KR100979286B1 - 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위상 반전된 탐지신호를 이용함으로써, 난류 등의 요인에 의하여 대상 물체의 위치 변동 및 노이즈가 심한 수중 환경에서도 물체 간의 거리 및 방위를 정밀하게 측정할 수 있는 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치는 수중에 설치되어 탐지신호를 전송하는 송신센서; 수중의 대상체에 설치되어 상기 탐지신호를 수신하는 수신센서; 상기 송신센서로 상기 탐지신호의 위상을 반전시켜 전송하는 송신부; 상기 수신센서가 검출한 상기 탐지신호를 전송받는 수신부; 및 상기 전송된 탐지신호와 상기 수신된 탐지신호의 교차 상관도(cross correlation)를 구하여 상기 송신센서에 대한 상기 대상체의 거리 및 방위를 측정하는 제어부를 포함하여 구성된다.
송신센서, 제1,2 수신센서, 교차 상관도(cross-correlation), 위상 반전된 탐지신호

Description

수중 거리 및 방위를 측정하는 장치 및 방법{Apparatus and Method for detecting distance and orientation between objects under water}
본 발명의 일실시예는 거리 및 방위를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수중하에서 탐지신호의 위상을 반전하고 송신신호와 위상신호의 교차 상관도를 계산하여 수중에서 물체 간의 거리 및 방위를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수중의 음향 신호를 감지하여 음향원의 정확한 위치 등을 탐지하기 위한 음향탐지기에 있어서, 수중의 음파를 감지하는 방식은 음향에너지를 방사하여 그 음향에너지가 물체로부터 반사되는 것을 수신하는 능동 소나(Sonar)방식과, 다른 음원으로부터 방사하는 음향에너지만을 수신하는 수동 소나방식이 있다.
소나 시스템이란, 좁은 뜻으로는 수중청음기, 음향탐신기를 말하며, 바다의 상황에 따라 다소의 차이가 있으나 바다 속에 약 1,500 m/s의 속도로 전파되어 물체에 닿으면 반사하여 되돌아오는 성질을 이용한다. 음향탐신기형은 액티브 소나에 해당하며, 수중청음기형은 패시브 소나에 해당한다.
전자에는 음향탐신기, 음향측탐기가 있는데, 음향탐신기는 초음파를 짧은 단 속음(斷續音)으로서 발사하고 이것이 물체에 부딪쳐 반사하여 되돌아오는 데 걸리는 시간을 재어 물체까지의 거리를 측정한다. 또한, 송파기(送波器)를 회전시켜 그 방향을 탐지한다. 실제로는 레이더의 PPI 스코프 방식과 같으며, 브라운관 위에 거리, 주위에 방위를 눈금으로 새겨 주사선(走査線)이 송파기의 회전과 함께 회전하도록 되어 있으며, 반향음(反響音)이 되돌아오면 브라운관 위에 광점(光點)으로서 물체가 나타나 거리 및 방위를 탐지하게 된다.
후자에는 수중청음기가 있는데, 지향성(指向性)이 높은 청음기를 여러 개 조합하여 도달음의 시간차로부터 방위를 알 수 있다. 조건이 좋을 때는 이 종류의 소나는 160 km 앞의 선박을 탐지할 수 있다고 하며, 선박의 종류 ·형태에 따라서 나타내는 소리가 달라 음향탐신기형에 비하여 배의 종류까지도 식별이 가능하다. 이들은 주로 바다의 표면 가까이에서 사용되는데, 수온의 구조가 복잡한 변온층(變溫層)이 있어서 음파의 굴곡과 속도의 변화가 일어나 유효거리는 제한을 받게 된다.
