KR101768198B1 - 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치 및 그 방법 - Google Patents

유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치는 미리 설정된 탐색 영역 내 표적으로부터 복사된 적외선 신호를 수신하는 광학계; 상기 광학계를 지지하고, 조종사의 조작에 따라 선택된 탐색 모드에 따라 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 구동되어 상기 광학계의 지향 방향을 조절하는 김발 조립체; 상기 수신된 적외선 신호를 전기적인 신호로 변환하는 검출기; 상기 변환된 신호를 이용하여 상기 탐색 영역 내에서 상기 표적을 탐지하고, 상기 탐지된 표적을 추적하여 그 추적한 결과로 추적 정보를 생성하는 신호 처리기; 및 상기 생성된 추적 정보를 이용하여 상기 김발 조립체를 구동하는 김발 제어기를 포함한다.

Description

유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR PROVIDING INFRARED RAY BASED SEEKING FUNCTION OF GUIDED WEAPON AND METHOD THEREOF}
본 발명은 유도 무기에 관한 것으로서, 특히, 항공기의 탐색기와는 별도로 항공기에 탑재되는 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
공대공 유도무기는 항공기 간의 공대공 전투상황에서 적 항공기를 요격하기 위한 위한 목적을 갖는다. 공대공 유도무기는 기본적으로 적 항공기를 탐지하고 추적할 수 있는 탐색기(Seeker)를 구비하고 있으며, 탐색기는 크게 적외선 탐색기와 초고주파 탐색기로 구분된다.
적외선 탐색기는 표적에서 복사(Radiation)되는 적외선 에너지를 획득하여 적 항공기를 탐지하고 추적하며, 초고주파 탐색기는 전방으로 초고주파 신호를 송신하였을 때 적 항공기에서 반사된 초고주파 신호를 수신하여 적 항공기를 탐지하고 추적한다.
탐색기는 김발 조립체의 구성품을 포함하고 있으며, 김발 조립체는 탐색기의 광학계 또는 안테나가 표적을 지향할 수 있도록 기계적인 움직임을 제공한다. 공대공 유도무기 운용 시 탐색기의 김발 조립체는 항공기의 기동에 의해 기계적인 안전성이 회손되지 않도록 항상 전기적으로 잠긴 상태로 운용된다.
또한, 탐색기는 항공기 레이더 또는 HUD와의 연동을 목적으로 항상 항공기의 종축과 정렬된 상태를 유지해야 한다. 이러한 정렬상태는 탐색기의 표적 탐지를 매우 어렵게 한다.
AESA(Active Element Scanned Array) 레이더를 이용하는 경우 레이더 빔을 전방으로 송신하여 표적의 유무를 스캔하며, 스캔을 통해 적 항공기가 탐지되면 추적모드로 전환하여 적 항공기에 대한 추적정보를 생성한다. 생성된 추적정보는 항전체계를 통해 공대공 유도무기로 전달된다. 유도무기는 전달된 표적의 방향정보를 이용하여 탐색기의 김발이 표적을 향하도록 구동명령을 발생시킨다. 탐색기의 김발이 표적방향으로 회전하면 탐색기는 표적을 탐지하게 되고 추적상태로 모드가 전환한다. 유도무기는 신호음을 이용하여 탐색기가 추적상태가 되었음을 조종사에게 알리고, 조종사는 유도무기를 적 항공기를 향해 발사할 수 있는 상태가 된다.
HUD(Head Up Display)를 이용하는 경우, 조종사는 HUD를 이용하여 항공기의 기수가 표적에 조준된 상태가 되도록 한다. HUD와 유도무기의 탐색기는 기계적으로 정렬되어 있으므로 유도 무기가 표적을 탐지/추적할 수 있는 상태가 된다. 유도 무기가 표적을 추적하게 되면 신호음을 이용하여 조종사에게 추적상태를 알리고 조종사는 유도 무기를 발사할 수 있게 된다.
