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선화 함
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1 1 연 구 논 문 船舶海洋技術, 第 51 號 211 年 6 月 JOURNAL OF SHIPS & OCEAN ENGINEERING Vol.51 June 211 자율무인잠수정의 해저면 초기위치 보정에 관한 연구 이 판 묵1* 전 봉 환1* 박 진 영1* 김 재 수2* 정 훈 상2* 윤 영 열2* A Study on the Calibration of Initial Position of an Autonomous Underwater Vehicle on the Sea Floor Pan-Mook Lee 1* Bong-Huan Jun 1* Jin-Young Park 1* Jae-Soo Kim 2* Hun-Sang Jung 2* Young-Yul Yoon 2* Abstract This paper presents a calibration method to correct the initial position error of an autonomous underwater vehicle on the sea floor. AUV(Autonomous Underwater Vehicle)s have an inertial navigation system assisted with auxiliary sensors, such as DVL(Doppler velocity log), and/or acoustic positioning systems. Since navigation systems show drift in position without the bottom reflection of DVL, APS(Acoustic Positioning System) is needed to set initial position. The main concept of the calibration method is this: When the AUV arrives near sea floor, the vehicle horizontally moves around in circular mode, while the USBL(Ultra Short Base Line) transceiver installed on surface vessel gathers the AUV's position. After acquiring one data set, a curve fitting method is adopted to find the center of the AUV's circular motion, which is transferred to the AUV via acoustic telemetry modem. The proposed method could reduce the intrinsic position error of the USBL and it is robust to the AUV motion caused by time delay of ATM(Acoustic Telemetry Modem). Monte Carlo simulation was conducted to verify the performance of the proposed calibration method. 1. 서 론 해저를 탐사하는 AUV는 항법시스템이 필수적 이며, 관성센서(IMU; Inertial Measurement Unit) 를 기반으로 하는 항법시스템은 초기위치오차를 보정하는 과정이 반드시 필요하다. 해저를 탐사 하기 위하여 AUV가 모선으로부터 진수되면 초 기에 GPS를 이용하여 위치를 세팅할 수 있다. *1 해양시스템연구부(Ocean Engineering System Research Department) *2 (주)한화 종합연구소(Hanwha Corporation R&D Center) 제1저자 pmlee@moeri.re.kr

Lee 1* Bong-Huan Jun 1* Jin-Young Park 1* Jae-Soo Kim 2* Hun-Sang Jung 2* Young-Yul Yoon 2* Abstract This paper presents a calibration method to correct the initial position error of an autonomous

