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KR20120096626A - A position estimation method for moving objects in underwater and position estimation device for moving objects in underwater - Google Patents

A position estimation method for moving objects in underwater and position estimation device for moving objects in underwater Download PDF

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KR20120096626A
KR20120096626A KR1020110015813A KR20110015813A KR20120096626A KR 20120096626 A KR20120096626 A KR 20120096626A KR 1020110015813 A KR1020110015813 A KR 1020110015813A KR 20110015813 A KR20110015813 A KR 20110015813A KR 20120096626 A KR20120096626 A KR 20120096626A
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underwater
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공도식
한상철
백명숙
윤경환
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대양전기공업 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A position estimating method and apparatus of an underwater moving object are provided to offer accurate position information of the underwater moving object and to reduce development time of underwater sensor equipment connected to the position estimating apparatus. CONSTITUTION: An USBL(Ultra Short Base Line) transponder(2) is installed on the top of an underwater moving object(1). An USBL transceiver(2') communicates with the USBL transponder while being arranged on the surface of the water. A front detecting sonar(3) is arranged in the front of the underwater moving object and senses the front of the underwater moving object. A DVL(Doppler Velocity Log)(4) is attached to an outer surface of the underwater moving object. An inertia sensor(5) and a water depth meter(6) are arranged in the inner side of the underwater moving object. A position estimating operation unit(7) is installed in the inner side of the underwater moving object.

Description

수중운동체의 위치 추정 방법 및 수중운동체의 위치 추정 장치 { A position estimation method for moving objects in underwater and position estimation device for moving objects in underwater }A position estimation method for moving objects in underwater and position estimation device for moving objects in underwater}

본 발명은 수중운동체의 위치 추정 방법 및 수중운동체의 위치 추정 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 잠수정과 같은 수중에서 운행하는 수중운동체상에 심도계, 관성센서, USBL 트랜스폰더, USBL트랜시버, DVL, 전방 감지 소나를 설치하고 이들의 종합적인 정보를 이용하여 수중운동체의 위치를 정밀하게 추정하는 것이 가능하게 되어 안전하게 수중운동체를 운항시키고 측량과 같은 소정의 목적을 달성하는 것이 가능한 수중운동체의 위치 추정 방법 및 수중운동체의 위치 추정 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for estimating the position of the underwater vehicle and the apparatus for estimating the position of the underwater vehicle, more specifically, the depth gauge, inertial sensor, USBL transponder, USBL transceiver, on the underwater vehicle such as submersible It is possible to precisely estimate the position of the underwater vehicle using DVL and forward sensing sonar, and to use these comprehensive information to safely operate the underwater vehicle and achieve the desired purpose such as surveying. An estimation method and an apparatus for estimating the position of an underwater vehicle.

일반적으로, 바다와 같은 수중에서 작동되는 잠수정과 같은 수중운동체는 그 위치에 대한 작동을 모니터링하기 위하여 가장 널리 사용되는 방법이 USBL 트랜스폰더와 USBL트랜시버를 사용하여 수중운동체의 작동을 추정하는 방법이 널리 이용되고 있다.In general, underwater vehicles such as submersibles operating in the sea, such as submersibles, are the most widely used method for monitoring the operation of the position using USBL transponders and USBL transceivers to estimate the operation of underwater vehicles. It is used.

그러나, 이러한 USBL 트랜스폰더와 USBL트랜시버는 GPS를 사용하여 위치를 추정하는 방식이므로, GPS가 고장일 경우에는 사용할 수가 없게 되며, 또한, 군사적으로 GPS의 이용이 제한될 때는 사용할 수 없으므로 그 사용이 빈번하게 일시적으로 사용이 중단되게 되는 불편이 있었으며, GPS를 사용하게 되므로 기상상황이 좋지 않은, 예를 들면, 구름이 많이 끼인 날씨이거나 안개가 많이 끼인 경우나, 파도가 높게 발생될 경우에는 사용할 수가 없게 되는 문제점이 있었다.However, since these USBL transponders and USBL transceivers use GPS to estimate their position, they cannot be used when GPS is broken, and they cannot be used when the use of GPS is restricted in the military. There was an inconvenience of temporarily stopping the use, and GPS is used so that it is impossible to use it when the weather is not good, for example, when the weather is heavy, when the fog is heavy, or when the waves are high. There was a problem.

더욱이, 이러한 USBL 트랜스폰더와 USBL트랜시버를 사용하여 수중운동체는 수심이 약 500m 이상이 되는 심해에서는 위에 위치하는 USBL트랜시버와 아래에 위치되는 USBL 트랜스폰더와의 사이가 너무 이격되게 되어 상대적인 오차가 커지게 되어 사용할 수 없게 되는 다른 문제점이 있었다.Moreover, using these USBL transponders and USBL transceivers, the underwater vehicle will be too far between the USBL transceiver located above and the USBL transponder located below in the deep sea where the water depth is about 500m or more. There was another problem that could not be used.

그리고, 이러한 수중운동체는 전방 감지 소나를 이용하지 않고, 심도계, 관성센서, DVL, USBL트랜스폰더와 USBL 트랜시버 등과 같은 센서로 측정되는 수중 운동체의 위치와 속도, 가속도 정보만을 이용하여 위치를 추정하므로 센서 데이터 정보 융합의 활용도가 낮으며, 수중 물체 등의 장애물이 있을 시에 오차 추정오차가 발생하면 수중 운동체가 수중의 장애물에 출동하는 문제 등이 발생하게 된다.In addition, since the underwater vehicle does not use the front sensing sonar, the position is estimated using only the position, velocity, and acceleration information of the underwater vehicle measured by sensors such as a depth gauge, an inertial sensor, a DVL, a USBL transponder, and a USBL transceiver. The utilization of sensor data information convergence is low, and when an error estimation error occurs when there is an obstacle such as an underwater object, a problem that the underwater vehicle moves to an underwater obstacle occurs.

