표제지
제출문
참여 연구진
보고서 초록
요약문
SUMMARY
목차
제1장 서론 21
1.1. 연구의 필요성 21
1.1.1. 기술적 측면 21
1.1.2. 경제·산업적 측면 21
1.1.3. 사회·문화적 측면 22
1.2. 연구의 목적 22
제2장 1차년도 연구 내용 24
2.1. 국내외 기술 동향 및 시장 분석 24
2.1.1. 국내 기술 분석 24
2.1.2. 국내 유사 기술 논문 및 특허 자료 분석 25
2.1.3. 국외 기술 및 시장 분석 27
2.2. 사용자 환경 분석 32
2.3. 헬멧형 2D 소나 테스트 버전 설계 및 개발 35
2.3.1. 헬멧형 2D 소나 트랜스듀서 설계 / 제작 35
2.3.2. 테스트용 헬멧형 2D 소나 하드웨어 설계 / 제작 39
2.3.3. 수중 카메라 탁도별 식별거리 실험 자료 분석 43
2.3.4. 헬멧형 2D 소나 테스트 버전 수중 테스트 44
2.3.5. 국외 유사 장비 수중 실험 데이터 분석 45
2.4. 테스트용 헬멧형 2D 소나 전자파 및 환경시험 46
2.4.1. 전자파 적합성 시험 항목 46
2.4.2. 전자파 적합성 시험 방법 및 결과 47
2.4.3. 헬멧형 2D 소나 환경시험 항목 52
2.4.4. 헬멧형 2D 소나 환경시험 절차 및 결과 53
2.5. 헬멧형 2D 소나 Display unit 자료 수집 및 분석 57
2.5.1. Display 장치 개발을 위한 자료 수집 57
2.5.2. HMD 제품 성능 분석(Google glass, Mybud) 59
제3장 2차년도 연구 내용 61
3.1. 헬멧형 2D 소나 원리 및 사양 61
3.2. 헬멧형 2D 소나 1차 시제품 설계 및 개발 65
3.2.1. 채널별 위상 및 진폭 보정 기능 개발 65
3.2.2. S/N 증가를 위한 정합 필터 방식 개발 67
3.2.3. 헬멧형 2D 소나 1차 시제품 트랜스듀서 설계 / 제작 70
3.2.4. FPGA 모듈 설계 72
3.2.5. 수신모듈 Band Pass Filter 최적 설계 및 특성 분석 75
3.2.6. 헬멧형 2D 소나 하드웨어 설계 / 제작 76
3.2.7. 헬멧형 2D 소나 기구부 설계 / 제작 83
3.3. 헬멧형 2D 소나 Display unit 설계 / 제작 88
3.3.1. Display unit 사용자 환경 분석 88
3.3.2. Display unit 설계 / 제작 90
3.4. 헬멧형 2D 소나 알고리즘 보정 93
3.4.1. 헬멧형 2D 소나 수신 주파수 배열 보정(900KHz) 93
3.4.2. 헬멧형 2D 소나 수평 보정 94
3.4.3. 헬멧형 2D 소나 송신 Beamforming 95
3.5. 헬멧형 2D 소나 수중 실험 96
3.5.1. 헬멧형 2D 소나 수조 실험 96
3.5.2. 헬멧형 2D 소나 실해역 실험 99
3.5.3. 유사 장비 수중 실험 및 영상 비교 101
3.5.4. 헬멧형 2D 소나와 Blueview P900 영상 비교 104
3.6. 헬멧형 2D 소나 1차 시제품 전자파 및 환경시험 105
3.6.1. 전자파 적합성 시험 105
3.6.2. 온도 및 습도 환경시험 111
3.7. 보트형 전하방 3D 소나 분석 115
3.8. 테스트용 보트형 3D 소나 설계 118
3.8.1. 3D 소나 송수신 센서 배열 자료 분석 118
3.8.2. 테스트용 3D 소나 음향센서 최적 설계 120
3.8.3. 테스트용 3D 소나 하드웨어 개발 125
3.8.4. 테스트용 3D 소나 수중 실험 127
제4장 3차년도 연구내용 130
4.1. 헬멧형 2D 소나 데이터 취득 130
