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요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 서론 15
제1절 원격 선박통제 제어기술 개요 15
1. 연구개요 15
2. 연구개발의 필요성 21
제2장 국내외 기술개발 현황 23
제1절 국내 기술개발 현황 23
1. 국내 연구개발 실적 23
제2절 국외 기술개발 현황 26
1. 일본의 무인선 개발 현황 26
2. 미국의 무인선 개발 현황 26
3. 기타 국가들의 무인선 개발 현황 27
4. 미 해군의 USV 마스터플랜 29
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 33
제1절 원격 통제 제어 시스템의 구성 36
1. 원격 통제 시스템 (관제소)의 구성 36
2. 원격 제어 시스템 (무인선)의 구성 37
제2절 원격 통제 제어 시스템의 설계 및 제작 38
1. 원격 통제제어 시스템 H/W 설계 및 제작 38
2. 원격 선박통제 제어시스템 S/W 설계 및 제작 135
제3절 원격선박 통제제어 시스템 시험 및 평가 153
1. 공장시험평가 155
2. 환경시험평가 163
3. 정박시험평가 168
4. 항해시험평가 172
제4장 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도 182
제5장 연구개발결과의 활용계획 191
제6장 참고문헌 193
부록(협동연구과제 보고서) : 무인선 제어시스템 알고리즘 최적화 기술 개발 195
제출문 197
요약문 198
I. 제목 198
II. 연구개발의 목적 및 필요성 198
III. 연구개발의 내용 및 범위 198
IV. 연구개발결과 199
V. 연구개발결과의 활용계획 201
SUMMARY(영문요약문) 202
CONTENTS(영문목차) 203
목차 204
제1장 서론 212
제2장 국내외 기술개발 현황 214
제1절 국내 기술개발 현황 214
1. 연구개발 실적 214
가. 원격 선박통제 제어 관련 기술 214
나. 국내 유사 광대역 데이터 통신망 구현 사례 219
제2절 국외 기술개발 현황 221
1. 연구개발 실적 221
2. 연구개발 및 사업화 단계 222
가. 무인화 선박 관련 기술 222
나. 외국의 광역 데이터 통신망 개발 또는 사업화 단계 225
3. 미해군의 USV 마스터 플랜 227
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 231
제1절 운동방정식의 기술 231
1. 좌표계 231
2. 운동방정식 231
3. 동유체력미계수 232
가. 워터제트에 의한 힘과 모멘트 232
나. 동유체력 233
다. 부가질량계수 233
라. 감쇠계수(속도관련 계수) 234
마. 중력 및 횡동요각 변화에 따른 유체력 234
제2절 침로제어 알고리즘 정식화 236
1. 침로제어 알고리즘 개발 배경 236
2. 침로제어 알고리즘 개발 방법 236
3. 침로제어 알고리즘 개발 절차 237
제3절 경유점 추종제어 알고리즘 정식화 239
1. 자율제어 수준 239
2. 경유점 추종 제어 알고리즘 240
제4절 해상시험 243
1. 계측 시스템 243
가. 계측 데이터 244
나. 계측 센서 245
(1) VG-400CC-100 245
(2) 3DM-GX1 246
(3) DSM-232 247
(4) USB-6009 248
다. 계측 시스템 구성 249
라. 통신 패킷 250
2. Calibration 시험 254
가. 워터제트 노즐각 254
나. 엔진 회전수 255
3. 표준 조종시험 255
가. 조종시험의 수행 목적과 방법 255
(1) 속력 시험 255
(2) 선회 시험 255
(3) 지그재그 시험 256
나. 유비틀의 표준 조종시험 결과 256
(1) 속력 시험 256
(2) 선회 시험 및 지그재그 시험 256
다. 천리안의 표준 조종시험 결과 257
(1) 속력 시험 257
(2) 선회 시험 및 지그재그 시험 258
4. 침로제어 시험 260
가. 상용제어기와 전문가의 오토파일럿 시험 260
나. 전문가 90도 변침 시험 261
다. 전문가 변침단계별 침로제어 시험 264
5. 경유점 추종 제어 시험 267
가. 무인선 및 경유점 추종제어 시스템 구축 267
나. 경유점 추종 제어 시험 시나리오 269
제5절 알고리즘 개발 및 검증 272
1. 운동방정식 모델링 272
가. 전후동요 속도 모델 272
나. 선수각 모델 272
다. 횡동요 모델 272
라. 시뮬레이션 및 시운전과의 비교 272
2. 침로제어 알고리즘 개발 274
가. 조종자 침로제어 입력패턴 분석 274
나. 침로제어 알고리즘 설계 274
다. 침로제어 알고리즘 검증 - 시뮬레이션 276
라. 침로제어 알고리즘 검증 - 해상시험 278
3. 경유점 추종 제어 알고리즘 개발 281
가. 해상 시험 결과 281
제6절 시험평가 수행 및 결과 286
1. 침로제어기 성능 평가시험 287
2. 침로제어기 운동성능 개선 평가시험 291
3. 경유점 추종 제어기 성능 평가 시험 294
가. 시험 평가 방법 294
(1) 무인선 해상 시험 시스템 294
(2) 성능 평가 지수 295
나. 성능 평가 시험 296
다. 시험 평가 결과 297
