KR20130066909A - 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는, 외란이 인가되는 상황에서 임의의 목표 지점을 지향하도록 구동 안정화 제어를 수행하는 짐벌 플랫폼상에 구비된 광학 포인팅부에 의해, 상기 짐벌 플랫폼이 실제로 지향하고 있는 지향점에 빛이 조사된 표적지를 촬영하여 영상을 획득하는 영상 입력부; 및 상기 획득된 영상으로부터 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차각 및 세로 편차각을 연산하여 상기 구동 안정화 제어를 위한 지향 오차를 판단하는 영상 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 장치 및 이를 포함하는 관측 장치에 관한 것이다.
또한, 본 명세서는, 외란이 인가되는 상황에서 임의의 목표 지점을 지향하도록 구동 안정화 제어를 수행하는 짐벌 플랫폼상에 구비된 광학 포인팅부에 의해, 상기 짐벌 플랫폼이 실제로 지향하고 있는 지향점에 빛이 조사된 표적지를 촬영하여 영상을 획득하는 단계; 상기 획득된 영상으로부터 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차각 및 세로 편차각을 연산하여 상기 구동 안정화 제어를 위한 지향 오차를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법 및 이를 포함하는 관측 방법에 관한 것이다.

Description

짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법 및 그 장치{METHOD FOR MEASURING DIRECTION ERROR OF GIMBAL PLATFORM AND APPARATUS THEREOF}
본 명세서는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
짐벌(gimbal)이란, 물 위 등에 떠 있는 구조물의 동요에 관계없이 기기나 장비가 수평 및 수직으로 놓일 수 있도록 전후 좌우 방향 축에 대하여 회전을 허용하는 회전 허용 지지틀을 말한다.
이러한 짐벌은, 지상이동차량, 항공기 또는 함정 등의 이동 중인 장치의 플랫폼(Platform)에 장착되어 2축 또는 3축의 구동 안정화 제어를 수행함으로써, 이동 중 플랫폼에 인가되는 외란에도 불구하고 상기 플랫폼의 포(GUN) 또는 안테나와 같은 최종 부하단이 초기의 지향 방향을 유지할 수 있도록 한다. 따라서, 짐벌을 이용한 관측 장치의 이동 중에도 자세와 상관없이 관측 장치로부터 탐지된 표적을 계속 조준할 수 있게 된다.
이러한 짐벌 플랫폼의 구동 안정화 제어는, 플랫폼 또는 관측 장치 전체를 관측 대상 물체가 위치하는 목표 지점으로 유지시키기 위하여, 관측 장치의 자세 변화에 대해 그 외란의 크기만큼 반대 방향으로 플랫폼 또는 관측 장치를 회전시키는 원리로 구현된다. 구체적으로, 자이로(gyroscope) 등의 위치 센서를 이용하여 플랫폼에 가해지는 절대 각속도를 계측하고, 플랫폼 또는 관측 장치를 구동 수단에 의하여 이와 반대로 회전시키게 된다.
따라서, 짐벌에 가해진 외란으로 인한 관측 장치의 지향 방향과 목표 지점 사이의 지향 오차의 측정이 짐벌의 성능에 큰 영향을 미치게 된다.
짐벌 플랫폼을 이용한 관측 장치에서 지향 오차를 측정하기 위한 방법으로, 관성 항법 장치(Inertial Navigation System)를 이용하는 방법이 있다. 구체적으로, 이 방법은 2축 또는 3축의 짐벌 플랫폼상에 관성 항법 장치를 장착하고, 관성 항법 장치가 특정 방향을 지향하기 위한 각 축 별 목표 각도를 도출한다. 그 후, 제어를 통한 각 축 별 최종 구동 결과를 리졸버 등의 위치 측정 센서로 측정하여 목표 각도와 최종 구동각의 오차로서 지향 정확도를 측정한다.
이러한 관성 항법 장치를 이용한 방법은 몇 가지 문제점을 내포하고 있다.
