KR101666494B1 - 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템 - Google Patents

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Abstract

와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템 및 그 자세 및 속도 제어방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템은, 예인선에 의해 수중에서 예인되도록 마련되며, 음파조사를 위한 소나가 탑재되는 토우피시유닛; 예인선에 탑재되며, 토우피시유닛의 요잉운동을 조절할 수 있도록 토우피시유닛의 양쪽에 상응하여 연결되는 와이어를 각각 구비하는 복수의 윈치유닛; 토우피시유닛의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 어느 하나를 제공하도록 토우피시유닛에 탑재되는 토우피시감지유닛; 및 토우피시감지유닛으로부터 제공되는 토우피시유닛의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 어느 하나를 기초로 윈치유닛을 제어하여 토우피시유닛의 요잉운동을 제어하는 메인컨트롤유닛을 포함한다. 이러한 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템은, 예인선에 의한 토우피시의 예인 시에 토우피시를 일정한 속도와 직진을 갖도록 예인하여 해저환경의 영상에 대한 질 좋은 원시자료의 취득을 가능케 한다.

Description

와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템{UNDERWATER TOWED SONAR SYSTEM USING WIRE CONTROL}
본 발명은 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템 및 그 자세 및 속도 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수중에서 선박에 의해 견인되면서 음파에 의해 수중환경을 조사할 수 있는 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템 및 그 자세 및 속도 제어방법에 관한 것이다.
수중환경 조사용으로 사용되는 사이드스캔소나(Side Scan Sonar, 이하 SSS라 함)는, 선체의 좌/우현으로 수중음파를 발생시켜 해저지형을 영상화하는 장치로서, 예인선에 의해 견인되는 유선형의 토우피시에 장착된다.
이러한 SSS의 견인에 의한 해저지형 조사 시에, 왜곡현상이 없는 소나영상을 획득하기 위해서는, SSS를 일정한 속도로 직진성을 갖도록 유지하면서 예인하는 것이 중요하다.
최근 소프트웨어 기술의 발달에 따라 영상 후처리로 왜곡을 일정 수준까지는 보정할 수 있지만, SSS 운용 시 질 좋은 원시자료(raw data)를 획득하는 것이 무엇보다 중요하다.
종래의 SSS운용방식은, 기본적으로 토우피시의 전원공급과 상호통신을 위한 테더케이블(tether cable) 윈치를 선상에 위치시키고, 윈치에 의해 테더케이블을 풀어 토우피시를 수중에 진수하는 방식을 적용하고 있다.
이러한 경우 예인선의 과도한 속도 변화는, 소나영상의 압축 또는 인장 현상을 야기시켜 질이 떨어지는 원시자료를 발생시키며, 영상 판독에 많은 어려움을 주고 있다.
또한 예인선의 선회구간에서는, 소나영상의 인장현상이 심해져 데이터가 제대로 취득되지 못하는 현상이 발생했다.
대한민국 특허출원 제10-2009-7009705 호
본 발명의 일 실시 예는, 예인선에 의한 토우피시의 예인 시에 토우피시를 일정한 속도와 직진을 갖도록 예인하여 해저환경의 영상에 대한 질 좋은 원시자료의 취득을 가능케 하는 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템 및 그 자세 및 속도 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 예인선에 의해 수중에서 예인되도록 마련되며, 음파조사를 위한 소나가 탑재되는 토우피시유닛; 상기 예인선에 탑재되며, 상기 토우피시유닛의 요잉운동을 조절할 수 있도록 상기 토우피시유닛의 양쪽에 상응하여 연결되는 와이어를 각각 구비하는 복수의 윈치유닛; 상기 토우피시유닛의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 어느 하나를 제공하도록 상기 토우피시유닛에 탑재되는 토우피시감지유닛; 및 상기 토우피시감지유닛으로부터 제공되는 상기 토우피시유닛의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 적어도 어느 하나를 기초로 상기 윈치유닛을 제어하여 상기 토우피시유닛의 요잉운동을 제어하는 메인컨트롤유닛을 포함하는 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템이 제공될 수 있다.
상기 토우피시감지유닛은, 상기 토우피시유닛의 위치와 자세 속도 데이터를 제공하는 관성측정유닛(inertial measurement unit)과 음파의 도플러 현상을 이용하여 상대속도를 측정하는 도플러 속도 로그(doppler velocity log) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 예인선에는, 두 개의 수신기를 사용하여 위치정보를 제공하는 DGPS가 탑재되며, 상기 메인컨트롤유닛에는, 상기 예인선의 속도와DGPS에 의한 예인선의 위치좌표가 추가적으로 제공되며, 상기 메인컨트롤유닛은, 상기 예인선의 위치정보와 상기 예인선의 속도를 추가하여 상기 토우피시유닛의 요잉운동을 제어하는 포함할 수 있다.
