목차
요약문 2
1. 연구개발과제의 개요 5
1-1. 연구개발 목적 5
1-2. 연구개발의 필요성 5
1-3. 연구개발 범위 6
1-4. 국내외 기술 개발 현황 8
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 12
1. 시나리오 도출을 위한 수색 작전 환경 분석 12
2. 송신기 개발 16
3. 수신 모듈 개발 38
4. 수신 소프트웨어 개발 52
5. 시험 평가 65
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 87
3-1. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 87
3-2. 연구수행 결과 88
4. 목표 미달 시 원인분석 98
4-1. 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 98
4-2. 자체 보완활동 98
4-3. 연구개발 과정의 성실성 98
5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 99
5-1. 목표 달성도 99
5-2. 관련 분야 기여도 101
6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 101
6-1. 연구개발성과의 관리계획 101
6-2. 연구개발성과의 활용 계획 101
7. 기타사항 114
7-1. 연구시설ㆍ장비종합정보시스템 등록한 연구시설 장비 현황 114
7-2. 연구시설ㆍ장비종합정보시스템 등록한 연구시설 장비 현황 114
[별첨자료] 115
참고문헌 115
표 1. 수색 시나리오 도출을 위한 해경 협의 12
표 2. 수색 시나리오 타당성 검증을 위한 행정안전부 협의 12
표 3. 수색 시나리오 도출을 위한 해경 등 주요 의견 요약 13
표 4. 3차년도 제작 송신 모듈 사양 17
표 5. Rev. D의 문제점 및 개선 방안 22
표 6. 송신 모듈 구동 회로 사양 26
표 7. 핑 간격별 송신 동작 여부 30
표 8. 압전 액츄에이터별 송신 감도 측정 31
표 9. T 시리즈 압전 트랜스듀서 고전압 특성 31
표 10. 송신기 거리별 수신 레벨 평가 33
표 11. 송신기 방향성 시험 34
표 12. 송신모듈 세팅별 사용 시간 세팅 예시 36
표 13. 10초 간격 동작 시간 측정 사례 36
표 14. 10초 간격 - 펄스 시간 절반으로 줄인 동작 시간 측정 사례 36
표 15. 60초 간격 동작 측정 결과 37
표 16. 옷 착용 상태에 따른 출력값 변화 37
표 17. 수신 소프트웨어 기능 요구 사항 52
표 18. 위치 계산을 위한 설정값 55
표 19. 시험용 선박의 수신기 배치 좌표 55
표 20. 기존 프로그램 계산 시 원거리 시험 시 위치 측정 오차 61
표 21. 대형 수조 시험 목록 65
표 22. 4차년도 해상 시험 목록 67
표 23. 실제 경로차와 측정 경로차 차이 71
표 24. 송신기 수심별 수신 신호 81
표 25. 원거리 위치 추정 시험 절차 103
표 26. 중특단 기준 협동 시험 시나리오 105
표 27. 사업화 시 제품 경쟁력 비교 108
표 28. 각 제품별 중요도 요약 113
그림 1. 해상 사고 발생 상황 5
그림 2. 해상 사고 발생 시 시간에 따른 실종자 표류 상황 5
그림 3. 세월호 실종자 수색 작전 6
그림 4. 수중 음향 기반 위치 추적 기술 개요 6
그림 5. 과제 연구 범위 7
그림 6. 사이드 스캔 소나를 이용한 수색 원리 및 사례 8
그림 7. Diver6 사의 다이버용 수중 모뎀 및 위치 표시 화면 9
그림 8. Diver6 사의 다이버용 수중 모뎀 및 위치 표시 화면 9
그림 9. Ultimate life jacket사의 GPS+위성통신 구명조끼 및 해역 커버리지 지도 10
그림 10. 해강마린사의 GPS+위성통신 모듈 및 사용 예시 10
그림 11. ALPHA APPSO사의 전파 송신 기반 해상 사고 실종자 위치 추적기 11
그림 12. 과제 제안 당시 투하형 부표 연계 수신장치 이용 수색 시나리오 14
그림 13. 수색 시나리오 ver. 4.02 15
