KR101517954B1 - Infrared detect for portable guided weapon and portable guided weapon using it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 적외선 감지기 및 이를 이용한 휴대용 유도무기에 관한 것으로, 특히 냉각유지시간을 확장하여 사거리를 연장할 수 있는 적외선 감지기 및 이를 이용한 휴대용 유도무기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
휴대용 유도 무기는 소형으로 이동이 용이하고, 표적을 감지 및 추적하여 명중시키는 무기이다. 휴대용 유도 무기는 다양한 감지 방식으로 표적을 감지할 수 있으나, 이중 일반적으로 잘 알려진 감지 방식은 적외선 감지 방식이다.Portable guided weapons are small, easy to move, and are weapons that detect, track, and hit targets. Portable guided weapons can detect targets in a variety of sensing schemes, but commonly known sensing methods are infrared sensing.
모든 물체는 절대온도 0도(K)(섭씨 -273.16도) 이상에서 복사 에너지를 방출한다. 적외선 감지 방식은 물체로부터 방출되는 복사 에너지에 의해 물체의 영상신호(또는 신호)를 생성하고, 영상신호(또는 신호)로부터 물체의 형상을 판별한다. 즉 적외선 감지는 물체의 온도와 주변 온도의 차이를 검출하여 물체를 판별한다.All objects emit radiant energy above absolute zero (K) (-273.16 degrees C). The infrared sensing method generates an image signal (or signal) of an object by the radiant energy emitted from the object, and determines the shape of the object from the image signal (or signal). In other words, the infrared ray detection detects the difference between the object temperature and the ambient temperature to discriminate the object.
한편, 적외선 감지 방식은 물체의 복사 에너지를 이용하여 물체를 검출하므로, 복사 에너지를 검출하기 위한 검출 소자가 필요하다. 적외선 감지기의 검출소자는 절대온도 0도 이상의 물체에서 방출되는 적외선, 즉 복사 에너지를 검출하기 때문에 측정 대상 이외에도 검출소자 주위의 물체로부터 복사되는 적외선이 촬영되는 영상에 반영되어 촬영된 영상을 식별하기 어렵게 된다. 따라서, 적외선 감지기는 통상적으로 콜드 쉴드(cold shield) 등을 이용하여 주위의 물체로부터 복사되는 적외선을 차단하게 된다. On the other hand, since an infrared ray detection method detects an object using the radiant energy of an object, a detecting element for detecting radiant energy is required. Since the detecting element of the infrared ray detector detects the infrared rays radiated from an object having an absolute temperature of 0 degrees or more, that is, radiant energy, it is difficult to identify the photographed image by reflecting the infrared ray radiated from an object around the detecting element, do. Accordingly, the infrared ray detector typically shields the infrared rays radiated from the surrounding objects by using a cold shield or the like.
현재 적외선 감지 방식을 사용하는 유도 무기는 질소나 아르곤을 냉매로 이용하여 적외선 감지기를 극저온 상태(질소 : 77K, 아르곤 : 80K)로 유지함으로써 감지 성능을 향상 시키고 있다. 즉 극저온 상태가 유지되는 동안 표적을 감지하여 추적할 수 있는 반면, 적외선 감지기의 동작 온도가 상승하게 되면, 감지 성능이 떨어져서 유도무기가 표적을 추적하지 못하게 된다.Induced weapons currently using infrared sensing methods are improving sensing performance by using nitrogen or argon as a refrigerant to keep the infrared detector in a cryogenic condition (nitrogen: 77K, argon: 80K). That is, while the target can be detected and tracked while the cryogenic temperature is maintained, when the operating temperature of the infrared detector increases, the detection performance deteriorates and the guided weapon can not track the target.
그러나 휴대용 유도무기의 경우, 소형 경량화가 요구되므로, 냉매를 저장할 수 있는 용기를 유도 무기에 탑재하기에 어렵다는 문제가 있다. 이에 기존의 휴대용 유도무기는 유도무기의 발사 장치에 냉매 용기를 구비하고, 유도무기 발사 전 수초(예를 들면 2~3초)동안 냉매 용기에 저장된 냉매를 이용하여 적외선 감지기를 냉각시킨 상태로 유도무기를 발사한다. 발사된 유도 무기는 적외선 감지기가 냉각된 동안 표적을 감지하여 추적할 수 있다. 따라서 휴대용 유도무기의 최대 사거리는 주로 적외선 감지기가 표적을 감지할 수 있는 냉각 유지 시간에 의해 결정되는 경우가 많다.However, in the case of portable guided weapons, there is a problem that it is difficult to mount a container capable of storing a refrigerant on a guided weapon because it is required to be small and lightweight. Accordingly, the conventional portable guided weapon is provided with a refrigerant container in a guided weapon launching device, and the refrigerant is stored in the refrigerant container for a few seconds (for example, 2 to 3 seconds) Fire weapons. Fired weapons can detect and track targets while the infrared detector is cooling. Therefore, the maximum range of a portable guided weapon is often determined by the cooling hold time at which the infrared detector can sense the target.
