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수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법

  • 기술번호 : KST2019036038
  • 담당센터 : 부산기술혁신센터
  • 전화번호 : 051-606-6561
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명에 따르는 수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법은 음향 펄스 신호를 수신하여 USBL 신호를 측정하는 USBL 트랜시버 및 GPS를 구비하는 모선이 상기 음향 펄스 신호를 생성하는 USBL 레스폰더 및 확장 칼만 필터를 구비한 수중 이동체의 위치를 추적하는 수중 항법 시스템에 있어서, (a) 상기 확장 칼만 필터로부터 상기 수중 이동체의 위도 및 경도를 리드(read)하고, 상기 측정된 USBL 신호의 X-방향 및 Y-방향의 절단 오차를 설정하는 단계; (b) 신호수신 불량 개수를 리셋하고, 상기 측정된 USBL 신호를 기다리는 단계; (c) 상기 측정된 USBL 신호를 인가 받아 신호 범위 및 신호 수신 지연 시간을 계산하고, 지연 카운트를 산출하는 단계; (d) 네비게이션 데이터 메모리로부터 상기 수중 이동체의 속도 데이터를 리드하고, 상기 계산된 지연 시간 동안의 상기 수중 이동체의 이동 위치를 계산하는 단계; (e) 소정의 시간에서의 USBL 신호의 측정값을 보정하는 단계; (f) 상기 보정된 USBL 신호의 측정 에러를 계산하고, 상기 신호 수신 불량이 발생했는지 여부를 판단하는 단계; (g) 신호 수신 불량이 발생한 경우 상기 신호 수신 불량 개수의 카운트를 하나 증가시키고, 상기 측정된 USBL 신호의 에러를 버리는 단계; 및 (h) 신호 수신 불량이 발생하지 않은 경우 확장 칼만 필터링 동작을 수행 하여 상기 보정된 USBL 신호가 정규 분포를 갖게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Int. CL G01S 7/52 (2006.01.01) G01S 15/02 (2006.01.01) G01S 15/06 (2006.01.01) G05D 1/02 (2006.01.01)
CPC G01S 7/52004(2013.01) G01S 7/52004(2013.01) G01S 7/52004(2013.01) G01S 7/52004(2013.01)
출원번호/일자 1020160057703 (2016.05.11)
출원인 한국해양과학기술원
등록번호/일자 10-1755307-0000 (2017.07.03)
공개번호/일자
공고번호/일자 (20170710) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 등록
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2016.05.11)
심사청구항수 13

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 한국해양과학기술원 대한민국 부산광역시 영도구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 이판묵 대한민국 대전시 유성구
2 심형원 대한민국 세종시 달빛로 **
3 김방현 대한민국 대전시 유성구
4 백혁 대한민국 세종시 보람로 **
5 박진영 대한민국 대전시 유성구
6 전봉환 대한민국 세종시 달빛로 *
7 유승열 대한민국 세종시 달빛*로 *

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 특허법인(유한) 대아 대한민국 서울특별시 강남구 역삼로 ***, 한양빌딩*층(역삼동)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 한국해양과학기술원 대한민국 부산광역시 영도구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2016.05.11 수리 (Accepted) 1-1-2016-0450313-18
2 보정요구서
Request for Amendment		 2016.05.17 발송처리완료 (Completion of Transmission) 1-5-2016-0073925-45
3 [출원서등 보정]보정서