2 2 그러나 잠항과정에서 AUV가 절대 속도를 계측 하기 어려우므로, 속도 정보를 항법시스템에 이 용하는 관성센서-도플러(IMU-DVL) 항법은 조 류 해류에 의한 오차만큼 오차가 더 증가하게 된다. 따라서 AUV가 잠항하는 과정에서 IMU- DVL 항법시스템은 오차가 누적되기 시작하며 해저면에 도달할 때에는 잠항 시간에 비례하는 오차가 존재한다. 이런 누적오차를 줄이기 위한 방법으로 AUV와 기준점 사이의 거리정보를 이 용하여 오차를 줄이는 연구가 진행되었다[1], [5], [6]. 음향을 이용한 위치추적시스템(APS)의 하나인 USBL은 선상에서 AUV의 위치를 모니터링하는 목적으로 설치되어 운용되며[7], 관성센서로 구 성된 AUV의 초기위치를 지정하는데 이용된다. AUV에 탑재된 항법시스템의 정밀도를 높이기 위하여, 선상에서 얻어진 USBL 신호를 수중음 향 통신모뎀(ATM)을 통하여 AUV에 전송함으 로써 AUV가 이를 보조 정보로 이용할 수 있다. 수상모선과 케이블로 연결된 ROV에 있어서, 선 상에서 얻은 USBL 위치정보를 케이블을 통하여 ROV에 실시간으로 전달할 수 있으므로, USBL 정보는 IMU-DVL 항법시스템의 입력으로 직접 이용될 수 있다. 반면에, AUV는 수상 모선에서 얻어지는 USBL의 신호를 ATM을 통하여 받음 으로써 음향통신에 소요되는 시간만큼 위치정보 취득이 지연된다. 즉, AUV가 ATM을 통하여 AUV 자신의 USBL 위치측적을 얻는 시점은 지 연된 시간이다. 따라서 USBL 신호를 AUV의 초 기 값으로 세팅하면 USBL의 측정오차에 AUV 의 위치이동오차가 포함된 초기오차를 얻게 되 므로 정밀항법 시스템 구현이 어려워진다. 한편, 연속적으로 ATM을 운용하는 것은 AUV의 탑재 전원을 과도하게 소모하는 단점이 있다. 열악한 해양 환경에서 ATM은 송수신 데 이터 수율이 낮고, USBL은 아웃라이어(outlier) 빈도가 높아진다. 따라서 USBL 위치정보를 얻 기 위하여 연속적으로 ATM 교신하는 것은 비 효율적이며 위치보정을 위한 별도의 로직이 필 요하다. 이심이 AUV([2], [3])와 같이 호버링 기능을 갖지 않고 일정 속도로 전진하여 제어하는 구조 이다. 이러한 시스템은 항상 움직이는 상태이므 로, 시간지연이 있는 경우는 이에 비례하는 위치 오차가 존재한다. USBL과 같은 APS를 이용할 경우에 정밀 위치추적을 위해서는 시간지연에 따른 오차를 보정하는 방법이 필요하다. AUV가 USBL과 ATM을 이용하여 수신된 위치를 초기 값으로 직접 사용하는 경우는 다음과 같은 오차 가 존재한다. 수심 증가에 따라 위치추정치의 rms 오차가 선형적으로 증가(, 여기서 R: 경사 거리(slant range), : USBL의 각도 해상도 오차) USBL 위치측정에 시간지연(경사거리(slant range)에 비례하는 지연)이 존재하고, ATM 으로 모선에서 AUV까지 위치데이터를 전송 하는 지연 시간 존재(총 지연시간은, 여기서, R: 경사거리, : 음속, : USBL 연산 latency, : ATM latency) USBL 측정이 제대로 이루어지지 않는 경우 (outlier) 또는 ATM 신호 송수신에 오류가 있는 경우는 계측시스템의 한 주기(one cycle) 만큼의 시간지체에 따른 오차 존재 이러한 단점을 극복하기 위하여, 본 논문은 AUV의 절대위치오차를 최소화하는 방법을 제안 하였다[3]. 이 방법은 AUV가 해저면에 도달하였 을 때에 초기위치를 보정하는 것으로써, USBL 위치정보에 대하여 곡선일치법(curve fitting method)을 이용하여 AUV의 초기위치 정밀도를 높이는 방법이다. 초기위치 보정을 위하여 AUV 가 해저면 임의의 위치를 중심으로 회전하는 상 태에서 USBL을 이용하여 위치를 측정하고, 취 득 데이터를 이용하여 곡선일치하는 방법을 도 입하였다. 본 논문은 제안된 보정 방법에 대하여 몬테카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션을 통하여 성능을 검토하였다[3], [4]. 2. USBL을 이용한 AUV의 초기위치오차 보정법 본 논문은 USBL을 이용하여 AUV의 이동궤 적을 모니터링하면서 필요시에 위치를 보정하는 JOURNAL OF SHIPS & OCEAN ENGINEERING Vol.51 June 211

AUV에 탑재된 항법시스템의 정밀도를 높이기 위하여, 선상에서 얻어진 USBL 신호를 수중음 향 통신모뎀(ATM)을 통하여 AUV에 전송함으 로써 AUV가 이를 보조 정보로 이용할 수 있다.

