다 차례로 읽어내어 현재의 목표 위치로 하고, 단계 S32 내지 단계 S35의 처리를 반복함으로써 수상 중계기(200)를 이동시키는 처리를 수행한다.
단계 S32에서는 수상 중계기(200)에서 위치의 계측이 수행된다. 수상 중계기(200)에서는 위성 측위 시스템 (GPS) 등을 포함하는 중계기 위치 계측 수단(40)에 의해 기체(30)의 현재의 위치가 계측된다. 단계 S33에서는 수상 중계기(200)가 현재의 목표 위치의 도달 범위에 있는지 여부를 판정하는 처리가 수행된다. 해당 단계는 중계기 도달 판단 단계에 해당한다. 제어 수단(32)은 중계기 위치 계측 수단(40)으로부터 기체(30)의 현재의 위치를 취득하고, 현재의 위치가 현재의 목표 위치로부터 소정의 도달 범위 내에 있는지 여부를 판정한다. 도달 범위는 현재의 목표 위치로부터 어느 정도 넓어진 범위로 설정할 수 있으며, 예를 들면, 현재의 목표 위치로부터 소정의 반경의 원 내로 설정된다. 현재의 위치가 현재의 목표 위치로부터 소정의 도달 범위 내에 있으면 단계 S40으로 처리를 이행시키고, 소정의 도달 범위 내에 없으면 단계 S34로 처리를 이행시킨다.
단계 S34에서는 수상 중계기(200)의 항주 방향의 방위가 계측된다. 해당 단계는 항주 제어 단계의 일부에 해당한다. 수상 중계기(200)에서는 자세 방위 기준 장치(AHRS) 등을 포함하는 중계기 위치 계측 수단(40)에 의해 기체(30)의 현재의 항주 방향의 방위가 계측된다. 단계 S35에서는 수상 중계기(200)를 현재의 목표 위치를 향해 항주시키는 처리가 수행된다. 해당 단계는 항주 제어 단계의 일부에 해당한다. 수상 중계기(200)의 제어 수단(32)은 단계 S32에서 계측된 현재의 위치와 단계 S34에서 계측된 현재의 방위를 기반으로 수상 중계기(200)를 현재의 목표 위치로 이동시키도록 목표 진행 방향 및 목표 속도를 결정한다. 그리고, 제어 수단(32)은 수상 중계기(200)가 목표 진행 방향에 대하여 목표 속도로 이동하도록 중계기 추진 수단(38)을 제어함으로써 현재의 목표 위치를 향해 수상 중계기(200)를 항주시킨다.
이하, 단계 S36 내지 단계 S39의 처리에서 수중 항주체(100)의 이동 처리에 대하여 설명하기로 한다. 수중 항주체(100)의 제어 수단(12)은 저장 수단(14)에 저장되어 있는 초기 위치 및 웨이 포인트를 소정의 주기마다 차례로 읽어내어 현재의 목표 위치로 하고, 단계 S36 내지 단계 S39의 처리를 반복함으로써 수중 항주체(100)를 이동시키는 처리를 수행한다.
단계 S36에서는 수중 항주체(100)에서 위치의 계측이 수행된다. 수중 항주체(100)에서는 항주체 위치 추정 수단(20)에 의해 초기 위치로부터의 이동에 기초하여 정체(10)의 현재의 위치가 추정된다. 단계 S37에서는 수중 항주체(100)가 현재의 목표 위치의 도달 범위에 있는지 여부를 판정하는 처리가 수행된다. 해당 단계는 항주체 도달 판단 단계에 해당한다. 제어 수단(12)은 항주체 위치 추정 수단(20)으로부터 정체(10)의 현재의 위치의 추정값을 취득하고, 현재의 위치의 추정값이 현재의 목표 위치로부터 소정의 도달 범위 내에 있는지 여부를 판정한다. 도달 범위는 현재의 목표 위치로부터 어느 정도 넓어진 범위로 설정할 수 있으며, 예를 들면, 현재의 목표 위치로부터 소정의 반경의 구(球) 내로 설정된다. 현재의 위치가 현재의 목표 위치로부터 소정의 도달 범위 내에 있으면 단계 S40으로 처리를 이행시키고, 소정의 도달 범위 내에 없으면 단계 S38로 처리를 이행시킨다.