상기 기술 중 AESA 레이더 등을 이용한 방법은 원거리 표적을 선제적으로 식별하고 타격하는데 있어서 전술적으로 매우 유용하나 고가의 레이더가 항공기에 장착되므로 인해 항공기 체계의 급격한 가격상승은 물론 항전체계의 구성이 매우 복잡하게 만드는 단점이 있다.
HUD를 사용하는 방법은 항공기를 고기동으로 운용하면서 적 항공기를 향하여 조준하기가 매우 어려워 전술적인 실용성이 낮다. 즉, 공대공 전투상황에서 적 조종사는 피격되는 것을 회피하기 위하여 급격한 회전, 상승, 하강 등의 비행을 반복하기 때문이다.
따라서 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 탐색기를 다수의 모드로 운용하되, 탐색 모드로 운용하는 경우 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 김발을 구동하여 표적을 탐지하고 탐지된 표적을 추적하여 추적하는 표적으로부터 추적 정보를 생성하도록 한 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따른 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치는 미리 설정된 탐색 영역 내 표적으로부터 복사된 적외선 신호를 수신하는 광학계; 상기 광학계를 지지하고, 조종사의 조작에 따라 선택된 탐색 모드에 따라 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 구동되어 상기 광학계의 지향 방향을 조절하는 김발 조립체; 상기 수신된 적외선 신호를 전기적인 신호로 변환하는 검출기; 상기 변환된 신호를 이용하여 상기 탐색 영역 내에서 상기 표적을 탐지하고, 상기 탐지된 표적을 추적하여 그 추적한 결과로 추적 정보를 생성하는 신호 처리기; 및 상기 생성된 추적 정보를 이용하여 상기 김발 조립체를 구동하는 김발 제어기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 김발 조립체는 상기 탐색 패턴에 따라 구동되어 상기 지지하는 광학계의 지향 방향을 조절하는 김발; 상기 김발을 구동시키는 구동 모터; 상기 김발의 축에 설치되어, 상기 김발의 구동에 따른 위치를 센싱하는 위치 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리기는 상기 센싱된 김발의 위치를 기반으로 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 김발을 구동시켜 광학계의 지향 방향을 조절할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리기는 구속/지향 모드가 선택되면, 상기 광학계를 항공기의 기축방향을 지향하거나 레이더 추적 방향을 지향하도록 조절할 수 있다.
또한, 상기 탐색 패턴은 항공기의 안쪽에서 바깥쪽으로 탐색을 시작하고, 항공기의 바깥쪽에서 안쪽으로 탐색하는 지그재그 형태로 설정될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 유도 무기의 동체에 고정되어, 상기 동체의 각속도를 측정하는 동체 각속도 센서를 더 포함하고, 상기 김발 제어기는 상기 생성된 추적 정보와 상기 측정된 동체 각속도를 이용하여 상기 김발 조립체를 구동할 수 있다.
또한, 상기 김발 제어기는 상기 생성된 추적 정보와 상기 측정된 동체 각속도를 이용하여 탐색 패턴으로부터 피치방향 패턴과 요방향 패턴을 추출하고, 상기 추출된 피치방향 패턴과 요방향 패턴의 좌표를 변환하여 상기 김발 조립체를 구동시키기 위한 구동 명령을 생성할 수 있다.
또한, 상기 김발 제어기는 상기 변환한 결과로 피치방향 및 요방향 패턴에 대한 피치김발 구동 명령과 롤김발 구동 명령을 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 한 관점에 따른 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 방법은 광학계가 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 지향 방향이 조절됨에 따라 탐색 영역 내 표적으로부터 복사된 적외선 신호를 수신하는 단계; 검출기가 상기 수신된 적외선 신호를 전기적인 신호로 변환하는 단계; 신호 처리기가 상기 변환된 신호를 이용하여 상기 탐색 영역 내에서 상기 표적을 탐지하고, 상기 탐지된 표적을 추적하여 그 추적한 결과로 추적 정보를 생성하는 단계; 및 김발 제어기가 상기 생성된 추적 정보를 이용하여 상기 광학계를 지지하는 김발 조립체를 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리기는 상기 김발 조립체 내 센싱된 김발의 위치를 기반으로 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 김발을 구동시켜 광학계의 지향 방향을 조절할 수 있다.
