센서 오차를 고려한 기뢰제거용 무인잠수정의 유도방법

변승우,김동희,임종빈,한종훈,박도현,Byun, Seung-Woo,Kim, Donghee,Im, Jong-Bin,Han, Jong-Hoon,Park, Do-Hyun 대한임베디드공학회 2017 대한임베디드공학회논문지 Vol.12 No.5

This paper introduces mathematical modelling and control algorithm of expendable mine disposal vehicle. This vehicle has two longitudinal thrusters, one vertical thruster and internal mass moving system which can control pitch rate. Also, the vehicle has an optical camera and forward looking sonar for underwater mine detection and classification. The vehicle is controlled via an optical cable connected with operating console on the mother ship. We describe the vehicle's 6DOF dynamic model and controller which can track the desired trajectory for the way-point tracking. These simulation results shows guidance and maneuvering performance which has other sensor data or not.

만타형 무인잠수정의 제어기 설계 및 운동성능 해석을 위한 시뮬레이션 프로그램 개발

변승우(Byun, Seung-Woo),김준영(Kim, Joon-Young),손경호(Sohn, Kyoung-Ho),이승건(Lee, Seung-Keon) 한국산학기술학회 2009 한국산학기술학회 학술대회 Vol.- No.-

본 논문에서는 만타형상의 무인잠수정의 운동성능과 제어기설계에 대한 성능을 확인하기위한 수학모델을 정립하여 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 본 논문에 사용된 수학모델은 6자유도 운동방정식을 이용하여 Matlab / Simulink를 이용하여 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 개발된 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 만타형상무인잠수정(Manta-type unmanned underwater test vehicle)의 동역학적 운동성능을 해석하였으며, 무인잠수정의 제어성능을 해석하기 위하여 PID(비례-미분-적분)제어기와 슬라이딩모드(Sliding mode)제어기를 설계하여 만타형상무인잠수정의 제어 성능을 해석하였다. 설계된 제어기는 무인잠수정의 수심제어와 방향각제어에 사용되었다. 설계된 제어기의 성능을 확인하기 위하여 미국 해군대학원(Naval Postgraduate School)의 AUV II와 비교하였다. 설계된 수심제어와 방향각제어기를 이용하여 만타형무인잠수정의 설계 목표에 부합하는 항해제어시뮬레이션을 실시하였다.

만타형상 무인잠수정의 운동성능 해석 및 제어기 설계를 위한 비선형 수학모델 개발

변승우(Byun, Seung-Woo),김준영(Kim, Jun-Young) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.1

본 논문에서는 만타형상 무인잠수정(Manta-type unmanned underwater test vehicle)의 운동성능과 제어기설계 에 대한 성능을 해석하기 위한 수학모델을 정립하여 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 6자유도 운동방정식을 이용 하여 Matlab/Simulink로 시뮬레이션 프로그램을 구성하였다. 개발된 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 만타형상 무인잠 수정의 동역학적 운동성능을 해석하였으며, 무인잠수정의 제어성능을 해석하기 위하여 PID(비례-미분-적분)제어기와 슬라이딩모드(Sliding mode)제어기를 설계하여 만타형상 무인잠수정의 제어성능을 해석하였다. 설계된 제어기는 무인 잠수정의 수심제어(Depth control)와 방향제어(Heading control)에 사용되었다. 설계된 제어기의 성능을 확인하기 위하 여 미해군 대학원의 AUV II와 비교하였다. 설계된 수심제어기와 방향제어기를 이용하여 만타형 무인잠수정의 설계 목표에 부합하는 항해제어 시뮬레이션을 실시하였다. This paper describes the mathematical model and controller design for Manta-type Unmanned Underwater Test Vehicle (MUUTV) with 6 DOF nonlinear dynamic equations. The mathematical model contains hydrodynamic forces and moments expressed in terms of a set of hydrodynamic coefficients which were obtained through the PMM (Planar Motion Mechanism) test. Based on the 6 DOF dynamic equations, numerical simulations have been performed to analyze the dynamic performances of the MUUTV. In addition, using the mathematical model PID and sliding mode controller are constructed for the diving and steering maneuver. Simulation results show that the control performances of the MUUTV and compared with these of NPS (Naval Postgraduate School) AUV II.