[Amendment to Patent Application, etc.] Amendment		 2016.05.18 불수리 (Non-acceptance) 1-1-2016-0474845-47
4 서류반려이유통지서
Notice of Reason for Return of Document		 2016.05.23 발송처리완료 (Completion of Transmission) 1-5-2016-0076515-54
5 [출원서등 보정]보정서
[Amendment to Patent Application, etc.] Amendment		 2016.06.07 수리 (Accepted) 1-1-2016-0544231-00
6 [반려요청]서류반려요청(반환신청)서
[Request for Return] Request for Return of Document		 2016.06.08 수리 (Accepted) 1-1-2016-0549190-87
7 서류반려통지서
Notice for Return of Document		 2016.06.10 발송처리완료 (Completion of Transmission) 1-5-2016-0089052-10
8 등록결정서
Decision to grant		 2017.06.14 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2017-0413547-64
9 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2017.06.28 수리 (Accepted) 4-1-2017-0034176-95
10 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2018.01.23 수리 (Accepted) 4-1-2018-5013167-10
11 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2018.07.10 수리 (Accepted) 4-1-2018-5131202-66
12 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.02.25 수리 (Accepted) 4-1-2020-5042665-74
13 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.10.20 수리 (Accepted) 4-1-2020-5235797-63
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
음향 펄스 신호를 수신하여 USBL 신호를 측정하는 USBL 트랜시버 및 GPS를 구비하는 모선이 상기 음향 펄스 신호를 생성하는 USBL 레스폰더 및 확장 칼만 필터를 구비한 수중 이동체의 위치를 추적하는 수중 항법 시스템의 수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법에 있어서,(a) 상기 확장 칼만 필터로부터 상기 수중 이동체의 위도 및 경도를 리드(read)하고, 상기 측정된 USBL 신호의 X-방향 및 Y-방향의 절단 오차를 설정하는 단계;(b) 신호수신 불량 개수를 리셋하고, 상기 측정된 USBL 신호를 기다리는 단계; (c) 상기 측정된 USBL 신호를 인가 받아 신호 범위 및 신호 수신 지연 시간을 계산하고, 지연 카운트를 산출하는 단계; (d) 네비게이션 데이터 메모리로부터 상기 수중 이동체의 속도 데이터를 리드하고, 상기 계산된 지연 시간 동안의 상기 수중 이동체의 이동 위치를 계산하는 단계;(e) 소정의 시간에서의 USBL 신호의 측정값을 보정하는 단계; (f) 상기 보정된 USBL 신호의 측정 에러를 계산하고, 상기 신호 수신 불량이 발생했는지 여부를 판단하는 단계; (g) 신호 수신 불량이 발생한 경우 상기 신호 수신 불량 개수의 카운트를 하나 증가시키고, 상기 측정된 USBL 신호의 에러를 버리는 단계; 및(h) 신호 수신 불량이 발생하지 않은 경우 확장 칼만 필터링 동작을 수행 하여 상기 보정된 USBL 신호가 정규 분포를 갖게 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
2 2
제 1 항에 있어서, 상기 수중 이동체는상기 USBL 레스폰더, 제1 관성 센서, 제1 속도 센서, 제1 선수각-자세 센서 및 제1 수심 센서를 구비한 원격 조종 무인 잠수정; 및 USBL 트랜스폰더, 제2 관성 센서, 제2 속도 센서, 제2 선수각-자세 센서 및 제2 수심 센서를 구비한 자율 무인 잠수정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