그림 14. 생존자 구조 및 실종자 수색 연계 시나리오 16
그림 15. 3차년도 제작 송신 모듈용 flextensional transducer 16
그림 16. 3차년도 제작 송신 모듈 Rev. D 및 구동 보드 17
그림 17. 3차년도 제작 Flextensional actuator 적용 송신 모듈 17
그림 18. 송신기 동작 모드 예시 19
그림 19. 주기 600초 기준 동작 모드 개요 19
그림 20. Sleep mode 20
그림 21. Standby mode 20
그림 22. Active mode 21
그림 23. 송신 모듈용 구동 MCU의 embede SW 블록 구성 21
그림 24. 송신기 구성 및 제조 방법 22
그림 25. 4차년도 수정 MCU 23
그림 26. 4차년도 수정 MCU 핀 제어 23
그림 27. 압력센서 제어 방식 변경 24
그림 28. NFC 안테나 제어부 변경 사항 24
그림 29. Step-up voltage transformer for 160V 24
그림 30. 고전압 안정성 개선 25
그림 31. 송신 모듈 구성도 27
그림 32. 송신 모듈 전체 회로 구성도 27
그림 33. 송신 모듈 초기 세팅 및 제어 28
그림 34. 송신용 구동 보드 Rev.E PCB 레이아웃 및 제작된 보드 사진 28
그림 35. 송신용 구동 보드 Rev.E PCB 및 센서, 트랜스듀서(Flextensional) 조립 29
그림 36. 송신 모듈 제어용 프로그램 29
그림 37. T시리즈 링형 압전체 인가 전압 대비 음향 출력 32
그림 38. 송신 모듈 구조 32
그림 39. 송신 모듈 제작 및 평가 절차 33
그림 40. 송신 모듈 거리별 수신 전압 측정 결과 33
그림 41. 방향성 평가 시험 현장 34
그림 42. 송신 모듈 방향성 측정 결과 35
그림 43. 좌: 손목 노출 시, 우: 옷 통과 시 38
그림 44. 옷 착용 영향 평가를 위한 예시 좌: 면 티셔츠, 우: 겨울 스웨터 38
그림 45. 3차년도 제작한 디지털 수신 모듈 39
그림 46. Analog High pass filter 회로도 40
그림 47. 설계된 High Pass Filter의 주파수 응답 특성 (magnitude & phase) 40
그림 48. 설계된 High Pass Filter의 스텝 응답 특성 40
그림 49. 1차 필터 설계 41
그림 50. 2차 필터 설계 41
그림 51. Internal Bias Voltage Generator 부분 회로도 42
그림 52. LED Indicator 부분 회로도 42
그림 53. Input High Pass Filter 부분 회로도 43
그림 54. Low Noise Amp Input 및 Offset 설정 부분 회로도 44
그림 55. Gain Select 부분 회로도 45
그림 56. Filter Frequency Select 부분 회로도 45
그림 57. OP-AMP Bias 및 Analog GND 부분 회로도 45
그림 58. Diver Receiver Filter module PCB Layout 46
그림 59. 제작된Receiver Filter module 사진 46
그림 60. 입력 전압 주파수에 따른 HPF 및 LNA 출력 전압 파형 측정 결과 48
그림 61. 단락 회로 입력에 대한 HPF 및 LNA 출력 전압 파형 측정 결과 48
그림 62. 소형화된 신호처리보드 구성 48
그림 63. 단일 채널 수신 모듈 구성 49
그림 64. 수신 모듈 제작 공정도 49
그림 65. 선박 거치용 수신 장치 구성 50
그림 66. 선박 가이드 레일에 부착된 수신 모듈 51
그림 67. 시간 지연차를 이용한 위치 추정 원리 53
그림 68. 음향 수신기의 배치 구조 54
그림 69. 음향 수신기와 대상체간의 경로차 구조 54
그림 70. 위치 추적 연립방정식의 가우시안-뉴튼 법 적용 56
그림 71. GPS 및 나침반 연계 위치 보정 58
그림 72. 탑재된 GPS 및 나침반 모듈 58
그림 73. Labview를 통한 수중 음향 신호 기록 화면 58
