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수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템

  • 기술번호 : KST2019036041
  • 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 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템은 음향 펄스를 생성하고, 내장된 관성 센서에서 측정된 본체의 가속도 및 각속도 데이터와 모선의 위치 정보를 이용하여 상기 모선과의 거리가 추정되며, 상기 모선의 USBL 트랜시버에서 측정된 본체의 위치 데이터에 랜덤 노이즈를 추가하여 수중 통합 항법 데이터의 오차를 보정하는 수중 이동체; 및 상기 생성된 음향 펄스를 수신하여 상기 수중 이동체의 수중 3차원 상대 위치를 측정하여 상기 수중 이동체 본체의 상기 위치 데이터에 대한 USBL 신호를 상기 수중 이동체에 전송하는 상기 모선;을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 시간 경과에 따라 오차가 누적되는 관성 센서만을 이용하는 경우나 신호수신 불량이 자주 발생하고 각도 분해능이 일정하여 측정 거리가 증가함에 따라 오차가 증가하는 USBL의 단점을 극복하게 되어 수중 항법 추적 시스템의 정밀도가 향상되게 된다.
Int. CL G01S 11/14 (2006.01.01) G01C 21/20 (2006.01.01)
CPC G01S 11/14(2013.01) G01S 11/14(2013.01)
출원번호/일자 1020160057702 (2016.05.11)
출원인 한국해양과학기술원
등록번호/일자 10-1789188-0000 (2017.10.17)
공개번호/일자
공고번호/일자 (20171024) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 등록
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2016.05.11)
심사청구항수 18

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
번호, 서류명, 접수/발송일자, 처리상태, 접수/발송일자의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 행정처리 표입니다.
번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2016.05.11 수리 (Accepted) 1-1-2016-0450306-09
2 보정요구서
Request for Amendment		 2016.05.12 발송처리완료 (Completion of Transmission) 1-5-2016-0071614-15
3 [출원서등 보정]보정서
[Amendment to Patent Application, etc.] Amendment		 2016.05.16 불수리 (Non-acceptance) 1-1-2016-0466151-37
4 서류반려이유통지서
Notice of Reason for Return of Document		 2016.05.23 발송처리완료 (Completion of Transmission) 1-5-2016-0076514-19
5 [출원서등 보정]보정서
[Amendment to Patent Application, etc.] Amendment		 2016.06.07 수리 (Accepted) 1-1-2016-0544021-18
6 [반려요청]서류반려요청(반환신청)서
[Request for Return] Request for Return of Document		 2016.06.08 수리 (Accepted) 1-1-2016-0549170-74
7 서류반려통지서
Notice for Return of Document		 2016.06.10 발송처리완료 (Completion of Transmission) 1-5-2016-0089051-75
8 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search		 2016.08.11 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
9 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search		 2016.11.18 수리 (Accepted) 9-1-2016-0048253-56
10 의견제출통지서
Notification of reason for refusal		 2017.05.12 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2017-0331978-27
11 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2017.06.28 수리 (Accepted) 4-1-2017-0034176-95
12 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)		 2017.06.29 수리 (Accepted) 1-1-2017-0626807-23
13 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment		 2017.06.29 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2017-0626808-79
14 등록결정서
Decision to grant		 2017.09.21 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2017-0667474-64
15 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2018.01.23 수리 (Accepted) 4-1-2018-5013167-10
16 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2018.07.10 수리 (Accepted) 4-1-2018-5131202-66
