KR20100093029A - 발사체를 광학적으로 프로그래밍하는 방법 및 장치 - Google Patents

발사체를 광학적으로 프로그래밍하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

무기로부터 발사된 비행중의 발사체를 광학적으로 프로그래밍하는 시스템은 발사 제어 장치 및 피제어 발사체를 포함한다. 발사 제어 장치는 광학적 송신기를 포함하고, 발사체는 신관, 광학적 집신기 및 광학 센서를 포함한다. 송신기는 비행중의 발사체로 광학 신호를 전송하여 발사체 내에 배치된 신관의 회로를 프로그래밍한다.

Description

발사체를 광학적으로 프로그래밍하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OPTICALLY PROGRAMMING A PROJECTILE}
본 발명은 일반적으로는 발사 제어 장치로부터 발사된 비행중의 발사체를 프로그래밍하는 것에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 그 발사체의 프로그래밍에 광학적으로 변조된 신호를 이용하는 것에 관한 것이다.
비행중의 발사체를 프로그래밍하는 기존의 방법에서는 독특한 단점을 갖고 있다. "Oerlikon AHEAD" 기법을 이용하는 데에 있어서의 단점은 상당한 정도의 전력을 소모한다는 점이다. 이 시스템에 이용되는 프로그래밍 코일은 부피가 크고 무겁다. 프로그래밍 신호를 전송하기 위해 무선 주파수(RF)("NAMMO" 무선 주파수)를 이용하는 것은 IED 제압 기술에 의해 방해받게 된다. BOFORS Larson의 특허에서는 그리한 기술의 사용을 클로즈드 볼트 구조(closed bolt designs)로 제한하였다.
미국 특허 출원 공개 번호 제2005/0126379호에서는 전자적 신관의 세팅을 위한 RF 데이터 통신 링크를 개시하고 있다. 한편, 발사체의 프로그래밍이 발사 전 프로그래밍으로만 제한된다. 그 특허 문헌은 비행중의 발사체를 프로그래밍하는 데에 대해서는 어떠한 방법도 제공하고 있지 않다.
미국 특허 제5,102,065호에서는 발사체의 궤적을 수정하는 시스템을 개시하고 있다. 이 시스템은 보정 신호를 레이저 비임을 통해 전송한다. 그 보정 신호는 탄두(shell)로 전송되며, 이 탄두는 정보를 수신하여 적용함으로써 궤적을 편향시킨다. 그러나, 자체 유도형 탄두를 이용한다는 것은 비용이 매우 많이 들어 훨씬더 가치있는 타겟의 파괴에만 이용될 수 있다. 또한, 미국 특허 제4,406,430호에서는 자체 유도형 발사체를 위한 광학적 원격 제어 장치를 개시하고 있다. 개시된 원격 제어는 발사체의 궤적을 수정함으로써 발사체를 원하는 타겟에 명중시키는 데에 도움을 준다. 이들 두 특허 문헌에서는 모두 자체적으로 유도되지 않는 발사체의 프로그래밍은 개시하고 있지 않다.
미국 특허 제6,216,595호에서는 발사체 요소의 트리거 시간을 비행중에 프로그래밍하는 방법에 대해 개시하고 있다. 그 트리거 시간은 무선 주파수 신호에 의해 전송된다. 무선 주파수의 사용은 효과적인 전송에 대하여 IED 억제 기술로부터의 방해와 같은 다수의 단점을 부가하게 된다.
미국 특허 제6,170,377호에서는 발사체의 시한 신관에 유도식 전송 코일(inductive transmission coil)을 통해 프로그래밍 데이터를 전송하는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 그 유도 코일은 부피가 매우 크고 무겁다.
미국 특허 제6,138,547호에서는 프로그래밍 가능 신관과 프로그래밍 장치 간에 데이터 전송을 위해 전기적 프로그래밍 펄스를 이용함으로써 신관을 프로그래밍하는 방법 및 시스템을 개시하고 있다.