제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 301
제5장 연구개발결과의 활용계획 303
제6장 참고문헌 304
표 1. 목표 주요 기술 212
표 2. ODL과 타 위성통신망과의 성능 및 사용 비용 비교 자료 226
표 3. USV의 등급 및 정의 228
표 4. Levels of Autonomy 239
표 5. 계측 프로그램 사용자 인터페이스 구성 243
표 6. 계측 데이터 저장 Format 244
표 7. VG400CC-100 세부 사양 245
표 8. 3DM-GX1 Block Diagram 246
표 9. 3DM-GX1 세부 사양 246
표 10. DSM-232 세부 사양 247
표 11. USB-6009 세부 사양 248
표 12. 계측 시스템 구성품 249
표 13. 센서별 통신 방식 250
표 14. Crossbow VG400 Series Command Reference 251
표 15. Crossbow VG400 Series Data Packet Format 252
표 16. Microstrain(Mircostrain) 3DM GX1 Data Packet Format 253
표 17. GPRMC Data Format 253
표 18. GPGGA Data Format 254
표 19. 정상 선회 직경 분석 259
표 20. 경유점 및 변침각 정보 262
표 21. 단계별 변침 해상시험 264
표 22. Sensor and measurement 269
표 23. Scenarios for waypoints tracking test 270
표 24. Mean value of track-off distance and standard deviation 284
표 25. 세부 제어기별 기능 정의 286
표 26. 제어기 성능 평가시험 기준 286
표 27. 침로 제어기 요구 성능 287
표 28. 침로제어기 1차 시험평가 계측값 288
표 29. 침로제어기 5차 시험평가 계측값 288
표 30. 침로제어기 3차 시험평가 계측값 289
표 31. 침로제어기 4차 시험평가 계측값 289
표 32. 침로제어기 5차 시험평가 계측값 290
표 33. 침로제어기 시험평가 계측값 종합 290
표 34. 상승시간 관련 시험자료 291
표 35. 일반침로제어기 시험평가 계측값 291
표 36. 일반침로제어기 시험평가 계측값 종합 292
표 37. Value of evaluation indices on waypoint tracking performance 296
표 38. scenarios of performance test on waypoint tracking in "Chollian" 297
표 39. Result of evaluation indices of waypoint tracking in "Chollian" 299
그림 1. 원격 통제 제어체계의 시험개발 목표 기술 213
그림 2. 무인선 제어시스템 알고리즘 최적화 기술개발 개념도 213
그림 3. 모형선 자유항주 실험 장면 214
그림 4. 몰수체 자유항주 실험 장면 214
그림 5. 무궁화 위성을 이용한 해경함정 위치 감시 (독도 부근) 215
그림 6. 전자해도 위에 레이더 화면 및 AIS에 의한 선박 추적 정보를 표시한 예 215
그림 7. MOERI에서 자체 개발하여 운용중인 3차원 선박운항 시뮬레이터 시스템 216
그림 8. 한국 해군의 조함훈련장 투시도 217
그림 9. 시뮬레이터 시스템을 이용한 훈련 장면 217
그림 10. 무궁화 위성망을 이용한 해경 신지휘통신망(안) 220
그림 11. ISE 사의 Dolphin MK.II 222
그림 12. Rafael사의 Protector 223
그림 13. 미해군 LCS 운용 개념 224
그림 14. 미해군 LCS 운영 개념(CONOPS) 225
그림 15. ODL구성 개념도 225
그림 16. NUSVMP 로드맵 230
그림 17. Coordinate systems 231
그림 18. 침로제어 알고리즘 개발 방법 236
그림 19. 뉴비틀 vs 천리안 제원 및 침로제어기 모듈 237
그림 20. 침로제어 알고리즘 개발절차 237
그림 21. Concept of waypoint tracking algorithm 240
그림 22. Flowchart of waypoint tracking algorithm 241
그림 23. 계측 프로그램 화면 구성 243
그림 24. 계측 시스템 배선도 250
그림 25. 워터제트 노즐각 - 전압 관계 255
그림 26. 속력-rpm 관계 (유비틀) 256
그림 27. 선회 및 지그재그 시험 257
그림 28. 속력-rpm 관계(천리안) 258
그림 29. 선회 및 지그재그 시험(10 knots) 258
그림 30. 선회 및 지그재그 시험(20 knots) 259
그림 31. 침로제어 알고리즘 개발을 위한 해상시험 260
그림 32. 오토파일럿 성능비교 해상시험 구역 260
그림 33. 오토파일럿 성능비교 해상시험 결과 261
그림 34. 조종자 변침 해상시험 수행 - 경유점 및 궤적 결과 262
그림 35. 조종자 변침 해상시험 수행 - 항해정보(엔진회전수, 속도) 262
그림 36. 조종자 변침 해상시험 수행 - 항해정보(침로각, 노즐각, 횡동요각, 선수동요각속도) 263
