An analysis of depth estimation errors using multi sensor information integration of underwater vehicle through sea experimentation

Ye-Gwon Hong; Ji-Won Jung

doi:10.7776/ASK.2026.45.4.426

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2026 Vol.45, Issue 4 Preview Page

An analysis of depth estimation errors using multi sensor information integration of underwater vehicle through sea experimentation 해상 실험을 통한 수중 운동체의 다중 센서 정보 융합을 이용한 심도 추정 오차 분석

31 July 2026. pp. 426-434

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Abstract

This paper presents an efficient signal design method for depth information transmitted from an underwater vehicle to accurately estimate its 3D position. Conventional methods typically represent the depth information measured from an underwater vehicle using continuous waves or binary code. However, continuous waves require a large number of frequencies, while binary representation can lead to significant depth errors depending on the position of the bit error. Therefore, this paper proposes a Pulse Interval Modulation (PIM) method that encodes depth information into regular pulse intervals. With the proposed method, the overall depth estimation error is not significantly affected even if an interval error occurs. This paper also introduces a multi sensor information integration algorithm that transmits distinct frame identifiers based on the vehicle's time. Sea trials were conducted to compare the depth errors of the conventional binary method and the proposed PIM method, confirming that the proposed method reduces depth measurement errors about 8 m to 20 m.

Keywords

Pulse Interval Modulation (PIM)

Underwater vehicle

Depth information

Multi sensor information integration

3D position estimation

본 논문에서는 수중에서 운동체의 3차원 위치 정보를 정확히 추정하기 위해 운동체에서 전송하는 심도 정보의 효율적인 신호 설계에 관하여 제시하였다. 기존 방식은 수중 운동체에서 측정된 심도 정보를 서로 다른 주파수를 갖는 연속파로 표현하는 방식, 그리고 심도를 바이너리 정보로 표현하는 방식이 대표적이다. 그러나 기존 방식은 연속파의 경우 많은 주파수가 필요하며, 바이너리로 표현하는 경우 오류 위치에 따라 심도 오차가 크게 발생할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 심도 정보를 일정한 간격으로 표현하는 펄스 간격 변조(Pulse Interval Modulation, PIM) 방식을 제안한다. 제안한 방식은 간격의 오차가 발생하더라도 전체적인 심도 정보의 오차에는 큰 영향을 받지 않으므로 기존 방식에 비해 심도 정보를 정확히 추정할 수 있다. 또한 논문에서는 운동체의 시간에 따라 서로 다른 프레임 식별자를 전송하여, 다중 수신 센서에서 수신된 동일 프레임 식별자를 갖는 심도 정보를 융합하는 다중 센서 정보 융합 알고리즘을 제시하였다. 기존 바이너리 방식과 제안한 펄스 간격 변조 방식의 효율성을 비교 분석하기 위해 2차례의 해상 실험에서 획득된 데이터를 이용하였으며, 분석 결과 제안한 방식이 기존 방식에 비해 심도 정보의 오차를 약 8 m ~ 20 m 줄일 수 있음을 확인하였다.

키워드

펄스 간격 변조(Pulse Interval Modulation, PIM)

수중 운동체

심도 정보

다중 센서 정보 융합

3차원 위치 추정

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10.3390/s1920451931627437PMC6833083

Information

Publisher :The Acoustical Society of Korea
Publisher(Ko) :한국음향학회
Journal Title :The Journal of the Acoustical Society of Korea
Journal Title(Ko) :한국음향학회지
Volume : 45
No :4
Pages :426-434
Received Date : 2026-06-05
Revised Date : 2026-07-02
Accepted Date : 2026-07-10
DOI :https://doi.org/10.7776/ASK.2026.45.4.426

The Journal of the Acoustical Society of KoreaISSN:1225-4428(Print) 2287-3775(Online)한국음향학회

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