3 3
제 2 항에 있어서, 상기 (e) 단계는상기 수중 이동체가 USBL 레스폰더로 운용되는 원격 조종 무인 잠수정인 경우, (e-1) 운용 거리 범위를 고려하여 USBL 신호 처리 시간 구간(TUSBL), 음파 전달 평균 음속(Va), 상기 제1 관성 센서의 샘플링 시간 간격(δt) 및 상기 USBL 신호 처리 시간 구간의 100 Hz 카운트 숫자(j=TUSBL/δt)에 대한 초기값을 설정하는 단계; (e-2) 상기 USBL 레스폰더에서 음향 펄스를 발생하면, 상기 모선으로부터 소정의 거리(R1)가 떨어진 상기 USBL 트랜시버에서 음향 펄스를 수신하는 단계; (e-3) 상기 원격 조종 무인 잠수정의 위치 및 상기 거리(R1)를 계산하여, 100 Hz 카운트 숫자(j1=R1/Vaδt)를 산출하는 단계; (e-4) 상기 모선의 위치 변화량(ΔXGPS, ΔYGPS)을 측정하여 상기 모선의 위치 변화를 보정하는 단계; 및(e-5) 상기 원격 조종 무인 잠수정의 위치를 다음의 수학식에 의해 계산하는 단계; (상기 XUSBL(tk) 및 상기 YUSBL(tk)는 각각 시간(tk)에서 USBL을 통해 측정된 x 축상 위치 및 y 축상 위치이고, 상기 ΔXGPS 및 상기 ΔYGPS 는 GPS를 통해 측정된 상기 모선의 위치 변화량이며, 상기 VE(tk-i) 및 상기 VN(tk-i)는 각각 시간(tk-i)에서의 동쪽 및 북쪽 방향으로의 상기 원격 조종 무인 잠수정의 속도)를 포함하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
4 4
제 2 항에 있어서, 상기 (e) 단계는상기 수중 이동체가 USBL 트랜스폰더로 운용되는 원격 조종 무인 잠수정인 경우, (e-1) 운용 거리 범위를 고려하여 USBL 신호 처리 시간 구간(TUSBL), 음파 전달 평균 음속(Va), 상기 제1 관성 센서의 샘플링 시간 간격(δt) 및 상기 USBL 신호 처리 시간 구간의 100 Hz 카운트 숫자(j=TUSBL/δt)에 대한 초기값을 설정하는 단계; (e-2) 상기 USBL 레스폰더에서 음향 펄스를 발생하면, 상기 모선으로부터 소정의 거리(R1)가 떨어진 상기 USBL 트랜시버에서 음향 펄스를 수신하여 응답 신호를 출력하는 단계; (e-3) 상기 모선이 이동하여 상기 원격 조종 무인 잠수정이 상기 모선으로부터 거리(R2)가 떨어지게 된 상기 USBL 트랜시버가 상기 응답 신호를 수신하는 단계; (e-4) 상기 거리(R1) 및 상기 거리(R2)를 이용하여 왕복거리 (R1+R2)/2를 계산하고, 상기 원격 조종 무인 잠수정의 위치를 측정하여 100 Hz 카운트 숫자(j1=R1/Vaδt)를 산출하는 단계; (e-5) 상기 모선의 위치 변화량(ΔXGPS, ΔYGPS)을 측정하여 상기 모선의 위치 변화를 보정하는 단계; 및(e-6) 상기 원격 조종 무인 잠수정의 위치를 다음의 수학식에 의해 계산하는 단계; (상기 XUSBL(tk) 및 상기 YUSBL(tk)는 각각 시간(tk)에서 USBL을 통해 측정된 x 축상 위치 및 y 축상 위치이고, 상기 ΔXGPS 및 상기 ΔYGPS 는 GPS를 통해 측정된 상기 모선의 위치 변화량이며, 상기 VE(tk-i) 및 상기 VN(tk-i)는 각각 시간(tk-i)에서의 동쪽 및 북쪽 방향으로의 상기 원격 조종 무인 잠수정의 속도)를 포함하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
5 5
제 2 항에 있어서, 상기 (e) 단계는상기 수중 이동체가 USBL 트랜스폰더로 운용되는 자율 무인 잠수정인 경우, (e-1) 운용 거리 범위를 고려하여 USBL 신호 처리 시간 구간(TUSBL), 음파 전달 평균 음속(Va), 상기 제2 관성 센서의 샘플링 시간 간격(δt), 비동기 전송 모드 데이터 수신을 위한 신호 처리 소요 시간(Δta) 및 비동기 전송 모드에서 USBL 신호 수신 소요 시간의 100 Hz 카운트 숫자(ja = Δta /δt)에 대한 초기값을 설정하는 단계; (e-2) 상기 USBL 레스폰더에서 음향 펄스를 발생하면, 상기 모선으로부터 소정의 거리(R1)가 떨어진 상기 USBL 트랜시버에서 음향 펄스를 