이와 같은 소나 시스템들은 송신 파형과 수 신파형의 비교를 통해 음파의 전달 시간을 측정하여 물체간 거리를 측정하는데, 송신신호를 수신측에서 받을 때에는 신호의 레벨도 많이 감소 될 뿐만 아니라, 노이즈가 많이 타게 되어 수신한 신호의 시작점을 찾기가 쉽지 않고, 또한 어떤 신호가 수신신호인지 구분하지 못하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 수중환경에서 소나 등의 음파 탐지기 자체의 위치 변동이 있는 경우 위치 변동된 음파 탐지기의 위치 및 방위를 정확하게 파악하여 음파 탐지기의 정확도를 높이는 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 수중환경에서 측정 대상 물체의 위치 변동이 있는 경우 위치 변동된 물체의 위치 및 방위를 측정하는 신호를 위상반전시켜 노이즈 등에 영향을 적게 받는 측정 정밀도가 높은 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치는 수중에 설치되어 탐지신호를 전송하는 송신센서; 수중의 대상체에 설치되어 상기 탐지신호를 수신하는 수신센서; 상기 송신센서로 상기 탐지신호의 위상을 반전시켜 전송하는 송신부; 상기 수신센서가 검출한 상기 탐지신호를 전송받는 수신부; 및 상기 전송된 탐지신호와 상기 수신된 탐지신호의 교차 상관도(cross correlation)를 구하여 상기 송신센서에 대한 상기 대상체의 거리 및 방위를 측정하는 제어부를 포함한다.
상기 장치는, 상기 전송된 탐지신호, 상기 수신된 탐지신호, 상기 탐지신호의 교차 상관 함수, 및 상기 대상체의 거리와 방위를 포함하는 측정정보를 표시하 는 GUI(Graphic User Interface)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 장치는, 상기 송신부와 상기 송신센서 사이에 설치되어, 상기 송신부로부터 상기 송신센서로 전송되는 과정에서 감쇄된 상기 탐지신호를 증폭하는 증폭기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 송신센서는, 상기 송신부에서 생성된 전기적 신호 형태의 상기 탐지신호를 음파신호 형태로 변환하여 전송하는 음파 송신센서인 것을 특징으로 한다.
상기 수신센서는 상기 전송된 음파신호를 독립적으로 수신하며, 일정한 간격으로 이격되어 형성된 제1 수신센서 및 제2 수신센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 수신센서 및 상기 제2 수신센서의 각각은 상기 전송된 탐지신호를 상이한 방위각으로 수신하는 것을 특징으로 한다.
상기 송신부는, 상기 탐지신호를 적어도 한번 위상 반전시키고, 상기 위상 반전된 시점을 전후하여 상기 탐지신호의 진폭 또는 주파수를 가변하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 수중 거리 및 방위를 측정하는 방법은 수중에서 거리 및 방위를 측정하기 위하여 탐지신호를 적어도 한번 위상 반전하여 대상체를 향하여 전송하는 단계; 상기 대상체에서 상기 탐지신호가 수신되면, 상기 전송됨 탐지신호와 상기 수신된 탐지신호의 교차 상관도를 구하여 송신 위치에 대한 상기 대상체의 거리 및 방위를 포함하는 위치정보를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 위 치 정보를 사용자에게 표시하는 단계를 포함한다.