17 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.02.25 수리 (Accepted) 4-1-2020-5042665-74
18 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 펄스를 생성하고, 내장된 관성 센서에서 측정된 본체의 가속도 및 각속도 데이터와 GPS를 통해 획득한 모선의 위치 정보를 이용하여 상기 모선과의 거리를 추정하며, 상기 모선의 USBL 트랜시버에서 측정된 본체의 절대 위치 데이터에 랜덤 노이즈를 추가하여 속도, 위치 및 자세에 대한 수중 통합 항법 데이터의 오차를 보정하는 수중 이동체; 및상기 생성된 음향 펄스를 수신하여 상기 수중 이동체의 수중 3차원 상대 위치를 측정하여 상기 수중 이동체 본체의 상기 절대 위치 데이터에 대한 USBL 신호를 상기 수중 이동체에 전송하는 상기 모선;을 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
2 2
제 1 항에 있어서, 상기 수중 이동체는케이블을 통하여 상기 모선에서 전송되는 응답 신호 발생 명령을 인가받아 상기 음향 펄스를 생성하는 USBL 레스폰더;제1 주기로 상기 수중 이동체의 운동의 관성력을 검출하여 가속도 및 각속도를 측정하는 제1 관성 센서; 제2 주기로 상기 수중 이동체의 속도를 측정하는 제1 속도 센서;상기 수중 이동체의 방위각 및 자세와 심도를 측정하는 제1 선수각-자세 센서 및 수심 센서;상기 USBL 신호의 신호 수신 불량의 발생 여부를 판단하여 발생하지 않은 경우 상기 측정된 수중 이동체의 상기 절대 위치 데이터에 랜덤 노이즈를 추가하고, 계측 오차 공분산을 조절하여 상기 수중 이동체의 거리를 추정하는 제1 확장 칼만 필터;상기 제1 확장 칼만 필터로부터 상기 수중 이동체의 위도 및 경도를 리드하고, 상기 측정된 USBL 신호를 인가 받아 신호의 X-방향 및 Y-방향의 절단 오차를 설정하며, 신호 범위 및 신호 수신 지연 시간을 계산하여 측정값을 보정하는 제1 제어부; 및상기 신호 수신 불량이 발생한 경우 신호 수신 불량 개수를 하나 증가시키는 제1 카운터;를 구비하는 원격 조종 무인 잠수정인 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
3 3
제 2 항에 있어서, 상기 제1 제어부는제1 네비게이션 데이터 메모리로부터 상기 원격 조종 무인 잠수정의 속도 데이터를 리드하여 상기 계산된 신호 수신 지연 시간 동안의 상기 원격 조종 무인 잠수정의 이동 위치를 계산하고,상기 신호 수신 불량이 발생한 경우 상기 측정된 USBL 신호의 에러를 버리고 에러 공분산 행렬을 전파하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
4 4
제 3 항에 있어서, 상기 제1 제어부는임계 오차 범위인 n * σ(n = 3 ~ 5, 상기 σ는 오차의 표준 편차)를 초과하는 상기 측정된 USBL 신호를 제거하고,다음의 수학식 (상기 Rk는 시간(tk)에서의 계측 오차 공분산이고, 상기 R은 계측 오차 공분산이며, 상기 α는 신호 수신 불량 개수)을 이용하여 상기 신호 수신 불량에 의한 USBL 신호의 계측 오차 공분산 특성을 보정하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
5 5
제 2 항에 있어서, 상기 제1 제어부는USBL을 위하여 칼만 이득을 산출하고, 상기 제1 속도 센서를 위하여 칼만 이득을 산출한 후에 에러 공분산 행렬을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
6 6
제 2 항에 있어서, 상기 수중 이동체는상기 USBL 트랜시버에서 전송되는 질의 신호를 인가받아 상기 음향 펄스를 생성하는 USBL 트랜스폰더;제1 주기로 상기 수중 이동체의 운동의 관성력을 검출하여 가속도 및 각속도를 측정하는 제2 관성 센서; 제2 주기로 상기 수중 이동체의 속도를 측정하는 제2 속도 센서;상기 수중 이동체의 방위각 및 자세와 심도를 측정하는 제2 선수각-자세 센서 및 수심 센서;상기 USBL 신호의 신호 수신 불량의 발생 여부를 판단하여 발생하지 않은 경우 상기 측정된 수중 이동체의 상기 절대 위치 데이터에 랜덤 노이즈를 추가하고, 계측 오차 공분산을 조절하여 상기 수중 이동체의 거리를 추정하는 제2 확장 칼만 필터;상기 제2 확장 칼만 필터로부터 상기 수중 이동체의 위도 및 경도를 리드하고, 상기 측정된 USBL 신호를 인가 받아 신호의 X-방향 및 Y-방향의 절단 오차를 설정하며, 신호 범위 및 신호 수신 지연 시간을 계산하여 측정값을 보정하는 제2 제어부; 및상기 신호 수신 불량이 발생한 경우 신호 수신 불량 개수를 하나 증가시키는 제2 카운터;를 구비하는 자율 무인 잠수정인 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
7 7
제 6 항에 있어서, 상기 제2 제어부는제2 네비게이션 데이터 메모리로부터 상기 자율 무인 잠수정의 속도 데이터를 리드하여 상기 계산된 신호 수신 지연 시간 동안의 상기 자율 무인 잠수정의 이동 위치를 계산하고,상기 신호 수신 불량이 발생한 경우 상기 측정된 USBL 신호의 에러를 버리고 에러 공분산 행렬을 전파하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
8 8
제 7 항에 있어서, 상기 제2 제어부는임계 오차 범위인 n * σ(n = 3 ~ 5, 상기 σ는 오차의 표준 편차)를 초과하는 상기 측정된 USBL 신호를 제거하고,다음의 수학식 (상기 Rk는 시간(tk)에서의 계측 오차 공분산이고, 상기 R은 계측 오차 공분산이며, 상기 α는 신호 수신 불량 개수)을 이용하여 상기 신호 수신 불량에 의한 USBL 신호의 계측 오차 공분산 특성을 보정하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
9 9
제 6 항에 있어서, 상기 제2 제어부는USBL을 위하여 칼만 이득을 산출하고, 상기 제2 속도 센서를 위하여 칼만 이득을 산출한 후에 에러 공분산 행렬을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