휴대용 유도 무기의 성능 향상에 대한 요구는 꾸준히 있어왔으나, 기존에 휴대용 유도 무기의 최대 사거리 연장 방법은 대부분 냉매의 양이나 종류를 조절하는 방법이 대부분이고, 그로 인한 효과가 크지 않다는 한계가 있다.There has been a steady demand for performance improvement of portable guided weapons. However, most of the methods for extending the maximum range of portable guided weapons have been limited in that the amount and type of the refrigerant are mostly controlled and the effect thereof is not great.
본 발명의 목적은 냉매의 변경없이 사거리가 연장될 수 있는 휴대용 유도무기를 위한 적외선 감지기를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide an infrared ray detector for a portable guided weapon in which the range can be extended without changing the refrigerant.
본 발명의 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 휴대용 유도무기를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a portable guided weapon for achieving the above object.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 휴대용 유도무기를 위한 적외선 감지기는 적외선을 감지하고, 감지된 상기 적외선의 세기에 대응하는 광전류를 생성하는 적어도 하나의 적외선 감지 센서; 상기 광전류와 역바이어스 전압을 인가받아, 상기 광전류를 전압으로 변환하고 증폭하여 출력하는 TIA; 기설정된 전압 레벨의 상기 역바이어스 전압을 생성하여 상기 TIA의 비반전 입력으로 인가하는 역바이어스부; 및 상기 TIA의 출력을 인가받아 노이즈를 제거하는 필터; 를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an infrared ray detector for a portable guided weapon, comprising at least one infrared ray sensor for detecting an infrared ray and generating a photocurrent corresponding to the intensity of the infrared ray detected; A TIA receiving the photocurrent and the reverse bias voltage, converting the photocurrent into a voltage, amplifying and outputting the voltage; A reverse bias unit for generating and applying the reverse bias voltage of a predetermined voltage level to the non-inverting input of the TIA; And a filter for receiving noise from the output of the TIA; .
상기 TIA는 상기 광전류 반전 입력으로 인가받고, 상기 역바이어스 전압을 비반전 입력으로 인가받는 것을 특징으로 한다.The TIA is applied to the photocurrent inversion input and receives the reverse bias voltage as a non-inverting input.
상기 TIA는 상기 역바이어스에 의해 상기 냉각 저항에 따른 상기 적어도 하나의 적외선 감지 센서의 광반응 가능 온도를 확장하는 것을 특징으로 한다.And the TIA expands the photoreactivity temperature of the at least one infrared sensor according to the cooling resistance by the reverse bias.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 휴대용 유도무기는 휴대용 유도무기에 있어서, 적외선의 세기에 대응하는 광전류를 생성하고, 상기 광전류와 역바이어스 전압을 인가받아, 상기 역바이어스 전압에 대응하여 상기 광전류를 전압으로 변환하고 증폭하여 전기 신호를 출력하는 적외선 감지기로 구현되는 적외선 감지부; 상기 적외선 감지부에서 전송된 전기 신호에 응답하여 표적의 거리 및 방향을 판별하여 표적 정보를 생성하는 표적 판별부; 상기 휴대용 유도 무기의 현재 위치를 판별하여 위치 정보를 생성하는 위치 판별부; 상기 표적 정보와 상기 위치 정보를 수신 및 분석하여, 상기 휴대용 유도 무기가 표적을 추적하도록 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 휴대용 유도 무기의 속도 및 방향을 조절하는 구동부; 를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a portable guided weapon comprising: a photovoltaic generator for generating a photocurrent corresponding to the intensity of infrared rays and receiving the photocurrent and a reverse bias voltage to correspond to the reverse bias voltage; An infrared ray detector configured to convert the photocurrent into a voltage and amplify the voltage to output an electric signal; A target discrimination unit for discriminating a distance and a direction of a target in response to an electric signal transmitted from the infrared sensing unit to generate target information; A position determining unit for determining a current position of the portable guided weapon to generate position information; A controller for receiving and analyzing the target information and the position information to control the portable guided weapon to track a target; And a controller for controlling the speed and direction of the portable guided weapon under the control of the controller. .
