수중 반사파 환경에 강인한 iUSBL 구현을 위한 거리 및 입사각 추정 알고리즘 연구

Abstract

수중로봇의 수중 위치를 계측하기 위하여 초음파를 이용한 측위 시스템에 대한 장비가 널리 활용되고 있다. 최근에는 수중로봇이 자 기 위치를 직접 계측하기 위하여 트랜시버(transceiver)를 수중로봇에 장착하여 초단기선(USBL) 알고리즘을 사용하는 역초단기선(iUSBL) 장비도 상용화되어 판매되고 있다. USBL 또는 iUSBL 알고리즘은 각 센서에서 계측된 시간 지연과 위상 정보를 이용하므로 반사파 등 에 의한 신호 왜곡으로 인하여 입사각 추정 오차가 발생한다. 반사파를 제거하기 위해서 직접파 대비 지연시간을 충분히 구별할 수 있 는 광대역 신호를 이용하여야 하며 신호대잡음비를 향상시키기 위하여 송신신호의 펄스 길이를 증가시켜야 한다. 그러나 수중음향 트 랜스듀서의 대역폭 제한과 수중 신호처리 시스템의 하드웨어 한계로 인하여 구현 가능한 대역폭과 펄스 길이가 제한된다. 또한 개발하 고자 하는 시스템은 장기간 수중에 활용하기 위하여 6W 미만의 저전력 시스템을 구현이 요구되며 1 s 내외의 갱신율을 유지하기 위하 여 계산 시간을 고려한 송신신호가 설계되어야 한다. 본 연구에서는 반사파가 존재하는 환경에서 수 ms의 송신신호를 이용하여 거리와 입사각을 추정하는 알고리즘 연구를 수행하였다. 반사파로 인하여 위상 정보가 왜곡되는 것을 확인하였으며 이를 극복하기 위한 실시 간 신호처리 알고리즘에 대한 수치해석 결과를 제시한다.