10 10
제 1 항에 있어서, 상기 모선은상기 생성된 음향 펄스를 수신하여 신호 수신 지연 시간 및 신호 수신 각도를 계산하고, 상기 수중 이동체까지의 거리 및 상기 음향 펄스의 입사각을 환산하여 상기 수중 이동체의 상기 수중 3차원 상대 위치를 계산하여 상기 USBL 신호를 출력하는 USBL 트랜시버; 및상기 수중 이동체의 x 축상 위치 및 y 축상 위치를 측정하고, x 축상 위치 에러 및 y 축상 위치 에러를 산출하는 상기 GPS; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
11 11
제 10 항에 있어서, 상기 USBL 트랜시버는상기 GPS를 통해 획득한 상기 모선의 위치를 고려한 상기 수중 이동체의 절대 위치를 환산하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
12 12
제 10 항에 있어서, 상기 USBL 트랜시버는상기 수중 이동체가 트랜스폰더 모드인 원격 조종 무인 잠수정인 경우 및 자율 무인 잠수정인 경우 상기 신호 수신 지연 시간을 이용하여 상기 수중 이동체까지의 왕복 거리를 환산하는 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
13 13
제 2 항에 있어서, 상기 USBL 신호의 측정값 보정은상기 수중 이동체가 USBL 레스폰더로 운용되는 원격 조종 무인 잠수정인 경우, 상기 제1 제어부가 운용 거리 범위를 고려하여 초기값을 설정하고, 상기 원격 조종 무인 잠수정의 위치 및 상기 모선으로부터의 거리(R1)를 계산하고, 상기 USBL 트랜시버가 상기 모선의 위치 변화량(ΔXGPS, ΔYGPS)을 측정하여 전송하면 상기 제1 제어부가 상기 모선의 위치 변화를 보정하여 상기 원격 조종 무인 잠수정의 위치를 다음 수학식 (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)에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
14 14
제 2 항에 있어서, 상기 USBL 신호의 측정값 보정은상기 수중 이동체가 USBL 트랜스폰더로 운용되는 원격 조종 무인 잠수정인 경우, 상기 제1 제어부가 운용 거리 범위를 고려하여 초기값을 설정하고, 상기 원격 조종 무인 잠수정의 위치 및 상기 모선으로부터의 거리(R1)를 계산하고, 상기 모선이 이동하여 상기 원격 조종 무인 잠수정이 상기 모선으로부터 거리(R2)가 떨어지게 된 상기 USBL 트랜시버가 왕복거리 (R1+R2)/2를 계산하며, 상기 USBL 트랜시버가 상기 모선의 위치 변화량(ΔXGPS, ΔYGPS)을 측정하여 전송하면 상기 제1 제어부가 상기 모선의 위치 변화를 보정하여 상기 원격 조종 무인 잠수정의 위치를 다음 수학식 (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)에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
15 15
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 초기값은USBL 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)를 포함하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
16 16
제 6 항에 있어서, 상기 USBL 신호의 측정값 보정은상기 수중 이동체가 USBL 트랜스폰더로 운용되는 자율 무인 잠수정인 경우, 상기 제2 제어부가 운용 거리 범위를 고려하여 초기값을 설정하고, 상기 자율 무인 잠수정의 위치 및 상기 모선으로부터의 거리(R1)를 계산하고, 상기 모선이 이동하여 상기 자율 무인 잠수정이 상기 모선으로부터 거리(R2)가 떨어지게 된 상기 USBL 트랜시버가 왕복거리 (R1+R2)/2를 계산 및 상기 자율 무인 잠수정의 위치를 측정하며, 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 확인하고,상기 USBL 트랜시버가 상기 모선의 위치 변화량(ΔXGPS, ΔYGPS)을 측정하여 전송하면 상기 제2 제어부가 상기 모선의 위치 변화를 보정하여 상기 자율 무인 잠수정의 위치를 다음 수학식 (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)에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
17 17
제 16 항에 있어서, 상기 초기값은USBL 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)인 것을 특징으로 하는,수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
18 18
음향 펄스를 생성하고, 내장된 관성 센서에서 측정된 본체의 가속도 및 각속도 데이터와 GPS를 통해 획득한 모선의 위치 정보를 이용하여 상기 모선과의 거리를 추정하며, 상기 모선의 USBL 트랜시버에서 측정된 본체의 절대 위치 데이터에 랜덤 노이즈를 추가하여 속도, 위치 및 자세에 대한 수중 통합 항법 데이터의 오차를 보정하는 수중 이동체; 및상기 생성된 음향 펄스를 수신하여 상기 수중 이동체의 수중 3차원 상대 위치를 측정하여 상기 수중 이동체 본체의 상기 절대 위치 데이터에 대한 USBL 신호를 상기 수중 이동체에 전송하는 상기 모선; 을 구비하고, 상기 절대 위치 데이터는 절단 오차를 가지고, 상기 USBL 신호는 미시적인 관점에서 결정론적 신호 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 수중 이동체의 위치 추적을 위한 수중 통합 항법 시스템
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1 해양수산부 선박해양플랜트연구소 해양장비개발 및 인프라 구축사업 심해 유무인 잠수정 기술 개발 및 운용 인프라 구축 - 기술개발