따라서, 본 발명의 휴대용 유도무기를 위한 적외선 감지기는 광전류를 전압으로 증폭하는 증폭기에 역방향 바이어스를 인가하여 냉각저항을 상승시키는 효과를 발생 킴으로써, 광반응 가능 온도를 확장하고, 확장된 광반응 가능 온도에 따라 적외선 감지기의 냉각 유지 시간이 연장되는 것과 동일한 효과를 획득한다. 그러므로 휴대용 유도 무기의 사거리를 연장하거나, 동일한 사정거리에서 더 기존보다 상대적으로 작은 크기의 냉매용기를 사용할 수 있다. 또한 기존보다 더 짧은 냉각 시간으로도 동일한 사거리를 유지할 수 있으므로 휴대용 유도무기의 발사 시간을 단축시킬 수 있다.Accordingly, the infrared detector for portable guided weapons of the present invention generates an effect of increasing the cooling resistance by applying a reverse bias to an amplifier for amplifying the photocurrent to a voltage, thereby expanding the photoreaction-enabling temperature and extending the photoreaction The same effect as that of extending the cooling hold time of the infrared ray detector depending on the temperature is obtained. Therefore, it is possible to extend the range of the portable guided weapon, or to use a refrigerant container of a relatively smaller size than the existing one at the same range. In addition, shorter firing times can keep the same range, shortening the launch time of portable guided weapons.
도1 은 기존의 휴대용 유도무기에 사용되는 적외선 감지기의 구조를 나타낸다.
도2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유도무기를 위한 적외선 감지기의 구조를 나타낸다.
도3 은 도1 및 도2 의 적외선 감지기에서 냉각 온도에 따른 냉각 저항의 변화를 나타낸다.
도4 는 도1 및 도2 의 적외선 감지기의 냉각 유지 시간의 차이를 나타낸다.
도5 는 도2 의 적외선 감지기의 구현 예를 나타낸다.
도6 은 도2 의 적외선 감지기를 구비하는 휴대용 유도무기의 구성을 나타낸다.1 shows a structure of an infrared ray detector used in a conventional portable guided weapon.
2 shows a structure of an infrared ray detector for a portable guided weapon according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 shows the variation of the cooling resistance according to the cooling temperature in the infrared ray detectors of Figs. 1 and 2. Fig.
Fig. 4 shows the difference in cooling retention time of the infrared ray detectors of Figs. 1 and 2. Fig.
Fig. 5 shows an embodiment of the infrared ray detector of Fig.
Fig. 6 shows a configuration of a portable guided weapon having the infrared ray detector of Fig. 2;
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. The terms "part", "unit", "module", "block", and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, And a combination of software.
도1 은 기존의 휴대용 유도무기에 사용되는 적외선 감지기의 구조를 나타낸다.1 shows a structure of an infrared ray detector used in a conventional portable guided weapon.
도1 은 도2 의 본 발명에 다른 적외선 감지기와의 비교를 위해 나타난 도면으로서, 기존의 적외선 감지기는 적외선 감지 센서(IRS), TIA(Trans-Impedance Amplifier) 및 필터(FT)를 구비한다.FIG. 1 is a diagram for comparison with an infrared ray detector according to the present invention shown in FIG. 2. The conventional infrared ray detector includes an infrared ray sensor (IRS), a transimpedance amplifier (TIA), and a filter (FT).
적외선 감지 센서(IRS)는 적외선을 감지하여 감지된 적외선의 세기에 대응하는 광전류를 생성한다. TIA(TIA)는 적외선 감지 센서(IRS)에서 생성된 광전류를 낮은 임피던스의 전압으로 변환 및 증폭하여 출력한다. TIA는 기본적으로 부궤환 연결을 갖는 증폭기로서, 적외선 감지 센서(IRS)에서 인가되는 광전류가 반전입력으로 인가되는 한편, 비반전입력은 접지 전압(Vss)에 연결된다.The infrared sensor (IRS) senses infrared rays and generates a photocurrent corresponding to the intensity of the detected infrared rays. The TIA (TIA) converts the photocurrent generated by the infrared sensor (IRS) into a low impedance voltage and outputs it. The TIA is basically an amplifier with negative feedback connection, in which the photocurrent applied at the IRS is applied to the inverting input while the non-inverting input is connected to the ground voltage (Vss).
필터(FT)는 최적화 필터로서, TIA에서 광전류가 변환되어 전압이 출력되면, 출력된 전압에서 노이즈를 제거하고, 분석하기 용이한 전압 레벨로 증폭하여 출력한다. 여기서 노이즈는 표적 주변의 배경에서 방사되는 적외선뿐만 아니라 적외선 감지 센서(IRS) 주변에서 방사되는 적외선도 포함된다.The filter (FT) is an optimization filter. When the photocurrent is converted in the TIA to output a voltage, noise is removed from the output voltage, and the amplified output is amplified to a voltage level that is easy to analyze. The noise includes not only the infrared radiation emitted from the background around the target but also the infrared radiation emitted around the infrared radiation sensor (IRS).