상기 와이어는, 상기 토우피시감지유닛으로부터 신호를 수신하며, 상기 토우피시유닛에 대해 전원을 공급할 수 있는 테더케이블로 마련될 수 있다.
상기 토우피시유닛은, 상기 소나가 전방에 탑재되며, 유선형으로 마련되는 토우피시본체; 및 상기 토우피시본체의 길이 방향에 교차하게 배치되며, 상기 와이어가 양쪽에 연결되는 토우피시날개를 포함할 수 있다.
상기 메인컨트롤유닛에 연결되며, 상기 소나에 의해 획득되는 영상을 출력하는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 음파조사를 위한 소나가 탑재되는 토우피시유닛을 예인선에 의해 수중에서 예인 가능토록 마련하는 단계; 상기 토우피시유닛에 탑재되는 토우피시감지유닛에 의해 상기 토우피시유닛의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 적어도 어느 하나를 수집하는 단계; 상기 토우피시감지유닛으로부터 제공되는 상기 토우피시유닛의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 적어도 어느 하나를 메인컨트롤유닛에 전송하는 단계; 및 상기 토우피시유닛의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 적어도 어느 하나를 기초로 상기 메인컨트롤유닛에 의해 상기 토우피시유닛의 요잉운동을 제어하되, 상기 예인선에 탑재되며 상기 토우피시유닛의 요잉운동을 조절할 수 있도록 상기 토우피시유닛의 양쪽에 상응하여 연결되는 와이어를 각각 구비하는 복수의 윈치유닛을 상기 메인컨트롤유닛에 의해 제어하는 단계를 포함하는 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템의 자세 및 속도 제어방법이 제공될 수 있다.
상기 토우피시감지유닛은, 상기 토우피시유닛의 위치와 자세 속도 데이터를 제공하는 관성측정유닛(inertial measurement unit)과 음파의 도플러 현상을 이용하여 상대속도를 측정하는 도플러 속도 로그(doppler velocity log) 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 토우피시유닛의 위치와 자세 속도 데이터를 관성측정유닛에 의해 상기 메인컨트롤유닛에 제공하며, 상기 도플러 속도 로그에 의해 상기 토우피시유닛의 상대속도를 상기 메인컨트롤유닛에 제공할 수 있다.
상기 예인선에 두 개의 수신기를 사용하여 위치정보를 제공하는 DGPS를 탑재하며, 상기 메인컨트롤유닛에 상기 예인선의 속도와DGPS에 의한 예인선의 위치좌표를 추가적으로 제공하되, 상기 메인컨트롤유닛은, 상기 예인선의 위치정보와 상기 예인선의 속도를 추가하여 상기 토우피시유닛의 요잉운동을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 예인선에 의한 토우피시의 예인 시에 토우피시를 일정한 속도와 직진을 갖도록 예인하여 해저환경의 영상에 대한 질 좋은 원시자료의 취득을 가능케 하는 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템 및 그 자세 및 속도 제어방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템의 개념도이다.
도 2는, 도 1의 윈치와 토우피시의 연결관계를 나타낸 개념도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템의 자세 및 속도 제어방법에 대한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면에 도시된 특정 실시 예들에 의해 본 발명의 다양한 실시 예들을 설명한다. 후술되는 본 발명의 실시 예들에 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시 예에 관련하여 다른 실시 예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
도 1내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템은, 예인선(100)에 의해 수중에서 예인되도록 마련되며 음파조사를 위한 소나가 탑재되는 토우피시유닛(110)과, 예인선(100)에 탑재되며 토우피시유닛(110)의 요잉운동을 조절할 수 있도록 토우피시유닛(110)의 양쪽에 상응하여 연결되는 와이어(121)를 각각 구비하는 복수의 윈치유닛(120)과, 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 하나 이상을 제공하도록 토우피시유닛(110)에 탑재되는 토우피시감지유닛(130)과, 토우피시감지유닛(130)으로부터 제공되는 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 하나 이상을 기초로 윈치유닛(120)을 제어하여 토우피시유닛(110)의 요잉운동을 제어하는 메인컨트롤유닛(140)을 포함한다.
이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템은, 예인선(100)에 의한 토우피시유닛(110)의 예인 시에 토우피시유닛(110)을 일정한 속도와 직진을 갖도록 예인하여 해저환경의 영상에 대한 질 좋은 원시자료의 취득을 가능케 한다.
본 실시 예에 따른 토우피시유닛(110)은, 예인선(100)에 탑재되는 한 쌍의 윈치유닛(120)에 의해 양쪽에 연결되어 있는 와이어(121)의 의한 조종을 받게 된다. 이때 와이어(121)는 토우피시유닛(110)의 좌우방향에 따른 요잉운동을 조종한다.
