선박 호송항법시스템에 관한 기초 연구

Abstract

본 연구는 자율운항선박 개발의 일환으로 한 척의 유인호송선이 여러 척의 무인추종선을 이끄는 호송항법시스템을 제안한다. 기초 연구로써 한 척의 호송선이 이미 설정된 변침점을 따라 자율항해하거나 또는 무작위로 항해하면서 자선의 항행데이터를 무선으로 추종선에 보내면, 추종선이 이 정보를 기반으로 호송선과 일정한 거리를 유지하면서 호송선을 추종하도록 구성된 호송항법시스템을 개발하였다. 시스템 개발을 위해 시판 중인 두 대의 RC모형보트를 개조하여 추진시스템, 조타시스템 그리고 데이터처리시스템을 탑재하였다. 그리고 침로와 항정을 계산하는 경로설정 알고리즘, 노모토 모델과 ARX 모델을 기반으로 구현된 비례-미분 제어기, 선박 간 거리유지를 위한 속력제어 알고리즘을 설계하고 통합하여 실험보트에 탑재하였다. 호송항법시스템의 유효성을 검증하기 위해 시스템이 탑재된 두 대의 RC모형보트를 이용해 해상실험을 수행하였으며 파도, 바람 등 외부 환경의 영향에도 불구하고 추종선이 호송선과 일정 거리를 유지하며 경로를 추종하는 결과를 얻었다. 그러나 너울, 바람 등의 외부 영향을 직접 받는 개방된 수역에서 1m 내외의 모형보트 두 대로 실험을 진행하기에는 정확한 데이터를 획득하는 것에 어려움이 있었다. 이는 추후 GPS 신호가 수신되는 개방된 정온수역에서의 실험으로 보완할 것이며, 이를 통해 호송항법시스템의 신뢰성을 향상하고자 한다.|This study proposes a convoy navigation system in which one manned ship leads several unmanned ships as part of the development of Maritime Autonomous Surface Ships(MASS). As a basic study, we developed convoy navigation system which is configured that if a master ship sends its GPS data to a slave ship via wireless LAN during a master ship autonomously navigates along the predetermined waypoint, or manually sails, the slave ship navigates along the master ship with proper distance. To develop convoy navigation system, two commercial RC model boats were remodeled with propulsion system, steering system and data processing system. Routing algorithm for calculating course and distance, PD controller based on the Nomoto and ARX model to control the rudder, and speed control algorithm for maintaining the distance between ships were designed and integrated into the boat. In order to verify the validity, sea test were conducted using two RC model boats equipped with convoy navigation system. Despite the influence of the external environment such as waves and winds, the slave ship follows the path of master ship while maintaining a certain distance. However, it was difficult to obtain accurate data for experiments with two model boats of about 1m in open waters directly affected by external influences such as wave and wind. This will be supplemented later by experiments in open and calm water where GPS signals are received, thereby improving the reliability of convoy navigation system.