첫째, 정밀한 수준의 지향 정확도를 측정하기 위해서는 짐벌 플랫폼에 인가되는 외란 각도를 측정하는 관성 항법 장치가 고성능을 가져야 하며, 이를 위해 비용이 증가하는 문제가 있다.
둘째, 비용의 적절성을 고려하여 구비된 관성 항법 장치의 경우, 장치 자체의 측정 오차가 존재하게 되므로 지향 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
셋째, 피드백 신호로 사용되는 리졸버 센서 후단의 조립 오차 및 강성에 의한 기구적 변형 등의 영향으로 최종 부하단에서의 지향 오차를 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 있다.
또 다른 방법으로, 위성을 지향하는 안테나 구동용 짐벌 플랫폼의 경우, 실 위성 및 모의위성으로부터 안테나로 수신되는 신호의 세기에 의해 지향 오차를 측정하는 방법이 있다.
이 방법은 첫째, 실 위성 또는 모의위성을 지향하면서 시험하는 경우 위성과 짐벌 플랫폼 간에 장애물이 없어야 하므로 실내시험이 불가능한 문제점이 있다.
둘째, 위성 신호를 이용할 경우, 시험 환경에 따라 위성 신호가 반사되어 안테나로 들어오는 신호의 간섭 때문에 실 지향 오차를 측정하기 위해 이러한 간섭 성분을 제거해야 하는 문제점이 있다.
본 명세서는 영상정보를 이용하여 짐벌 플랫폼의 모든 오차 성분이 반영된 직접적인 지향 오차를 측정하기 위한 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법 및 그 장치를 제공한다.
본 명세서에 개시된 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 장치는, 외란이 인가되는 상황에서 임의의 목표 지점을 지향하도록 구동 안정화 제어를 수행하는 짐벌 플랫폼상에 구비된 광학 포인팅부에 의해, 상기 짐벌 플랫폼이 실제로 지향하고 있는 지향점에 빛이 조사된 표적지를 촬영하여 영상을 획득하는 영상 입력부, 및 상기 획득된 영상으로부터 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차각 및 세로 편차각을 연산하여 상기 구동 안정화 제어를 위한 지향 오차를 판단하는 영상 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 짐벌 플랫폼으로 외란을 인가하는 모션 시뮬레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판단된 지향 오차를 기초로 상기 짐벌 플랫폼이 상기 목표 지점을 지향하도록 구동시키는 짐벌 플랫폼 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 영상은, 상기 표적지의 전체 영역 중 상기 목표 지점을 중심으로 하고, 가로 및 세로가 임의의 길이 및 임의의 픽셀 수를 갖는 일부 영역인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 영상 처리부는, 상기 영상의 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차 픽셀 수, 상기 영상의 가로 길이 및 가로 픽셀 수를 기초로 하기의 수학식 1에 의하여 가로 편차 길이를 연산하고,
<수학식 1>
Figure pat00001
(여기서, x는 가로 편차 길이, nx는 가로 편차 픽셀 수, D1은 가로 길이, N1은 가로 픽셀 수)
상기 가로 편차 길이 및 상기 광학 포인팅부로부터 상기 표적지까지의 거리를 기초로 하기의 수학식 2에 의하여 상기 가로 편차각을 연산하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 2>
Figure pat00002
(여기서, q1은 가로 편차각, x는 가로 편차 길이, L은 광학 포인팅부로부터 표적지까지의 거리임)
또한, 상기 영상 처리부는, 상기 영상의 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 세로 편차 픽셀 수, 상기 영상의 세로 길이 및 세로 픽셀 수를 기초로 하기의 수학식 3에 의하여 세로 편차 길이를 연산하고,
<수학식 3>
Figure pat00003
(여기서, y는 세로 편차 길이, ny는 세로 편차 픽셀 수, D2는 세로 길이, N2은 세로 픽셀 수)
상기 세로 편차 길이 및 상기 광학 포인팅부로부터 상기 표적지까지의 거리를 기초로 하기의 수학식 4에 의하여 상기 세로 편차각을 연산하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 4>
Figure pat00004
(여기서, q2는 세로 편차각, y는 세로 편차 길이, L은 광학 포인팅부로부터 표적지까지의 거리임)