상기 전송 단계는, 상기 위상 반전의 시점을 전후하여 상기 탐지신호의 진폭 또는 주파수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기 전송 단계는, 음파 송신센서를 이용하여 전기적 형태의 탐지신호를 음파 형태의 탐지신호로 변경하여 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 계산 단계는, 제1 수신센서를 이용하여 상기 전송된 탐지신호에 대한 제1 수신 탐지신호를 수신하는 제1 수신단계; 및 제2 수신센서를 이용하여 상기 전송 탐지신호에 대한 제2 수신 탐지신호를 수신하는 제2 수신단계를 포함하고, 상기 제1 수신센서와 상기 제2 수신센서는 고정적으로 제3 거리만큼 이격되어 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 계산 단계는, 상기 제1 수신 탐지신호와 상기 전송된 탐지신호에 기초하여 상기 송신센서와 상기 제1 수신센서 간의 제1 거리를 산출하는 단계; 및 상기 제2 수신 탐지신호와 상기 전송된 탐지신호에 기초하여 상기 송신센서와 상기 제2 수신센서 간의 제2 거리를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 거리산출 단계는, 상기 제1 수신 탐지신호와 상기 전송된 탐지신호의 교차 상관도를 구하고, 이에 기초하여 상기 제1 수신 탐지신호가 상기 송신센서로부터 상기 제1 수신센서에 도달한 제1 시간을 구하고,
상기 제2 거리산출 단계는, 상기 제2 수신 탐지신호와 상기 전송된 탐지신호의 교차 상관도를 구하고, 이에 기초하여 상기 제2 수신 탐지신호가 상기 송신센서로부터 상기 제2 수신센서에 도달한 제2 시간을 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 계산 단계는, 상기 제1, 제2, 및 제3 거리에 기초하여 상기 송신센서에 대한 대상체의 거리 및 방위를 구하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치 및 방법은 위상 반전된 탐지신호를 이용함으로써, 난류 등의 요인에 의하여 대상 물체의 위치 변동 및 노이즈가 심한 수중 환경에서도 물체 간의 거리 및 방위를 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치 및 방법은 소나(SONAR) 시스템과 결합하여 수중 상태에서 소나 자체의 움직인 거리, 방위정보를 측정하여 소나 측정시스템의 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하며, 단수로 기재된 용어도 복수의 개념을 포함할 수 있다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수중 물체의 거리 및 방위를 측정하는 장치의 기능 블록도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예가 소나 시스템과 결합하여 배에 장치된 일 적용 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 수중 물체의 거리 및 방위를 측정하는 장치(100)는 수중에 설치되어 탐지신호를 전송하는 송신센서(130); 수중의 대상체(170)에 설치되어 상기 탐지신호를 수신하는 수신센서(140); 상기 송신센서로 상기 탐지신호의 위상을 반전시켜 전송하는 송신부(120); 상기 수신센서가 검출한 상기 탐지신호를 전송받는 수신부(150); 및 상기 전송된 탐지신호와 상기 수신된 탐지신호의 교차 상관도(cross correlation)를 구하여 상기 송신센서에 대한 상기 대상체의 거리 및 방위를 측정하는 제어부(110)를 포함한다.
상기 대상체(170)는 수중 환경뿐만 아니라, 일반적인 환경에 높여있는 물체일 수 있다. 상기 대상체가 수중 환경에서는 물체를 탐지하는 소나(sonar) 일 수 있다. 상기 소나는 선박 등의 운반체와 결합되어 이용될 수 있으며, 이 경우에는 난류 등에 의하여 소나 자체의 위치가 변동하므로 소나의 정확한 위치를 아는 것이 소나 시스템의 측정 정밀도를 높일 수 있다.
상기 장치(100)는, 상기 전송된 탐지신호, 상기 수신된 탐지신호, 상기 탐지신호의 교차 상관 함수, 및 상기 대상체의 거리와 방위를 포함하는 측정정보를 표시하는 GUI(Graphic User Interface)(160)와, 상기 송신부와 상기 송신센서 사이에 설치되어, 상기 송신부로부터 상기 송신센서로 전송되는 과정에서 감쇄된 상기 탐지신호를 증폭하는 증폭기(AMP)(121)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 송신센서(130)는, 상기 송신부에서 생성된 전기적 신호 형태의 상기 탐지신호를 음파신호 형태로 변환하여 전송하며, 음파 송신센서가 이용될 수 있다. 그러므로, 상기 음파 송신센서의 일례는 전기적신호를 음향신호로 바꿔서 수중으로 송신하는 트랜스듀서가 될 수 있다.
상기 송신부(120)는 탐지신호를 상기 송신센서로 유선으로 전송하게 되는데, 상기 탐지신호를 적어도 한번 위상 반전시키고, 상기 위상 반전된 시점을 전후하여 상기 탐지신호의 진폭 또는 주파수를 가변한다.