또한, 상기 김발 제어기는 구속/지향 모드가 선택되면, 상기 광학계를 항공기의 기축방향을 지향하거나 레이더 추적 방향을 지향하도록 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 유도 무기의 동체에 고정된 동체 각속도 센서를 통해 상기 동체의 각속도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 구동하는 단계는 상기 생성된 추적 정보와 상기 측정된 동체 각속도를 이용하여 상기 김발 조립체를 구동할 수 있다.
이처럼, 본 발명은 적외선 탐색기를 다수의 모드로 운용하되, 탐색 모드로 운용하는 경우 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 김발을 구동하여 표적을 탐지하고 탐지된 표적을 추적하여 추적하는 표적으로부터 추적 정보를 생성하도록 함으로써, 항공기 레이더를 이용한 연동 또는 HUD를 이용한 연동이 없어도 탐색기 스스로 표적을 탐지하여 추적이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명은 항공기 레이더 또는 HUD를 이용한 연동이 없어도 탐색기 스스로 표적을 탐지하여 추적이 가능하기 때문에 공대공 유도 무기의 전술적인 효율성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 무기 내 적외선 탐색기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색 기능을 제공하기 위한 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 김발 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 탐색 기능 구현을 위한 제어 루프의 파라미터를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색 기능 구현을 위한 제어 루프를 나타내는 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치 및 그 방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 불구하고 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
이때, 본 발명에서는 적외선 탐색기를 다수의 모드로 운용하되, 탐색 모드로 운용하는 경우 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 김발을 구동하여 표적을 탐지하고 탐지된 표적을 추적하여 추적하는 표적으로부터 추적 정보를 생성하도록 한 새로운 방안을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 무기 내 적외선 탐색기를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 양쪽 날개 각각에 장착되는 유도 무기 내 적외선 탐색기(100)는 적외선 탐색기로서, 광학계(110), 김발 조립체(120), 검출기(130), 신호 증폭기(140), 신호 처리기(150), 동체 각속도 센서(152), 김발 제어기(160)을 포함할 수 있다.
광학계(110)는 표적에서 복사된 적외선 신호를 수신할 수 있다.
김발 조립체(120)는 광학계를 지지하고 광학계의 지향 방향을 조절할 수 있다. 이러한 김발 조립체(120)는 김발(121), 구동 모터(122), 위치 센서(123)로 이루어질 수 있다.
김발(121)은 광학계(110)를 거치하기 위한 구성으로, 예컨대, 2축 김발로 구현되어 구동 모터(122)의 구동에 따라 광학계(110)의 지향 방향을 조절할 수 있다. 김발의 물리적인 구조는 피치/롤 형태를 갖도록 구현되는데 이는 유도 무기의 중심축을 기준으로 김발이 회전하는 각을 크게 함으로써 조종사가 보다 쉽게 적 항공기를 탐지/추적할 수 있도록 하기 위함이다.
그리고 위치 센서(123)는 김발(121)의 축에 설치되어 김발(121)의 위치를 센싱할 수 있다. 여기서, 김발의 위치는 김발축을 중심으로 하는 회전각을 나타낸다.
검출기(130)는 광학계(110)로부터 수신된 적외선 신호를 전기적인 신호로 변환할 수 있다.
신호 증폭기(140)는 검출기(130)로부터 변환된 신호를 일정 레벨 증폭시킬 수 있다.
신호 처리기(150)는 신호 증폭기(140)로부터 증폭된 신호를 이용하여 표적을 탐지하고, 표적 탐지 시 해당 표적을 추적하여 그 추적한 표적에 대한 추적 정보를 생성할 수 있다.
이렇게 생성된 추적 정보는 유도 조종 장치에 전달되어, 유도 조종 장치(170)는 추적 정보를 이용하여 유도 무기의 방향 제어를 위한 구동 명령을 생성할 수 있다.