여기서 적외선 감지 센서(IRS)는 상기한 바와 같이, 표적 이외의 주위의 물체로부터 복사되는 적외선에 의해 표적을 감지하기 어렵게 되는 것을 방지하기 위해 냉매 용기(미도시)에서 공급되는 냉매(질소 및 아르곤)에 의해 극저온 상태로 냉각되어 사용된다. 이는 적외선 감지 센서(IRS)에서 생성되는 광전류가 극저온 상태에서만 생성되고, 온도가 높으면(예를 들면 약 117K 이상), 표적에 의한 신호가 아닌 적외선 감지 센서(IRS) 자체가 갖는 잡음 전류(Dark Current)만이 생성되기 때문이다. 일반적으로 적외선 감지 센서(IRS)는 80K 이하의 온도에서 100MΩ 이상의 냉각 저항(R0)을 가져, 잡음 전류가 생성되는 것을 방지한다. 그러나 냉각 저항은 온도가 상승함에 따라 급격하게 감소하게 되어 적외선 감지 센서(IRS)가 표적을 정확히 감지하지 못하게 된다.As described above, the infrared ray sensor IRS detects the presence of the refrigerant (nitrogen and argon) supplied from the refrigerant container (not shown) in order to prevent the target from being detected by the infrared rays radiated from the surrounding objects other than the target, And cooled down to a cryogenic temperature. This is because the photocurrent generated by the infrared sensor (IRS) is generated only at a cryogenic temperature state, and when the temperature is high (for example, about 117K or more) ) Is generated. In general, an infrared sensor (IRS) has a cooling resistance (R 0 ) of 100 MΩ or more at a temperature of 80 K or less, thereby preventing a noise current from being generated. However, the cooling resistance decreases sharply as the temperature rises, and the infrared sensor (IRS) can not accurately detect the target.
따라서 적외선 감지기를 구비하여 표적을 감지 및 추적하는 유도 무기의 사거리는 다른 여러 요소와 더불어 적외선 감지 센서(IRS)의 온도에 의해 결정된다.Thus, the range of guided weapons equipped with an infrared detector to detect and track the target is determined by the temperature of the IRS along with many other factors.
도2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유도무기를 위한 적외선 감지기의 구조를 나타낸다.2 shows a structure of an infrared ray detector for a portable guided weapon according to an embodiment of the present invention.
도2 의 적외선 감지기는 도1 의 적외선 감지기와 마찬가지로, 적외선 감지 센서(IRS), TIA(Trans-Impedance Amplifier) 및 필터(FT)를 갖는다. 다만 도2 의 적외선 감지기는 도1 의 적외선 감지기에 구비되어 있지 않은 역바이어스부(RBias)를 더 구비한다. 추가된 역바이어스부(RBias)는 TIA의 비반전 입력에 기설정된 소정의 전압(일예로 80mV)을 인가한다.2 has an infrared sensor (IRS), a Trans-Impedance Amplifier (TIA), and a filter (FT) in the same manner as the infrared sensor of FIG. However, the infrared ray detector of FIG. 2 further includes a reverse bias unit RBias which is not provided in the infrared ray detector of FIG. The added reverse bias portion RBias applies a predetermined voltage (for example, 80 mV) to the non-inverting input of the TIA.
도1 에서와 마찬가지로, 적외선 감지 센서(IRS)는 적외선을 감지하여 감지된 적외선의 세기에 대응하는 광전류를 생성하여 TIA의 반전입력으로 인가한다. 상기에서 적외선 감지 센서(IRS)는 80K 이하의 온도에서 100MΩ 이상의 냉각 저항(R0)을 갖는 것으로 설명하였다. 그러나 실제 광반응이 가능한 최저 냉각 저항은 4MΩ인 것으로 알려져 있다. 즉 냉각 저항이 4MΩ 이상이면 광반응이 가능하고, TIA는 적외선 감지 센서(IRS)에서 생성된 광전류를 전압으로 변환 및 증폭하여 출력한다.As in FIG. 1, the IRS senses infrared rays, generates a photocurrent corresponding to the intensity of the detected infrared rays, and applies the photocurrent to the inverted input of the TIA. The infrared sensor (IRS) described above has a cooling resistance R0 of 100 M or more at a temperature of 80 K or less. However, it is known that the minimum cooling resistance capable of actual photoreaction is 4 MΩ. That is, if the cooling resistance is 4 MΩ or more, a photoreaction is possible, and the TIA converts the photocurrent generated from the infrared ray sensor (IRS) into a voltage and outputs the voltage.
도1 및 도2 에서는 설명의 편의를 위해 적외선 감지 센서(IRS)를 하나의 장치로 도시하였으나, 적외선 감지기는 복수개의 적외선 감지 센서(IRS)를 구비할 수 있다.1 and 2, the infrared sensor (IRS) is shown as a single device for convenience of explanation. However, the infrared sensor may include a plurality of infrared sensors (IRS).