상술한 바와 같이, 상기 대상체가 소나와 같은 수중환경에 있는 경우에는 난류 등으로 인하여 초기 위치가 변동될 수 있고, 또한 노이즈가 많아 수신된 탐지신호의 시작점을 정확하게 아는 것이 힘들지만, 본 발명은 상기 송신부(120)를 구비함으로써, 상기 전송 탐지신호를 위상반전시켜 송신된 탐지신호와 수신된 탐지신호의 교차 상관도 연산시에 수신된 탐지신호의 시작점의 정확하게 찾을 수 있다.
상기 수신센서(140)는 일정한 간격으로 이격되어 형성된 제1 수신센서(141) 및 제2 수신센서(142)를 포함하여 구성되며, 상기 제1,2 수신센서는 상기 전송된 음파신호를 독립적으로 수신한다. 이 경우에, 상기 제1 수신센서 및 상기 제2 수신센서의 각각은 상기 전송된 탐지신호를 상이한 방위각으로 수신할 수 있도록, 양 수신센서의 연결선과 상기 전송센서와의 가상의 연결선이 거의 수직을 이루도록 배치된다.
도 2를 참조하면, 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 수중 물체의 거리 및 방위를 측정하는 장치(100)가 선박(180)의 소나 시스템에 응용된 경우에, 상기 제 어부(110), 송신부(120), 수신부(150) 및 GUI(160)는 선박에 탑재되어 물 위에 위치하고, 송신센서(130), 증폭기(121) 및 수신센서(140)는 수중에 위치한다.
특히, 상기 대상체가 소나(170)이며 수중에 위치하고, 소나(170)의 상부에 수신센서(141,142)가 일정한 간격으로 이격되어 고정적으로 설치되어 있다. 그러므로, 상기 송신센서에서 전송한 위상 반전된 탐지신호를 상기 소나의 상부에 이격 설치된 두개의 수신센서에서 수신하게 되며, 상기 수신부는 수신된 탐지신호를 상기 제어부로 전송하게 된다.
따라서, 상기 제어부는 전송된 탐지신호와, 두개의 수신센서의 각각에서 수신된 제1,2 수신 탐지신호를 이용하여 두신호의 교차 상관도를 계산하게 된다. 그 결과로서, 두 개의 수신 탐지신호가 송신센서로부터 각각의 수신센서에 도달한 시간을 측정할 수 있고, 상기 각각의 도달시간으로부터 송신센서로부터 각각의 수신센서 간의 거리를 알 수 있다. 최종적으로는, 삼각함수의 코사인 제2 법칙에 따라 두 수신센서 간의 이격거리와, 송신센서와 각각의 수신센서 간의 거리에 기초하여 상기 수신센서를 탑재하고 있는 소나의 방위 및 소나와 송신센거 간의 거리를 알수 있다. 상기 송신부에 의하여 위상 반전된 탐지신호는 음전달시간 계산시 위상반전된 시점에서 교차 상관관계를 계산하는 시점으로 정할 수 있어 노이즈에 매우 강하게 된다.
바다에서 시험을 하는 소나가 난류나 기타 다른 이유에 의해서 움직일 수 있는데, 상기의 장치(100)를 선박의 소나 시스템과 결합하는 경우에 그 소나의 거리나 방위를 예상 가능한 범위에서 어느 정도 변화되는지 알 수 있어, 소나 시스템의 측정 정밀도를 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수중 물체의 거리 및 방위를 측정하는 방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 수중 거리 및 방위를 측정하는 방법은 수중에서 거리 및 방위를 측정하기 위하여 탐지신호를 적어도 한번 위상 반전하여 대상체를 향하여 전송하는 단계(S10); 상기 대상체에서 상기 탐지신호가 수신되면, 상기 전송됨 탐지신호와 상기 수신된 탐지신호의 교차 상관도를 구하여 송신 위치에 대한 상기 대상체의 거리 및 방위를 포함하는 위치정보를 계산하는 단계(S20 ~S60); 및 상기 계산된 위치 정보를 사용자에게 표시하는 단계(S60)를 포함하여 이루어진다.