또한 윈치유닛(120)은, 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 하나 이상을 감지 또는 측정하여 제공하는 토우피시감지유닛(130)과 연결된 메인컨트롤유닛(140)에 의해 와이어(121)의 풀림 혹은 감김 작동이 제어된다.
메인컨트롤유닛(140)은, 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 하나 이상을 기초로 윈치유닛(120)에 의한 와이어(121)의 길이를 조절하여 토우피시유닛(110)의 요잉운동을 제어할 수 있으며, 이에 따라 토우피시유닛(110)은 직진성을 가지면서 일정한 속도로 예인될 수 있다.
이때 토우피시유닛(110)이 직진성을 가지면서 일정한 속도로 예인됨에 따라 전방에 배치되어 있는 소나에 의한 해저지형의 영상에 대한 원시 데이터가 왜곡이 없는 상태로 획득될 수 있다.
이러한 질 좋은 원시 데이터를 기초로 외란에 대해 독립적으로 균일한 품질의 소나영상이 획득될 수 있으며, 후처리 없이 더욱 직관적인 실시간 소나영상이 획득될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 소나(sss)는, 사이드 방향 쪽으로 좀더 광범위한 음파조사가 가능하도록 양쪽 배치가 가능하다.
이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템의 구성요소들을 좀더 상세하게 설명한다.
본 실시 예에 따른 토우피시유닛(110)은, 소나가 전방에 탑재되며 유선형으로 마련되는 토우피시본체(111)와, 토우피시본체(111)의 길이 방향에 교차하게 배치되며 와이어(121)가 양쪽에 연결되는 토우피시날개(112)를 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 토우피시감지유닛(130)은, 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터를 제공하는 관성측정유닛(131, inertial measurement unit)과 음파의 도플러 현상을 이용하여 상대속도를 측정하는 도플러 속도 로그(132, doppler velocity log)를 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 관성측정유닛(131)은, 가속도계, 자이로스코우프, 시그널 프로세싱 회로소자 등이 사용될 수 있으며 위치와 자세 속도 데이터를 제공할 수 있다. 도플러 속도 로그(132)는, 음파의 도플러 현상을 이용하여 토우피시유닛(110)의 상대속도를 측정할 수 있는 속도측정센서이다.
본 실시 예에 따른 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템은, 메인컨트롤유닛(140)에 의한 윈치유닛(120)의 정밀한 제어를 위해서 예인선(100)의 위치와 속도정보를 획득 사용한다.
즉 예인선(100)에는, 두 개의 수신기를 사용하여 위치정보를 제공하는 DGPS(135)가 탑재될 수 있으며, 메인컨트롤유닛(140)에는, 예인선(100)의 속도와DGPS(135)에 의한 예인선(100)의 위치좌표가 추가적으로 제공될 수 있다.
이에 따라 본 실시 예에 따른 메인컨트롤유닛(140)은, 전술한 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 외에 예인선(100)의 위치정보와 예인선(100)의 속도를 추가하여 토우피시유닛(110)의 요잉운동을 제어할 수 있다.
본 실시 예에 따른 윈치유닛(120)에 의해 가동되는 와이어(121)는, 토우피시감지유닛(130)으로부터 신호를 수신하며, 토우피시유닛(110)에 대해 전원을 공급할 수 있는 테더케이블(tether cable)로 마련될 수 있다.
이러한 테더케이블은, 수중에서 신호와 전력을 송출할 수 있도록 사용되는 케이블로서, 윈치유닛(120)에 의해 토우피시유닛(110)을 조종할 수 있는 밧줄로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 토우피시유닛(110)에 대한 신호 및 전력 송수신 케이블로 사용될 수 있다.
본 실시 예에 따른 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템은, 메인컨트롤유닛(140)에 연결되며, 소나에 의해 획득되는 영상을 출력하는 디스플레이(150)를 더 포함할 수 있다.
이러한 디스플레이(150)는, 메인컨트롤유닛(140)에 전달된 소나의 획득 영상을 출력하여 보여주게 되며, 예인선(100)에 탑승한 작업자는 이를 기초로 메인컨트롤유닛(140)에 의한 토우피시유닛(110)의 수중에서 예인이 원활하게 이루어지는 판단할 수 있게 된다.