단계 S38에서는 수중 항주체(100)의 항주 방향의 방위가 계측된다. 해당 단계는 항주 제어 단계의 일부에 해당한다. 수중 항주체(100)에서는 자세 방위 기준 장치(AHRS) 등을 포함하는 항주체 위치 추정 수단(20)에 의해 정체(10)의 현재의 항주 방향의 방위가 계측된다. 단계 S39에서는 수중 항주체(100)를 현재의 목표 위치를 향해 항주시키는 처리가 수행된다. 해당 단계는 항주 제어 단계의 일부에 해당한다. 수중 항주체(100)의 제어 수단(12)은 단계 S37에서 추정된 현재의 위치와 단계 S38에서 계측된 현재의 방위에 기반하여 수중 항주체(100)를 현재의 목표 위치로 이동시키도록 목표 진행 방향 및 목표 속도를 결정한다. 그리고, 제어 수단(12)은 수중 항주체(100)가 목표 진행 방향에 대하여 목표 속도로 이동하도록 항주 수단(18)을 제어함으로써 현재의 목표 위치를 향해 수중 항주체(100)를 항주시킨다.
아울러, 단계 S39에 있어서의 수중 항주체(100)의 목표 속도는 단계 S35에 있어서의 수상 중계기(200)의 목표 속도와 일치시키도록 할 수도 있다. 이에 따라, 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 동일한 속도로 항주하게 되고, 항주 시에 있어서도 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)를 대략 연직한 위치 관계로 유지할 수 있다. 단, 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200) 사이의 거리가 이격되었다고 하더라도, 정보 전송선(24)에 의해 보다 빨리 항주하고 있는 쪽이 보다 느리게 항주하고 있는 쪽을 잡아당기게 되어 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200) 간의 대략 연직한 위치 관계는 크게 어긋날 일은 없다.
단계 S40 내지 단계 S42에서는 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)를 목표 위치로 유지하는 처리가 수행된다. 해당 단계 S40 내지 단계 S42의 처리는 목표 유지 단계에 해당한다.
단계 S40에서는 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)가 모두 목표 위치에 도달하여 위치를 유지하고 있는지 여부가 판정된다. 단계 S33에서 수상 중계기(200)가 목표 위치의 도달 범위 내에 있는 것이 확인되고, 단계 S37에서 수중 항주체(100)가 목표 위치의 도달 범위 내에 있는 것이 확인된 후에, 수상 중계기(200) 및 수중 항주체(100)가 모두 목표 위치를 유지하고 있는지 여부가 판정된다. 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)가 모두 목표 위치를 유지하고 있는 경우에는 항주 처리를 종료한다. 수상 중계기(200)가 목표 위치를 유지하고 있지 않은 경우에는 단계 S41로 처리를 이행시킨다. 단계 S41에서는 수상 중계기(200)가 목표 위치를 유지하도록 제어를 수행하고, 단계 S40으로 처리를 되돌린다. 수중 항주체(100)가 목표 위치를 유지하고 있지 않은 경우에는 단계 S42로 처리를 이행시킨다. 단계 S42에서는 수중 항주체(100)가 목표 위치를 유지하도록 제어를 수행하고, 단계 S40으로 처리를 되돌린다.
아울러, 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)가 목표 위치에 도달한 후, 수중 항주체(100)를 조작함으로써 이동시켜 작업을 수행할 때, 수상 중계기(200)는 수중 항주체(100)의 수평 위치(위도 및 경도)를 추종하는 수중 항주체(100)의 추적(뒤쫓음) 모드로 설정한다. 이 경우, 수중 항주체(100)의 항주체 위치 추정 수단(20)에서 추정된 자기 위치(위도 및 경도)가 수상 중계기(200)로 송신되고, 해당 추정된 자기 위치(위도 및 경도)를 목표 위치로 하여 중계기 위치 계측 수단(40)에서 계측된 자기 위치가 해당 목표 위치에 근접하도록 수상 중계기(200)를 항주시키면 된다.
단, 수중 항주체(100)의 항주에 따라 수상 중계기(200)가 과도하게 민감하게 돌아다니는 것을 방지하기 위하여, 수중 항주체(100)의 수평 위치(위도 및 경도)와 수상 중계기(200)의 수평 위치(위도 및 경도) 사이의 거리에 허용 범위를 설정할 수도 있다. 예를 들면, 수중 항주체(100)의 수평 위치(위도 및 경도)와 수상 중계기(200)의 수평 위치(위도 및 경도) 사이의 거리가 5m 이내이면 수상 중계기(200)가 수중 항주체(100)를 뒤쫓지 않도록 설정하면 된다.
이상과 같이 본 실시 형태의 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템에서 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 항주 처리가 실현된다.