상기 전송 단계(S10)는, 상기 위상 반전의 시점을 전후하여 상기 탐지신호의 진폭 또는 주파수를 변경하고, 음파 송신센서를 이용하여 전기적 형태의 탐지신호를 음파 형태의 탐지신호로 변경하여 전송한다.
상기 계산 단계에서는, 제1 수신센서가 상기 전송된 탐지신호에 대한 제1 수신 탐지신호를 수신하고, 제2 수신센서가 상기 전송 탐지신호에 대한 제2 수신 탐지신호를 수신하며(S20), 이 경우에 상기 제1 수신센서와 상기 제2 수신센서는 고정적으로 제3 거리만큼 이격되어 설치되어 있다.
상기 계산 단계는, 상기 제1 수신 탐지신호와 상기 전송된 탐지신호에 기초하여 상기 송신센서와 상기 제1 수신센서 간의 제1 거리를 산출하고(S30), 상기 제2 수신 탐지신호와 상기 전송된 탐지신호에 기초하여 상기 송신센서와 상기 제2 수신센서 간의 제2 거리를 산출한다(S40).
여기서, 상기 제1 거리를 계산하기 위해서는(S33), 먼저 상기 제1 수신 탐지신호와 상기 전송된 탐지신호의 교차 상관도를 구하고(S31), 이에 기초하여 상기 제1 수신 탐지신호가 상기 송신센서로부터 상기 제1 수신센서에 도달한 제1 시간을 구하는(S32) 것이 필요하다. 상기 제2 거리를 계산하기 위해서는(S43), 먼저 상기 제2 수신 탐지신호와 상기 전송된 탐지신호의 교차 상관도를 구하고(S41), 이에 기초하여 상기 제2 수신 탐지신호가 상기 송신센서로부터 상기 제2 수신센서에 도달한 제2 시간을 구하는(S42) 것이 필요하다. 상기 대상체 까지의 거리 및 방위는 상기 제1, 제2, 및 제3 거리에 기초하여 산출된다.(S50)
이하에서는, 도 2에 도시된 환경에서 상술한 장치 및 방법을 이용하여 소나의 거리 및 방위를 산출하는 예를 상세히 설명하겠다.
도 4의 (a) 및 (b)는 각각 대상 물체의 위치 변동이 없는 경우와, 대상 물체의 위치 변동이 발생한 경우에 있어서, 측정된 거리 및 방위를 도시한 것이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수중 물체의 거리 및 방위를 측정하는 장치에서 생성된 위상 반전된 탐지신호와 이를 보여주는 표시부의 화면을 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수중 물체의 거리 및 방위를 측정하는 장치에서 전송 신호와 수신 신호의 교차 상관 신호 및 이를 보여주는 표시부의 화면을 도시한 것이다.
우선 선박(180) 상에서 장비가 운용되고 장비에 연결된 센서(송신 및 수신센서)들은 수중에서 운용되고 있다. 여기서, 장비는 제어부(110), 송신부(120), 수신부(150) 및 GUI(160)로 이루어지며, 장비에서는 사용자가 프로그램을 통하여 생성한 거리방위측정신호를 음파송신센서로 전달하면, 송신센서(130)에서 음파를 송신하고 송신된 신호가 표적 위에 달린 제1,2 수신센서(141,142)에 각각 수신된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 송신부(120)는 송신신호를 위상반전시키고, 위상 반전 시점을 전후로 신호의 주파수와 진폭도 가변한다.
수신센서(140) 측에 수신된 제1,2 수신신호는 송신신호와 함께 식(1)의 교차 상관(cross-correlation) 연산을 취하여 음파 전달 시간을 계산할 수 있다.
Figure 112009075463660-pat00001
---------------------------(1)
여기서, 함수 f(t) 또는 g(t) 가운데 어느 하나는 송신신호가 되며, 나머지 하나는 수신신호에 해당한다. 따라서, 두 신호 f(t) 및 g(t)대하여 지연 시간만큼 변이시킨 수 두 함수를 곱하고 이를 충분히 긴 시간 구간에 걸쳐 적분한다.