유도 조종 장치(170)는 탐색기의 표적 탐지 및 표적 추적 상태를 조종사에게 알릴 수 있다.
신호 처리기(150)는 다수의 운용 모드를 운용하되, 조종사의 조작에 따라 선택된 운용 모드에 따라 광학계의 지향 방향을 조절하여 표적을 탐지하여 추적할 수 있다.
이때, 다수의 운용 모드는 구속/지향 모드, 탐색 모드를 포함할 수 있다.
1)구속/지향 모드에서, 신호 처리기(150)는 광학계를 항공기의 기축방향을 지향하거나 레이더의 표적 정보를 이용하여 레이더 추적 방향을 지향하도록 조절하고, 이렇게 조절된 광학계를 통해 수신된 신호를 기반으로 표적을 탐지하여 추적한다.
2)탐색 모드에서, 신호 처리기(150)는 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 광학계의 지향 방향을 조절하고, 이렇게 조절된 광학계를 통해 수신된 신호를 기반으로 표적을 탐지하여 추적한다.
이처럼 탐색 모드에서는 탐색기가 탐색 기능을 수행하여 표적을 탐지하여 추적한다.
동체 각속도 센서(152)는 유도 무기의 동체에 고정되어, 동체의 각속도 즉, 동체의 피치 각속도, 요 각속도, 롤 각속도를 측정할 수 있다.
김발 제어기(160)는 신호 처리기(150)로부터 생성된 추적 정보와 동체의 각속도 정보를 이용하여 김발 조립체(120)를 구동하여 광학계(110)가 표적 방향을 지향하도록 제어할 수 있다.
이때, 김발 제어기(160)는 동체의 각속도와 표적의 추적 정보를 이용하여 가상의 자이로스코프(virtual gyroscope)를 구현할 수 있다. 여기서 가상의 자이로스코프는 수학적으로 구현되는 가상의 자이로스코프를 의미하는데, 동체의 움직임에도 표적을 지속적으로 지향하면서 추적 명령에 따라 수학적 연산을 통해 김발각을 변화시킨다.
또한, 유도 조종 장치(170)는 인터페이스(180)를 통해 항공기의 인터페이스와 연동하여, 항공기를 조종하는 조종사의 조작에 따른 제어 신호를 입력 받거나, 항공기로부터 유도 무기를 동작시키기 위한 전원을 공급 받을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색 기능을 제공하기 위한 방법을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기에 장착된 유도 무기 내 탐색기는 항공기 내 조종사의 조작에 따라 운용 모드를 선택 받을 수 있다(S201).
다음으로, 탐색기는 선택 받은 운용 모드가 탐색 모드인지를 확인할 수 있다(S202).
다음으로, 탐색기는 그 확인한 결과로 선택 받은 운용 모드가 탐색 모드인 경우 측정된 김발의 위치를 기반으로 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 김발을 구동시켜 광학계의 지향 방향을 조절할 수 있다(S203).
이때, 김발 제어기에서는 가상의 자이로스코프가 구현되고 구현된 가상의 자이로스코프에서는 피치/요 김발각을 추출할 수 있다. 그러나 실제의 김발 조립체는 피치/롤 형태를 갖도록 구현되기 때문에 김발 제어기는 김발 조립체를 제어하기 위해 좌표 변환하여 구동명령을 생성해야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 김발 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 탐색 패턴으로부터 피치방향 패턴과 요방향 패턴을 추출하고, 추출된 피치방향 패턴과 요방향 패턴의 좌표를 변환하여 변환된 좌표를 기반으로 김발을 구동시키기 위한 구동 명령을 생성할 수 있다.
피치방향 및 요방향 패턴에 대한 피치김발 구동 명령은 다음의 [수학식 1]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016123661808-pat00001
여기서, p는 피치김발 구동 명령으로 유도 무기의 동체축으로부터 피치 방향으로 회전해야 하는 각도를 나타내고, y는 항공기의 수평면 상에서 김발이 지향하여야 하는 위치를 나타내며, z는 항공기의 수직면 상에서 김발이 지향하여야 하는 위치를 나타낸다.