또한, 상기 영상 입력부는, 광학 조준점의 가독성을 높여 조준점 위치 추출에 대한 처리 정확도를 높이기 위하여, 광학 포인팅 장치 레이저 빛의 파장만 통과시키는 렌즈 타입의 필터를 사용하는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 관측 장치는, 외란이 인가되는 상황에서 임의의 목표 지점을 지향하도록 구동 안정화 제어를 수행하는 짐벌 플랫폼, 상기 짐벌 플랫폼상에 구비되고, 표적지 상에서 상기 짐벌 플랫폼이 실제로 지향하고 있는 지향점에 빛을 조사하는 광학 포인팅부, 상기 표적지를 촬영하여 영상을 획득하고, 상기 획득된 영상으로부터 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차각 및 세로 편차각을 연산하여 상기 구동 안정화 제어를 위한 지향 오차를 판단하는 지향 오차 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법은, 외란이 인가되는 상황에서 임의의 목표 지점을 지향하도록 구동 안정화 제어를 수행하는 짐벌 플랫폼상에 구비된 광학 포인팅부에 의해, 상기 짐벌 플랫폼이 실제로 지향하고 있는 지향점에 빛이 조사된 표적지를 촬영하여 영상을 획득하는 단계, 상기 획득된 영상으로부터 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차각 및 세로 편차각을 연산하여 상기 구동 안정화 제어를 위한 지향 오차를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 짐벌 플랫폼으로 외란을 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판단된 지향 오차를 기초로 상기 짐벌 플랫폼이 상기 목표 지점을 지향하도록 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 영상은, 상기 표적지의 전체 영역 중 상기 목표 지점을 중심으로 하고, 가로 및 세로가 임의의 길이 및 임의의 픽셀 수를 갖는 일부 영역인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지향 오차를 판단하는 단계는, 상기 영상의 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차 픽셀 수, 상기 영상의 가로 길이 및 가로 픽셀 수를 기초로 하기의 수학식 5에 의하여 가로 편차 길이를 연산하는 단계, 및
<수학식 5>
Figure pat00005
(여기서, x는 가로 편차 길이, nx는 가로 편차 픽셀 수, D1은 가로 길이, N1은 가로 픽셀 수)
상기 가로 편차 길이 및 상기 광학 포인팅부로부터 상기 표적지까지의 거리를 기초로 하기의 수학식 6에 의하여 상기 가로 편차각을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 6>
Figure pat00006
(여기서, q1은 가로 편차각, x는 가로 편차 길이, L은 광학 포인팅부로부터 표적지까지의 거리임)
또한, 상기 지향 오차를 판단하는 단계는, 상기 영상의 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 세로 편차 픽셀 수, 상기 영상의 세로 길이 및 세로 픽셀 수를 기초로 하기의 수학식 7에 의하여 세로 편차 길이를 연산하는 단계, 및
<수학식 7>
Figure pat00007
(여기서, y는 세로 편차 길이, ny는 세로 편차 픽셀 수, D2는 세로 길이, N2은 세로 픽셀 수)
상기 세로 편차 길이 및 상기 광학 포인팅부로부터 상기 표적지까지의 거리를 기초로 하기의 수학식 8에 의하여 상기 세로 편차각을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 8>
Figure pat00008
(여기서, q2는 세로 편차각, y는 세로 편차 길이, L은 광학 포인팅부로부터 표적지까지의 거리임)
또한, 본 명세서에 개시된 관측 방법은, 외란이 인가되는 상황에서 임의의 목표 지점을 지향하도록 구동 안정화 제어를 수행하는 짐벌 플랫폼상에 구비되는 광학 포인팅부에 의해, 표적지 상에 상기 짐벌 플랫폼이 실제로 지향하고 있는 지향점에 빛을 조사하는 단계, 상기 표적지를 촬영하여 영상을 획득하는 단계, 상기 획득된 영상으로부터 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차각 및 세로 편차각을 연산하여 상기 구동 안정화 제어를 위한 지향 오차를 판단하는 단계, 상기 판단된 지향 오차를 기초로 상기 짐벌 플랫폼이 상기 목표 지점을 지향하도록 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 개시된 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법 및 그 장치에 따르면, 지향/추적 시스템의 단품 상태에서 가상의 표적에 대한 지향 오차 측정에 있어서, 영상 카메라를 이용하여 영상 처리를 통해 지향 편차를 검출하여 플랫폼의 모든 오차 성분이 반영된 직접적인 지향 오차 측정이 가능하다.