[수중 항주체 및 수상 중계기의 연직 위치의 보정 처리]
이하, 도 7의 흐름도를 참조하여 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)의 연직 위치의 보정을 수행하는 처리에 대하여 설명하기로 한다. 해당 처리는 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 대략 연직한 위치를 유지하지 못하고 있을 때, 또한 대략 연직한 위치가 유지되고 있는지 여부가 불분명할 때 실행할 수 있다. 또한, 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)가 항주한 후, 일정 시간마다 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)의 연직 방향의 상대적인 위치 관계를 맞출 때 실행할 수도 있다. 또한, 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)를 투입할 때 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)의 수평 위치를 보정하여 서로 대략 연직한 위치로 할 때 실행할 수도 있다.
단계 S50에서는 수상 중계기(200)에서 수중 항주체(100)를 탐색하는 처리가 수행된다. 해당 단계는 항주체 위치 확인 단계의 일부에 해당한다. 모선(300)으로부터 수상 중계기(200)로 촬상 제어 신호를 송신함으로써, 수상 중계기(200)의 중계기 촬상 수단(42)에 의해 수상 중계기(200)의 근방 영역의 수중이 촬상된다. 예를 들면, 수상 중계기(200)의 바로 아래 근방의 영역이 촬상된다. 촬상된 화상은 수상 중계기(200)로부터 모선(300)으로 송신되며, 해당 화상이 모선(300)의 화상 표시 수단(56)에 표시된다.
단계 S51에서는 수중 항주체(100)를 확인 가능한지 여부가 판정된다. 해당 단계는 항주체 위치 확인 단계의 일부에 해당한다. 모선(300) 상의 조작자는 단계 S50에서 화상 표시 수단(56)에 표시된 화상에서 수중 항주체(100)를 확인할 수 있는지 여부를 판정한다. 또한, 기존의 화상 처리에 의해 단계 S50에서 화상 표시 수단(56)에 표시된 화상에서 수중 항주체(100)를 확인할 수 있는지 여부를 자동 판정한다. 화상에서 수중 항주체(100)를 확인할 수 있으면 단계 S53으로 처리를 이행시키고, 확인할 수 없으면 단계 S52로 처리를 이행시킨다.
단계 S52에서는 수중 항주체(100)를 상승시키는 처리가 수행된다. 해당 단계는 항주체 상승 단계에 해당한다. 단계 S51에서 수중 항주체(100)를 확인하지 못한 경우, 수상 중계기(200)를 통하여 모선(300)으로부터 수중 항주체(100)로 상승 제어 신호가 송신된다. 수중 항주체(100)의 제어 수단(12)은 상승 제어 신호를 수신하면, 항주 수단(18)을 제어하여 수중 항주체(100)를 상승시킨다. 이 때, 수중 항주체(100)의 수평 위치(위도 및 경도)는 유지하는 것이 적합하다. 그리고, 수상 중계기(200)에 의해 촬상된 화상에서 수중 항주체(100)를 확인할 수 있을 때까지 상기 단계 S50 내지 S52를 반복한다.
단계 S53에서는 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 적절한 연직 위치의 관계에 있는지 여부가 판정된다. 해당 단계는 위치 판단 단계에 해당한다. 모선(300) 상의 조작자는 단계 S50에서 화상 표시 수단(56)에 표시된 화상에서 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 대략 연직한 위치 관계에 있는지 여부를 판정한다. 또한, 기존의 화상 처리에 의해 단계 S50에서 화상 표시 수단(56)에 표시된 화상에서 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 대략 연직한 위치 관계에 있는지 여부를 자동 판정한다. 화상에서 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 대략 연직한 위치 관계에 있으면 단계 S55로 처리를 이행시키고, 대략 연직한 위치 관계에 없으면 단계 S54로 처리를 이행시킨다.
단계 S54에서는 수상 중계기(200)를 이동시켜 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)를 대략 연직한 위치 관계로 만드는 처리가 수행된다. 해당 단계는 위치 어긋남 보정 단계에 해당한다. 단계 S53에서 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 대략 연직한 위치 관계에 없었던 경우, 모선(300)에서 화상 표시 수단(56)에 표시된 화상을 확인하면서 조작자가 조작 수단(58)을 조작함으로써 수상 중계기(200)로 이동 제어 신호가 송신된다. 또한, 기존의 화상 처리에 의해 화상 표시 수단(56)에 표시된 화상에 기초하여 수중 항주체(100)를 수상 중계기(200)가 향하도록 하는 이동 제어 신호가 자동 송신된다. 수상 중계기(200)의 제어 수단(32)은 이동 제어 신호를 수신하면 중계기 추진 수단(38)을 제어하여 수중 항주체(100)에 대하여 수상 중계기(200)가 대략 연직한 위치 관계가 되도록 수상 중계기(200)를 항주시킨다. 그리고, 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 대략 연직한 위치 관계가 될 때까지 상기 단계 S53과 단계 S54를 반복한다.