또한, 전방 감지 소나가 구비된 수중운동체도 제안된 바가 있어, 이러한 수중운동체는 수중의 장애물과 충돌할 우려는 없으나 심해의 깊은 곳에서 작동될 경우에는 감도가 저하되어 그 위치 추정 능력이 낮아지게 되어 정밀한 위치추정을 할 수 없다는 문제점이 있었다.
In addition, an underwater vehicle equipped with a forward sensing sonar has also been proposed, and such an underwater vehicle is not likely to collide with an obstacle in the water, but when operated deep in the deep sea, sensitivity is lowered and its position estimation ability is lowered. There was a problem that precise position estimation was not possible.

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수중 운동체의 위치 추정시에 수중운동체상에 심도계, 관성센서, DVL, USBL트랜스폰더와 USBL 트랜시버, 전방 소나 및 위치추정연산부를 설치하고 이들을 이용한 종합적인 위치추전연산을 수행할 수 있게 되어 위치 추정시 발생하는 오차를 줄여 정확한 위치를 추정하는 것이 가능하여 수중운동체의 정확한 위치 정보를 제공하는 것이 가능하게 되고 전방 감지 소나의 정보를 이용하여 수중물체와의 충돌을 회피하는 것이 가능 하게 되어 장기적으로 안전하게 사용이 가능한 수중운동체의 위치 추정 방법 및 수중운동체의 위치 추정 장치를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve such a problem, and to install a depth gauge, an inertial sensor, a DVL, a USBL transponder and a USBL transceiver, a front sonar, and a position calculation unit on the underwater vehicle when estimating the position of the underwater vehicle. It is possible to perform the comprehensive position estimation calculation using, so that it is possible to estimate the exact position by reducing the error that occurs during the position estimation, so that it is possible to provide accurate position information of the underwater vehicle, and to use the information of the front sensing sonar It is possible to avoid the collision with the object to provide a method for estimating the position of the underwater vehicle and the apparatus for estimating the underwater vehicle that can be used safely in the long term.

본 발명의 이러한 목적은, 수중운동체와, 상기 수중운동체의 상부에 설치되는 USBL(Ultra Short Base Line) 트랜스폰더와 수면에 배치되며 상기 USBL 트랜스폰더와 통신하는 USBL 트랜시버와, 상기 수중운동체의 전방에 배치되며 수중운동체의 전방을 감지하는 전방감지소나와, 상기 수중운동체의 외표에 부착된 DVL(Doppler Velocity Log)과, 상기 수중운동체의 내측에 배치되는 관성센서와 심도계와, 상기 수중운동체내에 설치되고 이들을 작동시키는 위치추정연산부를 포함하고, 상기 위치추정연산부는 이들의 신호를 수신하는 수신포트와, 수신포트에서 입력된 신호를 연산하는 연산부와, 상기 센서들의 기본적인 정보가 저장된 데이터베이스와, 이들 연산된 결과를 저장하는 메모리부가 구비된 본 발명에 따른 수중운동체의 위치 추정 장치에 의하여 달성된다.This object of the present invention is an underwater vehicle, a USBL (Ultra Short Base Line) transponder installed on the upper surface of the underwater vehicle and a USBL transceiver disposed on the water surface and communicating with the USBL transponder, in front of the underwater vehicle A front sensor configured to detect the front of the underwater vehicle, a DVL (Doppler Velocity Log) attached to the outer surface of the underwater vehicle, an inertial sensor and a depth meter disposed inside the underwater vehicle, and in the underwater vehicle A position estimating unit which is installed and operates them, the position estimating unit includes a receiving port for receiving their signals, an calculating unit for calculating a signal input from the receiving port, a database storing basic information of the sensors, and It is achieved by an apparatus for estimating the position of the underwater vehicle according to the present invention, which is provided with a memory unit for storing the calculated result.

본 발명의 이러한 목적은, 본 발명에 따른 수중운동체의 위치 추정 장치에 의하여 달성된다.
This object of the present invention is achieved by an apparatus for estimating the position of an underwater vehicle according to the present invention.

본 발명의 심도계, 관성센서, DVL, USBL트랜스폰더와 USBL 트랜시버, 전방 소나를 이용한 수중 운동체의 위치 추정 기법은 수중에서 심도계, DVL 관성 항법장치, USBL, 전방감지 소나와 위치 추정 연산 장치를 이용하여 위치 추정 계산을 함으로써, 수중 운동체의 정확한 위치 정보를 제공하고 위치 추정 장비, 연동되는 수중 센서 장비의 개발 시간 및 경제적인 절감효과 및 효율적인 장비 개발을 가능하게 하는 우수한 효과가 있다.
The depth estimation method of the underwater vehicle using the depth gauge, inertial sensor, DVL, USBL transponder and USBL transceiver, and the front sonar of the present invention includes a depth gauge, a DVL inertial navigation device, a USBL, a forward sensing sonar, and a position estimation arithmetic device. By calculating the position estimation using the above, there is an excellent effect of providing accurate position information of the underwater moving object and enabling the development time, economical saving effect and efficient equipment development of the position estimation equipment and the interlocking underwater sensor equipment.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수중운동체의 작동을 도시한 개략적인 작동도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 수중운동체의 장치 구성도
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 위치 위치추정연산부의 블록도
도 4는 위치추정연산부의 데이터 흐름도1 is a schematic operation diagram showing the operation of the underwater vehicle according to the first embodiment of the present invention
2 is a block diagram of an apparatus for underwater movement according to a first embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a position estimation calculation unit according to a first embodiment of the present invention;
4 is a data flowchart of a position estimation calculation unit