수중탐사용 호버링 무인잠수정 NOAH의 테스트베드 개발

변승우(Byun, Seung-Woo),김준영(Kim, Jun-Young) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.2

논문은 호버링 무인잠수정 ‘NOAH’의 설계과정을 언급하였고 그 성능을 확인하기 위한 수학모델을 정립 하고 실험을 실시하였다. 시뮬레이션과 수조실험을 통해 성능을 검증하였으며, 무인잠수정 NOAH의 설계목표인 자세 및 위치제어를 위한 기본실험을 실시하였다. 설계된 무인잠수정은 일반적인 ROV형태의 외형을 갖고 있으며, 이러한 외형은 NOAH의 제작목적에 따라 다양한 장비를 설치하여 실험하기가 용이하며 크기는 0.75m×0.5m×0.5m이다. 추진 을 위한 450watt의 용량을 갖는 4개의 추진기가 주행방향, 횡방향, 수직방향으로 설치되어져 있고 수심을 측정하기 위한 압력센서와 방향각을 측정하기 위한 자력컴파스가 설치되었다. 잠수정의 주행을 제어하기 위해 펜티엄 III의 소 형 온보드 컴퓨터에 운영체제는 윈도우 XP를 탑재하였다. 제작된 호버링 무인잠수정 NOAH는 다양한 환경에서 여러 가지 제어알고리즘을 적용하여 성능을 개선하고 실험을 하기 위한 테스트베드로 운영된다. This paper describes the design and performance of a hovering AUV 'NOAH' constructed at Jeju National University. We analyse the dynamic performance of NOAH using simulation program and carry out depth control test at small basin. The main purpose of NOAH is to carry out fundamental tests on its attitude control and position control. Its configuration is similar to general ROV appearance for underwater works and dimension is 0.75m×0.5m×0.5m. It has 4 thrusters of 450watt for longitudinal/lateral/vertical propulsion and is equipped with a pressure sensor for measuring water depth and a magnetic compass for measuring heading angle. The navigation of the vehicle is controlled by an on-board Pentium III-class computer, which runs with the help of the Windows XP operating system. These give us an ideal environment for developing various algorithm which are needed for developing and advanced hovering AUV.

HILS를 이용한 무인잠수정의 시스템 통합 시뮬레이터 구축

변승우(Seung-Woo Byun),최병웅(Byung-Woong Choi),박도현(Do-Hyun Park),김호성(Ho-Sung Kim),송영내(Young-Nae Song),홍영기(Young-Ki Hong) 대한조선학회 2011 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2011 No.6

This paper describe an HILS(Hardware In the Loop Simulation) based experimental study for UUV's trajectory following algorithm and control law. The development of a reliable sampling and testing platform for these vehicles requires a thorough system design and many costly at-sea trials during which systems specifications can be validated. Modeling and simulation provide a cost-effective measure to carry out preliminary component, system, and mission testing and verification, thereby reducing the number of potential failures in at-sea trials. An accurate simulation environment can help engineers to find hidden errors in the UUV embedded software and gain insights into the UUV operation and dynamics. To operate HILS, we have to determine a operation scenario first that assign way-point and obstacle number on the scenario generator. The generated sensor data goes into the vehicle's operating system that make operate thruster, rudder and elevator. Finally, all sensor data and vehicle's attitude and 3D trajectory are displayed on HILS system.

소형 자율무인잠수정 “BOTO”의 개발 및 실험

변승우(Seung-Woo Byun) 대한전자공학회 2012 전자공학회논문지 Vol.49 No.11

논문에서는 천해역에서 운용가능한 소형의 자율무인잠수정 “BOTO”의 개발과 실해역 자율주행 성능시험에 관한 내용을 다룬다. BOTO의 개발을 위해 6자유도 운동방정식을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 시뮬레이션 결과를 바탕으로 소형 자율무인잠수정을 개발하였다. 시뮬레이션에 사용되는 운동모델의 계수와 주행성능을 확인하기 위해 회류수조에서 저항계수 측정 시험도 수행하였다. 운동모델을 기반으로 무인잠수정의 선회반경 시뮬레이션과 수평면에서의 경로추종을 위한 알고리즘을 적용하여 시뮬레이션을 수행하였고, 설계된 제어기를 이용하여 실해역 자율주행시험을 수행하였다. 실해역 자율주행시험은 선회반경 측정시험과 경로점 추종시험을 실시하였으며, 실해역에서 목표 경로점을 잘 추종하는 것을 확인하였다. Samsung Thales has developed a small-sized autonomous underwater vehicle “BOTO” verified by a mathematical model simulation. The hydrodynamic coefficients and drag force were experimented at circulating water channel for validating cruising performance of the AUV. Based on the mathematical model, we simulated turning radius and way-point tracking on horizontal plane using way-point tracking algorithm. In this paper we introduce the vehicle system and the sea trial test results will be shown.