단계 S55에서는 수중 항주체(100)의 자기 위치를 보정하는 처리가 수행된다. 해당 단계는 수중 위치 보정 단계에 해당한다. 수상 중계기(200)의 중계기 위치 계측 수단(40)에 의해 계측된 수상 중계기(200)의 자기 위치(위도 및 경도)를 정보 전송선(24)을 통하여 수중 항주체(100)로 송신한다. 수중 항주체(100)에서는 수상 중계기(200)의 자기 위치(경도 및 위도)의 입력을 받아 수중 항주체(100)의 현재의 자기 위치(위도 및 경도)를 수상 중계기(200)의 자기 위치(경도 및 위도)에 일치하도록 보정한다. 이에 따라, 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)의 수평 위치(위도 및 경도)의 정보가 일치하고, 수중 항주체(100)의 항주체 위치 추정 수단(20)에서 추정되는 수중 항주체(100)의 자기 위치의 정확도를 높일 수 있다.
단계 S56에서는 수중 항주체(100)를 목표 심도로 강하시키는 처리가 수행된다. 수중 항주체(100)의 제어 수단(12)은 항주 수단(18)을 제어함으로써 목표 심도로 수중 항주체(100)를 강하시킨다.
이상과 같이 본 실시 형태의 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템에서 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)의 연직 위치의 보정을 수행할 수 있다. 이에 따라, 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)가 대략 연직한 위치를 유지할 수 있다.
<변형예 1>
상기 실시 형태에서는 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)를 한 세트 사용하는 구성을 설명하였다. 본 변형예 1에서는 도 8에 나타낸 바와 같이, 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 세트를 복수 개 사용하는 구성으로 한다.
도 5에 나타낸 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 투입 시의 처리를 반복하여 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 각 세트에 대하여 적용한다. 그리고, 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 각 세트에 대하여 각각 목표 위도 및 목표 경도의 정보를 모선(300)으로부터 송신함과 아울러, 도 6에 나타낸 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 항주 시의 처리를 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 각 세트에 대하여 적용한다.
이에 따라, 복수 개의 세트의 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)에 의해 동시에 넓은 범위의 자원이나 수저 케이블 등의 검사 대상물을 조사할 수 있고, 조사 시간을 단축할 수 있다.
<변형예 2>
상기 실시 형태에서는 하나의 수중 항주체(100)에 대하여 하나의 수상 중계기(200)를 조합한 구성을 설명하였다. 본 변형예 2에서는 도 9에 나타낸 바와 같이, 하나의 수중 항주체(100)에 대하여 복수 개의 수상 중계기(200)를 조합한 구성으로 한다.
도 10은 본 변형예 1에 있어서의 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 투입 시의 처리를 나타낸다. 도 10에서, 도 5에 나타낸 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 투입 시의 처리와 동일한 처리로 하는 단계에는 도 5와 동일한 단계 번호를 붙이고 설명을 생략하기로 한다.
단계 S13 내지 단계 S14의 처리에 의해, 모선(300)으로부터 첫 번째 수중 항주체(100)를 수중에 투입하는 작업이 수행된다. 그 후, 단계 S60에서는 모선(300)으로부터 다른 수중 항주체(100), 즉 첫 번째 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200) 사이에 배치되는 중간의 수중 항주체(100)를 수중에 투입하는 작업이 수행된다. 해당 단계는 중간 항주체 투입 단계에 해당한다. 단계 S61에서는 수중에 투입된 다른 수중 항주체(100)에 의한 심도(고도) 및 속도의 계측값이 타당한 값인지 여부가 판정된다. 해당 단계는 다른 수중 항주체(100)에 대한 추정값 판단 단계에 해당한다. 수중 항주체(100)의 항주체 위치 추정 수단(20)의 수중 위치의 추정값에서 심도(고도) 및 속도의 추정값이 타당한 값이면 단계 S62로 처리를 이행시키고, 타당한 값이 아니면 단계 S10으로 처리를 되돌린다.