3 3 방법을 제안하였다. AUV가 자체에 관성항법시 스템과 속도센서(DVL)를 장착하고 이를 이용하 여 맹목항법(Dead Reckoning)을 할 수 있는 AUV를 대상으로 한다. 이 방법은 AUV가 처음 해저면에 도달하였을 때에 우선적으로 위치보정 을 실시하여 초기 위치오차를 줄이는 방법이다. 위치 보정 방법은 1) AUV가 해저에서 일정한 반경의 원운동을 하고, 2) 수상의 USBL에서 AUV의 위치를 모니터링하며, 3) 얻어진 데이터 를 원으로 일치시키고, 4) 이를 AUV에 전달하 여 AUV의 초기위치를 결정하는 방법이다. 곡선 일치법으로 얻어진 결과는 AUV의 원운동 중심 과 운동반경이며, AUV의 방위각 신호를 이용하 여 AUV의 절대위치를 계산하는 과정으로 진행 된다. AUV가 해저면 근처 임의의 위치에서 원운동 을 하는 경우, AUV에 내장된 자세센서로부터 방위각이 정확히 측정되므로, AUV가 원운동하 는 회전중심의 절대위치와 회전반경을 알면 현 재 AUV의 절대위치를 계산할 수 있다. 회전중 심의 절대위치는 수상의 USBL에서 측정하여 ATM을 통해 AUV에 전달할 수 있으며, 회전반 경은 AUV 내부에서 결정할 수 있다. AUV R/V Start Calibration Mode ACK USBL DAQ Initial Position (x,y) Signal Processing Start Survey Mode ACK Fig. 1. Data communication process between the surface vessel and ISIMI AUV for position calibration. Fig. 1은 AUV의 위치오차 보정을 위하여 수 상 모선과 AUV간에 통신 프로세스를 나타낸다. AUV가 해저면에 도달하면, 초기 위치오차 보정 을 위하여 AUV는 보정 모드(calibration mode) 에 들어가는 것을 ATM을 통하여 수상모선에 알리고, 이를 수신한 수상모선은 이때부터 USBL을 이용하여 얻어지는 AUV의 궤적을 취 득한다. 수상모선에서는 지정된 AUV 궤적 취득 시간이 경과하면, 한 주기 동안 얻어진 AUV 위 치 데이터 세트를 이용하여 AUV 원운동의 중심 과 반경을 곡선일치시킨다. 곡선일치법으로 얻어 진 회전중심은 ATM을 통해 AUV에 전송되면, AUV는 초기위치를 결정하고 초기화 종료 신호를 수상선에 응답하면서 해저면 탐사를 시작한다. Fig. 1의 USBL과 ATM을 이용하는 이심이 AUV의 초기위치보정 프로세스를 정리하면 다음 과 같다[3], [4]. 1 이심이 AUV가 해저면 고도 3m에 도달하면 발라스트 웨이트를 투하하여 중성부력을 유 지하고, DVL과 IMU를 이용하여 맹목항법으 로 반경(예: 25m, 또는 5m)의 원형 궤적 운 동제어를 시작하면서 ATM을 통하여 수상모 선에 보정 모드 운동중임을 알림 2 수상 모선에서는 ATM을 이용하여 신호수신 확인 신호를 보내고, USBL을 이용하여 이심이 6 AUV의 위치를 측정(8초 1초 3 이심이 AUV의 원형궤적을 취득하여 얻어진 위치 데이터를 이용하여 최소제곱법(Least Square Method)으로 원형 궤적을 곡선일치 시켜 원형운동 궤적의 센터 계산(예: 6m 수심에서 반경 5m 원운동 궤적 운동시 6 초 샘플) 4ATM을 이용하여 AUV에 초기 원형 궤적의 센터를 알림 5 이심이 AUV는 초기위치 수신후 원형운동을 종료하고 초기위치 수신 확인 신호를 수상 모선에 알림 6 이심이 AUV는 IMU-DVL 항법시스템을 이 용하여 탐사 모드에 진입. 수상 모선은 AUV 가 원하는 궤적을 따라 운동하는지를 모니터 링함 7 탐사중간에 위치보정이 필요한 경우, 수상 모 선에서는 ATM을 이용하여 위치보정이 필요 하다는 위치보정필요 신호를 이심이 AUV에 송신하고, 이심이 AUV는 위치보정시작 확인 신호를 모선에 응답한 후 1 6의 과정을 반복 船舶海洋技術第 51 號 211 年 6 月

곡선 일치법으로 얻어진 결과는 AUV의 원운동 중심 과 운동반경이며, AUV의 방위각 신호를 이용하 여 AUV의 절대위치를 계산하는 과정으로 진행 된다.