상기한 종래 기술에 개시된 시스템들에서는 발사체의 진동으로 인해 프로그래밍된 펄스의 외부 소스와 발사체 상에 배치된 컨덕터 간의 일관된 접촉 또는 근접을 유지하기가 곤란하다. 또한, 그러한 방법은 모두 비용이 많이 드는 무기 구조의 수정을 필요로 하여 그 사용이 제한되어 있다.
본 발명의 목적은 일련의 명령에 의해 발사체의 신호를 변조하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 소정 무기와 관련된 송신기로부터 변조 광학 신호를 발사체에 전송할 수 있게 하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 변조 광학 신호를 이용하여 신관 회로를 프로그래밍하는 데에 있다.
본 발명은, 변조 광학 신호를 전송하도록 광학적 송신기가 장착된 발사 제어 장치와, 변조 광학 신호를 집신(collecting)하는 반투명 하우징(집신기), 신관 및 광학 센서가 장착된 발사체를 포함한다.
광학적 송신기는 프로그래밍 신호를 (비행중의) 발사체 방향으로 적절한 비임 폭 및 강도로 송출한다.
광학적 광은 진폭이 변조되어, 광학 신호를 생성한다. 통상, 프로그래밍 신호는 작동 모드의 식별 정보와 필요하다면 최적의 작동 시간을 포함한다. 지수적 입력(logarithmic input)이 신관의 전자 장치가 변조 광학 신호를 다른 광 비임으로부터 식별할 수 있게 한다.
전송 후에, 광 비임은 발사체 상에 장착된 반투명 집신기에 의해 집신된다. 집신기는 집신된 변조 광학 신호를 광학 센서로 굴절 및/또는 반사시켜 집속시킨다. 이 센서는 변조 광학 신호를 수신시에 활성화된다. 이 활성화된 센서는 신관 회로를 조정한다.
본 발명의 전술한 목적, 특징 및 이점은 물론 기타 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명에 대한 이하의 보다 특정한 설명으로부터 명백해질 것이다.
첨부 도면과 관련하여 이하에서 설명하는 본 발명의 실시예들은 본 발명을 예시하고자하는 것이지 한정하고자 제공된 것은 아니며, 첨부 도면에서 동일한 요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 있다.
도 1은 발사체를 발사하는 무기 및 비행중의 발사체(40)에 광학 신호를 전송하는 발사 제어 장치(22)를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2d를 포함한 도 2는 비행중의 발사체(40)에 의한 광학 신호(32, 34)의 수신을 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 포함한 도 3은 광학 신호의 효율적 수신을 가능하게 하도록 회전을 이용하는 것을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 포함한 도 4는 비행중의 발사체(40)의 요우 사이클(yaw cycle)을 나타내는 도면이다.
도 5는 집신기(44) 상에 반투명 렌즈(70)를 갖는 대안적인 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 비행중의 발사체(40)에 대한 변조 광학 신호(32, 34)의 수렴(convergence)을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예는 비행중의 발사체(40)를 광학적으로 프로그래밍하는 방법 및 시스템을 제공한다. 본 발명의 상세한 설명에서, 구성 요소 및/또는 메커니즘의 예와 같은 다수의 특정 세부 사항은 본 발명의 다양한 실시예를 전반적으로 이해시키도록 제공된다. 하지만, 당업자라면 본 발명의 실시예가 하나 이상의 특정 세부 사항이 없거나, 기타 다른 장치, 시스템, 조립체, 방법, 구성 요소, 재료, 및/또는 부품 등을 갖고도 실시될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 다른 경우에 있어서, 본 발명의 실시예들의 양태가 불명확해지는 것을 방지하고자 공지의 구조체, 재료 또는 작동에 대해서는 구체적으로 도시한다거나 상세하게 설명하진 않는다.
도 1에서는 발사체(40)를 발사하도록 무기(발시 기구)(20) 및 발사 제어 장치(22)를 포함하는 무기 시스템(100)을 도시하고 있다. 발사 제어 장치(22)는 광학적 송신기(26)를 포함한다. 무기(20)는 발사체(40)를 발사하는 반면, 송신기(26)는 광학 신호(32, 34)를 비행중의 발사체(40)로 전송한다.