SBL방식을 이용한 무인잠수정의 수중초음파 위치측정시스템 개발

유선철(Yu, Son-Cheol),변승우(Byun, Seung-Woo),김준영(Kim, Jun-Young) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.3

본 논문에서는 수중에서 이동하는 무인잠수정의 위치를 측정하는 방법 중의 하나인 단기선 방식(SBL)에 의 한 무인잠수정(ROV)의 위치측정 실험을 하이드로폰(Hydrophone)과 DAQ(Data Aquisition) 시스템을 이용하여 수조에 서 수행하였다. 실험을 위해서 4개의 하이드로폰 센서를 3×3×1.7m의 크기의 수조 벽면에 고정하여 수신 장치로 사용 하고, 1개의 하이드로폰 센서는 무인잠수정에 장착하여 송신장치(Pinger)로 사용하였다. 무인잠수정 및 수조 벽에 고 정된 센서들이 신호를 송수신함으로써 상호간의 위치추적이 가능하게 하는 실험을 수행하였다. 측정된 신호는 DAQ 시스템을 이용하여 데이터를 취득하였고, LabView 프로그램을 이용하여 실시간으로 무인잠수정의 위치를 계산하여 출력하였다. 위치추정에 사용된 알고리즘은 삼각측량법을 사용하였으며, X, Y방향에 대해서는 비교적 오차가 적은 추 정 결과를 나타내었으나 Z방향에 대하여서는 상대적으로 큰 오차를 보여 위치제어용 데이터로 사용할 수 가 없었다. 이에 대한 해결방법으로 무인잠수정에 장착된 수심측정 센서를 이용하여 보완할 수 있을 것으로 본다. 설계된 위치측 정 시스템은 추후 실해역 실험을 거쳐 성능시험을 수행하고자 한다. In this paper we executed a SBL(Short Baseline) underwater acoustic positioning system that is a kind of underwater position estimation system to estimates the 3-dimensional position of ROV(Remotely Operated Vehicle) using hydrophones and DAQ(Data Acquisition) system in the basin which dimensions are 3x3x1.7(m). For this experiment, we let 4 hydrophones in different positions of the basin for receiver and 1 hydrophone is fixed on the underwater vehicle for transmitting sensor(pinger). These five hydrophones are communicated with each other to find the 3-D positions of the moving ROV in the basin. The measured signals are collected by DAQ system and the positions of the ROV are plotted by LabView program in real-time. To estimate the position of the ROV we used a trigonometric method. In X and Y plane the estimated data has a small errors but in Z plane the estimated data has large errors so we cannot use this data for position control. One solution of this problem is using depth sensor that implemented of the underwater vehicle. Hereafter, we will test in the ocean using designed SBL system.

무인잠수정의 위치추정을 위한 동적단기선 방식의 수중초음파 위치추적시스템 개발

김준영(Kim, Joon-Young),변승우(Byun, Seung-Woo) 한국산학기술학회 2009 한국산학기술학회 학술대회 Vol.- No.-

본 논문에서는 수중에서 이동하는 무인잠수정 및 수중이동체의 위치를 측정하는 방법 중의 하나인 동적 단기선 방식(SBL)에 의한 무인잠수정의 위치측정에 대한 방법을 하이드로폰과 DAQ(Data Aquisition) 시스템을 이용하여 수조에서 테스트를 수행하였고, 실 해역에서의 실험을 실시하였다. 실험을 위해서 4개의 센서가 수조의 벽면에 고정이 되어 있으며, 이동체와 고정된 4개의 센서가 신호를 송수신함으로써 상호간의 위치추적이 가능하게 하는 시뮬레이션을 실시하였으며, 제안하는 SBL시스템과 장기선 방식(Long baseline)을 비교하기위한 시뮬레이션을 실시하여 두 시스템을 비교하였다. 측정된 신호는 DAQ 시스템을 이용하여 데이터를 취득하였고, Labview 프로그램을 이용하여 실시간으로 무인잠수정의 위치를 추정하였다. 위치추정에 사용된 알고리즘은 삼각측량법에 의한 방법을 사용하였으며, X, Y방향에 대해서는 비교적 오차가 적은 추정 결과를 나타내었으나 Z방향에 대하여서는 큰 오차를 보여 데이터로 사용할 수 가 없었다. 이는 수중이동체의 수심측정 센서를 이용하여 보완할 수 있을 것으로 본다. 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.

대형 무인잠수정 메인 프레임의 구조해석 및 최적화

전호일(Ho Il Jeon),이치현(Chi Hyun Lee),변승우(Seung-Woo Byun),김동훈(Donghun Kim) 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.5

CW 신호를 사용하는 수중 음원의 위치 추정에 관한 연구

박원철(Won-Chul Park),권경엽(Kyoung-Youb Kwon),정구락(Koo-Rack Chung),홍영기(Young-Ki Hong),변승우(Seung-Woo Byun) 대한조선학회 2011 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2011 No.6

It is well known fact that acoustic positioning systems are absolutely needed for various underwater operations. According to the distances between their sensors they are classified into three parts: long baseline(LBL), short baseline(SBL), and ultra-short baseline(USBL). There are many techniques for underwater source localization. These are the methods based on TDOA(Time Difference Of Arrival) estimation, beamforming techniques and high resolution technique, etc. In this paper we calculate TOA(Time Of Arrival) using MFFT(Modified Fast Fourier Transform) analysis that is used estimation of TOA(Time Of Arrival) in the region of frequency under CW signal. We propose the method of distance using Max-Index algorithm in order to estimate the position of underwater source for CW signal. The performance of the proposed method was analyzed under various water tank environment.