수신하여 응답 신호를 출력하는 단계; (e-3) 상기 모선이 이동하여 상기 자율 무인 잠수정이 상기 모선으로부터 거리(R2)가 떨어지게 된 상기 USBL 트랜시버가 상기 응답 신호를 수신하는 단계; (e-4) 상기 거리(R1) 및 상기 거리(R2)를 이용하여 왕복거리 (R1+R2)/2를 계산하고, 상기 자율 무인 잠수정의 위치를 측정하는 단계; (e-5) 상기 모선이 상기 측정된 자율 무인 잠수정의 위치 데이터를 비동기 전송 모드로 상기 자율 무인 잠수정으로 전송하면, 상기 자율 무인 잠수정이 이동한 소정의 시간에 상기 측정된 자율 무인 잠수정의 위치 데이터를 확인하여 100 Hz 카운트 숫자(j1=R1/Vaδt)를 산출하는 단계; (e-6) 상기 모선의 위치 변화량(ΔXGPS, ΔYGPS)을 측정하여 상기 모선의 위치 변화를 보정하는 단계; 및(e-7) 상기 자율 무인 잠수정의 위치를 다음의 수학식에 의해 계산하는 단계; (상기 XUSBL(tk) 및 상기 YUSBL(tk)는 각각 시간(tk)에서 USBL을 통해 측정된 x 축상 위치 및 y 축상 위치이고, 상기 ΔXGPS 및 상기 ΔYGPS 는 GPS를 통해 측정된 상기 모선의 위치 변화량이며, 상기 VE(tk-i) 및 상기 VN(tk-i)는 각각 시간(tk-i)에서의 동쪽 및 북쪽 방향으로의 상기 자율 무인 잠수정의 속도)를 포함하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
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제 1 항에 있어서, 상기 (g) 단계 이후에에러 공분산 행렬을 전파하고 상기 (b) 단계로 회귀하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
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제 1 항에 있어서, 상기 측정된 USBL 신호의 에러를 버리는 단계는임계 오차 범위인 n * σ(n = 3 ~ 5, 상기 σ는 오차의 표준 편차)를 초과하는 상기 측정된 USBL 신호를 제거하는 단계; 상기 신호 수신 불량 개수를 카운트하는 단계; 및하기의 수학식을 이용하여 상기 신호 수신 불량에 의한 USBL 신호의 계측 오차 공분산 특성을 보정하는 단계; (상기 Rk는 시간(tk)에서의 계측 오차 공분산이고, 상기 R은 계측 오차 공분산이며, 상기 α는 신호 수신 불량 개수)를 포함하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
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제 2 항에 있어서, 상기 (h) 단계는(h-1) 상기 USBL 트랜시버에서 환산된 상기 수중 이동체까지의 거리 또는 상기 GPS에서 환산된 상기 수중 이동체의 절대 위치를 인가받아 초기화하는 단계; (h-2) 상기 제1 및 제2 관성 센서가 상기 수중 이동체까지의 운동의 관성력을 검출하여 가속도 및 각속도를 제공하는 단계; (h-3) 상기 확장 칼만 필터가 상기 가속도 및 상기 각속도를 인가받아 스트랩다운 관성항법 알고리즘을 구동하여 상기 수중 이동체의 추정거리를 산출하는 단계; (h-4) 상기 추정거리를 인가받아 에러 공분산 행렬을 전파하는 단계; (h-5) 상기 제1 및 제2 속도 센서를 위한 칼만 이득 및 상기 USBL을 위한 칼만 이득을 산출하고 상기 에러 공분산 행렬을 업데이트하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
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제 8 항에 있어서, 상기 (h-5) 단계에서상기 제1 및 제2 속도 센서를 위한 칼만 이득을 산출하는데 있어서 필요한 데이터는 상기 제1 및 제2 속도 센서에서 측정된 상기 수중 이동체 각각의 속도 데이터, 상기 제1 및 제2 수심 센서에서 측정된 상기 수중 이동체 각각의 심도 데이터에 상기 스트랩다운 관성항법 알고리즘을 통해 산출된 비동기 멀티 레이트 속도 데이터 및 심도 데이터의 합인 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