무기(20)는 총기, 대포, 로켓 발사기(launcher), 로켓 포드(rocket pod), 또는 항공기 등일 수 있다. 많은 무기들은 배럴(24)을 구비하고 있다.
광학적 송신기(26)는 예를 들면 하나 이상의 발광 다이오드, 레이저 비임 소스 등을 포함하는 발광원을 포함한다. 이 광학적 송신기(26)는 UV, 가시광 또는 IR 스펙트럼 내의 이산 주파수의 광학 신호(32, 34)들을 전송할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 광학적 송신기(26)에 의해 발사체(40)로 전송된 광학 신호(32, 34)는 일련의 명령을 수행하도록 발사 제어 장치(22)에 의해 변조된 디지털 프로그래밍 신호이다. 일련의 명령은 프로그래밍 프로토콜이다. 통상적으로, 그러한 프로그래밍 신호는 작동 모드 및 필요하다면 최적의 작동 시간을 포함할 것이다.
광학적 송신기(26)는 또한 프로그래밍 신호와 함께 동기화 신호를 전송할 수 있다. 동기화 신호는 신관(48)(발사체에 배치됨)이 신호로부터의 입력을 허용하게 될 미리 정해진 시간 슬롯과 같은 정보를 전송한다. 시간 윈도우에 도달한 후에, 신관(48)은 어떠한 신호도 허용하지 않을 것이다. 이는 임의의 외부 신호[즉, 발사 제어 장치(22)의 송신기(26)에 의해 전송되지 않은 신호]에 의해 신관(48)이 방해받는 것을 방지하는 데에 도움을 준다. 또한, 신관(48)의 전력 소모를 감소시키는 데에도 도움을 줄 수 있다.
도 2에서는 발사체(40)의 다양한 구성 요소 및 그들의 기능에 대해 도시하고 있다. 발사체(40)는 노즈(42), 집신기(44), 하나 이상의 센서(46) 및 전자적 신관(48)을 포함한다. 노즈(42)는 오자이브(ogive) 곡선 형상으로, 집신기(44)가 포함되어 있다. 집신기(44)는 그 아래에 놓인 센서(46)를 보호하는 반투명 하우징이다. 또한, 센서(46)는 전자적 신관(48)에 부착된다.
변조 광학 신호(30)는 그 전송이 최적화되도록 적절한 비임 폭 및 강도를 갖고 발사체(40) 방향으로 전송된다. 전송된 변조 광학 신호(32, 34)는 발사체(40)의 비행 경로를 가로지름으로써 도 2b 및 도 2c에 도시한 바와 같이 집신기(44)에 의해 그 신호를 집신할 수 있게 된다. 집신기(44)는 변조 광학 신호(32, 34)를 센서(46)로 굴절, 반사 및 집속시킨다. 센서(46)는 다른 신호들로부터 변조 광학 신호(32, 34)를 식별하여 회로를 활성화시킨다. 활성화된 회로(46)는 도 2d에 도시한 바와 같이 신관(48)의 전자적 회로를 조정하도록 지수적 입력 응답을 이용한다.
도 3에서는 광학 신호(32, 34)를 최적으로 수신하도록 비행중의 발사체(40)를 자세 설정하기 위해 그 발사체(40)를 다양한 각도로 회전시키는 것을 도시하고 있다. 그러한 회전은 드라이빙 밴드(driving band)에 작용하는 배럴의 강선등(land) 및 강선홈(groove)에 의해 유발된다. 도 3a에서는 발사체(40)의 노즈(42)에 배치된 집신기(44)가 중간 표면(50)에서 반사된 반사 광학 신호(34)뿐만 아니라 직접적인 광학 신호(32)를 수신할 수 있게 하는 집신기(44)의 자세를 나타내는 분해도를 도시하고 있다. 도 3b에서는 단지 반지 광학 신호(34)만을 수신하는 집신기(44)의 자세를 나타내는 분해도를 도시하고 있다. 이 자세에서, 발사체(40)의 회전축(60)의 수직 평면에 대한 경사각은 집신기(44)가 직접적인 광학 신호(32)를 수신할 수 없도록 된다.