또한, 본 명세서에 개시된 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법 및 그 장치에 따르면, 검출된 지향 편차값을 플랫폼의 제어 장치로 전송하여 제어 장치가 짐벌 플랫폼 위치를 보정하기 위한 정보로 활용하고, 짐벌 플랫폼을 이용한 관측 장치의 성능을 향상시킨다.
도 1은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 지향 오차 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 지향 오차 측정 장치를 포함하는 관측 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 지향 오차 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 지향 오차 측정 장치 및 표적판의 배치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 지향 오차 측정 장치가 획득한 영상의 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 지향 오차 측정 장치가 가로 편차각을 연산하는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 지향 오차 측정 장치가 세로 편차각을 연산하는 예를 나타낸 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적이거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 지향 오차 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 영상 입력부(110), 영상 처리부(120), 짐벌 플랫폼 제어부(130) 및 모션 시뮬레이터(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 영상 입력부(110)는 입력되는 외부 영상을 촬영하여 영상을 획득할 수 있다. 또한, 상기 영상 입력부(110)는 상기 획득된 영상의 처리를 위해, 상기 획득된 영상을 상기 영상 처리부(120)로 전송할 수 있다.
상기 영상 입력부(110)는 예를 들어 렌즈, 이미지 센서, 이미지 시그널 프로세서(ISP, Image Signal Processor) 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 영상 입력부(110)는 예를 들어 전방을 촬영하기 위한 카메라일 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 상기 영상 입력부(110)는 표적지를 촬영하여 영상을 획득할 수 있다. 상기 영상 입력부(110)는 상기 짐벌 플랫폼상에 구비된 광학 포인팅부에 의해, 상기 짐벌 플랫폼이 실제로 지향하고 있는 지향점에 빛이 조사된 상태의 상기 표적지를 촬영하여 영상을 획득할 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 상기 영상 입력부(110)에 구비되는 카메라는, 광학 조준점의 가독성을 높여 조준점 위치 추출에 대한 처리 정확도를 높이기 위하여, 광학 포인팅 장치 레이저 빛의 파장만 통과시키는 렌즈 타입의 필터를 사용할 수 있다.
상기 영상 처리부(120)는 상기 영상 입력부(110)에서 입력받은 영상을 처리하기 위한 동작을 수행할 수 있다. 상기 영상 처리부(120)는 상기 영상을 처리하기 위한 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 상기 영상 처리부(120)는 상기 영상 입력부(110)에서 획득된 영상을 분석하여, 상기 짐벌 플랫폼이 지향해야 할 목표 지점과 상기 지향점 간의 지향 오차를 판단할 수 있다.
상기 짐벌 플랫폼 제어부(130)는 상기 짐벌 플랫폼의 구동을 제어하여, 상기 짐벌 플랫폼의 지향점을 변경할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 상기 짐벌 플랫폼 제어부(130)는 상기 영상 처리부(120)에서 판단된 지향 오차를 기초로, 상기 짐벌 플랫폼이 상기 목표 지점을 지향하도록 구동시킬 수 있다.
상기 모션 시뮬레이터(140)는 상기 짐벌 플랫폼을 임의의 모션을 인가할 수 있다. 상기 모션 시뮬레이터(140)가 인가하는 상기 임의의 모션은, 상기 짐벌 플랫폼에 인가되는 외란일 수 있다.