단계 S62에서는 다른 수중 항주체(100)를 수중에 강하시키는 처리가 수행된다. 해당 단계는 다른 수중 항주체(100)에 대한 항주체 하강 단계에 해당한다. 모선(300)에 있어서의 조작 수단(58)을 이용하여 다른 수중 항주체(100)에 대하여 수중 항주체 수정 정보를 송신함으로써 해당 다른 수중 항주체(100)를 원하는 수평 위치(위도 및 경도) 및 심도(고도)에 위치시키고, 수평 위치(위도 및 경도) 및 심도(고도)를 해당 위치로 유지한다. 구체적으로는, 첫 번째 수중 항주체(100), 중간의 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)가 서로 연직 위치가 되도록 제어를 수행하는 것이 적합하다. 또한, 해당 단계에서 항주체 촬상 수단(22)에 의한 촬상을 수행하고, 촬상 처리 및 촬상 화상의 송수신 처리를 적절하게 실행할 수 있는지를 확인함과 아울러, 수중 항주체(100)가 원하는 수평 위치(위도 및 경도) 및 심도(고도)에 배치되어 있는 것을 확인할 수도 있다.
다른 수중 항주체(100)를 2개 이상 마련하는 경우, 단계 S60 내지 단계 S62의 처리를 반복하면 된다. 이들 처리 이후, 단계 S15로 처리를 이행시킨다.
아울러, 본 변형예 2의 구성에서도 상기 변형예 1과 같이 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 세트를 복수 개 사용하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 도 10에 나타낸 수중 항주체(100), 수상 중계기(200)의 투입 시의 처리를 반복하여 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 각 세트에 대하여 적용한다. 그리고, 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 각 세트에 대하여 각각 목표 위도 및 목표 경도의 정보를 모선(300)으로부터 송신함과 아울러, 도 6에 나타낸 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 항주 시의 처리를 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 각 세트에 대하여 적용한다.
<변형예 3>
본 변형예 3에서는 모선(300)에 가진 발진원으로부터의 진동을 수진기(하이드로폰(hydrophone))를 이용하여 수진하기 위하여 수중 항주체(100)의 수평 위치(위도 및 경도) 및 심도(고도)를 제어하는 구성으로 한다.
도 11은 본 변형예 3에 있어서의 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 구성을 나타낸다. 본 변형예 3에서는 수중 항주체(100), 수상 중계기(200) 및 모선(300)에 더하여, 모선(300)에 수중에 투입된 음향 발진기(600) 및 케이블(500) 상에 간격을 가지고 마련된 수진기(하이드로폰)(602)를 구비한다.
음향 발진기(600)는 모선(300)으로부터 수중으로 투입되며, 수중에서 음향 진동을 발생시키는 수중 진원이다. 음향 발진기(600)는, 예를 들면, 에어 건(air gun), 스피커, 부머(boomer) 등을 포함하여 구성할 수 있다. 음향 발진기(600)로부터 발생되는 진동은, 예를 들면, 공간 분해능이 좋은 수백 내지 수천 Hz의 주파수 대역으로 하는 것이 적합하다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 음향 발진기(600)로부터 발생된 음향 진동은 수중, 나아가서는 수저(400) 아래를 전파하고, 지층 경계인 반사면(402)에서 반사 음향 진동으로서 반사된다. 반사 음향 진동은 수저(400) 아래로부터 수중으로 전파한다.
수진기(602)는 수중을 전파하는 진동을 검지한다. 수진기(602)는 적어도 하나, 바람직하게는 복수 개가 수중 항주체(100)와 수상 중계기(200)를 잇는 케이블(500)에 마련된다. 수진기(602)는 각각에 고유하게 부여된 식별자 등의 하이드로폰 정보와 함께 검지한 진동의 정보를 수상 중계기(200)로 송출한다. 음향 발진기(600)와 수진기(602)를 조합함으로써 음향 발진기(600)로부터 발생되고, 반사면(402)에서 반사된 음향 진동을 수진기(602)에서 검지할 수 있다.
도 12는 본 변형예 3에 있어서의 음향 발진기(600) 및 수진기(602)를 이용한 처리를 나타낸다. 단계 S70에서는 모선(300)이 목표 위도 및 목표 경도에 도달한다. 모선(300)이 목표 위도 및 목표 경도에 도달하면, 음향 발진기(600)를 수중에 투입하는 작업이 수행된다. 단계 S71에서는 모선(300)으로부터의 제어에 의해 음향 발진기(600)로부터 음향 진동이 발생된다.