본 발명의 제1실시예에 따른 수중운동체의 위치 추정 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 수중운동체(1)와, 상기 수중운동체(1)의 상부에 설치되는 USBL(Ultra Short Base Line) 트랜스폰더(2)와 수면에 배치되며 상기 USBL 트랜스폰더(2)와 통신하는 USBL 트랜시버(2')와, 상기 수중운동체(1)의 전방에 배치되며 수중운동체(1)의 전방을 감지하는 전방감지소나(3)와, 상기 수중운동체(1)의 외표에 부착된 DVL(Doppler Velocity Log)(4)과, 상기 수중운동체(1)의 내측에 배치되는 관성센서(5)와 심도계(6)와, 상기 수중운동체(1)내에 설치되고 이들을 작동시키는 위치추정연산부(7)를 포함한다. 상기 USBL 트랜스폰더(2), USBL 트랜시버(2')와, 전방감지소나(3)와, DVL(4)과, 관성센서(5)와 심도계(6)는 이하에 센서로 통칭된다.The apparatus for estimating the position of the underwater vehicle according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. A USBL transceiver 2 'which is disposed on the water surface with the transponder 2 and communicates with the USBL transponder 2, and which is disposed in front of the underwater vehicle 1 and senses the front of the underwater vehicle 1 A sensing sonar 3, a Doppler Velocity Log (DVL) 4 attached to the outer surface of the underwater vehicle 1, an inertial sensor 5 and a depth gauge 6 disposed inside the underwater vehicle 1. And a position estimating unit 7 installed in the underwater vehicle 1 and operating them. The USBL transponder 2, the USBL transceiver 2 ', the front sensor 3, the DVL 4, the inertial sensor 5 and the depth gauge 6 are collectively referred to as sensors.

상기 수중운동체(1)는 일반적인 잠수정과 같은 물체로서 프로펠러와 같은 추진체를 구비하고 있는 공지의 물체로서 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The underwater vehicle 1 is a known object having a propeller such as a propeller as an object such as a general submersible, and a detailed description thereof will be omitted.

상기 USBL 트랜스폰더(2)와 USBL 트랜시버(2')는 GPS를 사용하여 서로 통신하는 구성으로서 공지의 물체로서 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The USBL transponder 2 and the USBL transceiver 2 ′ are structures that communicate with each other using GPS, and a detailed description thereof will be omitted.

상기 전방감지소나(3)는 전방의 수중물체를 감지하는 구성으로서 공지된 물체로서 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 즉, 전방감지소나(3)는 수중물체(8)의 특징점인, 예들 들면, 수중물체(8)의 모서리부분이나 돌출된 부분을 특징점(81)으로 하여 수중물체(8)를 감지한다. The front sensor (3) is a known object as a configuration for detecting the underwater object in front of the detailed description thereof will be omitted. That is, the front sensing sonar 3 detects the underwater object 8 by using, for example, the corner portion or the protruding portion of the underwater object 8 as the feature point of the underwater object 8.

상기 DVL(4)은 수중운동체(1)의 속도를 측정하는 것으로서 공지의 물체로서 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The DVL 4 measures the speed of the underwater vehicle 1, and a detailed description thereof will be omitted.

상기 관성센서(5)와 심도계(6)도 역시 공지된 물체로서 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The inertial sensor 5 and the depth gauge 6 are also known objects, and detailed description thereof will be omitted.

상기 위치추정연산부(7)는, 센서들의 신호를 수신하는 수신포트(71)와, 상기 수신포트(71)에서 입력된 신호를 연산하는 연산부(72)와, 상기 센서들의 기본적인 정보가 저장된 데이터베이스(73)와, 이들 연산된 결과를 저장하는 메보리부(74)가 구비되어 있다. The position estimating unit 7 includes a receiving port 71 for receiving signals of sensors, an calculating unit 72 for calculating a signal input from the receiving port 71, and a database storing basic information of the sensors ( 73 and a mevory section 74 for storing these calculated results.

상기 연산부(72)는 특징점연산부(72a)와 통합연산부(72b)로 이루어져 있다.The operation unit 72 is composed of a feature point operation unit 72a and an integrated operation unit 72b.

상기 수신포트(71)중에서 상기 USBL 트랜스폰더(2), USBL 트랜시버(2')와, DVL(4)과, 관성센서(5)와 심도계(6)의 연결포트(71a,71b,71c,71d,71e,71f)는 데이터베이스(73)에 연결되어 통합연산부(72b)에 연결되고, 상기 전방감지소나(3)의 연결포트(71g)는 특징점연산부(72a)에 연결되어 있다. A connection port 71a, 71b, 71c of the USBL transponder 2, the USBL transceiver 2 ', the DVL 4, the inertial sensor 5, and the depth gauge 6, among the receiving ports 71, 71d, 71e, and 71f are connected to the database 73, to the integrated operation unit 72b, and the connection port 71g of the front sensor 3 is connected to the feature point operation unit 72a.

이와 같이 위치추정연산부(7)에 의하여 연산된 추정위치들은 메모리부(74)에 저장되고, 실시간으로 원격지의 관리장소에 통신부(75)를 통하여 송신되는 것도 가능하다고 할 것이다.In this way, the estimated positions calculated by the position estimating unit 7 may be stored in the memory unit 74 and may be transmitted in real time through the communication unit 75 to a remote management place.

이와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 수중운동체의 위치 추정 장치는 수중운동체(1)의 위치 계산시에 위성관성항법장치인 GPS와, 다른 센서들의 수중 음향 신호와 수중 지표의 거리 계산을 이용하여 위치 계산시 발생하는 오차를 줄일 수 있게 되는 것이다.As described above, the apparatus for estimating the position of the underwater vehicle according to the first embodiment of the present invention calculates the distance between the GPS, which is a satellite inertial navigation device, the underwater acoustic signal of other sensors, and the underwater indicator when calculating the position of the underwater vehicle 1. By using this, it is possible to reduce the error generated when calculating the position.

이와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 수중운동체의 위치 추정 장치를 사용하여 위치 추정을 수행하는 방법을 이하에 상세하게 설명한다.A method of performing position estimation using the apparatus for estimating the position of the underwater vehicle according to the first embodiment of the present invention will be described in detail below.