4.1.1. 헬멧형 2D 소나 수조 테스트 130
4.1.2. 헬멧형 2D 소나 실해역 테스트 131
4.2. 헬멧형 2D 소나 영상 개선 133
4.2.1. 헬멧형 2D 소나 영상처리 방법 개선(역사상 방식 적용) 133
4.2.2. 헬멧형 2D 소나 Log Conversion Curve 적용 134
4.2.3. 헬멧형 2D 소나 Frame 속도 개선 136
4.3. 헬멧형 2D 소나 개선 버전 수중 실험 138
4.3.1. 헬멧형 2D 소나 개선 버전 수조 테스트 138
4.3.2. 헬멧형 2D 소나 개선 버전 실해역 테스트 139
4.4. 헬멧형 2D 소나 영상 수정 및 보완 145
4.4.1. 헬멧형 2D 소나 트랜스듀서 보완 설계 145
4.4.2. 헬멧형 2D 소나 영상 Color 보정 148
4.4.3. 헬멧형 2D 소나 Log table 적용 150
4.4.4. 헬멧형 2D 소나 130도 버전 영상 취득 152
4.5. 헬멧형 2D 소나 하드웨어 및 기구부 수정 및 보완 154
4.5.1. 헬멧형 2D 소나 Display 모듈 수정 / 보완 154
4.5.2. 헬멧형 2D 소나 기구부 수정 / 보완 155
4.5.3. 헬멧형 2D 소나 일체형 모델 설계 / 제작 159
4.5.4. 헬멧형 2D 소나 일체형 모델 실해역 테스트 160
4.5.5. 헬멧형 2D 소나 강 / 호수 테스트 161
4.6. 보트형 전·하방 3D 소나 설계 및 제작 162
4.6.1. 보트형 하방 3D 소나 설계 및 제작 162
4.6.2. 보트형 하방 3D 소나 음향 센서 설계 및 제작 169
4.6.3. 보트형 하방 3D 소나 하드웨어 설계 및 제작 170
4.6.4. 보트형 하방 3D 소나 기구부 설계 및 제작 177
4.6.5. 보트형 하방 3D 소나 수조 및 실해역 실험 178
4.7. 시제품 성능 및 환경시험 절차 181
4.7.1. 성능 및 환경시험 항목 및 목표 성능 181
4.7.2. 성능 및 환경시험 절차 182
제5장 결론 191
부록 : 특허, 논문, 시험 성적서, 홍보활동 194
표 2.1. 국외 유사 장비 사양 45
표 2.2. 전자파 적합성 시험 항목 46
표 2.3. 전자파 적합성 시험 방법 47
표 2.4. 전자파 적합성 시험 결과 51
표 2.5. 환경시험 항목 52
표 2.6. 고온 환경시험 온도 레벨 및 시간 53
표 2.7. 저온 환경시험 온도 레벨 및 시간 55
표 2.8. 습도 환경시험 온도 레벨 및 시간 56
표 3.1. FPGA 모듈 비교 73
표 3.2. 헬멧형 2D 소나 Display 모듈 사양 92
표 3.3. 헬멧형 2D 소나 수신 주파수 대역별 수신각 94
표 3.4. 전자파 적합성 시험 항목 106
표 3.5. 전자파 시험조건 및 방법 107
표 3.6. 온·습도 시험 항목 111
표 3.7. 고온 온도 레벨 및 시간 112
표 3.8. 저온 온도 레벨 및 시간 113
표 3.9. 습도 온도 레벨 및 시간 113
표 3.10. 테스트용 3D 소나 하드웨어 구성 126
표 4.1. 시제품 성능 및 환경시험 항목 181
표 4.2. 전자파 적합성 시험 항목 183
표 4.3. 전자파 적합성 시험조건 및 방법 185
그림 1.1. 수난사고 사례 22
그림 2.1. 국내 탐사 장비 현황... 24
그림 2.2. 회전형 트랜스듀서 어레이, 빔 패턴 형상 및 실제 수중 촬영 영상 25
그림 2.3. 휴대용 수중 초음파 영상표시장치 및 빔 패턴 형상 26
그림 2.4. 저수지의 수중환경 32
그림 2.5. 유수지의 수중환경 33
그림 2.6. 동계절 수중환경 34