상기 모션 시뮬레이터(140)는, 예를 들어 6축 모션 시뮬레이터일 수 있다. 상기 6축 모션 시뮬레이터는 상기 짐벌 플랫폼에 모션을 전달하기 위해, 상기 짐벌 플랫폼의 각 방향에 연결된 6개의 축으로 구성될 수 있다. 상기 6축 모션 시뮬레이터에 의한 상기 짐벌 플랫폼의 모션은 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 운동에 해당할 수 있다.
도 1에 도시한 지향 오차 측정 장치(100)의 구성 요소가 모두 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 1에 도시한 구성 요소보다 많거나 적은 구성 요소에 의해 상기 지향 오차 측정 장치(100)가 구현될 수 있다.
도 2는 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 지향 오차 측정 장치를 포함하는 관측 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 관측 장치(200)는 짐벌 플랫폼(210), 광학 포인팅부(220) 및 지향 오차 측정 장치(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 짐벌 플랫폼(210)은 외란이 인가되는 상황에서 상기 짐벌 플랫폼(210) 상에 구비된 관측 또는 조준 장치가 임의의 목표 지점을 지향하도록 구동 안정화 제어를 수행할 수 있다.
상기 광학 포인팅부(220)는 상기 짐벌 플랫폼(210)이 실제로 지향하고 있는 지향점에 빛을 조사할 수 있다. 따라서, 상기 광학 포인팅부(220)는 상기 짐벌 플랫폼(210) 상에 구비될 수 있다.
상기 광학 포인팅부(220)는 빛을 조사하기 위한 광원을 포함할 수 있으며, 상기 광원은 레이저 다이오드, 발광 다이오드(LED), 텅스텐 광원 또는 광섬유 광원 등의 직진성을 갖는 광원일 수 있다.
상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 관측 장치(200)의 지향 오차를 측정하며, 상기 지향 오차 측정 장치(100)의 구체적인 설명은 상기의 도 1을 예로 들어 설명한 바와 같다.
도 2를 참조하면, 상기 영상 입력부(110)는 상기 광학 포인팅부(220)가 빛을 조사하는 지향점을 촬영하기 위해, 바닥에 고정된 상태로 상기 짐벌 플랫폼(210)의 목표 지점을 지향할 수 있다.
또한, 상기 모션 시뮬레이터(140)는 상기 짐벌 플랫폼(210)으로 외란을 인가하기 위해 상기 짐벌 플랫폼(210)의 하단에 구비되고, 외부로 동력을 전달하는 각 축이 상기 짐벌 플랫폼(210)과 접촉될 수 있다.
도 3은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 지향 오차 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 먼저, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 짐벌 플랫폼(210)으로 외란을 인가한다(s10).
상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 모션 시뮬레이터(140)를 이용하여, 상기 짐벌 플랫폼(210)으로 외란을 인가할 수 있다. 이때, 상기 짐벌 플랫폼(210)으로 인가되는 외란은 회전 및/또는 병진 방향의 운동을 포함할 수 있다.
상기 모션 시뮬레이터(140)는 상기 짐벌 플랫폼(210)으로 동력을 전달하기 위한 각 축에 구비되는 선형 모터(Linear Motor) 또는 내장형 위치 센서 등을 이용하여, 상기 각 축의 길이를 측정할 수 있다. 또한, 상기 모션 시뮬레이터(140)는 상기 측정 결과를 기초로, 기구학 분석 등을 통해 상기 외란의 병진방향 위치 변위 및 회전방향 각도 변위를 측정할 수 있다.
그 다음, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 표적지(300)를 촬영하여 영상을 획득한다(s20).
도 4를 참조하면, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 영상 입력부(110)를 통하여 임의의 목표 지점(310)의 방향에 위치한 상기 표적지(300)를 촬영할 수 있다. 이때, 상기 표적지(300)는 외란이 인가되는 상기 짐벌 플랫폼(210) 상에 구비되는 상기 광학 포인팅부(220)에 의하여, 상기 짐벌 플랫폼(210)이 실제로 지향하고 있는 지향점(320)에 빛이 조사된 것일 수 있다. 상기 지향점(320)은 상기 외란으로 발생하는 지향 오차로 인해, 상기 목표 지점(310)과 다른 지점일 수 있다.