USBL 트랜스폰더(2)와 USBL 트랜시버(2')로 얻게 되는 수중운동체(1)의 추정 위치 벡터

Figure pat00001
, 심도계(6)의 심도 추정 값
Figure pat00002
, 관성센서(5)의 가속도 벡터값을 이용하여 추정 계산한 위치벡터
Figure pat00003
, DVL(4)의 속도 벡터값을 이용하여 추정 계산한 위치벡터
Figure pat00004
, 전방감시소나(3) 영상에서 추출된 수중 물체(8)의 특징점(81)과 수중운동체(1)의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 수중운동체(1)의 위치 벡터 정보
Figure pat00005
를 이용하여 수중 운동체의 위치를 추정 계산한다.Estimated Position Vector of the Underwater Vehicle 1 Obtained by the USBL Transponder 2 and the USBL Transceiver 2 '
Figure pat00001
, Depth estimate of depth meter (6)
Figure pat00002
, Estimated position vector using acceleration vector value of inertial sensor (5)
Figure pat00003
, The estimated position vector using the velocity vector of DVL (4)
Figure pat00004
, The position vector information of the underwater vehicle 1 estimated and calculated using the feature point 81 of the underwater object 8 extracted from the front surveillance image or the image and the relative position vector information of the underwater vehicle 1.
Figure pat00005
Estimate and calculate the position of the underwater vehicle using.

각각 센서로부터 추정 계산한 값은 아래와 같이 각각의 바이어스 항을 포함하여 다음과 같이 추정값과 실제값의 오차식으로 표현된다. (바이어스 항은 B가 포함된 항으로 표시된다.)The estimated value calculated from each sensor is expressed by the error equation of the estimated value and the actual value as follows, including the respective bias terms. (Bias terms are represented by terms that contain B.)

USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 실제 X좌표값과추정 계산한 X좌표값의 오차는 (식 1)로 표기되고,The error between the actual X coordinate value calculated by the USBL transponder (2) and the USBL transceiver (2 ') and the estimated X coordinate value is expressed by (Equation 1),

Figure pat00006
(식 1)
Figure pat00006
(Equation 1)

(

Figure pat00007
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 실제 X좌표값과추정 계산한 X좌표값의 오차(
Figure pat00007
: The difference between the actual X coordinate value calculated by the USBL transponder (2) and the USBL transceiver (2 ') and the estimated X coordinate value

Figure pat00008
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 추정 계산한 X좌표
Figure pat00008
: X coordinate estimated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')

Figure pat00009
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 실제X좌표
Figure pat00009
: Actual X coordinate calculated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')

Figure pat00010
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 X위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00010
: Bias error of X position value calculated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')

USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 실제 Y좌표값과 추정 계산한 Y좌표값의 오차는 (식 2)로 표기되고,The difference between the actual Y coordinate value calculated by the USBL transponder (2) and the USBL transceiver (2 ') and the estimated Y coordinate value is expressed by (Equation 2),

Figure pat00011
(식 2)
Figure pat00011
(Equation 2)

(

Figure pat00012
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 실제 Y좌표값과 추정 계산한 Y좌표값의 오차(
Figure pat00012
: The difference between the actual Y coordinate value calculated by the USBL transponder (2) and the USBL transceiver (2 ') and the estimated Y coordinate value

Figure pat00013
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 추정 계산한 Y좌표
Figure pat00013
: Y-coordinate estimated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')

Figure pat00014
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 실제 Y좌표
Figure pat00014
: Actual Y coordinate calculated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')

Figure pat00015
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 Y위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00015
: Bias error of Y position value calculated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')

USBL 트랜스폰더(2)와 USBL 트랜시버(2')로 계산한 실제 Z좌표값과 추정 계산한 Z좌표값의 오차는 (식 3)으로 표시되고,The difference between the actual Z coordinate value calculated by the USBL transponder (2) and the USBL transceiver (2 ') and the estimated Z coordinate value is expressed by (Equation 3),

Figure pat00016
(식 3)
Figure pat00016
(Equation 3)

(

Figure pat00017
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL 트랜시버(2')로 계산한 실제 Z좌표값과 추정 계산한 Z좌표값의 오차(
Figure pat00017
: The difference between the actual Z coordinate value calculated by the USBL transponder (2) and the USBL transceiver (2 ') and the estimated Z coordinate value

Figure pat00018
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 추정 계산한 Z좌표
Figure pat00018
: Z coordinate estimated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')

Figure pat00019
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 실제Z좌표
Figure pat00019
: Actual Z coordinate calculated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')

Figure pat00020
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 Z위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00020
: Bias error of Z position value calculated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')

관성센서 (5)로 계산한 실제 X좌표값과 추정 계산한 X좌표값의 오차는 (식 4)로 표기되고,The difference between the actual X coordinate value calculated by the inertial sensor (5) and the estimated X coordinate value is expressed by (Equation 4),

Figure pat00021
(식 4)
Figure pat00021
(Equation 4)

(

Figure pat00022
: 관성센서 (5)로 계산한 실제 X좌표값과 추정 계산한 X좌표값의 오차(
Figure pat00022
: Error between actual X coordinate value calculated by inertial sensor (5) and estimated X coordinate value

Figure pat00023
: 관성센서 (5)로 추정 계산한 X좌표
Figure pat00023
: X coordinate estimated by inertial sensor (5)

Figure pat00024
: 관성센서 (5)로 계산한 실제X좌표
Figure pat00024
: Actual X coordinate calculated by inertial sensor (5)

Figure pat00025
: 관성센서 (5)로 계산한 X위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00025
: Bias error of X position value calculated by inertia sensor (5)

관성센서 (5)로 계산한 실제 Y좌표값과 추정 계산한 Y좌표값의 오차는 (식 5)로 표기되고,The error between the actual Y coordinate value calculated by the inertial sensor (5) and the estimated Y coordinate value is expressed by (Equation 5),

Figure pat00026
(식 5)
Figure pat00026
(Equation 5)

(

Figure pat00027
: 관성센서 (5)로 계산한 실제 Y좌표값과 추정 계산한 Y좌표값의 오차(
Figure pat00027
: Error between actual Y coordinate value calculated by inertial sensor (5) and estimated Y coordinate value