도 4에서는 비행중의 발사체(40)의 다양한 요우 사이클을 도시하고 있다. 도 4a는 요우가 발사체(40)를 그 수직 축선을 중심으로 얼마나 회전시킬 수 있는 가를 도시하고 있다. 요우는 다수의 공지의 기계적 요인을 통해 발사체(40)에 야기될 수 있다. 요우는 보다 효과적으로 광학 신호(32, 34)를 수신하도록 발사체(40)를 자세 설정할 수 있다. 도 4b는 광학 신호(30)의 전송이 리던던트 신호(redundant signals)에 의해 얼마나 최적화되는 가를 도시하고 있다. 송신기(26)는 수신을 최적화하도록 과잉의 광학 신호를 송출한다. 야기된 회전은 광학 신호의 전송을 방해할 수 있는 태양광을 자연적으로 차단하게 된다. 발사체의 회전과 일치하는 속도로 반복되는 리던던트 신호를 채용함으로써, 직접적인 태양광을 차단하여 신호 처리의 개선을 가능하게 할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같은 본 발명의 대안적인 실시예에서, 집신기(44)는 발사체(40)의 노즈(42) 상의 임의의 위치에 장착될 수 있다. 집신기(44)는 또한 전송된 직접적인 신호(32) 및/또는 반사 신호(34)의 집신을 최적화하도록 반투명 렌즈(70)를 포함할 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 송신기(26)는 광을 발사체 경로로 바로 전송하기 위해 기하학적 위치 장소(location position) 및 비임 발산(110)을 이용하도록 포커싱 및 위치 설정된다. 도 6은 또한 신호 강도 거리(90)를 도시하고 있다. 이 거리를 넘어서는 송신기(26)의 강도가 감소하여 변조 광학 신호와 비행중의 발사체 간의 교차가 발생하지 않는다. 변조 광학 신호는 신호의 효과적인 수신을 위해 유효 신호 수신 구역(80) 내에서 발사체 비행 경로와 교차한다. 이러한 유효 신호 수신 구역(80)은 신호 강도 및 폭과 같은 파라미터를 변경함으로써 달리할 수 있다. 변조 광학 신호의 전송은 발사후의 IR 투과 공명(post firing IR transmission resonance)(82), 포의 반동(gun jump) 및 충격파 효과(88), 포구 화염(muzzle flash) 및 연소 화약 잔류 구역(84), 포대 상승 시간(battery rise time)(86), 및 발사체 요우 주파수와 같은 다수의 인자에 좌우된다.
본 발명의 실시예에 대해 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그러한 실시예에만 한정되진 않는다는 점은 명백할 것이다. 청구 범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 수정, 변경, 변형, 대체 및 등가물이 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (27)

  1. 발사 제어 장치로부터 발사된 비행중의 발사체를 광학적으로 프로그래밍하는 방법으로서,
    a) 상기 발사 제어 장치에 부착된 송신기로부터 상기 발사체에 변조 광학 신호를 전송하는 단계;
    b) 상기 발사체에 장착된 집신기(collector)에 의해 상기 변조 광학 신호를 집신하는 단계;
    c) 상기 집신기로부터의 변조 광학 신호를 상기 발사체 내에 배치된 센서에 의해 수신하여, 이 변조 광학 신호에 의해 센서를 활성화시키는 단계; 및
    d) 활성화된 센서에 의해 신관 회로를 조정하는 단계
    를 포함하는 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변조 광학 신호는 특정 비임 폭, 강도 및 주파수로 전송되는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 송신기 및 상기 센서는 UV, 가시광 및 IR 스펙트럼 중 하나 스펙트럼 내의 이산 주파수로 작동하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 변조 광학 신호는 진폭 및 주파수 중 적어도 하나에서 변조되는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 변조 광학 신호는 작동 모드 및 최적의 작동 시간 중 적어도 하나를 포함한 프로그래밍 프로토콜을 포함하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 집신기는 반투명 재료로 이루어지는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 집신기는 상기 송신기로부터의 직접적인 변조 광학 신호 및 반사 변조 광학 신호를 집신하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 집신기는 상기 센서로 상기 변조 광학 신호를 굴절, 반사 및 집속시키는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 신관 회로는 변조 광학 신호를 다른 광 비임으로부터 식별하도록 지수적 입력(logarithmic input)을 이용하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  10. 발사 제어 장치로부터 발사된 비행중의 발사체를 광학적으로 프로그래밍하는 방법으로서,