그리고 피치방향 및 요방향 패턴에 대한 롤김발 구동 명령은 다음의 [수학식 2]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016123661808-pat00002
여기서, r은 롤김발 구동 명령으로 유도무기의 동체축으로부터 롤방향으로 회전해야 하는 각도를 나타내고, y는 항공기의 수평면 상에서 김발이 지향하여야 하는 위치를 나타내며, z는 항공기의 수직면 상에서 김발이 지향하여야 하는 위치를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 항공기의 양쪽 날개 각각에 장착되는 공대공 유도무기 A의 탐색기로 탐색 영역 A를 탐색하고, 공대공 유도무기 B의 탐색기로 탐색 영역 B를 탐색할 수 있다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 탐색 영역 A와 탐색 영역 B는 항공기의 전방 전역을 탐색할 수 있고, 탐색 영역 A와 탐색 영역 B 간에 중첩되지 않고 탐색할 수 있다.
탐색 패턴 A와 탐색 패턴 B는 탐색 영역 내에서 모두 항공기의 안쪽에서 바깥쪽으로 탐색을 시작하고, 다시 항공기의 바깥쪽에서 안쪽으로 탐색하도록 지그재그 형태로 설정될 수 있다.
이러한 탐색 패턴은 일 예로 설명하는 것으로 필요에 따라 다양한 형태로 변경될 수 있다.
다음으로, 탐색기는 탐색 패턴에 따라 구동되어 표적을 탐지하여 표적 탐지에 성공하였는지를 확인할 수 있다(S204).
다음으로, 탐색기는 그 확인한 결과로 표적 탐지에 성공하였으면, 탐지한 표적을 추적하여 그 추적한 결과로 표적 추적에 성공하였는지를 확인할 수 있다(S205).
반면, 탐색기는 표적 탐지에 성공하지 못하였다면, 다시 운용 모드를 확인할 수 있다.
다음으로, 탐색기는 탐지한 표적을 추적하여, 표적에 대한 추적 정보를 생성할 수 있다(S206). 여기서, 추적 정보는 표적의 시선 방향, 시선 변화율 등을 포함할 수 있다.
반면, 탐색기는 표적 추적에 성공하지 못하였다면, 다시 운용 모드를 확인할 수 있다.
다음으로, 탐색기는 추적 정보가 생성되면, 표적의 추적에 성공하였다고 판단하여 조종사에게 표적에 대한 사격이 가능한 상태임을 알릴 수 있다(S207).
이렇게 사격이 가능한 상태에서 조종사의 조작에 따라 유도 무기 사격이 실시될 수 있다(S208). 즉, 조종사의 조작에 따라 유도 무기가 해당 표적으로 발사될 수 있다.
한편, 탐색기는 그 확인한 결과로 입력 받은 운용 모드가 구속/지향 모드인 경우, 구속 상태가 되어 측정된 김발의 위치를 기반으로 광학계를 항공기의 기축방향을 지향하거나, 레이더의 표적 정보를 이용하여 레이더 추적 방향을 지향하도록 조절할 수 있다(S209).
다음으로, 탐색기는 탐색 알고리즘을 이용하여 표적을 탐지하여 표적 탐지에 성공하였는지를 확인할 수 있다(S204). 여기서 탐색 알고리즘은 기존에 잘 알려진 알고리즘들을 이용할 수 있다.
다음으로, 탐색기는 그 확인한 결과로 표적 탐지에 성공하였으면, 탐지한 표적을 추적하여 그 추적한 결과로 표적 추적에 성공하였는지를 확인할 수 있다(S205).
반면, 탐색기는 표적 탐지에 성공하지 못하였다면, 다시 운용 모드를 확인할 수 있다.
다음으로, 탐색기는 탐지한 표적을 추적하여, 표적에 대한 추적 정보를 생성할 수 있다(S206).
반면, 탐색기는 표적 추적에 성공하지 못하였다면, 다시 운용 모드를 확인할 수 있다.