그림 2.7. 송·수신 통합형 트랜스듀서 설계 35
그림 2.8. 송·수신 통합형 트랜스듀서 제작 36
그림 2.9. 테스트용 트랜스듀서 빔 패턴 36
그림 2.10. 최적각 테스트용 지그 설계 37
그림 2.11. 최적각 테스트용 지그 제작 38
그림 2.12. 최적 빔 폭을 위한 최적각 테스트 38
그림 2.13. 전원 보드 설계 및 제작 39
그림 2.14. Main DSP 보드 설계 및 제작 40
그림 2.15. 디지털 신호처리 보드 설계 및 제작 40
그림 2.16. 송·수신 증폭 보드 설계도면 및 제작 41
그림 2.17. 송신출력용 전원 보드 설계도면 및 제작 41
그림 2.18. 테스트용 헬멧형 2D 소나 하드웨어 전체 구성도 42
그림 2.19. 탁도에 따른 수중 카메라 식별 실험 43
그림 2.20. 탁도 수치에 따른 가시거리 43
그림 2.21. 헬멧형 2D 소나 타이어 식별 실험 44
그림 2.22. 탁도에 따른 영상 비교 실험(0.48 NTU) 44
그림 2.23. 탁도에 따른 영상 비교 실험(5.44 NTU) 44
그림 2.24. 국외 유사 장비 수중 테스트 영상 비교 45
그림 2.25. 헬멧형 2D 소나 하드웨어 구성(내용없음) 12
그림 2.26. 환경시험 절차 53
그림 2.27. 고온 측정 그래프 54
그림 2.28. 고온 시험 결과 54
그림 2.29. 저온 측정 그래프 55
그림 2.30. 습도 측정 그래프 56
그림 2.31. 구글 글래스 57
그림 2.32. 소니 Hmz-t3w 58
그림 2.33. Accupix Mybud 58
그림 2.34. 엡손 모베리오 BT-200 58
그림 2.35. 구글 글래스 출력 영상 59
그림 2.36. Accupix Mybud 출력 영상 59
그림 3.1. 헬멧형 2D 소나 개요 61
그림 3.2. 헬멧형 2D 소나 원리 62
그림 3.3. 헬멧형 2D 소나 장비 구성품 63
그림 3.4. 헬멧형 2D 소나 운용 프로세서 64
그림 3.5. 위상 및 진폭 왜곡 발생 예시 65
그림 3.6. 위상 및 진폭 보정 알고리즘 블록다이어그램(위) 및... 66
그림 3.7. 정합필터 적용 유무에 따른 수신 데이터 비교 67
그림 3.8. Multiple Feedback Filter 68
그림 3.9. Sallen - Key Filter 68
그림 3.10. 헬멧형 2D 소나 Sallen - Key BPF 회로도 69
그림 3.11. 헬멧형 2D 소나 Sallen - Key BPF 응답 특성 69
그림 3.12. 헬멧형 2D 소나 트랜스듀서 설계 도면 70
그림 3.13. 단일 트랜스듀서 빔 패턴 71
그림 3.14. 트랜스듀서 임피던스 특성 71
그림 3.15. FPGA 성능에 따른 데이터 처리 속도 비교 72
그림 3.16. 헬멧형 2D 소나 FPGA 모듈(Kintex-7) 73
그림 3.17. FPGA 내부 프로세서 블록도 74
그림 3.18. 송·수신 증폭 보드의 BPF 개선 전·후 비교 75
그림 3.19. 헬멧형 2D 소나 BPF 특성 75
그림 3.20. 헬멧형 2D 소나 하드웨어 프로세서 76
그림 3.21. Base 보드 회로도 및 Artwork 설계도 78
그림 3.22. 전원 보드 회로도 및 Artwork 설계도 79
그림 3.23. 송수신 증폭 보드 회로도 및 Artwork 설계도 80
그림 3.24. 헬멧형 2D 소나 ARM 모듈 81
그림 3.25. 헬멧형 2D 소나 ARM 모듈 블록 다이어그램 81
그림 3.26. 헬멧형 2D 소나 하드웨어 구성 및 조립 82