    a) 상기 발사 제어 장치에 부착된 송신기로부터 상기 발사체에 변조 광학 신호를 전송하는 단계;
    b) 상기 발사체에 배치된 반투명 재료로 이루어진 집신기에 의해 상기 변조 광학 신호를 집신하는 단계;
    c) 상기 집신기로부터의 변조 광학 신호를 상기 발사체 내에 배치된 센서에 의해 수신하여, 이 변조 광학 신호에 의해 센서를 활성화시키는 단계; 및
    d) 활성화된 센서에 의해 신관 회로를 조정하는 단계
    를 포함하는 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 변조 광학 신호는 특정 비임 폭, 강도 및 주파수로 전송되는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 송신기 및 상기 센서는 UV, 가시광 및 IR 스펙트럼 중 하나 스펙트럼 내의 이산 주파수로 작동하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 변조 광학 신호는 진폭 및 주파수 중 적어도 하나에서 변조되는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 변조 광학 신호는 기능 모드 및 최적의 기능 시간 중 적어도 하나를 포함한 프로그래밍 프로토콜을 포함하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 발사체는 반투명 하우징을 포함하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반투명 하우징은 상기 센서를 보호하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 집신기는 상기 송신기로부터의 직접적인 변조 광학 신호 및 반사 변조 광학 신호를 집신하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  18. 제10항에 있어서, 상기 집신기는 상기 센서로 상기 변조 광학 신호를 굴절, 반사 및 집속시키는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  19. 제10항에 있어서, 상기 신관 회로는 변조 광학 신호를 다른 광 비임으로부터 식별하도록 지수적 입력을 이용하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 방법.
  20. 발사 제어 장치로부터 발사된 비행중의 발사체를 광학적으로 프로그래밍하는 시스템으로서,
    a) 상기 발사체에 변조 광학 신호를 전송하도록 상기 발사 제어 장치에 부착된 송신기;
    b) 상기 변조 광학 신호를 집신하도록 상기 발사체에 장착된 반투명 재료로 이루어진 집신기;
    c) 상기 집신기로부터의 변조 광학 신호를 수신하여 이 변조 광학 신호에 의해 활성화되는 상기 발사체 내에 배치된 센서; 및
    d) 활성화된 센서에 의해 조정되는 신관 회로
    를 포함하는 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 변조 광학 신호는 특정 비임 폭, 강도 및 주파수로 전송되는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 시스템.
  22. 제20항에 있어서, 상기 발사체는 반투명 하우징을 포함하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 센서는 상기 반투명 하우징 내에 배치되어 보호되는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 시스템.
  24. 제20항에 있어서, 상기 집신기는 굴곡되고 분리된 반투명 재료로 이루어질 수 있는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 시스템.
  25. 제20항에 있어서, 상기 집신기는 상기 송신기로부터의 직접적인 변조 광학 신호 및 반사 변조 광학 신호를 집신하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 시스템.
  26. 제20항에 있어서, 상기 집신기는 상기 센서로 상기 변조 광학 신호를 굴절, 반사 및 집속시키는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 시스템.
  27. 제20항에 있어서, 상기 신관 회로는 변조 광학 신호를 다른 광 비임으로부터 식별하도록 지수적 입력을 이용하는 것인 비행중의 발사체의 광학적 프로그래밍 시스템.
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