단계 S72에서는 수진기(602)에서 수저(400) 아래의 반사면(402)에서 반사된 반사 음향 진동이 검지된다. 이 때, 복수 개의 수진기(602)에서 반사 음향 진동을 검지하는 것이 적합하다. 단계 S73에서는 수진기(602)에서 검지된 반사 음향 진동을 하이드로폰 정보와 함께 음향 정보로서 수상 중계기(200)로 송신한다. 복수 개의 수진기(602)를 구비하는 경우, 복수 개의 수진기(602)로부터의 음향 정보가 수상 중계기(200)로 집약된다. 단계 S74에서는 수상 중계기(200)로부터 모선(300)으로 음향 정보가 전달된다. 수상 중계기(200)는 자기의 위치 정보와 함께 음향 정보를 모선(300)으로 송신한다. 아울러, 복수 개의 수진기(602)로부터의 음향 정보는 수상 중계기(200)의 위치 정보와 함께 실시간으로 모선(300)으로 송신할 수도 있다.
단계 S75에서는 모선(300)에서 VCS(Vertical Cable Seismic) 분석이 수행된다. 모선(300)에서는 수상 중계기(200)로부터 전달되어 온 음향 정보를 이용하여 VCS 분석이 수행된다.
VCS 분석에서는 반사면(402)의 반사점의 분포로부터 케이블(500)을 중심으로 하는 반사면(402)의 구조 화상을 얻을 수 있다. 이 때, 수중 항주체(100), 수상 중계기(200) 및 이들을 잇는 케이블(500)의 위치나 음향 발진기(600)의 분포를 적절하게 바꾸는 것 또는 모선(300)이 이동하여 음향 발진기(600)의 위치를 바꾸는 것 등에 의해 대상이 되는 범위의 3차원 구조를 효율적으로 파악할 수 있다. 이 때, 연직 방향으로 연장된 케이블(500)에 복수 개의 수진기(602)가 배치됨으로써 파동 현상에 의한 분해능의 열화(프레넬 볼륨(Fresnel volume)의 확대)를 억제할 수 있다. 또한, 수중에 수진기(602)를 배치함으로써, 물결에 의한 노이즈를 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 연직 방향 및 수평 방향 모두 종래의 해상 반사법(MCS)에 비해 분해능을 향상시킬 수 있다.
나아가, 상기 변형예 1과 같이 복수 세트의 수중 항주체(100), 수상 중계기(200) 및 이들을 잇는 케이블(500)을 동시에 사용하는 구성에 본 변형예 3의 구성을 조합함으로써, 대상이 되는 범위의 3차원 구조를 보다 효율적으로 파악할 수 있다. 또한, 상기 변형예 2와 같이 복수 개의 수중 항주체(100), 수상 중계기(200) 및 이들을 잇는 케이블(500)을 동시에 사용하는 구성에 본 변형예 3의 구성을 조합함으로써, 케이블(500)을 높은 정밀도로 연직 방향으로 설치한 상태에서 VCS 분석을 적용할 수 있으므로, 대상이 되는 범위의 3차원 구조를 보다 높은 정밀도로 파악할 수 있다.
[수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템을 이용한 측정 처리]
도 13은 상기 실시 형태 및 각 변형예에 있어서의 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템을 이용한 측정 처리를 나타낸다.
단계 S80에서는 모선(300)이 목표 위도 및 목표 경도에 도달한다. 단계 S81에서는 상기 실시 형태에 있어서의 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 투입 시의 처리 및 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 항주 시의 처리를 적용함으로써 수중 항주체(100) 및 수상 중계기(200)의 위치 제어가 수행된다.
단계 S82에서는 수중 항주체(100)의 항주체 촬상 수단(22)을 이용하여 수중의 탐사가 수행된다. 단계 S83에서는 수중 항주체(100)의 항주체 촬상 수단(22)을 이용하여 수중이나 수저의 화상이 취득된다. 단계 S84에서는 단계 S83에서 취득된 화상 정보가 수중 항주체(100)로부터 수상 중계기(200)로 송신된다. 이 때, 수중 항주체(100)로부터 화상 정보와 관련된 관련 정보도 함께 수상 중계기(200)로 송신하는 것이 적합하다. 관련 정보는 예를 들면 수중 항주체(100)의 현재의 위도 및 경도 및 수면으로부터의 심도 등을 들 수 있다. 또한, 관련 정보는, 예를 들면 화상을 취득한 날짜와 시간 등을 들 수 있다.
단계 S85에서는 수상 중계기(200)로부터 모선(300)으로 화상 정보가 전달된다. 화상 정보에 관련 정보가 부가되어 있는 경우, 수상 중계기(200)로부터 모선(300)으로 화상 정보와 함께 관련 정보를 전달하는 것이 적합하다. 단계 S86에서는 모선(300)에서 화상 정보에 대한 처리가 수행된다. 모선(300)에서는 예를 들면, 화상 정보에 기반한 화상을 영사(映寫, projection)하는 처리나 화상 정보의 분석 처리가 수행된다. 화상 정보에 관련 정보가 부가되어 있는 경우, 모선(300)에서 관련 정보에 기반한 영사나 분석을 수행할 수도 있다.