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제 9 항에 있어서, 상기 (h-5) 단계 이후에(h-6) 상기 속도 데이터 및 심도 데이터의 합을 인가받아 속도 및 심도에 대한 상태 추정 데이터를 업데이트하는 단계; 및(h-7) 상기 제1 및 제2 속도 센서를 위한 칼만 이득과 상기 제1 및 제2 수심 센서를 위한 칼만 이득을 산출하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
11 11
제 10 항에 있어서, 상기 (h-5) 단계에서상기 USBL을 위한 칼만 이득을 산출하는데 있어서 필요한 데이터는 상기 USBL 트랜시버에서 측정된 상기 수중 이동체 각각의 위치 데이터에 상기 스트랩다운 관성항법 알고리즘을 통해 산출된 위치 데이터의 합인 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
12 12
제 11 항에 있어서, 상기 (h-7) 단계 이후에상기 위치 데이터의 합을 인가받아 시간 지연 에러를 보정하고, 상기 신호 수신 불량이 발생했는지 여부를 판단하는 단계; 상기 신호 수신 불량이 발생하지 않은 경우 x 축상 위치 및 y 축상 위치에 랜덤 노이즈를 추가하고, 계측 오차 공분산을 조절하는 단계; 상기 신호 수신 불량이 발생한 경우 상기 신호 수신 불량 개수를 하나 증가시키고, 상기 측정된 USBL 신호의 에러를 버리고 상기 에러 공분산 행렬을 전파하는 단계; 및상기 조절된 계측 오차 공분산을 이용하여 상기 제1 및 제2 속도 센서를 위한 상태 추정 데이터를 업데이트하고, 상기 USBL을 위한 칼만 이득을 산출하는 단계(S50)로 회귀하는 단계;상기 제1 및 제2 속도 센서를 위한 상태 추정 업데이트 데이터의 에러를 보정하여 상기 스트랩다운 관성항법 알고리즘을 구동하는 단계(S100)로 회귀하는 단계;상기 스트랩다운 관성항법 알고리즘이 상기 전파된 에러 공분산 행렬 및 상기 에러가 보정된 제1 및 제2 속도 센서를 위한 상태 추정 업데이트 데이터를 인가받아 상기 수중 이동체의 위치, 속도 및 자세 데이터를 보정하여 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
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음향 펄스 신호를 수신하여 USBL 신호를 측정하는 USBL 트랜시버 및 GPS를 구비하는 모선이 상기 음향 펄스 신호를 생성하는 USBL 레스폰더 및 확장 칼만 필터를 구비한 수중 이동체의 위치를 추적하는 수중 항법 시스템의 수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법에 있어서,(a) 상기 확장 칼만 필터로부터 상기 수중 이동체의 위도 및 경도를 리드(read)하고, 상기 측정된 USBL 신호의 X-방향 및 Y-방향의 절단 오차를 설정하는 단계;(b) 신호수신 불량 개수를 리셋하고, 상기 측정된 USBL 신호를 기다리는 단계; (c) 상기 측정된 USBL 신호를 인가 받아 신호 범위 및 신호 수신 지연 시간을 계산하고, 지연 카운트를 산출하는 단계; (d) 네비게이션 데이터 메모리로부터 상기 수중 이동체의 속도 데이터를 리드하고, 상기 계산된 지연 시간 동안의 상기 수중 이동체의 이동 위치를 계산하는 단계;(e) 소정의 시간에서의 USBL 신호의 측정값을 보정하는 단계; (f) 상기 보정된 USBL 신호의 측정 에러를 계산하고, 상기 신호 수신 불량이 발생했는지 여부를 판단하는 단계; (g) 신호 수신 불량이 발생한 경우 상기 신호 수신 불량 개수의 카운트를 하나 증가시키고, 상기 측정된 USBL 신호의 에러를 버리는 단계; 및(h) 신호 수신 불량이 발생하지 않은 경우 확장 칼만 필터링 동작을 수행 하여 상기 보정된 USBL 신호가 정규 분포를 갖게 하는 단계; 를 포함하고,상기 확장 칼만 필터는 상기 모선 및 상기 수중 이동체의 이동을 고려하여 데이터를 업데이트하는 간접 되먹임 방식으로 상기 USBL 신호의 측정값을 보정하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 측정 오차 보정 방법
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1 해양수산부 선박해양플랜트연구소 해양장비개발 및 인프라 구축사업 심해 유무인 잠수정 기술 개발 및 운용 인프라 구축 - 기술개발