4 4 본 논문에서 제안하는 초기위치오차 보정법은 AUV가 해저면을 탐사하면서 필요시에 간헐적으 로 위치보정을 실시할 수 있다. 간헐적인 위치보 정은 관성항법시스템에 필연적인 누적위치오차 를 최소화하는 것에도 적용할 수 있다. 이 방법 은 1) 수심변화에 따라 증가하는 USBL 위치오 차를 줄이며, 2) USBL 위치정보의 전송 시간지 연에 따라 발생하는 AUV의 위치변화와 무관하 며, 3) 아웃라이어 신호가 발생하는 경우는 곡선 일치법에서 제외시킬 수 있어 노이즈에 둔감한 장점이 있다. AUV가 해저면 근처에서 원운동할 때에는 자 체의 관성센서와 DVL을 이용하는 맹목항법을 수행한다. 따라서 시간 증가에 따라 위치오차가 증가하는 맹목항법의 특성을 고려하여 가능한 한 짧은 시간에 위치보정을 해야 한다. 긴 시간 동안 보정하는 경우에는 정밀급의 관성센서가 필요하다. 또한 AUV가 일정하게 원운동을 하는 것이 필요하므로 조류가 존재하는 해역을 탐사 하는 경우에는 AUV가 주어진 원 궤적을 따르도 록 경로제어를 실시해야 한다. 6,m 심도의 경우는 8초 간격, 2,m는 3초, 1m는 1초로 정하였다. USBL은 심해용으로 정밀급 트랜시버(IXSEA Posidonia; slant range의.3% 위치오차)를 이용하고[8], 천해용은 범용 (Applied Acoustics Eng. Ltd; slant range의 2.5% 위치오차)을 이용하는 것으로 가정하였다 [9]. 시뮬레이션은 초기 위치가 원운동 중심으로부 터 일정 반경의 원주상의 임의 위치에 도달하여 이를 중심으로 원운동하며, AUV의 초기 위치와 USBL 위치계측 오차를 1회에 걸쳐 매번 랜덤 하게 발생시켰다. 3.1 정밀급 USBL를 이용하는 경우의 초기위치오차 보정 몬테카를로 시뮬레이션은 AUV의 원운동 반경 변화와 곡선일치법을 위하여 소요되는 시간을 변수로 정하고, 각 조건에 대하여 1회 실시하 였다. 6,m 심도에서 운용되는 AUV의 초기위 치 보정 시뮬레이션 조건은 다음과 같다. 3. 초기위치오차 보정 시뮬레이션 제안된 초기오차 보정 방법의 유효성을 검증 하기 위하여 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였 다. 시뮬레이션은 태평양 심해에서 운용하는 경 우, 동해에서 운용하는 경우 및 천해에서 운용하 는 경우를 고려하여 AUV의 해저면 탐사 심도를 6,m, 2,m와 1m로 정하였다. AUV가 해 저면에 도달하여 위치보정을 위하여 원운동을 하기 시작하는 위치는 알려지지 않은 임의의 위 치가 된다. 시뮬레이션에서는 결과의 비교를 위 하여 편의상 기준 위치로부터 (x=2, y=1) 떨 어진 지점을 중심으로 회전하는 것으로 설정하 였다. 시뮬레이션에서, AUV의 전진 속도는 1.5 m/s 로 일정하며, USBL을 이용한 위치 계측치에는 USBL 고유의 계측오차가 존재하는 것으로 정하 였다. 아웃라이어에 의한 신호는 곡선일치법에 사용하지 않으므로 시뮬레이션에 포함시키지 않 았다. USBL 위치 신호를 수신하는 주기는 음파 가 모선과 AUV 사이의 왕복 시간을 고려하여, (1) 고정조건: AUV 속도 1.5m/s, 수심 6m, USBL의 표준편차 = 18m, USBL의 신호 업 데이트 주기 : 8초 (2) 가변조건: 회전반경 R(=25, 5, 1, 15m), 데이터 취득시간(=3, 6, 12, 18sec) Fig. 2의 (a)는 수심 6,m에서 반경 5m의 원운동을 하는 AUV의 위치를 USBL로부터 측 정한 위치 x, y 시계열을 모사한 것이며, (b)는 USBL 계측 신호 생성을 위하여 추가된 노이즈 를 크기와 위상으로 표시한 시계열을 나타낸다. Fig. 3은 곡선일치법 결과를 나타낸다. Fig. 3(a)에서 * 마크가 있는 실선은 USBL에서 얻 어진 AUV의 위치 궤적을 나타내며, 붉은 점선 은 AUV가 실제로 이동한 원운동 궤적을 나타내 고, 검은 실선은 곡선일치법에 의하여 얻어진 원 운동 궤적을 나타낸다. 시뮬레이션에서 얻어진 추정 원운동 중심과 반경은 각각 (2.391m, m)와 m로 계산되었다. 원운동 중심 의 오차는 (.391m, -.328m)이며, 원운동 반경 오차는 4.597m이다. 비록 18m rms 오차를 갖는 JOURNAL OF SHIPS & OCEAN ENGINEERING Vol.51 June 211