그림 3.27. 헬멧형 2D 소나 Control unit 하우징 설계도면 83
그림 3.28. 헬멧형 2D 소나 Control unit 하우징 제작 84
그림 3.29. Display unit Mount 설계도면 85
그림 3.30. Display unit Mount 제작 85
그림 3.31. Display unit housing 설계도면 86
그림 3.32. Display unit housing 제작 86
그림 3.33. 트랜스듀서 지그 설계도면 87
그림 3.34. 트랜스듀서 지그 제작형상 87
그림 3.35. See Through type HMD 실험 88
그림 3.36. See Through type HMD 사용 환경에 따른 영상 비교 88
그림 3.37. Full-face mask type 사용자 환경 분석 89
그림 3.38. 일반 헬멧 type 사용자 환경 분석 89
그림 3.39. Display control 보드 설계도 90
그림 3.40. Display control 보드 케이스 90
그림 3.41. Display 모듈 및 광학 렌즈 형상 90
그림 3.42. 헬멧형 2D 소나 Display 모듈 및 광학렌즈 제작 91
그림 3.43. 헬멧형 2D 소나 Display 모듈 프로세서 92
그림 3.44. 수신 주파수 배열 보정 전·후 비교 93
그림 3.45. 수평 보정 알고리즘 적용 전·후 비교 94
그림 3.46. 헬멧형 2D 소나 송신 Beamforming 전·후 비교 95
그림 3.47. 실험 수조 96
그림 3.48. 헬멧형 2D 소나 수조 실험(사다리) 97
그림 3.49. 헬멧형 2D 소나 수조 실험(타이어) 97
그림 3.50. 헬멧형 2D 소나 수조 실험(드럼통) 98
그림 3.51. 헬멧형 2D 소나 실해역 실험(물양장) 99
그림 3.52. Blueview P900과 수중 카메라 영상 비교(수조) 101
그림 3.53. Blueview P900과 수중 카메라 영상 비교(테트라포트) 102
그림 3.54. Blueview P900과 수중 카메라 영상 비교(속초항) 102
그림 3.55. Blueview P900과 수중 카메라 영상 비교(난파선) 102
그림 3.56. Blueview P900과 수중 카메라 영상 비교(홍천강) 103
그림 3.57. Blueview P900과 수중 카메라 영상 비교(한강) 103
그림 3.58. 헬멧형 2D 소나 타이어 식별 영상 104
그림 3.59. Blueview P900 타이어 식별 영상 104
그림 3.60. 전자파 국방규격 내 제품 구별군 105
그림 3.61. 온·습도 시험 절차 111
그림 3.62. 고온 측정 그래프 결과 112
그림 3.63. 습도 측정 그래프 결과 114
그림 3.64. 보트형 하방 3D 소나 운용 개념도 115
그림 3.65. 3D 맵핑 소나 영상 116
그림 3.66. 국외 3D 소나 장비 영상 117
그림 3.67. Projector Array Ensonifying a Strip of the Ocean Floor 118
그림 3.68. Projector and Receiver Array Arranged in a "Mills Cross" 119
그림 3.69. Mills Cross with Multiple Streered Beam 119
그림 3.70. 빔 패턴 구현을 위한 좌표계 120
그림 3.71. PZT 압전소자 Composite 형상 121
그림 3.72. 단결정 소자의 특성 122
그림 3.73. 진동 흡수로 인한 압전소자 내부 열 분포 해석 122