Figure pat00028
: 관성센서 (5)로 추정 계산한 Y좌표
Figure pat00028
: Y-coordinate estimated by inertial sensor (5)

Figure pat00029
: 관성센서 (5)로 계산한 실제 Y좌표
Figure pat00029
: Actual Y coordinate calculated by inertial sensor (5)

Figure pat00030
: 관성센서 (5)로 계산한 Y위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00030
: Bias error of Y position value calculated by inertia sensor (5)

관성센서 (5)로 계산한 실제 Z좌표값과 추정 계산한 Z좌표값의 오차는 (식 6)으로 표기되고,The error between the actual Z coordinate value calculated by the inertial sensor (5) and the estimated Z coordinate value is expressed by (Equation 6),

Figure pat00031
(식 6)
Figure pat00031
(Equation 6)

(

Figure pat00032
: 관성센서 (5)로 계산한 실제 Z좌표값과 추정 계산한 Z좌표값의 오차(
Figure pat00032
: Error between actual Z coordinate value calculated by inertial sensor (5) and estimated Z coordinate value

Figure pat00033
: 관성센서 (5)로 추정 계산한 Z좌표
Figure pat00033
: Z coordinate estimated by inertial sensor (5)

Figure pat00034
: 관성센서 (5)로 계산한 실제Z좌표
Figure pat00034
: Actual Z coordinate calculated by inertial sensor (5)

Figure pat00035
: 관성센서 (5)로 계산한 Z위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00035
: Bias error of Z position value calculated by inertial sensor (5)

DVL (4)로 계산한 실제 X좌표값과 추정 계산한 X좌표값의 오차는 (식 7)로 표기되고,The difference between the actual X coordinate value calculated by DVL (4) and the estimated X coordinate value is expressed by (Equation 7),

Figure pat00036
(식 7)
Figure pat00036
(Equation 7)

(

Figure pat00037
: DVL (4)로 계산한 실제 X좌표값과 추정 계산한 X좌표값의 오차(
Figure pat00037
: Error between actual X coordinate value calculated by DVL (4) and estimated X coordinate value

Figure pat00038
: DVL (4)로 추정 계산한 X좌표
Figure pat00038
: X-coordinate estimated by DVL (4)

Figure pat00039
: DVL (4)로 계산한 실제X좌표
Figure pat00039
: Actual X coordinate calculated by DVL (4)

Figure pat00040
: DVL (4)로 계산한 X위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00040
: Bias error of X position value calculated by DVL (4)

DVL (4)로 계산한 실제 Y좌표값과 추정 계산한 Y좌표값의 오차는 (식 8)로 표기되고,The difference between the actual Y coordinate value calculated by DVL (4) and the estimated Y coordinate value is expressed by (Equation 8),

Figure pat00041
(식 8)
Figure pat00041
(Expression 8)

(

Figure pat00042
: DVL (4)로 계산한 실제 Y좌표값과 추정 계산한 Y좌표값의 오차(
Figure pat00042
: Error between actual Y coordinate value calculated by DVL (4) and estimated Y coordinate value

Figure pat00043
: DVL (4)로 추정 계산한 Y좌표
Figure pat00043
: Y-coordinate estimated by DVL (4)

Figure pat00044
: DVL (4)로 계산한 실제 Y좌표
Figure pat00044
: Actual Y coordinate calculated by DVL (4)

Figure pat00045
: DVL (4)로 계산한 Y위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00045
: Bias error of Y position value calculated by DVL (4)

DVL (4)로 계산한 실제 Z좌표값과 추정 계산한 Z좌표값의 오차는 (식 9)로 표시되고,The difference between the actual Z coordinate value calculated by DVL (4) and the estimated Z coordinate value is expressed by (Equation 9),

Figure pat00046
(식 9)
Figure pat00046
(Eq. 9)

(

Figure pat00047
: DVL (4)로 계산한 실제 Z좌표값과 추정 계산한 Z좌표값의 오차(
Figure pat00047
: Error between actual Z coordinate value calculated by DVL (4) and estimated Z coordinate value

Figure pat00048
: DVL (4)로 추정 계산한 Z좌표
Figure pat00048
: Z-coordinate estimated by DVL (4)

Figure pat00049
: DVL (4)로 계산한 실제Z좌표
Figure pat00049
: Actual Z coordinate calculated by DVL (4)

Figure pat00050
: DVL (4)로 계산한 Z위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00050
: Bias error of Z position value calculated by DVL (4)

심도계(6)로 계산한 실제 Z좌표값과 추정 계산한 Z좌표값의 오차는 (식 10)으로 표기되고,The error between the actual Z coordinate value calculated by the depth meter (6) and the estimated Z coordinate value is expressed by (Equation 10),

Figure pat00051
(식 10)
Figure pat00051
(Eq. 10)

(

Figure pat00052
: 심도계(6)로 계산한 실제 Z좌표값과 추정 계산한 Z좌표값의 오차(
Figure pat00052
: Error between the actual Z coordinate value calculated by the depth meter (6) and the estimated Z coordinate value

Figure pat00053
: 심도계 (6)로 추정 계산한 Z좌표
Figure pat00053
: Z coordinate estimated by depth meter (6)

Figure pat00054
: 심도계 (6)로 계산한 실제Z좌표
Figure pat00054
: Actual Z coordinate calculated with the depth gauge (6)

Figure pat00055
: 심도계 (6)로 계산한 Z위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00055
: Bias error of Z position value calculated with depth meter (6)

전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 X좌표값의 오차는 (식 11)로 표기되고,The error of the X coordinate value estimated using the feature point of the underwater object extracted from the front surveillance sonar image and the relative position vector information of the underwater vehicle is expressed by (Equation 11),

Figure pat00056
(식 11)
Figure pat00056
(Eq. 11)

(

Figure pat00057
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 X좌표값의 오차(
Figure pat00057
: Error of X-coordinate value estimated by using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle

Figure pat00058
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 X좌표
Figure pat00058
: X-coordinates estimated by using feature points of underwater objects extracted from forward surveillance sonar images and relative position vector information of underwater vehicles

Figure pat00059
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 계산한 실제 X좌표
Figure pat00059
: Actual X-coordinates calculated from feature points of underwater objects extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle

Figure pat00060
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 계산한 X위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00060
: Bias error of X position value calculated using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle.