아울러 본 발명의 일 실시 예에 따른 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템의 자세 및 속도 제어방법은, 음파조사를 위한 소나가 탑재되는 토우피시유닛(110)을 예인선(100)에 의해 수중에서 예인 가능토록 마련하는 단계와, 토우피시유닛(110)에 탑재되는 토우피시감지유닛(130)에 의해 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 어느 하나를 수집하는 단계와, 토우피시감지유닛(130)으로부터 제공되는 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 어느 하나를 메인컨트롤유닛(140)에 전송하는 단계와, 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 어느 하나를 기초로 메인컨트롤유닛(140)에 의해 토우피시유닛(110)의 요잉운동을 제어하되 예인선(100)에 탑재되며 토우피시유닛(110)의 요잉운동을 조절할 수 있도록 토우피시유닛(110)의 양쪽에 상응하여 연결되는 와이어(121)를 각각 구비하는 복수의 윈치유닛(120)을 메인컨트롤유닛(140)에 의해 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이때 본 실시 예에 따른 토우피시감지유닛(130)은, 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터를 제공하는 관성측정유닛(131, inertial measurement unit)과 음파의 도플러 현상을 이용하여 상대속도를 측정하는 도플러 속도 로그(132, doppler velocity log) 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터를 관성측정유닛(131)에 의해 메인컨트롤유닛(140)에 제공하며, 도플러 속도 로그(132)에 의해 토우피시유닛(110)의 상대속도를 메인컨트롤유닛(140)에 제공할 수 있다.
본 실시 예에 따르면, 예인선(100)에 두 개의 수신기를 사용하여 위치정보를 제공하는 DGPS(135)를 탑재하며, 메인컨트롤유닛(140)에 예인선(100)의 속도와DGPS(135)에 의한 예인선(100)의 위치좌표를 추가적으로 제공하되, 메인컨트롤유닛(140)은, 예인선(100)의 위치정보와 예인선(100)의 속도를 추가하여 토우피시유닛(110)의 요잉운동을 제어할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템의 자세 및 속도 제어방법은, 예인선(100)에 의한 토우피시의 예인 시에 토우피시를 일정한 속도와 직진을 갖도록 예인하여 해저환경의 영상에 대한 질 좋은 원시자료의 취득을 가능케 한다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 이를 기초로 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다 할 것이다.
100: 예인선 110: 토우피시유닛
111: 토우피시본체 112: 토우피시날개
120: 윈치유닛 121: 와이어
130: 토우피시감지유닛 131: 관성측정유닛
132: 도플러 속도 로그 135: DPGS
140: 메인컨트롤유닛 150: 디스플레이

Claims (9)

  1. 예인선(100)에 의해 수중에서 예인되도록 마련되며, 음파조사를 위한 소나가 탑재되는 토우피시유닛(110);
    상기 예인선(100)에 탑재되며, 상기 토우피시유닛(110)의 요잉운동을 조절할 수 있도록 상기 토우피시유닛(110)의 양쪽에 상응하여 연결되는 와이어(121)를 각각 구비하는 복수의 윈치유닛(120);
    상기 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 적어도 어느 하나를 제공하도록 상기 토우피시유닛(110)에 탑재되는 토우피시감지유닛(130); 및
    상기 토우피시감지유닛(130)으로부터 제공되는 상기 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터 및 상대속도 중 어느 하나를 기초로 상기 윈치유닛(120)을 제어하여 상기 토우피시유닛(110)의 요잉운동을 제어하는 메인컨트롤유닛(140)을 포함하며,
    상기 토우피시감지유닛(130)은, 상기 토우피시유닛(110)의 위치와 자세 속도 데이터를 제공하는 관성측정유닛(inertial measurement unit,131)과 음파의 도플러 현상을 이용하여 상대속도를 측정하는 도플러 속도 로그(doppler velocity log,132) 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 예인선(100)에는, 두 개의 수신기를 사용하여 위치정보를 제공하는 DGPS(135)가 탑재되며,
    상기 메인컨트롤유닛(140)에는, 상기 예인선(100)의 속도와 DGPS(135)에 의한 예인선(100)의 위치좌표가 추가적으로 제공되며,
    상기 메인컨트롤유닛(140)은, 상기 예인선(100)의 위치정보와 상기 예인선(100)의 속도를 추가하여 상기 토우피시유닛(110)의 요잉운동을 제어하고,
    상기 토우피시유닛(110)은,
    상기 소나가 전방에 탑재되며, 유선형으로 마련되는 토우피시본체(111); 및
    상기 토우피시본체(111)의 길이 방향에 교차하게 배치되며, 상기 와이어(121)가 양쪽에 연결되는 토우피시날개(112)를 포함하는 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 와이어(121)는, 상기 토우피시감지유닛(130)으로부터 신호를 수신하며, 상기 토우피시유닛(110)에 대해 전원을 공급할 수 있는 테더케이블로 마련되는 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 메인컨트롤유닛(140)에 연결되며, 상기 소나에 의해 획득되는 영상을 출력하는 디스플레이(150)를 더 포함하는 와이어제어를 이용한 수중예인 소나시스템.
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