그림 74. 설정값 조절 화면 59
그림 75. 바이너리 포맷 데이터 자동 저장 59
그림 76. 위치 추적을 위한 신호 취득, 분석 프로그램 60
그림 77. 프로그램 내 위치 추적 과정 61
그림 78. 그림 측정 오차에 따른 위치 추정 오차 사례 (208, -25) 사례 62
그림 79. 그림 측정 오차에 따른 위치 추정 오차 사례 (800, 300) 사례 63
그림 80. 음속 오차 -1, 0, 1 %일 때의 위치 추정 63
그림 81. 500m 이상 거리에 대한 Out of range 처리 64
그림 82. 다이빙 풀 음향 평가 환경 65
그림 83. 수신 모듈 어레이를 이용한 위치 측정 66
그림 84. 다중 송신기 적용 대형 수조 시험 66
그림 85. 원거리 시험용 부표 구성 67
그림 86. 원거리 실험을 위한 송신기 부표 설치 68
그림 87. 수신기 선박 설치 68
그림 88. 거리별 원신호 레벨 : 170, 435, 565m 69
그림 89. 674m 거리 측정 : 상: 전체, 중: 핑 신호, 하: 채널 간 시간 차 70
그림 90. 거리 295m 측정 결과 71
그림 91. 거리 440m 측정 결과 72
그림 92. 거리 500m 측정 결과 72
그림 93. 거리 700m 측정 결과 73
그림 94. 거리 850m 측정 결과 73
그림 95. 거리 970m 측정 결과 74
그림 96. 21/08/10 13:12 거리 500m 측정 결과 75
그림 97. 근거리 위치 확인 시험 구성 76
그림 98. 근거리 위치 평가 시 거리-각도 및 좌표 관계 76
그림 99. 근거리 실험 현장 77
그림 100. 근거리 측정 예시 - 후방 5m 지점 78
그림 101. 원 신호와 대역 통과 필터를 거친 신호 비교 78
그림 102. 측정 해역 위치(아래 지도 상 작은 숫자가 수심, 위쪽 십자 표시 지점이 측정 장소) 79
그림 103. 동해 심해 시험에 사용된 샤크 마린호 80
그림 104. 송신기 수심 조절 방식 80
그림 105. 수심별 송신기 동작 측정 현장 81
그림 106. 잡음 측정 - 1초마다 나타나는 핑은 선박 수심측정기 신호 82
그림 107. 수심 5m - 상: 원신호, 하: 대역통과필터 후 신호 83
그림 108. 수심 50m 좌우 각 1,2차 - 상: 원신호, 하: 대역통과필터 후 신호 83
그림 109. 수심 100m - 상: 원신호, 하: 대역통과필터 후 신호 84
그림 110. 수심 150m - 상: 원신호, 하: 대역통과필터 후 신호 84
그림 111. 수심 200m - 상: 원신호, 하: 대역통과필터 후 신호 85
그림 112. 수심 250m - 상: 원신호, 하: 대역통과필터 후 신호 85
그림 113. 수심 300m - 상: 원신호, 하: 대역통과필터 후 신호 86
그림 114. 수심 300m - 대역통과필터 송신기 신호 부분 확대 86
그림 115. 수중 위치 추적 개발 시제품 및 기술 활용 방안 87
그림 116. 등록 특허 및 학술발표 87
그림 117. 시험 위치 및 대상 선박인 신형 연안구조정 102
그림 118. 초음파 방오장비 끄기 전(위), 후(아래) 잡음 비교 102
그림 119. 간이 USBL 방식의 방위 측정 및 경험적 거리 추산에 의한 위치 추적 방식 103
그림 120. 조류 방향과 송수신 상대 위치에 따른 비교 평가 104
그림 121. 중특단 보유 구조작업용 선박 D-01호 및 설비 점검 - 21.6.17. 부산 중특단 방문 회의 105
그림 122. 잠수대원용 수중 음향 통신 및 위치 매핑 기술 개발 개요 106
그림 123. 사업화 대상인 수중 내비게이션 시스템 108
그림 124. 단결정 이용 트랜스듀서 구조 110
그림 125. 단결정 이용 트랜스듀서의 음향 해석 시물레이션 결과 110
그림 126. 단결정 이용 트랜스듀서 제작품 110
그림 127. USBL 방식 측위 센서 구조 111
그림 128. USBL 방식 측위 센서 신호 처리 111
그림 129. USBL 방식 측위 센서를 이용한 접근 방법 112
그림 130. USBL 방식 측위 센서를 이용한 근거리 측위 방법 112