AUV가 해저면 근처에서 원운동할 때에는 자 체의 관성센서와 DVL을 이용하는 맹목항법을 수행한다. 따라서 시간 증가에 따라 위치오차가 증가하는 맹목항법의 특성을 고려하여 가능한 한 짧은 시간에 위치보정을 해야 한다. 긴 시간 동안 보정하는 경우에는 정밀급의 관성센서가 필요하다.

5 5 USBL을 이용하더라도, 제안된 보정법은 회전중 심의 오차가 1m 이내인 좋은 성능을 보였다. 반경오차가 큰 것은 원운동 궤적의 USBL신호 를 최소제곱법으로 곡선을 일치시키므로 원 외 각에 위치한 USBL 신호가 원 내부에 존재하는 USBL 신호보다 큰 영향을 미치므로 항상 추정 된 반경이 원래 원 궤적의 반경보다 크게 나타 나게 된다. 이 반경은 항상 크게 추정되므로 초 기위치추정에 사용하지 않는다. Y [m] Simulated AUV Trajectory at 6m depth : std dev=18m, R=5m center(2.391, ); R= Simulated Position of ISIMI6 Measured with USBL at 6m depth X [m] (a) X [m] Y [m] Error [m] Phase [rad] Time [sec] 5 (a) Random Error of Position in Magnitude at 6m depth : std dev = 18 m Random Error of Position in Phase : normal [ 2π] Time [sec] (b) Fig. 2. USBL measurement with R=5m; (a) simulated x and y position, (b) measurement error. Error of Circle Center Radius Error [R - Re] Monte Carlo Simulation : 6m depth, std dev=18m, R=5m, Time=6sec mean(2.9851) mean( ) Simulation No (b) Fig. 3. Circle fitting result with R=5m; (a) x-y plane trajectory and fitted circle, (b) estimation errors of the center and radius of circle in Monte Carlo simulation. Table 1은 (2)의 가변조건을 갖고 6,m 수 심에서 운용되는 AUV에 대하여 몬테카를로 시 뮬레이션을 수행한 원운동 중심 오차의 평균값 을 정리한 표이다. Fig. 4는 이를 그림으로 나타 낸 결과이다. 6,m 수심에서 운용되는 AUV의 회전중심 오차가 2m 이내 범위에 들어오기 위해 서는, AUV가 원운동 반경을 최소 1m를 유지 하며 2분간의 원운동을 해야 한다. 5m 이내의 회전중심 오차를 갖기 위해서는 5m 반경으로 최소 한주기의 원운동 시간(3초)을 갖는 범위 에서 초기위치오차 보정을 실시해야 한다. 船舶海洋技術第 51 號 211 年 6 月

5971 3 25 Simulated Position of ISIMI6 Measured with USBL at 6m depth 2 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 X [m] (a) X [m] Y [m] Error [m] Phase [rad] 2 15 1 1 2 3 4 5 6 2 15 1 5 1 1 2 3 4 5 6 Time [sec] 5