그림 3.74. Elements 개수에 따른 Beamforming 특성 123
그림 3.75. TX 송신 센서 설계도면 123
그림 3.76. RX 수신 센서 설계도면 124
그림 3.77. 3D 소나 TX 송신 센서 제작 124
그림 3.78. 3D 소나 64CH RX 수신 센서 125
그림 3.79. 테스트용 3D 소나 하드웨어 회로도 125
그림 3.80. 테스트용 3D 소나 하드웨어 조립 형상 127
그림 3.81. 테스트용 Data Acquisition S/W 127
그림 3.82. 테스트용 3D 소나 데이터 취득 실험 128
그림 3.83. 벽면 및 해저면 측정 영상 128
그림 3.84. 해저면 측정 영상 128
그림 4.1. 헬멧형 2D 소나 수조 실험 영상 130
그림 4.2. 헬멧형 2D 소나 실해역 실험 영상 132
그림 4.3. 헬멧형 2D 소나 기존 영상 처리 방식 133
그림 4.4. 헬멧형 2D 소나 역사상 영상 처리 방식 133
그림 4.5. Log Conversion Curve 134
그림 4.6. Log Conversion Curve 미적용 영상 135
그림 4.7. Log Conversion Curve 적용 영상 135
그림 4.8. 신호 Reading & Drawing 기존 방식 136
그림 4.9. 신호 Reading & Drawing 개선 방식 136
그림 4.10. Frame 속도 비교(상 : 기존, 하 : 개선) 137
그림 4.11. 헬멧형 2D 소나 개선 버전 수조 테스트(다이버) 138
그림 4.12. 헬멧형 2D 소나 개선 버전 실해역 테스트(테트라포드) 139
그림 4.13. 헬멧형 2D 소나 개선 버전 실해역 테스트(다이버) 140
그림 4.14. 실험 환경의 탁도 계측 결과(탁도 샘플 및 탁도 계측) 140
그림 4.15. 헬멧형 2D 소나 동해 실해역 테스트(모래톱) 141
그림 4.16. 헬멧형 2D 소나 동해 실해역 테스트(모래톱) 142
그림 4.17. 헬멧형 2D 소나 동해 실해역 테스트(다이버) 143
그림 4.18. 헬멧형 2D 소나 동해 실해역 테스트(난파선) 144
그림 4.19. 헬멧형 2D 소나 미러링 현상 145
그림 4.20. 헬멧형 2D 소나 트랜스듀서 셀 간격 비교(좌 : 불균일, 우 : 균일) 146
그림 4.21. 헬멧형 2D 소나 트랜스듀서 셀 간격 확인(X-Ray) 147
그림 4.22. 헬멧형 2D 소나 트랜스듀서용 FPCB 설계 형상 및 제작 형상 147
그림 4.23. Colormap 적용 전후 영상 비교(좌 : 적용전, 우 : 적용후) 148
그림 4.24. Colormap 적용 전 소나 영상 149
그림 4.25. Colormap 적용 후 소나 영상 149
그림 4.26. 적용된 Logtable 150
그림 4.27. Logtable 적용 전 소나 영상 151
그림 4 28. Logtable 적용 후 소나 영상 151
그림 4.29. 헬멧형 2D 소나 130도용 영상(바닥면) 152
그림 4.30. 헬멧형 2D 소나 130도용 Beam Steering 153
그림 4.31. 헬멧형 2D 소나 130도용 개선 영상 153
그림 4.32. 헬멧형 2D 소나 Display 광학계 설계(Eye-relief 50mm) 154
그림 4.33. 헬멧형 2D 소나 Control unit 비교(위 : 기존, 아래 : 개선) 155
그림 4.34. 헬멧형 2D 소나 Control unit Depth Sensor 장착 모델 156
그림 4.35. 헬멧형 2D 소나 Sensor unit 1차 시제품 157