도1 에서는 TIA의 비반전 입력에 접지 전압(Vss)이 인가되어 TIA가 영전위 검출회로(Zero-crossing Detector)로서 동작하지만 도2 에서 역바이어스부(RBias)가 TIA의 비반전 입력에 기설정된 소정의 전압을 인가한다. 따라서 TIA는 양전압 레벨 검출회로(Positive Voltage Level Detector)로 동작한다. 이는 TIA의 반전 입력의 전압 레벨이 80mV 증가될 것을 요구하게 되어 결과적으로 냉각 저항(R0)이 증가된 것과 동일한 효과를 유발한다.In FIG. 1, the ground voltage Vss is applied to the non-inverting input of the TIA so that the TIA operates as a zero-crossing detector. However, in FIG. 2, the reverse bias RBias is set to the non-inverting input of the TIA A predetermined voltage is applied. Therefore, the TIA operates as a positive voltage level detector (Positive Voltage Level Detector). This requires that the voltage level of the inverting input of the TIA be increased by 80 mV, resulting in the same effect as increased cooling resistance (R 0 ).
냉매를 이용하여 적외선 감지 센서(IRS)를 냉각하는 것은 냉각 저항(R0)을 높이기 위한 것이므로, 도2 에서와 같이 역바이어스부(RBias)가 TIA의 비반전 입력에 기설정된 소정의 전압을 인가하면, 적외선 감지 센서(IRS)가 더 높은 온도에서도 표적을 검출할 수 있게 된다. 즉 적외선 감지 센서(IRS)의 냉각 유지 시간이 증가되는 것과 동일한 결과를 유발한다.Since the cooling of the infrared sensor IRS using the refrigerant is performed to increase the cooling resistance R 0 , the reverse bias unit RBias applies a predetermined voltage preset to the non-inverting input of the TIA , The infrared sensor (IRS) can detect the target even at higher temperatures. That is, the same result as the increase in the cooling holding time of the IRS (IRS) is caused.
그리고 필터(FT)는 TIA에서 출력된 전압에서 노이즈를 제거하고, 필요한 전압 레벨로 증폭하여 출력한다.The filter (FT) removes the noise from the voltage output from the TIA, amplifies it to the required voltage level, and outputs it.
도3 은 도1 및 도2 의 적외선 감지기에서 냉각 온도에 따른 냉각 저항의 변화를 나타낸다.Fig. 3 shows the variation of the cooling resistance according to the cooling temperature in the infrared ray detectors of Figs. 1 and 2. Fig.
도3 에서 (a)는 도1 의 적외선 감지기에서 온도에 따른 냉각 저항의 변화를 나타내며, (b)는 도2 의 적외선 감지기에서 온도에 따른 냉각 저항의 변화를 나타낸다. 도3 의 (a)를 살펴보면, 기존의 적외선 감지기에서 냉각 저항은 117K 이하의 온도에서 4MΩ 이상인 것으로 나타난다. 이는 적외선 감지기가 117K 이하의 온도에서만 정상 동작을 수행할 수 있으며, 그 이상의 온도에서는 표적을 정상적으로 감지 할 수 없음을 의미한다. 그에 비해 도3 의 (b)를 살펴보면, 냉각 저항이 173K 이하의 온도에서 4MΩ 이상으로 나타난다. 이는 냉각 저항이 대략 55도만큼 온도 이동한 것과 동일한 효과이다. 즉 TIA에 80mV의 역바이어스를 인가함으로써, 적외선 감지기가 173K 의 온도까지 정상적으로 동작할 수 있게 됨을 의미한다.FIG. 3 (a) shows the change in the cooling resistance with temperature in the infrared sensor of FIG. 1, and FIG. 2 (b) shows the change in the cooling resistance with temperature in the infrared sensor of FIG. Referring to FIG. 3 (a), the cooling resistance of a conventional infrared sensor is more than 4 MΩ at a temperature of 117 K or less. This means that infrared detectors can only perform normal operation at temperatures below 117 K, and that the target can not be detected normally at temperatures above that. On the other hand, referring to FIG. 3 (b), the cooling resistance is 4 M or more at a temperature of 173 K or less. This is the same effect as the cooling resistance is shifted by approximately 55 degrees. That is, applying a reverse bias of 80 mV to the TIA means that the infrared detector can operate normally up to a temperature of 173K.
도4 는 도1 및 도2 의 적외선 감지기의 냉각 유지 시간의 차이를 나타낸다.Fig. 4 shows the difference in cooling retention time of the infrared ray detectors of Figs. 1 and 2. Fig.