전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 Y좌표값의 오차는 (식 12)로 표기되고,The error of the Y coordinate value estimated using the feature point of the underwater object extracted from the front surveillance sonar image and the relative position vector information of the underwater vehicle is expressed as (Equation 12),

Figure pat00061
(식 12)
Figure pat00061
(Eq. 12)

(

Figure pat00062
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 Y좌표값의 오차(
Figure pat00062
: Error of Y-coordinate value estimated by using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle

Figure pat00063
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 Y좌표
Figure pat00063
: Y-coordinate estimated by using feature points of underwater objects extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle

Figure pat00064
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 계산한 실제 Y좌표
Figure pat00064
: Actual Y-coordinate calculated by using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle

Figure pat00065
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 계산한 Y위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00065
: Bias error of Y position value calculated using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle.

전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 Z좌표값의 오차는 (식 13)으로 표기된다. The error of the Z coordinate value estimated by using the feature point of the underwater object extracted from the forward surveillance image or the image and the relative position vector information of the underwater vehicle is expressed by (Equation 13).

Figure pat00066
(식 13)
Figure pat00066
(Eq. 13)

(

Figure pat00067
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 Z좌표값의 오차(
Figure pat00067
: Error of Z-coordinates estimated by using feature points of underwater objects extracted from forward surveillance sonar images and relative position vector information of underwater vehicles

Figure pat00068
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 Z좌표
Figure pat00068
: Z-coordinates estimated by using feature points of underwater objects extracted from forward surveillance sonar images and relative position vector information of underwater vehicles

Figure pat00069
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 계산한 실제 Z좌표
Figure pat00069
: Actual Z-coordinate calculated by using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle

Figure pat00070
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 계산한 Z위치값의 바이어스 오차 )
Figure pat00070
: Bias error of Z position value calculated using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle.

이러한 오차식은 아래와 같이 상태변수로 표현되며, X(위에 기술된 모든 오차식이 벡터로 표현된 상태오차값)(식14), X'(t)(위에 기술된 X를 미분한 값)(식 15)는 아래와 같이 상태 방정식으로 정리된다. This error equation is expressed as a state variable as follows: X (state error value where all the error equations described above are expressed as vectors) (Eq. 14), and X '(t) (differentiation of X as described above) (Equation 15 ) Is summarized in the state equation as

Figure pat00071
(식 14)
Figure pat00071
(Eq. 14)

Figure pat00072
(식 15)
Figure pat00072
(Eq. 15)

여기서, 계측오차

Figure pat00073
는 제로 평균이며, 오차 공분산이
Figure pat00074
인 USBL트랜스폰더(2), USBL 트랜시버(2'), 관성센서(5), DVL(4)의 백색 노이즈를 나타낸다. Where measurement error
Figure pat00073
Is the zero mean, and the error covariance
Figure pat00074
White noise of the USBL transponder 2, the USBL transceiver 2 ', the inertial sensor 5, and the DVL 4 is shown.

(식 15)로 정리된 수중 운동체의 위치는 Extended Kalman Filter 또는 Unscented Kalman Filter를 통한 정보 융합( Data association,1000 )을 통해 위치값을 최종적으로 추정 계산한다.
The position of the underwater vehicle summarized by (Eq. 15) is finally estimated and calculated through information fusion (Data association, 1000) through the Extended Kalman Filter or the Unscented Kalman Filter.

본 발명에 따른 수중운동체의 위치 추정 방법 및 수중운동체의 위치 추정 장치는 일반 수중운동체를 제조하는 제조공장에서 동일한 제품을 반복적으로 제조하며 동일한 방법을 반복적으로 수행하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.
The method for estimating the position of the underwater vehicle and the apparatus for estimating the position of the underwater vehicle according to the present invention will be said to be able to repeatedly manufacture the same product and repeatedly perform the same method in a manufacturing factory for manufacturing the general underwater vehicle. This will be called an invention.