본 발명은 자율형 수중 항주체에 있어서의 고정밀한 항주 제어나 목표물의 감시 등에 적용할 수 있다. 즉, 수중 항주체와 수상 중계기 간의 위치 관계를 유지하면서 수중 항주체에 의한 수중의 목표물의 검사, 감시, 수선 등에서 작업 효율을 높일 수 있다. 예를 들면, 수저의 환경 조사(해초, 해조, 산호 등), 수저 아래의 조사(지층 구조), 수산 자원 조사(저서어종, 조개류 등), 수산 설비 검사(축양 시설(fish preserve), 어초(fishing reef) 등), 항만 설비의 수중 부분의 검사(안벽, 방파제 등), 양상 풍력 발전 설비의 수중 부분의 검사, 석유 가스 설비의 수저 파이프라인 검사, 선저(배 밑바닥) 검사, 댐 호수의 수중 부분의 검사 등에 이용할 수 있다.
10: 정체 12: 제어 수단
14: 저장 수단 16: 통신 수단
18: 항주 수단 20: 항주체 위치 추정 수단
22: 항주체 촬상 수단 22: 저장 수단
24: 정보 전송선 26: 무선 통신기
30: 기체 32: 제어 수단
34: 저장 수단 36: 통신 수단
38: 중계기 추진 수단 40: 중계기 위치 계측 수단
40a: 수신기 42: 중계기 촬상 수단
50: 정체 52: 측위 수단
54: 위치 설정 수단 56: 화상 표시 수단
58: 조작 수단 60: 연결 수단
62: 통신 수단 100: 수중 항주체
200: 수상 중계기 300: 모선
302: 감시 수단 400: 수저
402: 반사면 500: 케이블
600: 음향 발진기 602: 수진기

Claims (18)

  1. 중계기 추진 수단과 중계기 위치 계측 수단을 가진 수상 중계기와,
    항주체 위치 추정 수단을 가진 수중 항주체와,
    상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체를 접속하고, 상기 수중 항주체에서 얻어진 화상 정보를 포함하는 취득 정보의 전송을 수행하는 정보 전송선과,
    상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체에 목표 위도 및 목표 경도를 설정하는 위치 설정 수단과,
    상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체를 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    설정된 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도와 상기 중계기 위치 계측 수단에서 계측된 수상 위치를 기반으로 상기 중계기 추진 수단을 구동하고 상기 수상 중계기의 위치를 상기 제어 수단에서 제어함과 아울러, 설정된 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도와 상기 항주체 위치 추정 수단에서 추정된 수중 위치를 기반으로 상기 수중 항주체의 위치를 상기 제어 수단에서 제어함으로써 상기 수중 항주체와 상기 수상 중계기가 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도까지 수면과 수중에서의 연직 위치 관계를 유지하면서 함께 나란히 달리는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치 설정 수단을 갖는 모선을 구비하고,
    상기 모선과 상기 수상 중계기가 무선 통신을 이용하여 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도 및 상기 취득 정보의 전송을 수행하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모선으로부터 상기 수상 중계기 및 상기 수중 항주체의 적어도 하나의 원격 조작이 가능한 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중계기 위치 계측 수단은 위성 측위 시스템 수신기와 자세 방위 기준 장치(AHRS)를 갖는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템.
  5. 제1항 내지 청구항 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 항주체 위치 추정 수단은 관성 항법 장치(INS)와 도플러 대지 속도계(DVL) 또는 자세 방위 기준 장치(AHRS)와 도플러 대지 속도계(DVL)를 갖는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 항주체 위치 추정 수단은 심도계를 가지며,
    상기 위치 설정 수단에서 설정된 심도에 상기 수중 항주체가 위치하도록 상기 제어 수단에서 상기 수중 항주체를 제어하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수상 중계기는 상기 수중 항주체를 촬상 가능한 중계기 촬상 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수상 중계기, 상기 수중 항주체, 상기 정보 전송선 및 상기 제어 수단을 복수 세트 구비하며, 상기 위치 설정 수단에서 상기 복수 세트 별 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도를 설정하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정보 전송선의 중간에 다른 상기 수중 항주체를 구비하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템.