도4 에서 (a)는 도1 의 적외선 감지기가 냉매에 의해 냉각된 후 상온에서 정상 동작을 수행할 수 있는 냉각 유지 시간을 나타내고, (b)는 도2 의 적외선 감지기가 냉매에 의해 동일한 온도로 냉각된 후 상온에서 정상 동작을 수행할 수 있는 냉각 유지 시간을 나타낸다. 도4 의 (a)에 도시된 기존의 냉각 유지 시간은 냉각 온도 및 적외선 감지기의 종류 등 여러 조건에 의해 다양하게 가변될 수 있으나, 대략 15초 정도가 최대 한계인 것으로 알려져 있다. 그러나, 본 발명에 따라 역바이어스를 TIA에 인가하면, 도3 에 도시한 바와 같이 약 55도 만큼의 온도 이동 효과가 발생되어 대략 5 ~ 6초정도로 냉각 유지 시간이 연장되는 것으로 분석되었다.4 (a) shows a cooling holding time during which the infrared sensor of FIG. 1 is cooled by the refrigerant and can perform a normal operation at a normal temperature, FIG. 4 (b) And indicates the cooling holding time at which normal operation can be performed at room temperature after being cooled. The conventional cooling and holding time shown in FIG. 4 (a) can be varied according to various conditions such as the cooling temperature and the type of the infrared ray detector, but it is known that the maximum cooling time is about 15 seconds. However, when a reverse bias is applied to the TIA according to the present invention, as shown in FIG. 3, a temperature shift effect of about 55 degrees is generated and the cooling holding time is prolonged to about 5 to 6 seconds.
상기한 바와 같이 냉각 유지 시간은 냉매에 의해 냉각된 적외선 감지기가 정상적으로 표적을 감지할 수 있는 시간이고, 적외선 감지기를 구비하는 유도 무기의 사거리는 적외선 감지기가 정상적으로 동작할 수 있는 시간에 따라 제약된다. 그러므로, 도4 의 (b)에 도시된 바와 같이 냉각 유지 시간이 연장되면, 유도 무기의 사거리도 그에 비례하여 확장될 수 있다.As described above, the cooling holding time is a time at which the infrared sensor cooled by the refrigerant can normally detect the target, and the range of the guided weapon including the infrared sensor is restricted according to the time during which the infrared detector can operate normally. Therefore, if the cooling holding time is prolonged as shown in Fig. 4 (b), the range of the guided weapon can also be expanded in proportion thereto.
도5 는 도2 의 적외선 감지기의 구현 예를 나타낸다.Fig. 5 shows an embodiment of the infrared ray detector of Fig.
도5 에서 적외선 감지 센서(IRS), TIA(Trans-Impedance Amplifier) 및 필터(FT)의 구성은 기존의 적외선 감지기와 동일하므로 여기서는 별도로 설명하지 않는다.In FIG. 5, the configurations of the IRS, the TIA, and the FT are the same as those of the conventional infrared detector, and thus will not be described here.
도5 에서 역바이어스부(RBias)를 살펴보면, 역바이어스부(RBias)는 전원 전압과 접지 전압 사이에 적어도 2개의 분압 저항을 구비한다. 전원 전압은 기설정된 소정의 전압(예를 들면, 12V) 레벨을 갖고, 분압 저항은 전원 전압을 분압한다. TIA는 적어도 2개의 분압 저항 사이에 비반전 입력이 연결되어 기설정된 레벨의 전압(예를 들면 80mV)을 인가 받는다. 한편, 역바이어스부(RBias)는 TIA의 비반접 입력과 접지 전압 사이에 캐패시터를 더 구비하여 TIA의 비반전 입력으로 노이즈가 인가되는 것을 방지한다.Referring to FIG. 5, the reverse bias unit RBias includes at least two voltage dividing resistors between a power supply voltage and a ground voltage. The power supply voltage has a predetermined predetermined voltage (for example, 12V) level, and the voltage dividing resistor divides the power supply voltage. The TIA is connected to a noninverting input between at least two voltage dividing resistors to receive a predetermined level of voltage (for example, 80mV). On the other hand, the reverse bias unit RBias further includes a capacitor between the non-resonant input of the TIA and the ground voltage to prevent noise from being applied to the non-inverting input of the TIA.