이는 두 신호가 가장 비슷한 시간에서 결과값이 최대가 되며, 이 특성을 이용하여 음파의 전달시간을 도출할 수 있다. 이때, 송신신호를 위상반전시켜 송신하는 이유는 위상반전되지 않은 경우보다 위상반전시켰을 때, 상관함수(Correlation)의 최대치 그래프 값이 샤프(sharp)하게 나오기 때문에 결과를 깨끗하게 얻을 수 있고, 노이즈에도 강하기 때문이다.
도 6의 화면에서 왼쪽상단의 그래프를 보면, 빨간색 그래프가 제1 수신센서(141)의 수신 신호이고 초록색 그래프는 제2 수신센서(142)의 수신신호이며, 오른쪽 상단의 그래프는 송신신호와 제1 수신신호의 교차 상관(Cross-correlation) 연산 값이고, 하단의 그래프는 송신신호와 제2 수신신호의 교차 상관(Cross-correlation) 연산 값이다.
위 연산을 통해 상기 제1,2 수신센서의 각각에 도달한 음파 전달시간(T1, T2)를 도출해 낼 수 있다. 각 그래프의 최대값의 X좌표 값에 그래프 X축 길이의 ½값을 빼준 값이 음파 전달시간이 된다.
본 실시예에서는 최대값의 X축값이 0.11542sec이고, X축 전체길이는 0.2sec이므로 음파 전달시간은 0.11542-0.1=0.01542가 된다. 그러므로, 수중에서의 음파속도인 1500m/s를 곱하여 주면 송신센서와 제1 수신센서 간의 거리가 도출되며, 0.01542 x 1500 = 23.13m 이다. 상기의 방식으로 송신센서와 제2 수신센서 간의 음파전달 시간 및 거리를 계산하면, 음파 전달시간은 0.01542이고, 거리는 23.13m도출할 수 있다. 이와 같은 제1,2 수신센서의 각각에서의 음파 전달시간 및 거리는 도 6의 box 1 및 box 2에 도시되어 있다.
상기와 같이 산출된 상기 송신센서와 상기 제1 수신센서 간의 거리를 L1, 상기 송신센서와 상기제2 수신센서 간의 거리를 L2하고, 이미 알고 있는 상기 제1,2 수신센서 간의 거리를 L3이라고 하면, L1,L2,L3를 세변으로 하는 삼각형을 그릴 수 있다. 따라서, 상기 삼각형의 인접하는 두변이 이루는 세 각도는 아래의 식(2)의 삼각형에 대한 코사인 제2법칙에 의해서 구할 수 있다.
Figure 112009075463660-pat00002
--------------------------------(2)
여기서, a, b, c는 삼각형을 이루는 세변의 길이이고, A는 두변 b와 c가 이루는 각도이다.
도 6의 box 3를 참조하면, 소나까지의 거리 및 방위는 각각 23.1178m와 2.842171 도라는 것을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수중 물체의 거리 및 방위를 측정하는 장치의 기능 블록도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예가 소나 시스템과 결합하여 배에 장치된 일 적용 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수중 물체의 거리 및 방위를 측정하는 방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 각각 대상 물체의 위치 변동이 없는 경우와, 대상 물체의 위치 변동이 발생한 경우에 있어서, 측정된 거리 및 방위를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수중 물체의 거리 및 방위를 측정하는 장치에서 생성된 위상 반전된 탐지신호와 이를 보여주는 표시부의 화면을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수중 물체의 거리 및 방위를 측정하는 장치에서 전송 신호와 수신 신호의 교차 상관 신호 및 이를 보여주는 표시부의 화면을 도시한 것이다.

Claims (14)

  1. 수중에 설치되어 탐지신호를 전송하는 송신센서;
    수중의 대상체에 설치되어 상기 탐지신호를 수신하는 수신센서;
    상기 송신센서로 상기 탐지신호의 위상을 반전시켜 전송하는 송신부;
    상기 수신센서가 검출한 상기 탐지신호를 전송받는 수신부; 및
    상기 전송된 탐지신호와 상기 수신된 탐지신호의 교차 상관도(cross correlation)를 구하여 상기 송신센서에 대한 상기 대상체의 거리 및 방위를 측정하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치.