Figure pat00075
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 추정 계산한 X좌표
Figure pat00076
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 실제X좌표
Figure pat00077
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 X위치값의 바이어스 오차
Figure pat00078
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 실제 X좌표값과추정 계산한 X좌표값의 오차
Figure pat00079
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 추정 계산한 Y좌표
Figure pat00080
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 실제 Y좌표
Figure pat00081
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 Y위치값의 바이어스 오차
Figure pat00082
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 실제 Y좌표값과 추정 계산한 Y좌표값의 오차
Figure pat00083
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 추정 계산한 Z좌표
Figure pat00084
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 실제Z좌표
Figure pat00085
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL트랜시버(2')로 계산한 Z위치값의 바이어스 오차
Figure pat00086
: USBL 트랜스폰더(2)와 USBL 트랜시버(2')로 계산한 실제 Z좌표값과 추정 계산한 Z좌표값의 오차
Figure pat00087
: 관성센서 (5)로 추정 계산한 X좌표
Figure pat00088
: 관성센서 (5)로 계산한 실제X좌표
Figure pat00089
: 관성센서 (5)로 계산한 X위치값의 바이어스 오차
Figure pat00090
: 관성센서 (5)로 계산한 실제 X좌표값과 추정 계산한 X좌표값의 오차
Figure pat00091
: 관성센서 (5)로 추정 계산한 Y좌표
Figure pat00092
: 관성센서 (5)로 계산한 실제 Y좌표
Figure pat00093
: 관성센서 (5)로 계산한 Y위치값의 바이어스 오차
Figure pat00094
: 관성센서 (5)로 계산한 실제 Y좌표값과 추정 계산한 Y좌표값의 오차
Figure pat00095
: 관성센서 (5)로 추정 계산한 Z좌표
Figure pat00096
: 관성센서 (5)로 계산한 실제Z좌표
Figure pat00097
: 관성센서 (5)로 계산한 Z위치값의 바이어스 오차
Figure pat00098
: 관성센서 (5)로 계산한 실제 Z좌표값과 추정 계산한 Z좌표값의 오차
Figure pat00099
: DVL (4)로 추정 계산한 X좌표
Figure pat00100
: DVL (4)로 계산한 실제X좌표
Figure pat00101
: DVL (4)로 계산한 X위치값의 바이어스 오차
Figure pat00102
: DVL (4)로 계산한 실제 X좌표값과 추정 계산한 X좌표값의 오차
Figure pat00103
: DVL (4)로 추정 계산한 Y좌표
Figure pat00104
: DVL (4)로 계산한 실제 Y좌표
Figure pat00105
: DVL (4)로 계산한 Y위치값의 바이어스 오차
Figure pat00106
: DVL (4)로 계산한 실제 Y좌표값과 추정 계산한 Y좌표값의 오차
Figure pat00107
: DVL (4)로 추정 계산한 Z좌표
Figure pat00108
: DVL (4)로 계산한 실제Z좌표
Figure pat00109
: DVL (4)로 계산한 Z위치값의 바이어스 오차
Figure pat00110
: DVL (4)로 계산한 실제 Z좌표값과 추정 계산한 Z좌표값의 오차
Figure pat00111
: 심도계 (6)로 추정 계산한 Z좌표
Figure pat00112
: 심도계 (6)로 계산한 실제Z좌표
Figure pat00113
: 심도계 (6)로 계산한 Z위치값의 바이어스 오차
Figure pat00114
: 심도계(6)로 계산한 실제 Z좌표값과 추정 계산한 Z좌표값의 오차
Figure pat00115
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 X좌표
Figure pat00116
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 계산한 실제 X좌표
Figure pat00117
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 계산한 X위치값의 바이어스 오차
Figure pat00118
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 X좌표값의 오차
Figure pat00119
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 Y좌표
Figure pat00120
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 계산한 실제 Y좌표
Figure pat00121
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 계산한 Y위치값의 바이어스 오차
Figure pat00122
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 Y좌표값의 오차
Figure pat00123
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 Z좌표
Figure pat00124
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 계산한 실제 Z좌표
Figure pat00125
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 계산한 Z위치값의 바이어스 오차
Figure pat00126
: 전방감시 소나 영상에서 추출된 수중 물체의 특징점과 수중 운동체의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 Z좌표값의 오차
Figure pat00075
: X coordinate estimated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')
Figure pat00076
: Actual X coordinate calculated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')
Figure pat00077
: Bias error of X position value calculated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')
Figure pat00078
: The difference between the actual X coordinate value calculated by the USBL transponder (2) and the USBL transceiver (2 ') and the estimated X coordinate value
Figure pat00079
: Y-coordinate estimated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')
Figure pat00080
: Actual Y coordinate calculated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')
Figure pat00081
: Bias error of Y position value calculated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')
Figure pat00082
: The difference between the actual Y coordinate value calculated by the USBL transponder (2) and the USBL transceiver (2 ') and the estimated Y coordinate value
Figure pat00083
: Z coordinate estimated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')
Figure pat00084
: Actual Z coordinate calculated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')
Figure pat00085
: Bias error of Z position value calculated by USBL transponder (2) and USBL transceiver (2 ')
Figure pat00086
: The difference between the actual Z coordinate value calculated by the USBL transponder (2) and the USBL transceiver (2 ') and the estimated Z coordinate value
Figure pat00087
: X coordinate estimated by inertial sensor (5)
Figure pat00088
: Actual X coordinate calculated by inertial sensor (5)
Figure pat00089
: Bias error of X position value calculated by inertial sensor (5)
Figure pat00090
: Error between actual X coordinate value calculated by inertial sensor (5) and estimated X coordinate value
Figure pat00091
: Y-coordinate estimated by inertial sensor (5)
Figure pat00092
: Actual Y coordinate calculated by inertial sensor (5)
Figure pat00093
: Bias error of Y position value calculated by inertial sensor (5)
Figure pat00094
: Error between actual Y coordinate value calculated by inertial sensor (5) and estimated Y coordinate value
Figure pat00095
: Z coordinate estimated by inertial sensor (5)
Figure pat00096
: Actual Z coordinate calculated by inertial sensor (5)
Figure pat00097
: Bias error of Z position value calculated by inertial sensor (5)
Figure pat00098
: Error between actual Z coordinate value calculated by inertial sensor (5) and estimated Z coordinate value
Figure pat00099
: X-coordinate estimated by DVL (4)
Figure pat00100
: Actual X coordinate calculated by DVL (4)
Figure pat00101
: Bias error of X position value calculated by DVL (4)
Figure pat00102
: Error between actual X coordinate value calculated by DVL (4) and estimated X coordinate value
Figure pat00103
: Y-coordinate estimated by DVL (4)
Figure pat00104
: Actual Y coordinate calculated by DVL (4)
Figure pat00105
: Bias error of Y position value calculated by DVL (4)
Figure pat00106
: Error between actual Y coordinate value calculated by DVL (4) and estimated Y coordinate value
Figure pat00107
: Z-coordinate estimated by DVL (4)
Figure pat00108
: Actual Z coordinate calculated by DVL (4)
Figure pat00109
: Bias error of Z position value calculated by DVL (4)
Figure pat00110
: Error between actual Z coordinate value calculated by DVL (4) and estimated Z coordinate value
Figure pat00111
: Z coordinate estimated by depth meter (6)
Figure pat00112
: Actual Z coordinate calculated with the depth gauge (6)
Figure pat00113
: Bias error of Z position value calculated with depth meter (6)
Figure pat00114
: Error between the actual Z coordinate value calculated by the depth meter (6) and the estimated Z coordinate value
Figure pat00115
: X-coordinates estimated by using feature points of underwater objects extracted from forward surveillance sonar images and relative position vector information of underwater vehicles
Figure pat00116
: Actual X-coordinates calculated from feature points of underwater objects extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle
Figure pat00117
: Bias error of X position value calculated using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle
Figure pat00118
: Error of X-coordinate value estimated by using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle
Figure pat00119
: Y-coordinate estimated by using feature points of underwater objects extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle
Figure pat00120
: Actual Y-coordinate calculated by using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle
Figure pat00121
: Bias error of Y position value calculated using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle
Figure pat00122
: Error of Y-coordinate value estimated by using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle
Figure pat00123
: Z-coordinates estimated by using feature points of underwater objects extracted from forward surveillance sonar images and relative position vector information of underwater vehicles
Figure pat00124
: Actual Z-coordinate calculated by using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle
Figure pat00125
: Bias error of Z position value calculated using feature point of underwater object extracted from forward surveillance sonar image and relative position vector information of underwater vehicle
Figure pat00126
: Error of Z-coordinates estimated by using feature points of underwater objects extracted from forward surveillance sonar images and relative position vector information of underwater vehicles