그림 4.36. 헬멧형 2D 소나 Sensor unit 2차 시제품 157
그림 4.37. 헬멧형 2D 소나 Display Mount 1차 시제품 158
그림 4.38. 헬멧형 2D 소나 Display Mount 2차 시제품 158
그림 4.39. 헬멧형 2D 소나 일체형 제품 형상 및 착용 후 159
그림 4.40. 헬멧형 2D 소나 일체형 제품 소나 영상(탐지거리 20m, 30m) 160
그림 4.41. 헬멧형 2D 소나 담수 테스트 지역(공주보) 161
그림 4.42. 헬멧형 2D 소나 담수 테스트 영상 161
그림 4.43. 보트형 하방 3D 소나 운용 개념도 162
그림 4.44. 보트형 하방 3D 소나 설계 및 제작 형상 163
그림 4.45. 보트형 하방 3D 소나 보트 장착 형상 163
그림 4.46. 보트형 하방 3D 소나 수조 바닥 영상(점 표현 방식) 164
그림 4.47. 보트형 하방 3D 소나 수조 바닥 영상(선 표현 방식) 164
그림 4.48. 보트형 하방 3D 소나 수조 바닥 영상(면 표현 방식) 164
그림 4.49. 보트형 하방 3D 소나 실해역 테스트 장소 165
그림 4.50. 보트형 하방 3D 소나 실해역 테스트 영상(점 표현 방식) 166
그림 4.51. 보트형 하방 3D 소나 실해역 테스트 영상(점 표현 방식) 166
그림 4.52. 보트형 하방 3D 소나 실해역 테스트 영상(점 표현 방식) 166
그림 4.53. 보트형 하방 3D 소나 실해역 테스트 영상(130도) 167
그림 4.54. 보트형 하방 3D 소나 수조 테스트 영상(타이어) 167
그림 4.55. 보트형 하방 3D 소나 수조 테스트 영상(다이버) 168
그림 4.56. 보트형 전방 3D 소나 센서 Matching Layer와 Backing에 따른... 169
그림 4.57. 보트형 전방 3D 소나 센서 Kerf Material에 따른 Beam angle과... 169
그림 4.58. 보트형 전방 3D 소나 센서 설계도 및 제작 형상 170
그림 4.59. Simulink를 이용한 시뮬레이션 결과 171
그림 4.60. 보트형 전방 3D 소나 수신 보드 회로도 및 Artwork 설계 172
그림 4.61. 보트형 전방 3D 소나 MUX & DSP보드 회로도 및 Artwork 설계 173
그림 4.62. 보트형 전방 3D 소나 Power보드 회로도 및 Artwork 설계 174
그림 4.63. 보트형 전방 3D 소나 TX보드 회로도 및 Artwork 설계 175
그림 4.64. 보트형 전방 3D 소나 Base보드 회로도 및 Artwork 설계 176
그림 4.65. 보트형 전방 3D 소나 보드 제작 및 조립 176
그림 4.66. 보트형 전방 3D 소나 설계 및 제작 형상 177
그림 4.67. 보트형 전방 3D 소나 보트 장착 형상 177
그림 4.68. 보트형 전방 3D 소나 수조 탐지 실험 178
그림 4.69. 보트형 전방 3D 소나 실해역 실험용 인공 구조물 179
그림 4.70. 보트형 전방 3D 소나 실해역 인공 구조물 탐지 2D 영상 179
그림 4.71. 보트형 전방 3D 소나 실해역 인공 구조물 탐지 3D 영상 180
그림 4.72. 헬멧형 2D 소나 분해능 시험 방법 182
그림 4.73. 고온저장 시험조건(3 Cycle) 188
그림 4.74. 고온운용 시험조건(3 Cycle) 188
그림 4.75. 저온저장 및 운용 시험조건(1 Cycle) 189
그림 4.76. 염수시험 조건(2 Cycle) 190
그림 4.77. 후속 연구개발 사업의 장비 형상 193