단기선방식(SBL)의 수중초음파 위치추적시스템 개발

Abstract

본 논문에서는 수중에서 이동하는 무인잠수정(ROV)의 위치를 측정하는 방법중의 하나인 단기선 방식(SBL)을 이용하여 잠수정의 위치측정을 수행하였고, 실제로 하이드로폰과 DAQ 시스템을 이용하여 수조에서 테스트를 수행하였다. 입력된 신호를 이용하여 위치 계산방식으로 삼각측량법을 이용하였고, LabView프로그램을 이용하여 실시간으로 무인잠수정의 위치를 계산하여 출력하였다. 실험결과, 제안된 알고리즘은 X, Y방향에 대해서는 비교적 정확한 추정 결과를 나타내었고 이를 이용하여 무인잠수정의 수평방향 위치제어용 데이터로 사용하기에 충분하다고 판단된다. 그러나 Z방향에 대하여서는 오차를 포함하고 있어 수직방향 제어용 데이터로 사용하기 힘들다고 판단된다. 이는 무인잠수정의 수심측정 센서를 이용하여 보완할 수 있을 것으로 본다. 또한, 실 해역 실험을 통하여 설계된 시스템의 성능을 파악하고자 하였으나, 환경적인 외란 및 다양한 소음이 존재하여 이에 대한 강인한 측정 알고리즘의 개발이 필요함을 확인하였다. 추후, 이러한 실 해역 운용상의 문제들을 해결하고자 한다. 향후 연구로는 위치추정 알고리즘을 보완하여 실제 선박 선저부에 센서가 부착되었을 경우에 대한 적용연구를 진행할 예정이며, 위치추정 알고리즘을 발전시켜 3차원에서의 정확한 위치 추적을 가능하게 할 예정이다. 무인잠수정 또는 수중운동체의 위치 추적에 사용되는 수중위치추적 시스템은 종합적인 수중음향 처리 기술이 요구되고, 해저 탐사와 채광을 비롯하여 해상 구조물 설치 및 제반 수중작업에 필수적이다. 그러므로 해양과학의 발전 측면에서 수중위치추적시스템의 운용 및 개발에 대한 더욱더 폭 넓은 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.

In this paper we have implemented a 3 dimensional position location system to estimated the 3-dimensional position of ROV(Remotely Operated Vehicle) in underwater environments. This system can help to estimate the location of underwater vehicle by the operator who is on the deck or platform. For the underwater explorations, lots of underwater systems use equipments and sensors. Theses equipments and sensors are very expensive, so 3-D location system is necessary in order to keep the safety of equipments and sensors. In this research, we developed low-cost SBL(Short BaseLine) system for measure real-time 3-D location when using the underwater vehicles. We let 4 hydrophones in different positions and moving sensor(pinger) to communicate with each other to find the 3-D positions for both the fixed and moving vehicles. This system implement 3×3×1.7(m) basin and each sensors connected with NI(National Instrument) DAQ(Data Aquisition) board and LabView program. In order to calculate 3-D position used geometrical position estimate method. To verify the performance of designed position estimate system, experiments were done in a water basin. Hereafter, we will test in the ocean using designed SBL system.