따라서, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 광학 포인팅부(220)에 의해 빛이 조사된 상기 표적지(330)를 촬영하여 영상을 획득할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 영상(330)은 상기 표적지(300)의 전체 영역 중 상기 목표 지점(310)을 중심으로 하고, 가로 및 세로가 임의의 길이 및 임의의 픽셀 수를 갖는 일부 영역일 수 있다.
상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 영상 획득시, 상기 영상(330)을 구성하는 일정한 크기의 픽셀 정보(예를 들어, 픽셀 수 등)를 획득할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 영상(330)의 가로는 길이 D1을 갖고, 픽셀 수 N1을 가질 수 있다. 또한, 상기 영상(330)의 세로는 길이 D2를 갖고, 픽셀 수 N2를 가질 수 있다. 이와 같은 상기 영상(330)은, 상기 영상 처리부(120)의 운용에 따라 고정된 크기를 가질 수 있다.
그 후, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 지향 오차를 판단한다(s30).
상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 영상 처리부(120)를 통하여 상기 짐벌 플랫폼(210)의 지향 오차를 판단할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 획득된 영상(330)으로부터 상기 목표 지점(310)과 상기 지향점(320) 간의 가로 편차각 및 세로 편차각을 연산하여, 상기 구동 안정화 제어를 위한 지향 오차를 판단할 수 있다.
구체적으로, 도 5를 참조하면, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 영상(330)의 상기 목표 지점(310)과 상기 지향점(320) 간의 가로 편차 픽셀 수 nx, 상기 영상(330)의 가로 길이 D1 및 가로 픽셀 수 N1을 기초로 하기의 수학식 1에 의하여 가로 편차 길이 x를 연산할 수 있다.
Figure pat00009
(여기서, x는 가로 편차 길이, nx는 가로 편차 픽셀 수, D1은 가로 길이, N1은 가로 픽셀 수)
또한, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 광학 포인팅부(220)의 끝단으로부터 상기 표적지(300)까지의 거리를 측정할 수 있다. 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 광파기 등을 이용하여 상기 표적판(300)으로 방사된 광이 돌아오는 시간을 기초로 상기 거리를 측정할 수 있다. 이를 위해 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 거리를 측정하기 위한 별도의 장치를 구비할 수 있다. 또는 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 관측 장치(200)에 구비된 상기 거리를 측정하기 위한 장치로부터 측정된 상기 거리를 획득할 수 있다.
상기의 거리의 측정은, 상기 지향 오차 측정 장치(100)가 지향 오차를 판단하기 전에 미리 측정되어, 상기 지향 오차 측정 장치(100)의 저장부 등에 저장되어 있을 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 가로 편차 길이 x 및 상기 광학 포인팅부(220)로부터 상기 표적지(300)까지의 거리를 기초로 하기의 수학식 2에 의하여 상기 가로 편차각 q1을 연산할 수 있다.
Figure pat00010
(여기서, q1은 가로 편차각, x는 가로 편차 길이, L은 광학 포인팅부로부터 표적지까지의 거리임)
또한, 도 5를 참조하면, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 영상(330)의 상기 목표 지점(310)과 상기 지향점(320) 간의 세로 편차 픽셀 수 yn, 상기 영상의 세로 길이 D2 및 세로 픽셀 수 N2를 기초로 하기의 수학식 3에 의하여 세로 편차 길이를 연산할 수 있다.
Figure pat00011
(여기서, y는 세로 편차 길이, ny는 세로 편차 픽셀 수, D2는 세로 길이, N2은 세로 픽셀 수)
또한, 도 7을 참조하면, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 세로 편차 길이 y 및 상기 광학 포인팅부(220)로부터 상기 표적지(300)까지의 거리를 기초로 하기의 수학식 4에 의하여 상기 세로 편차각 q2를 연산할 수 있다.
Figure pat00012
(여기서, q2는 세로 편차각, y는 세로 편차 길이, L은 광학 포인팅부로부터 표적지까지의 거리임)
상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 연산된 가로 편차각 q1 및 세로 편차각 q2를 상기 짐벌 플랫폼(210)이 외란에 의해 갖게 되는 지향 오차로 판단할 수 있다.
