• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.32 no.5
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• pp.307-312
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• 2023

To measure the flow velocity and direction in the near field of an unmanned underwater vehicle, an optical measurement unit containing an image sensor and a phosphor-integrated pillar that mimics the neuromasts of a fish was constructed. To analyze pillar movement, which changes with fluid flow, fluorescence image analysis was conducted. To analyze the flow velocity, mean force analysis, which could determine the relationship between the light intensity of a fluorescence image and an external force, and length-force analysis, which could determine the distance between the center points of two fluorescence images, were employed. Additionally, angle analysis that can determine the angles at which pixels of a digital image change was selected to analyze the direction of fluid flow. The flow velocity analysis results showed a high correlation of 0.977 between the external force and the light intensity of the fluorescence image, and in the case of direction analysis, omnidirectional movement could be analyzed. Through this study, we confirmed the effectiveness of optical flow sensors equipped with phosphor-integrated pillars.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2009.12a
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• pp.152-155
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• 2009

본 논문에서는 Manta 형상 무인잠수정의 자유항주모델을 설계하였고 이를 이용하여 제어실험을 실시하였다. 제작된 MUUTV모형은 직진방향으로 1개의 추진기를 가지고 있으며, 승강타와 방향타를 이용하여 수심 및 방향 제어를 실시하게된다. MUUTV는 수심제어시 사용되는 수심을 측정하기 위한 압력센서, 방향제어를 위해 방향각 측정을 위한 마그네틱 컴파스가 설치되어있으며, 잠수정의 전체적인 운용을 위한 Windows XP기반의 소형 On-board PC104가 장착되어있다. 시뮬레이션에 사용된 6자유도 운동모델은 PMM실험과 이론적 추정을 통해 얻어진 유체동역학계수와 파라미터를 이용하여 구성된다. 잠수정의 운동성능과 제어응답을 비교하기 위해 PID, 슬라이딩모드, 퍼지, 제어기가 설계되었으며, 이를 통해 제어 성능을 비교하고자 하였다. 또한 제작된 모델을 이용하여 수심 및 방향제어 실험을 수조에서 실시하였다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2010.11b
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• pp.688-691
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• 2010

본 논문에서는 이전에 개발된 만타형 무인 잠수정의 수학적 모델을 기초로 하여 모델 불확실성과 외란이 존재하는 경우에 강인한 제어 성능을 나타낼 수 있는 강인 제어기를 설계하였다. 제어기 설계는 수심 제어와 방향 제어로 분리하여 수행하였고, 이를 위하여 6자유도의 수학적 운동 방정식을 수심 및 방향 제어를 위한 운동 방정식으로 각각 표현하였다. 운동 방정식에 나타나는 유체력 계수에 불확실성이 존재하고 운항 중 발생하는 조류등을 외란이 존재하는 것으로 생각하고 강인 제어기를 설계하였다. 강인 제어기의 전체적인 구조는 백스테핑 방법을 사용하였고, 모델 불확실성과 조류를 외란으로 가정하여 외란의 영향을 효과적으로 감쇠시킬 수 있는 $L_2$-gain 분석 개념을 이용하였다. 시뮬레이션은 제어기 설계에 사용된 유체력 계수에 실제값과 차이를 주었고, 조류의 모델을 포함시켜 수행하였다. 시뮬레이션 결과는 모델 불확실성과 외란의 존재하는 경우에도 제어 성능에 큰 변화가 나타나지 않는 것을 보여 주었다.

• Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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• 2012.06a
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• pp.214-214
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• 2012

본 논문 만타형 무인잠수정을 이용한 실해역 자율주행 성능시험에 관한 내용을 다룬다. 만타형의 개발을 위해서 6자유도 운동방정식에 대한 시뮬레이션을 실시하였으며, 시뮬레이션 결과를 바탕으로 만타형 무인잠수정을 개발하여 실해역에서 성능시험을 실시하였다. 실해역 자율주행 시험은 가시선 방법(LOS, Line of Sight)방법을 이용하였으며, 제어에는 PD 제어기를 사용하였다. 목표반경을 10m로 하였을 때, 설정된 좌표로 이동하는 것을 확인하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• v.52 no.8
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• pp.1669-1676
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• 2020

The IAEA held the IAEA Robotics Challenge 2017 (IRC2017) to protect workers during inspections of spent nuclear fuel and to improve work efficiency and accuracy rates. To this end, we developed an unmanned surface vehicle (USV) system called the spent fuel check vehicle (SCV). The SCV extracts and tracks the target through image processing, and it is necessary to find suitable parameters for the SNF storage environment in advance. This preliminary work takes time. It is also difficult to prepare the environment in which the work will proceed. In addition, if the preliminary work does not proceed as planned, the system will not move at the proper speed and will become unstable, with yawing and overshoot. To solve this problem, we developed a controller with a camera that can extract the depth at which the target is stored and allow distance-adaptive control. This controller is able to attenuate system instability factors such as yawing and overshoot better than existing controllers by continuously changing system operation parameters according to the depth. In addition, the time required for preliminary work during inspections can be shortened.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.21 no.1
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• pp.215-222
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• 2017