다음으로, 탐색기는 추적 정보가 생성되면, 표적의 추적에 성공하였다고 판단하여 조종사에게 표적에 대한 사격이 가능한 상태임을 알릴 수 있다(S207).
이렇게 사격이 가능한 상태에서 조종사의 조작에 따라 유도 무기 사격이 실시될 수 있다(S208).
도 5는 탐색 기능 구현을 위한 제어 루프의 파라미터를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색 기능 구현을 위한 제어 루프를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 탐색 기능 구현을 위한 제어 루프에서 사용하는 파라미터를 정의하고 있는데, LOS(Light of Sight)는 시선을 나타내고, T는 표적(target)을 나타내며, VG(Virtual Gyroscope)는 가상 자이로스코프를 나타내며, S(Seeker)는 탐색기를 나타내며, M(Missile)은 유도 무기를 나타낸다.
또한, σ는 표적 시선 방향 벡터, σr은 가상 자이로스코프의 시선 방향 벡터, θs는 탐색기 시선 방향 벡터, θm은 유도 무기 종축 방향 벡터, εr은 표적과 가상 자이로스코프의 시선각 차, ε는 표적과 탐색기의 시선각 차, εs는 가상 자이로스코프와 탐색기의 시선각 차, λ는 유도 무기 종축과 탐색기의 시선각 차, λr은 유도 무기 종축과 가상 자이로스코프의 시선각 차를 각각 나타낸다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색 기능 구현을 위하여, 신호처리기, 김발제어기, 김발조립체로 구성되는 제어루프를 보여주고 있다.
신호처리기는 탐색 기능을 수행하는 동안 현재 스캔하고 있는 영역, 즉 탐색 영역에 표적이 존재하는지 탐지하는 기능을 수행하며, 탐색기능을 수행하는 동안은 가상의 자이로스코프를 위한 이동명령을 생성하지 않고 표적이 탐지되어 추적 상태로 전환되는 경우 추적 정보를 정상적으로 출력한다.
김발 제어기는 가상의 자이로스코프로 구현되는데, 동체의 각속도와 표적의 추적 정보를 이용하여 김발 조립체를 구동하기 위한 구동 명령을 출력한다. 좌표변환은 유도 무기 동체에서 탐색기 김발을 제어하기 위해 필요한 좌표변환 및 물리량의 산술연산을 수행하기 위한 것이다.
재복사 루프는 김발 조립체 하드웨어가 가상 자이로스코프의 김발각을 추종할 수 있도록 하기 위한 루프를 의미한다.
이러한 구성을 통한 탐색 기능 구현은 탐색 패턴 발생기에서 시작되며, 탐색 패턴 발생기의 신호는 좌표변환 블록으로 입력된다. 좌표변환 블록은 유도 무기 동체의 자세와 김발 조립체의 김발각 정보, 가상 자이로스코프의 김발각 정보 및 탐색 패턴 신호를 활용하여 가상 자이로스코프 구동을 위한 εs명령을 생성한다. 가상 자이로스코프는 εs명령을 이용하여 가상 자이로스코프를 회전시킨다. εs 명령은 앰프(K4)를 거쳐 재복사 루프의 김발 조립체를 구동하기 위한 기준 신호로 입력된다.