  2. 제1항에서
    상기 장치는, 상기 전송된 탐지신호, 상기 수신된 탐지신호, 상기 탐지신호의 교차 상관 함수, 및 상기 대상체의 거리와 방위를 포함하는 측정정보를 표시하는 GUI(Graphic User Interface)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에서
    상기 장치는, 상기 송신부와 상기 송신센서 사이에 설치되어, 상기 송신부로부터 상기 송신센서로 전송되는 과정에서 감쇄된 상기 탐지신호를 증폭하는 증폭기 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신센서는, 상기 송신부에서 생성된 전기적 신호 형태의 상기 탐지신호를 음파신호 형태로 변환하여 전송하는 음파 송신센서인 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치.
  5. 제1항에서 있어서,
    상기 수신센서는 상기 전송된 음파신호를 독립적으로 수신하며, 일정한 간격으로 이격되어 형성된 제1 수신센서 및 제2 수신센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 수신센서 및 상기 제2 수신센서의 각각은 상기 전송된 탐지신호를 상이한 방위각으로 수신하는 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송신부는 상기 탐지신호를 적어도 한번 위상 반전시키고, 상기 위상 반전된 시점을 전후하여 상기 탐지신호의 진폭 또는 주파수를 가변하는 것을 특징으 로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 장치.
  8. 수중에서 거리 및 방위를 측정하기 위하여 탐지신호를 적어도 한번 위상 반전하여 대상체를 향하여 전송하는 단계;
    상기 대상체에서 상기 탐지신호가 수신되면, 상기 전송된 탐지신호와 상기 수신된 탐지신호의 교차 상관도를 구하여 송신 위치에 대한 상기 대상체의 거리 및 방위를 포함하는 위치정보를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 위치 정보를 사용자에게 표시하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전송 단계는, 상기 위상 반전의 시점을 전후하여 상기 탐지신호의 진폭 또는 주파수를 변경하는 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 방법.
  10. 제8항에 있어서
    상기 전송 단계는, 음파 송신센서를 이용하여 전기적 형태의 탐지신호를 음파 형태의 탐지신호로 변경하여 전송하는 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 계산 단계는,
    제1 수신센서를 이용하여 상기 전송된 탐지신호에 대한 제1 수신 탐지신호를 수신하는 제1 수신단계; 및
    제2 수신센서를 이용하여 상기 전송 탐지신호에 대한 제2 수신 탐지신호를 수신하는 제2 수신단계를 포함하고,
    상기 제1 수신센서와 상기 제2 수신센서는 고정적으로 제3 거리만큼 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 계산 단계는,
    상기 제1 수신 탐지신호와 상기 전송된 탐지신호에 기초하여 상기 송신 위치와 상기 제1 수신센서 간의 제1 거리를 산출하는 단계; 및
    상기 제2 수신 탐지신호와 상기 전송된 탐지신호에 기초하여 상기 송신 위치와 상기 제2 수신센서 간의 제2 거리를 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 거리산출 단계는, 상기 제1 수신 탐지신호와 상기 전송된 탐지신호의 교차 상관도를 구하고, 이에 기초하여 상기 제1 수신 탐지신호가 상기 송신 위치로부터 상기 제1 수신센서에 도달한 제1 시간을 구하고,
    상기 제2 거리산출 단계는, 상기 제2 수신 탐지신호와 상기 전송된 탐지신호의 교차 상관도를 구하고, 이에 기초하여 상기 제2 수신 탐지신호가 상기 송신 위치로부터 상기 제2 수신센서에 도달한 제2 시간을 구하는 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 계산 단계는, 상기 제1, 제2, 및 제3 거리에 기초하여 상기 송신 위치에 대한 대상체의 거리 및 방위를 구하는 것을 특징으로 하는 수중 거리 및 방위를 측정하는 방법.
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