도6 은 도2 의 적외선 감지기를 구비하는 휴대용 유도무기의 구성을 나타낸다.Fig. 6 shows a configuration of a portable guided weapon having the infrared ray detector of Fig. 2;
도6 을 참조하면, 본 발명의 휴대용 유도무기(100)는 적외선 감지부(110), 표적 판별부(120), 제어부(130), 위치 판별부(140), 통신부(150), 구동부(160) 및 폭발부(170)를 구비한다.Referring to FIG. 6, the portable guided
적외선 감지부(110)는 도2 의 적외선 감지기로 구현되어 TIA에 역바이어스 전압을 인가함으로써, 냉각 유지 시간이 기존의 적외선 감지기보다 확장된다. 적외선 감지부(110)는 냉각 유지 시간 동안 표적에서 방사된 적외선을 감지하여 전기 신호로 변환하고, 변환된 전기 신호를 표적 판별부(120)로 전송한다.The
표적 판별부(120)는 적외선 감지부(110)에서 전송된 전기 신호에 응답하여 표적 이미지(또는 신호)를 생성하여 표적의 거리 및 방향을 판별하여 표적 정보를 생성한다. 그리고 정보를 제어부(130)로 전송한다.The
위치 판별부(140)는 GPS, 자이로스코프와 같은 위치 측정 시스템으로 구현되어 유도 무기 자신의 위치를 판별하여 위치 정보를 제어부(130)로 전송한다.The
제어부(130)는 표적 판별부(120)로부터 표적 정보를 수신하고, 위치 판별부(140)로부터 위치 정보를 수신하여 분석하고, 분석된 정보를 기초로 유도 무기가 표적을 추적할 수 있도록 구동부(160)를 제어한다. 그리고 제어부(130)는 폭발부(170)를 제어하여 유도 무기가 표적에 도달하면 폭발할 수 있도록 한다. 또한 통신부(150)를 통해 통신을 수행하여 외부 명령을 인가받고, 외부 명령에 응답하는 동작을 수행한다.The
통신부(150)는 유선 또는 무선 통신 수단으로 구현되어 휴대용 유도무기의 발사 장치 또는 외부의 통제 장치와 기설정된 방식으로 통신을 수행한다.The
구동부(160)는 유도 무기의 추진력을 제공하는 추진부(미도시)와 유도 무기의 이동 방향 및 속도 등을 제어하기 위한 구동 제어부(미도시)를 구비하여, 제어부(130)의 제어에 따라 유도 무기의 자세와 방향을 제어한다.The driving
폭발부(170)는 폭약과 신관 등을 구비하고, 제어부(130)의 제어에 따라 신관을 점화하여 폭약을 폭발 시킨다.The
도6 의 휴대용 유도 무기(100)의 사거리는 구동부(160)에 구비된 추진부에 의해 사거리가 결정될 수도 있으나, 이는 순수하게 물리적으로 이동 가능한 거리만을 의미하며, 유도 무기로서의 기능을 수행할 수 있는 사거리는 적외선 감지기의 냉각 유지 시간이 매우 중요한 요소이다. 상기한 바와 같이 본 발명의 휴대용 유도 무기는 적외선 감지기의 TIA에 소정의 역바이어스 전압을 인가함으로써, 냉각 유지 시간을 기존에 비해 대폭 확장할 수 있으므로, 휴대용 유도 무기의 사거리를 크게 증가시킬 수 있다.Although the range of the portable guided
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The method according to the present invention can be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and a carrier wave (for example, transmission via the Internet). The computer-readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (13)
상기 광전류와 역바이어스 전압을 인가받아, 상기 광전류를 전압으로 변환하고 증폭하여 출력하는 TIA;
기설정된 전압 레벨의 상기 역바이어스 전압을 생성하여 상기 TIA의 비반전 입력으로 인가하는 역바이어스부; 및
상기 TIA의 출력을 인가받아 노이즈를 제거하는 필터; 를 포함하는 휴대용 유도무기를 위한 적외선 감지기.At least one infrared ray sensing sensor for sensing an infrared ray and generating a photocurrent corresponding to the intensity of the infrared ray sensed;
A TIA receiving the photocurrent and the reverse bias voltage, converting the photocurrent into a voltage, amplifying and outputting the voltage;
A reverse bias unit for generating and applying the reverse bias voltage of a predetermined voltage level to the non-inverting input of the TIA; And
A filter receiving the output of the TIA to remove noise; Infrared detector for portable guided weapons including.
상기 광전류 반전 입력으로 인가받고, 상기 역바이어스 전압을 비반전 입력으로 인가받는 것을 특징으로 하는 휴대용 유도무기를 위한 적외선 감지기.The method of claim 1,
And receives the reverse bias voltage as a non-inverting input. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
상기 휴대용 유도무기가 발사되기 전, 냉매에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 휴대용 유도무기를 위한 적외선 감지기.The apparatus of claim 2, wherein the at least one infrared sensor
Wherein the portable guided weapon is cooled by the refrigerant before the portable guided weapon is fired.
온도에 대응하여 냉각저항이 변화되며, 상기 냉각 저항에 대응하여 상기 광전류의 크기가 감소하는 것을 특징으로 하는 휴대용 유도무기를 위한 적외선 감지기.4. The apparatus of claim 3, wherein the at least one infrared sensor
The cooling resistance corresponding to the temperature is changed, and the magnitude of the photocurrent decreases corresponding to the cooling resistance.
상기 역바이어스에 의해 상기 냉각 저항에 따른 상기 적어도 하나의 적외선 감지 센서의 광반응 가능 온도를 확장하는 것을 특징으로 하는 휴대용 유도무기를 위한 적외선 감지기.5. The method of claim 4,
Wherein the temperature of the at least one infrared sensor is increased by the reverse bias to a temperature at which the at least one infrared sensor can respond to the cooling resistance.
확장된 상기 광반응 가능 온도에 따라 냉각 유지 시간이 연장되는 것을 특징으로 하는 휴대용 유도무기를 위한 적외선 감지기.6. The apparatus of claim 5, wherein the infrared sensor
And the cooling holding time is prolonged according to the extended photoreaction-possible temperature.