An active synthetic aperture sonar mounted on small UUV is generated various trajectory disturbances in the traveling path by the influence of external underwater environments. That is the phase mismatch occurs in the synthetic aperture processing of the signals reflected from seabed objects and fetches the detection performance decreases. In this paper, we compensated deteriorated images by the active SAS autofocus processing using DPC and analyzed the effects of detection performance when the periodic trajectory disturbances occur in the side direction at a constant velocity and straight movement of UUV. Through simulations, the deteriorated images according to the periodic disturbance magnitudes and period variations in the platform were compensated using difference phases processing of the overlapping displaced phase centers on the adjacent transmitted ping signals, and we conformed the improved performance characteristics of azimuth resolution and detection images at 3dB reference point.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.21 no.10
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• pp.1973-1980
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• 2017

In the case of a small UUV operating an active synthetic aperture sonar, various velocity disturbances may occur on the path due to the influence of external underwater environment, and this causes phase errors in coherent synthetic aperture processing, which has a large influence on the detected image. In this paper, when a periodic sinusoidal velocity disturbance is generated in the traveling direction, the phase generated by the round trip slope range at each position is estimated the cross correlation coefficient for multiple received signals and compensated the position variation in the overlapped DPC by the average value within the maximum allowable width. Through simulations, it has been confirmed that the images degraded by the velocity disturbance amplitude and fluctuating frequency of the UUV are removed from the false targets and the performance of azimuth resolution is improved by the proposed phase compensation method.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2009.05a
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• pp.244-248
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• 2009

본 논문에서는 만타형상의 무인잠수정의 운동성능과 제어기설계에 대한 성능을 확인하기 위한 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 방향각 제어기를 이용하여 만타형무인잠수정의 설계 목표에 부합하는 항해제어시뮬레이션을 실시하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2022.11a
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• pp.187-187
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• 2022

최근 선박의 자율운항기술이 활발하게 연구되어 오면서, 경로추종 제어 및 충돌회피 등의 자율운항 기술 연구가 많이 진행되고 있으며 그에 따른 시뮬레이션과 실해역 시험 등도 활발하게 수행되고 있다. 이러한 자율운항기술 중 본 연구에서는 AUV(Autonomous Underwater Vehicle) 진회수 시 모함에 활용되며 쌍동선형을 갖는 쌍동형 무인수상선을 대상으로 경로추종 제어에 대한 실해역 시험을 수행한 내용을 소개한다. 대상선인 쌍동형 무인수상선은 배수량이 약 10ton, 최대속도 10knots를 기준으로 설계된 선형이며 Sail drive 타입의 쌍축 추진기를 탑재하고 있으며 Fig. 1에 나타내었다. 실해역 시험은 경기도 화성시에 위치한 제부마리나 전면 해역에서 여러 속도에 대해 Fig. 2의 경로(빨간색)를 활용하여 수행되었다. 해당 경로는 변침각이 45도까지 이루어져 있다. 경로추종 제어 알고리즘은 목표경유점을 향하기 위해 선수각을 제어하는 부분과 목표속도로 추진하기 위해 속도를 제어하는 부분으로 나뉘어져 있다. 선수각 제어 시 경로와 무인선과의 위치 오차를 줄이는 방향으로 선수각이 향할 수 있도록 알고리즘이 설계되었다. 속도 제어의 경우 RPM 별로 실제 속도를 계측하여 데이터화 한 후, 실제 속도가 명령 속도와 다를 경우 RPM을 가감하여 명령 속도로 추진하기 위해 제어할 수 있도록 하였다. Fig. 2에서 파란색 선은 설계한 알고리즘을 활용하여 경로추종 제어를 한 결과의 궤적을 보여준다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.spc1
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• pp.1027-1036
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• 2023

Coastal topographic information is crucial in coastal management, but point measurment based approeaches, which are labor intensive, are generally applied to land and underwater, separately. This study introduces an efficient method enabling land and undetwater surveys using an unmanned aerial vehicle (UAV). This method involves applying two different algorithms to measure the topography on land and water depth, respectively, using UAV imagery and merge them to reconstruct whole coastal digital elevation model. Acquisition of the landside terrain is achieved using the Structure-from-Motion Multi-View Stereo technique with spatial scan imagery. Independently, underwater bathymetry is retrieved by employing a depth inversion technique with a drone-acquired wave field video. After merging the two digital elevation models into a local coordinate, interpolation is performed for areas where terrain measurement is not feasible, ultimately obtaining a continuous nearshore terrain. We applied the proposed survey technique to Jangsa Beach, South Korea, and verified that detailed terrain characteristics, such as berm, can be measured. The proposed UAV-based survey method has significant efficiency in terms of time, cost, and safety compared to existing methods.