그림 37. 조종자 변침 해상시험 수행 - 입력패턴 263
그림 38. 조종자 변침단계별 침로제어 시험 - 20kts 264
그림 39. 조종자 변침단계별 침로제어 시험 - 10kts 265
그림 40. 조종자 변침단계별 침로제어 시험 결과 - 속도별 조종입력, 선박항해정보 266
그림 41. Land control center for USV 267
그림 42. System configuration of USV and land control center 268
그림 43. GUI for waypoint tracking algorithm 269
그림 44. Route planning near Gwang-An bridge of Busan 270
그림 45. An example photograph of waypoint tracking test 271
그림 46. 지그재그 시험에 대한 실선 시운전-수치모사 비교(속도, 회두각속도) 273
그림 47. 지그재그 시험에 대한 실선 시운전-수치모사 비교(횡동요각도, 횡동요각속도) 273
그림 48. 조종자의 RIB형 선박 조종입력패턴 경향 - 30도 ~180도, 10 ~ 20kts 변침 종합. 274
그림 49. 조종자 입력패턴을 반영한 침로제어 알고리즘 개념도 275
그림 50. 침로제어기 및 경유점 제어기의 관계 276
그림 51. 시뮬레이션을 통한 침로제어 알고리즘 검증 - 노즐각 입력(좌-상용, 우-조종자) 277
그림 52. 시뮬레이션을 통한 침로제어 알고리즘 검증 - 횡동요각 결과(좌-상용, 우-조종자) 277
그림 53. 시뮬레이션을 통한 침로제어 알고리즘 검증 - 궤적(좌-상용, 우-조종자) 278
그림 54. 침로제어 알고리즘 성능검증 시험 278
그림 55. 해상시험을 통한 침로제어 알고리즘 성능검증 방법 279
그림 56. 침로제어 알고리즘의 조종입력(좌) 및 조종자의 조종입력(우) 비교. 279
그림 57. 침로제어 알고리즘 성능검증 시험 - 10kts(상-변침60도 이하, 하-변침60도 이상) 280
그림 58. 침로제어 알고리즘 성능검증 시험 - 20kts(변침60도 이상) 280
그림 59. Trajectory results of waypoint tracking by Waypoint Tracking Algorithm(WTA), commercial auto-tracker(NAVMAN ) and manual steering at 10 knots 281
그림 60. Time histories of bucket angle in waypoint tracking at 10 knots 282
그림 61. Trajectory results of waypoint tracking by Waypoint Tracking Algorithm(WTA), commercial auto-tracker(NAVMAN) and manual steering at 20 knots 283
그림 62. Time histories of bucket angle in waypoint tracking at 20 knots 283
그림 63. Comparison of maximum track-off distance in waypoint tracking experiments 284
그림 64. Comparison of bucket usage index in waypoint tracking experiments 285
그림 65. 침로 제어기 성능지수 정의 287
그림 66. 침로제어기 1차 시험평가 조종입력 및 계측값 288
그림 67. 침로제어기 2차 시험평가 조종입력 및 계측값 288
그림 68. 침로제어기 3차 시험평가 조종입력 및 계측값 289
그림 69. 침로제어기 4차 시험평가 조종입력 및 계측값 289
그림 70. 침로제어기 5차 시험평가 조종입력 및 계측값 290
그림 71. 일반침로제어기 시험평가 조종입력 및 계측값 291
그림 72. 노즐각 크기가 17.5도인 경우, 과도 횡동요각 : 약 20도 292
그림 73. 시험평가를 통한 침로제어기 최종 성능 293
그림 74. Unmanned ship, "Chollian" of test-beds for evaluation of newly-designed waypoint tracker 294
그림 75. Vehicle for land control 294
그림 76. Evaluation indices of waypoint tracking performance 295
그림 77. scenarios of evaluation test on waypoint tracking performance 296
그림 78. Trajectory of waypoint tracking tests (NO. 300) 297
그림 79. Trajectory of waypoint tracking tests (NO. 310) 298
그림 80. Trajectory of waypoint tracking tests (NO. 280) 298
그림 81. Trajectory of waypoint tracking tests (NO. 440) 299
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