6 6 한편, 한 주기의 샘플을 갖지 않는 경우(15m 반경, 3초 샘플시간)는 곡선일치법에 의한 회 전중심의 오차가 크게(2배) 증가한다. Table 1. Estimation errors of circle center in Monte Carlo simulation: 6,m depth, 18m of USBL error. Radius Time 3sec 6sec 12sec 18sec 25m m m m Circle Center Error [m] Radius [m] Sample Time [sec] Fig. 4. Estimation errors of circle center in Monte Carlo simulation: 6,m depth, 18m of USBL error. Table 2. Estimation errors of circle center in Monte Carlo simulation: 2,m depth, 6m of USBL error. 2 Radius Time 1sec 2sec 3sec 6sec 15m m m m ,m 심도에서 운용되는 AUV의 초기위치 보정을 위한 몬테카를로 시뮬레이션을 동일한 방법으로 수행하였고, 시뮬레이션 조건은 다음과 같다. (3) 고정조건: AUV 속도 1.5m/s, 수심 2m, USBL의 표준편차 = 6m, USBL의 신호 업 데이트 주기 : 3초 (4) 가변조건: 회전반경 R(=15, 25, 35, 5m), 데이터 취득시간(=1, 2, 3, 6sec) Table 2는 가변조건 (4)를 가지며 2,m 수 심에서 운용되는 AUV에 대하여 몬테카를로 시 뮬레이션을 수행한 원운동 중심 오차 및 반경 오차를 정리한 표이다. Table 2로부터, 2,m 수심에서 운용하는 AUV의 회전중심 오차는 한 주기 이상의 데이터에 대하여 곡선일치시키면 모든 경우에 대하여 2m 이내의 위치오차범위에 서 초기보정이 가능함을 알 수 있다. 1m이내의 범위에 들어오기 위해서는, AUV가 원운동 반경 에 무관하게 최소 3초 이상의 원운동 데이터 에 대하여 곡선일치법을 수행해야 한다. 3.2 범용 USBL를 이용하는 경우의 초기 위치오차 보정 천해역에서 운용되는 AUV에 대하여 초기위치 보정을 위한 몬테카를로 시뮬레이션을 동일한 방법으로 수행하였다. 범용의 USBL을 이용하는 것으로 가정하였으며, 시뮬레이션 조건은 다음과 같다. (1) 고정조건: AUV 속도 1.5m/s, 수심 1m, USBL의 표준편차 = 2.5m, USBL의 신호 업 데이트 주기 : 1초 (2) 가변조건: 회전반경 R(=15, 25, 35, 5m), 데이터 취득시간(=6, 12, 18, 24sec) Fig. 5는 1m 수심에서 AUV가 반경 5m로 12초간 원운동 데이터에 대하여 몬테카를로 시 뮬레이션 결과를 보인다, 그림에서 1번의 랜덤 한 위치오차를 갖는 데이터에 대한 시뮬레이션 전체에 있어서, 위치오차 최대치가 1m를 넘지 않았으며 평균 38.8cm의 위치오차를 갖는 결과 를 보인다. Table 3은 가변조건 (2)를 가지며 1m 수심 에서 운용되는 AUV에 대하여 몬테카를로 시뮬 레이션을 수행한 원운동 중심 오차 및 반경 오 JOURNAL OF SHIPS & OCEAN ENGINEERING Vol.51 June 211

554 Circle Center Error [m] 1 8 6 4 2 15 1 Radius [m] 5 5 1 15 Sample Time [sec] Fig. 4. Estimation errors of circle center in Monte Carlo simulation: 6,m depth, 18m of USBL error. Table 2.