Claims (3)

수중운동체의 위치 추정 장치에 있어서,
상기 수중운동체의 위치 추정 장치는, 수중운동체(1)와,
상기 수중운동체(1)의 상부에 설치되는 USBL(Ultra Short Base Line) 트랜스폰더(2)와 수면에 배치되며 상기 USBL 트랜스폰더(2)와 통신하는 USBL 트랜시버(2')와,
상기 수중운동체(1)의 전방에 배치되며 수중운동체(1)의 전방을 감지하는 전방감지소나(3)와,
상기 수중운동체(1)의 외표에 부착된 DVL(Doppler Velocity Log)(4)과,
상기 수중운동체(1)의 내측에 배치되느 관성센서(5)와 심도계(6)와,
상기 수중운동체(1)내에 설치되고 이들을 작동시키는 위치추정연산부(7)를 포함하고,
상기 위치추정연산부(7)는, 센서들의 신호를 수신하는 수신포트(71)와, 상기 수신포트(71)에서 입력된 신호를 연산하는 연산부(72)와, 상기 센서들의 기본적인 정보가 저장된 데이터베이스(73)와, 이들 연산된 결과를 저장하는 메모리부(74)가 구비되고,
상기 연산부(72)는 특징점연산부(72a)와 통합연산부(72b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중운동체의 위치 추정 장치In the position estimation device of the underwater vehicle,
An apparatus for estimating the position of the underwater vehicle includes an underwater vehicle 1 and
A USBL (Ultra Short Base Line) transponder (2) installed on the upper surface of the underwater vehicle (1) and a USBL transceiver (2 ') disposed on the water surface and communicating with the USBL transponder (2);
A front sensing unit 3 disposed in front of the underwater vehicle 1 and sensing the front of the underwater vehicle 1;
DVL (Doppler Velocity Log) 4 attached to the outer surface of the underwater vehicle 1,
An inertial sensor (5) and a depth gauge (6) disposed inside the underwater vehicle (1),
A position estimating unit 7 installed in the underwater vehicle 1 and operating them,
The position estimating unit 7 includes a receiving port 71 for receiving signals of sensors, an calculating unit 72 for calculating a signal input from the receiving port 71, and a database storing basic information of the sensors ( 73 and a memory unit 74 for storing these calculated results,
The calculating unit 72 includes a feature point calculating unit 72a and an integrated operating unit 72b. 제1항에 있어서,
상기 위치추정연산부(7)는 전방감지소나(3)에서 수중물체(8)의 특징점(81)을 통하여 수중물체(8)를 탐지하는 것을 특징으로 하는 수중운동체의 위치 추정 장치The method of claim 1,
The position estimating unit 7 detects the underwater object 8 through the feature point 81 of the underwater object 8 at the front sensing zone 3. 수중운동체의 위치 추정 방법에 있어서,
상기 수중운동체의 위치 추정 방법은,
USBL 트랜스폰더(2)와 USBL 트랜시버(2')로 얻게 되는 수중운동체(1)의 추정 위치 벡터 , 심도계(6)의 심도 추정 값
Figure pat00128
, 관성센서(5)의 가속도 벡터값을 이용하여 추정 계산한 위치벡터
Figure pat00129
, DVL(4)의 속도 벡터값을 이용하여 추정 계산한 위치벡터
Figure pat00130
, 전방감시소나(3) 영상에서 추출된 수중 물체(8)의 특징점(81)과 수중운동체(1)의 상대 위치 벡터 정보를 이용하여 추정 계산한 수중운동체(1)의 위치 벡터 정보
Figure pat00131
를 이용하여, 위치추정연산부(7)를 통하여, 상태방정식
Figure pat00132
(식 14)
Figure pat00133
(식 15) 으로 수중운동체(1)의 위치가 추정되게 계산되는 것을 특징으로 하는 수중운동체의 위치 추정 방법
In the method of estimating the position of the underwater vehicle,
Position estimation method of the underwater vehicle,
Estimated Position Vector of the Underwater Vehicle 1 Obtained by the USBL Transponder 2 and the USBL Transceiver 2 ' , Depth estimate of depth meter (6)
Figure pat00128
, Estimated position vector using acceleration vector value of inertial sensor (5)
Figure pat00129
, The estimated position vector using the velocity vector of DVL (4)
Figure pat00130
, The position vector information of the underwater vehicle 1 estimated and calculated using the feature point 81 of the underwater object 8 extracted from the front surveillance image or the image and the relative position vector information of the underwater vehicle 1.
Figure pat00131
By using, through the position estimation unit 7, the state equation
Figure pat00132
(Eq. 14)
Figure pat00133
A method of estimating the position of the underwater vehicle, characterized in that the position of the underwater vehicle 1 is estimated by Equation 15.
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