마지막으로 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 짐벌 플랫폼(210)이 상기 목표 지점(310)을 지향하도록 구동시킨다(s40).
상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 짐벌 플랫폼 제어부(130)를 이용하여, 상기 판단된 지향 오차를 기초로 상기 짐벌 플랫폼(210)이 상기 목표 지점(310)을 지향하도록 구동시킬 수 있다. 즉, 상기 지향 오차 측정 장치(100)는 상기 지향 오차를 기초로 상기 짐벌 플랫폼(210)이 상기 목표 지점(310)을 지향하기 위해 보정해야 하는 고각 및 방위각을 산출하고, 상기 짐벌 플랫폼(210)이 상기 고각 및 방위각만큼 지향점을 보정하여 상기 목표 지점(310)을 지향하도록 구동할 수 있다. 이로써, 상기 짐벌 플랫폼(210)은 외란이 인가되는 상황에서도, 일정한 상기 목표 지점(310)을 지향하도록 유지될 수 있다.
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 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 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.
100: 지향 오차 측정 장치 110: 영상 입력부
120: 영상 처리부 130: 짐벌 플랫폼 제어부
140: 모션 시뮬레이터

Claims (14)

  1. 외란이 인가되는 상황에서 임의의 목표 지점을 지향하도록 구동 안정화 제어를 수행하는 짐벌 플랫폼상에 구비된 광학 포인팅부에 의해, 상기 짐벌 플랫폼이 실제로 지향하고 있는 지향점에 빛이 조사된 표적지를 촬영하여 영상을 획득하는 영상 입력부; 및
    상기 획득된 영상으로부터 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차각 및 세로 편차각을 연산하여 상기 구동 안정화 제어를 위한 지향 오차를 판단하는 영상 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 짐벌 플랫폼으로 외란을 인가하는 모션 시뮬레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판단된 지향 오차를 기초로 상기 짐벌 플랫폼이 상기 목표 지점을 지향하도록 구동시키는 짐벌 플랫폼 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 영상은,
    상기 표적지의 전체 영역 중 상기 목표 지점을 중심으로 하고, 가로 및 세로가 임의의 길이 및 임의의 픽셀 수를 갖는 일부 영역인 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
    상기 영상의 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차 픽셀 수, 상기 영상의 가로 길이 및 가로 픽셀 수를 기초로 하기의 수학식 1에 의하여 가로 편차 길이를 연산하고,
    <수학식 1>
    Figure pat00013

    (여기서, x는 가로 편차 길이, nx는 가로 편차 픽셀 수, D1은 가로 길이, N1은 가로 픽셀 수)
    상기 가로 편차 길이 및 상기 광학 포인팅부로부터 상기 표적지까지의 거리를 기초로 하기의 수학식 2에 의하여 상기 가로 편차각을 연산하는 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 장치.
    <수학식 2>
    Figure pat00014

    (여기서, q1은 가로 편차각, x는 가로 편차 길이, L은 광학 포인팅부로부터 표적지까지의 거리임)
  6. 제4항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
    상기 영상의 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 세로 편차 픽셀 수, 상기 영상의 세로 길이 및 세로 픽셀 수를 기초로 하기의 수학식 3에 의하여 세로 편차 길이를 연산하고,
    <수학식 3>
    Figure pat00015

    (여기서, y는 세로 편차 길이, ny는 세로 편차 픽셀 수, D2는 세로 길이, N2은 세로 픽셀 수)
    상기 세로 편차 길이 및 상기 광학 포인팅부로부터 상기 표적지까지의 거리를 기초로 하기의 수학식 4에 의하여 상기 세로 편차각을 연산하는 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 장치.