7 7 차를 정리한 표이다. Table 3로부터, 1m 수심 에서 운용하는 AUV의 회전중심 오차는 모든 경 우에 대하여 1m 이내의 위치오차범위에서 초기 보정이 가능함을 알 수 있다. 2분 이상의 1m이 내의 원운동 데이터에 대하여 곡선일치법을 수 행하면, 평균 4cm 이내의 위치오차 범위의 초 기보정이 가능한 결과가 얻어졌다. 따라서, 본 논문에서 제안하는 위치오차 보정법은 USBL을 단독으로 이용하는 경우보다 6배 이상 정확하게 AUV의 초기위치 지정이 가능하다. Error of Circle Center Radius Error [R - Re] Monte Carlo Simulation : 1m depth, std dev=2.5m, R=5m, Time=12sec 1 mean(.38835) mean( ) Simulation No Fig. 5. Estimation errors of the center and radius of circle in Monte Carlo simulation: 1m depth, 2.5m of USBL error, 5m radius, 2 minutes sampling time. Table 3. Estimation errors of circle center in Monte Carlo simulation: 1m depth, 2.5m of USBL error. Radius Time 6sec 12sec 18sec 24sec 5m m m m 결 론 본 논문은 해저면에 도달한 AUV에 대하여 USBL 위치정보를 곡선일치법으로 보정하여 위 치오차 정밀도를 높이는 방법을 제안하였다. 제 안된 방법을 이용하여 세 가지 수심에서 운용되 는 AUV의 위치오차보정에 적용하였으며, 몬테 카를로 시뮬레이션을 통하여 성능을 검토하였다. 경사거리의.3% 정밀도를 갖는 심해용 USBL 을 이용하는 경우: 2,m 수심에서 위치보정은 AUV가 원의 한주기를 회전하는 궤적을 샘플링 하면 평균오차범위 2m 이내를 만족하고, 3초 이상 샘플링하면 1m 이내 오차 범위를 갖는다. 6,m 수심에서 위치보정은 AUV가 반경 1m 원형 궤적운동을 하며 최소 2분간 USBL 신호 보정 시간을 가지면 2m 이내의 위치오차가 얻어 진다. 이 수심에서 AUV가 5m 반경으로 최소 한주기의 원운동 시간(3초)을 하면 5m 이내 오차범위를 갖는다. 경사거리에 대해 2.5% 정밀도를 갖는 범용 USBL을 이용하는 경우: 1m 수심에서 위치보 정은 AUV가 원의 한주기를 회전하는 궤적을 샘 플링하면 평균오차범위.4m 이내의 초기위치 지정이 가능한 결과를 얻었다. 따라서 본 논문에서 제안하는 초기위치 보정 법은 USBL 단독으로 얻어진 위치 데이터를 AUV의 초기위치로 지정하는 것보다 4배 이상, 최대 1배 더 정확하게 초기위치를 지정할 수 있다. 또한 제안된 보정법은 음향신호 전송 시간 지연에 따라 발생하는 AUV의 위치이동 오차를 동시에 보정하는 장점이 있다. 후 기 본 논문은 국토해양부가 지원한 차세대 심해 무인잠수정 개발 사업과 해양연구원 기본연구 사업 해저지형 자율맵핑 핵심기술 개발 연구 결과의 일부이며, 한국해양공학회 21년 추계학 술대회에서 발표된 내용을 포함함을 밝힌다. 참 고 문 헌 [1] 이판묵, 전봉환, 김시문, 이종무, 임용곤, 양 승일(24). 초음파 거리계를 이용한 무인잠 수정의 수중 복합 항법시스템, 한국해양공 학회지, 18권 4호, pp 船舶海洋技術第 51 號 211 年 6 月

38835).8.6.4.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 -.2 -.4 -.6 -.8 mean(-.61756) -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Simulation No Fig. 5. Estimation errors of the center and radius of circle in Monte Carlo simulation: 1m depth, 2.

8 8 [2] 전봉환, 박진영, 이판묵, 이필엽, 오준호(27). 자율무인잠수정 테스트베드 이심이의 개발과 수조시험. 한국해양공학회지, 21권 2호, pp [3] 이판묵 외(21). 차세대 심해용 무인잠수정 개발(II-3). 한국해양연구원 연구보고서, UCPM S184A [4] 이판묵, 전봉환, 박진영, 김재수, 정훈상, 운 영열(21). 자율무인잠수정의 해저면 초기위 치 보정에 관한 연구. 한국해양공학회 21 추계학술대회 논문집. [5] P. Lee, B. Jun, K. Kim, J. Lee, T. Aoki, T. Hyakudome(27). Simulation of an inertial acoustic navigation system with range aiding for an autonomous underwater vehicle, IEEE J. of Oceanic Engineering, vol. 32, no. 2 pp [6] P. Lee and B. Jun(27). Pseudo long base line navigation algorithm for underwater vehicles with inertial sensors and two acoustic range measurements. Ocean Engineering, vol. 34, issue 3-4, pp [7] P. Milne(1983). Underwater acoustic positioning systems. Gulf Publishing Co., Huston. [8] IXSEA.(24). USBL Posidonia 6 Positioning System, User's Manual. [9] Applied Acoustics Engineering Ltd.(21). Easytrak USBL, com/products_easy.aspx?content=portable. JOURNAL OF SHIPS & OCEAN ENGINEERING Vol.51 June 211

Simulation of an inertial acoustic navigation system with range aiding for an autonomous underwater vehicle, IEEE J. of Oceanic Engineering, vol. 32, no. 2 pp. 392 345. [6] P. Lee and B. Jun(27).

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