또한 가상 자이로스코프에서는 유도 무기 종축과 가상 자이로스코프의 시선각 차인 λr정보를 출력하며, λr정보는 미분기, 앰프(K3)를 거쳐 재복사 루프의 김발 조립체를 구동하기 위한 기준 신호로 입력된다. 김발 각속도 검출센서, 앰프(K2), 토크모터, 김발, 적분기는 전형적인 김발 제어 시스템의 구성을 나타낸다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 광학계
120: 김발 조립체
130: 검출기
140: 신호 증폭기
150: 신호 처리기
160: 김발 제어기
170: 구동 모터
180: 김발

Claims (12)

  1. 미리 설정된 탐색 영역 내 표적으로부터 복사된 적외선 신호를 수신하는 광학계;
    상기 광학계를 지지하고, 조종사의 조작에 따라 선택된 탐색 모드에 따라 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 구동되어 상기 광학계의 지향 방향을 조절하는 김발 조립체;
    상기 수신된 적외선 신호를 전기적인 신호로 변환하는 검출기;
    상기 변환된 신호를 이용하여 상기 탐색 영역 내에서 상기 표적을 탐지하고, 상기 탐지된 표적을 추적하여 그 추적한 결과로 추적 정보를 생성하는 신호 처리기; 및
    상기 생성된 추적 정보를 이용하여 상기 김발 조립체를 구동하는 김발 제어기;를 포함하되,
    상기 신호처리기는 구속/지향 모드가 선택되면, 상기 광학계를 항공기의 기축방을 지향하거나 레이더 추적 방향을 지향하도록 조절하는 것을 특징으로 하는, 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 김발 조립체는,
    상기 탐색 패턴에 따라 구동되어 상기 지지하는 광학계의 지향 방향을 조절하는 김발;
    상기 김발을 구동시키는 구동 모터;
    상기 김발의 축에 설치되어, 상기 김발의 구동에 따른 위치를 센싱하는 위치 센서;
    를 포함하는, 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 센싱된 김발의 위치를 기반으로 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 김발을 구동시켜 광학계의 지향 방향을 조절하는, 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 탐색 패턴은,
    항공기의 안쪽에서 바깥쪽으로 탐색을 시작하고, 항공기의 바깥쪽에서 안쪽으로 탐색하는 지그재그 형태로 설정되는, 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    유도 무기의 동체에 고정되어, 상기 동체의 각속도를 측정하는 동체 각속도 센서;
    를 더 포함하고, 상기 김발 제어기는 상기 생성된 추적 정보와 상기 측정된 동체 각속도를 이용하여 상기 김발 조립체를 구동하는, 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 김발 제어기는,
    상기 생성된 추적 정보와 상기 측정된 동체 각속도를 이용하여 탐색 패턴으로부터 피치방향 패턴과 요방향 패턴을 추출하고,
    상기 추출된 피치방향 패턴과 요방향 패턴의 좌표를 변환하여 상기 김발 조립체를 구동시키기 위한 구동 명령을 생성하는, 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 김발 제어기는,
    상기 변환한 결과로 피치방향 및 요방향 패턴에 대한 피치김발 구동 명령과 롤김발 구동 명령을 생성하는, 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 장치.
  9. 광학계가 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 지향 방향이 조절됨에 따라 탐색 영역 내 표적으로부터 복사된 적외선 신호를 수신하는 단계;
    검출기가 상기 수신된 적외선 신호를 전기적인 신호로 변환하는 단계;
    신호 처리기가 상기 변환된 신호를 이용하여 상기 탐색 영역 내에서 상기 표적을 탐지하고, 상기 탐지된 표적을 추적하여 그 추적한 결과로 추적 정보를 생성하는 단계; 및
    김발 제어기가 상기 생성된 추적 정보를 이용하여 상기 광학계를 지지하는 김발 조립체를 구동하는 단계;를 포함하되,
    상기 김발 제어기는 구속/지향 모드가 선택되면, 상기 광학계를 항공기의 기축방향을 지향하거나 레이더 추적 방향을 지향하도록 조절하는 것을 특징으로 하는, 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 김발 조립체 내 센싱된 김발의 위치를 기반으로 미리 설정된 탐색 패턴에 따라 김발을 구동시켜 광학계의 지향 방향을 조절하는, 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 방법.
  11. 삭제
  12. 제9 항에 있어서,
    유도 무기의 동체에 고정된 동체 각속도 센서를 통해 상기 동체의 각속도를 측정하는 단계;
    를 더 포함하고, 상기 구동하는 단계는 상기 생성된 추적 정보와 상기 측정된 동체 각속도를 이용하여 상기 김발 조립체를 구동하는, 유도 무기의 적외선 기반 탐색 기능을 제공하기 위한 방법.
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