  10. 제2항 및 제2항을 인용하는 청구항 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템으로서,
    상기 정보 전송선의 복수 부위에 복수 개의 수진 수단과 음향을 수중에 발진하는 음향 발진 수단을 상기 모선에 가지며, 상기 음향 발진 수단에 의한 음향 발진에 따수반되는층으로부터의 반사 음향 진동을 복수 개의 상기 수진 수단에서 취득하고, 취득한 상기 반사 음향 진동을 음향 정보로서 상기 정보 전송선을 이용하여 전송하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법에 있어서,
    상기 수중 항주체를 수중에 투입하는 항주체 투입 단계와,
    상기 수중 항주체를 수저에 접근시키고 소정의 위치로 유지하는 항주체 하강 단계와,
    상기 수상 중계기를 수면에 투입하는 중계기 투입 단계와,
    상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계에 임하도록 하는 연직 위치 확보 단계와,
    상기 연직 위치 관계에 임하도록 한 후에 상기 중계기 위치 계측 수단에서 계측한 상기 수상 위치를 상기 정보 전송선을 통하여 상기 수중 항주체로 전송하고, 상기 수중 항주체의 수중 위치의 초기 위치로서 입력하는 초기 위치 입력 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 연직 위치 확보 단계에서, 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계에 임하지 않은 경우, 조작자가 상기 수상 중계기를 조작하여 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계에 임하도록 위치 보정하여 상기 연직 위치 관계를 확보하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 초기 위치 입력 단계 이후, 상기 위치 설정 수단으로부터 상기 수상 중계계에 목표 위도 및 상기 목표 경도를 설정하는 목표 위치 설정 단계와,
    설정된 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도를 상기 정보 전송선을 통하여 상기 수중 항주체로 전송하고 입력하는 목표 위치 입력 단계와,
    상기 목표 위도 및 상기 목표 경도에 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 연직 위치 관계를 유지하면서 등속으로 함께 나란히 달려 향하도록 제어하는 항주 제어 단계와,
    상기 목표 위도 및 상기 목표 경도에 도달 후에 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 위치 유지를 수행하는 위치 유지 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 항주 제어 단계는,
    상기 수상 중계기의 상기 수상 위치가 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도의 도달 범위 내인지 여부를 판단하는 중계기 도달 판단 단계와,
    상기 수중 항주체의 상기 수중 위치가 상기 목표 위도 및 상기 목표 경도의 상기 도달 범위 내인지 여부를 판단하는 항주체 도달 판단 단계를 가지며,
    상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체가 상기 도달 범위 내에 이른 경우에 상기 위치 유지 단계로 이행하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법.
  15. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법에 있어서,
    촬상 수단을 이용하여 상기 수중 항주체의 위치를 확인하는 항주체 위치 확인 단계와,
    상기 수상 중계기의 바로 아래에 상기 수중 항주체가 위치하였는지를 판단하는 위치 판단 단계와,
    상기 수상 중계기의 바로 아래에 상기 수중 항주체가 위치한 경우에 상기 중계기 위치 계측 수단에서 얻어진 상기 수상 위치를 정보 전송선을 통하여 상기 수중 항주체로 전송하고, 상기 수중 항주체의 수중 위치를 제어하여 상기 수상 중계기와 상기 수중 항주체의 상기 연직 위치 관계를 보정하는 수중 위치 보정 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 항주체 위치 확인 단계에서 조작자가 상기 수중 항주체의 위치를 확인할 수 없는 경우에 상기 수중 항주체의 위치를 제어하여 상기 수중 항주체를 상기 촬상 수단에서 확인할 수 있는 위치까지 상승시키는 항주체 상승 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 위치 판단 단계에서 상기 수상 중계기의 바로 아래에 상기 수중 항주체가 위치하지 않았다고 판단된 경우에 조작자의 조작에 의해 상기 수상 중계기의 위치를 제어하여 상기 수중 항주체의 바로 위로 이동시키는 위치 어긋남 보정 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법.
  18. 제2항 또는 제3항을 인용하는 제11항에 따른 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법에 있어서,
    상기 목표 위도 및 상기 목표 경도에 도달 후에 상기 모선에 가진 상기 음향 발진 수단으로부터 음향을 발진하는 음향 발진 단계와, 복수 개의 상기 수진 수단에서 상기 지층으로부터의 상기 반사 음향 진동을 취득하는 반사 음향 진동 취득 단계와, 취득한 상기 반사 음향 진동을 음향 정보로서 상기 정보 전송선과 상기 무선 통신을 통하여 상기 모선으로 전송하는 정보 전송 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 수상 중계기와 수중 항주체 간의 연결 시스템의 운용 방법.
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