기설정된 전압 레벨의 전원 전압과 접지 전압 사이에 직렬로 연결되어 상기 전원 전압을 분압하고, 분압된 전압을 상기 TIA의 비반전 입력으로 인가하는 복수개의 분압 저항; 및
상기 TIA의 비반전 입력과 상기 접지 전압 상이에 배치되어 노이즈가 상기 TIA로 노이즈가 인가되는 것을 방지하는 커패시터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 유도무기를 위한 적외선 감지기.3. The apparatus of claim 2, wherein the reverse bias portion
A plurality of voltage dividing resistors connected in series between a power supply voltage of a predetermined voltage level and a ground voltage to divide the power supply voltage and apply a divided voltage to a noninverting input of the TIA; And
A capacitor disposed on the non-inverting input of the TIA and on the ground voltage to prevent noise from being applied to the TIA; And an infrared detector for a portable guided weapon.
적외선의 세기에 대응하는 광전류를 생성하고, 상기 광전류와 역바이어스 전압을 인가받아, 상기 역바이어스 전압에 대응하여 상기 광전류를 전압으로 변환하고 증폭하여 전기 신호를 출력하는 적외선 감지기로 구현되는 적외선 감지부;
상기 적외선 감지부에서 전송된 전기 신호에 응답하여 표적의 거리 및 방향을 판별하여 표적 정보를 생성하는 표적 판별부;
상기 휴대용 유도 무기의 현재 위치를 판별하여 위치 정보를 생성하는 위치 판별부;
상기 표적 정보와 상기 위치 정보를 수신 및 분석하여, 상기 휴대용 유도 무기가 표적을 추적하도록 제어하는 제어부; 및
상기 제어부의 제어에 따라 상기 휴대용 유도 무기의 속도 및 방향을 조절하는 구동부; 를 포함하는 휴대용 유도무기.In portable guided weapons,
And an infrared ray detector which is implemented as an infrared ray sensor that generates a photocurrent corresponding to the intensity of an infrared ray and receives the photocurrent and reverse bias voltage and converts the photocurrent into a voltage corresponding to the reverse bias voltage and outputs an electric signal, ;
A target discrimination unit for discriminating a distance and a direction of a target in response to an electric signal transmitted from the infrared sensing unit to generate target information;
A position determining unit for determining a current position of the portable guided weapon to generate position information;
A controller for receiving and analyzing the target information and the position information to control the portable guided weapon to track a target; And
A driving unit for controlling the speed and direction of the portable guided weapon under the control of the control unit; A portable guided weapon including.
상기 적외선을 감지하고, 온도에 대응하여 냉각저항이 변화되며, 감지된 상기 적외선의 세기 및 상기 냉각 저항에 대응하는 광전류를 생성하는 적어도 하나의 적외선 감지 센서;
상기 광전류와 역바이어스 전압을 인가받아, 상기 광전류를 전압으로 변환하고 증폭하여 출력하는 TIA;
기설정된 전압 레벨의 상기 역바이어스 전압을 생성하여 상기 TIA의 비반전 입력으로 인가하는 역바이어스부; 및
상기 TIA의 출력을 인가받아 노이즈를 제거하는 필터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 유도무기.9. The apparatus of claim 8, wherein the infrared sensor
At least one infrared ray sensor for sensing the infrared ray, changing a cooling resistance corresponding to the temperature, and generating a photocurrent corresponding to the intensity of the infrared ray and the cooling resistance sensed;
A TIA receiving the photocurrent and the reverse bias voltage, converting the photocurrent into a voltage, amplifying and outputting the voltage;
A reverse bias unit for generating and applying the reverse bias voltage of a predetermined voltage level to the non-inverting input of the TIA; And
A filter receiving the output of the TIA to remove noise; Wherein said first and second arms are coupled to each other.
상기 광전류 반전 입력으로 인가받고, 상기 역바이어스 전압을 비반전 입력으로 인가받는 것을 특징으로 하는 휴대용 유도무기.10. The method of claim 9,
And a reverse bias voltage is applied to the non-inverting input.
상기 역바이어스에 의해 상기 냉각 저항에 따른 상기 적어도 하나의 적외선 감지 센서의 광반응 가능 온도를 확장하는 것을 특징으로 하는 휴대용 유도무기.11. The method of claim 10,
Responsive temperature of said at least one infrared sensor according to said cooling resistance by said reverse bias.
폭약과 신관을 구비하고, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 신관을 점화하여 상기 폭약을 폭발시키는 폭발부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 유도무기.9. The method of claim 8, wherein the portable guided weapon
An explosion unit having an explosive and a new pipe and igniting the new pipe under the control of the control unit to detonate the explosive; Further comprising: a control unit operatively coupled to said at least one control unit.
발사대 또는 외부의 통제 장치와 통신을 수행하기 위한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 유도무기.9. The method of claim 8, wherein the portable guided weapon
Further comprising a communication unit for performing communication with a launching platform or an external control device.
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