    <수학식 4>
    Figure pat00016

    (여기서, q2는 세로 편차각, y는 세로 편차 길이, L은 광학 포인팅부로부터 표적지까지의 거리임)
  7. 외란이 인가되는 상황에서 임의의 목표 지점을 지향하도록 구동 안정화 제어를 수행하는 짐벌 플랫폼;
    상기 짐벌 플랫폼상에 구비되고, 표적지 상에서 상기 짐벌 플랫폼이 실제로 지향하고 있는 지향점에 빛을 조사하는 광학 포인팅부;
    상기 표적지를 촬영하여 영상을 획득하고, 상기 획득된 영상으로부터 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차각 및 세로 편차각을 연산하여 상기 구동 안정화 제어를 위한 지향 오차를 판단하는 지향 오차 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 관측 장치.
  8. 외란이 인가되는 상황에서 임의의 목표 지점을 지향하도록 구동 안정화 제어를 수행하는 짐벌 플랫폼상에 구비된 광학 포인팅부에 의해, 상기 짐벌 플랫폼이 실제로 지향하고 있는 지향점에 빛이 조사된 표적지를 촬영하여 영상을 획득하는 단계;
    상기 획득된 영상으로부터 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차각 및 세로 편차각을 연산하여 상기 구동 안정화 제어를 위한 지향 오차를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 짐벌 플랫폼으로 외란을 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 판단된 지향 오차를 기초로 상기 짐벌 플랫폼이 상기 목표 지점을 지향하도록 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 영상은,
    상기 표적지의 전체 영역 중 상기 목표 지점을 중심으로 하고, 가로 및 세로가 임의의 길이 및 임의의 픽셀 수를 갖는 일부 영역인 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 지향 오차를 판단하는 단계는,
    상기 영상의 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차 픽셀 수, 상기 영상의 가로 길이 및 가로 픽셀 수를 기초로 하기의 수학식 5에 의하여 가로 편차 길이를 연산하는 단계; 및
    <수학식 5>
    Figure pat00017

    (여기서, x는 가로 편차 길이, nx는 가로 편차 픽셀 수, D1은 가로 길이, N1은 가로 픽셀 수)
    상기 가로 편차 길이 및 상기 광학 포인팅부로부터 상기 표적지까지의 거리를 기초로 하기의 수학식 6에 의하여 상기 가로 편차각을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법.
    <수학식 6>
    Figure pat00018

    (여기서, q1은 가로 편차각, x는 가로 편차 길이, L은 광학 포인팅부로부터 표적지까지의 거리임)
  13. 제11항에 있어서, 상기 지향 오차를 판단하는 단계는,
    상기 영상의 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 세로 편차 픽셀 수, 상기 영상의 세로 길이 및 세로 픽셀 수를 기초로 하기의 수학식 7에 의하여 세로 편차 길이를 연산하는 단계; 및
    <수학식 7>
    Figure pat00019

    (여기서, y는 세로 편차 길이, ny는 세로 편차 픽셀 수, D2는 세로 길이, N2은 세로 픽셀 수)
    상기 세로 편차 길이 및 상기 광학 포인팅부로부터 상기 표적지까지의 거리를 기초로 하기의 수학식 8에 의하여 상기 세로 편차각을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 짐벌 플랫폼의 지향 오차 측정 방법.
    <수학식 8>
    Figure pat00020

    (여기서, q2는 세로 편차각, y는 세로 편차 길이, L은 광학 포인팅부로부터 표적지까지의 거리임)
  14. 외란이 인가되는 상황에서 임의의 목표 지점을 지향하도록 구동 안정화 제어를 수행하는 짐벌 플랫폼상에 구비되는 광학 포인팅부에 의해, 표적지 상에 상기 짐벌 플랫폼이 실제로 지향하고 있는 지향점에 빛을 조사하는 단계;
    상기 표적지를 촬영하여 영상을 획득하는 단계;
    상기 획득된 영상으로부터 상기 목표 지점과 상기 지향점 간의 가로 편차각 및 세로 편차각을 연산하여 상기 구동 안정화 제어를 위한 지향 오차를 판단하는 단계;
    상기 판단된 지향 오차를 기초로 상기 짐벌 플랫폼이 상기 목표 지점을 지향하도록 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관측 방법.
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