수중 반사파 환경에서 활용하기 위한 iUSBL 알고리즘 구현 및 성능검증

Abstract

수중로봇의 수중 위치를 추정하기 위하여 초음파 측위 시스템 장비가 널리 사용되고 있다. 최근에는 수중로봇이 외부 계측 데이터를 수중통신으로 받지 않고 자기 위치를 직접 계측하기 위하여 트랜시버(transceiver)를 수중로봇에 장착하여 초단기선(USBL) 알고리즘을 사용하는 역초단기선(iUSBL) 장비도 활용되고 있다. iUSBL (또는 USBL) 알고리즘은 각 센서 유닛에서 계측된 시간 지연과 위상 정보 를 이용하므로 반사파 등에 의한 신호 왜곡으로 인하여 입사각 추정 오차가 발생한다. 이러한 오차 요인인 반사파를 제거하기 위해서는 직접파 대비 지연시간을 충분히 구별할 수 있는 광대역 신호를 이용하여야 하며 잡음이 존재하는 해양환경에서 신호대잡음비를 향상시키기 위하여 송신신호의 펄스 길이를 증가시켜야 한다. 그러나 수중음향 트랜스듀서의 대역폭 제한과 수중 신호처리 시스템의 하드웨어 한계로 인하여 구현 가능한 대역폭과 펄스 길이가 제한된다. 이를 극복하기 위하여 본 연구에서는 다중경로가 존재하는 음파전파 환경에서 반사파 성분을 제거하여 위치를 추정하기 위한 iUSBL 시스템을 구현하였다. 반사파 성분을 시공간상으로 구분하여 제어하는 알고리즘을 적용하였으며 반사파 성분을 고려하지 않은 알고리즘과 비교하여 성능이 크게 향상되는 것을 확인하였다. 또한 1 s 간격의 실시간 구현과 평균 소모 전력 6W 미만의 저전력 운용이 가능함을 확인하였다.