KR100963680B1 - 원격 표적의 좌표 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀리 떨어진 표적의 좌표를 자동으로 측정하는 원격 표적의 좌표 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 관측부에 부가되어 관측부와 표적 간의 거리 정보와 관측부의 좌표 및 방위각 그리고 기울기를 이용하여 원격 표적의 좌표를 획득하는 장치에 있어서, 표적과의 거리를 측정하기 위한 거리측정부; GPS위성으로부터 GPS신호를 수신받아 상기 관측부의 위치좌표와 방위각 정보를 제공하는 GPS부; 상기 관측부가 표적을 관측할 때의 기울기를 감지하는 기울기 센서부; 산출된 표적의 좌표정보 표시하는 디스플레이부; 및 상기 거리측정부로부터 상기 관측부와 표적과의 거리정보를 입력받고, 상기 GPS부로부터 상기 관측부의 위치좌표와 방위각 정보를 입력받으며, 상기 기울기 센서부로부터 상기 관측부의 기울기를 입력받아 상기 관측부를 통해 선정된 표적의 위치좌표를 계산하여 상기 디스플레이부에 제공하는 마이크로 콘트롤 유니트를 포함한다.

센서, 거리측정, 군용표적 획득, 원격총기시스템, 스마트 건, 총기조준방식

Description

원격 표적의 좌표 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING REMOTE TARGET'S AXIS USING GPS}

본 발명은 목표물의 좌표를 원격지에서 측정하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멀리 떨어진 표적의 좌표를 자동으로 측정하는 원격 표적의 좌표 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 급속히 발전하는 정보화 기술(IT)을 군사분야에 활용하는 것은 군 전투력 증강에 필요한 핵심 요소이다. 전장에서 표적의 좌표는 각종 화력을 투사하여 적을 제압하기 위해 요구되는 가장 중요한 정보로서, 통상 원거리의 표적 정보는 영상센서를 사용한 공중관측이나 위성사진 등을 통하여 얻어진다.

한편, 주로 비행기, 선박, 차량의 항법장치에 전자지도(GIS)와 함께 GPS가 사용되고 있으며, 사람들이나 차량 등 이 동체의 위치를 파악하는 데에도 사용된다. 또한 개인휴대용 GPS 수신기가 개발되어 미지 탐사나, 군 작전시 자기 위치 파악에 이용되고 있다. 또한, 차량에 사용되는 위치추적기술로는 사용자의 현재 위치 로부터 임의의 지점까지의 경로나 최단거리를 산출하는 방법으로써, 지리정보시스템(GIS)의 각 지형의 지적도나 지도상의 위도 및 경도 또는 한 국가의 격자좌표가 표시된 표시수단의 화면에 현위치가 표시된 후 사용자가 임의의 목적지를 선택하게 되면, 위치로부터 시작하여 지도상의 모든 경로의 거리를 각각 산출하여 최단거리를 표시하거나 상기 지도상의 모든 경로를 미로에 의해 최단거리를 산출하는 등 여러 가지 방법에 의해 위치정보를 추적하는 네비게이션 시스템으로 제공되고 있다.

이와 같이 위성항법시스템(GPS)으로 위치를 측정하기 위해서는 동시에 적어도 3개 이상의 위성으로부터 신호를 받아야 한다. 물론 더 많은 위성으로부터 신호를 받으면 보다 정확한 위치 값을 얻을 수 있다. GPS 수신기는 동시에 처리하는 위성신호의 개수에 따 라 4채널, 8채널 등이 있다.

GPS 위치측정 데이터는 군사상으로 사용되는 PPS(Precision Positioning Service)인 경우에는 50m이내, 민간에 제공되고 있는 SPS(Standard Positioning Service)는 200m이내의 오차범위를 가진다. 이러한 오차를 보정하는 방법으로 특정 위치의 좌표 값과 그 곳의 측정값과의 차이를 이용하여 보정된 데이터를 반영하는 DGPS (Differential GPS)가 사용된다. DGPS를 사용하면 오차범위를 5m 이내로 줄일 수 있다. 최근 국내에서 DGPS 보정 데이터를 FM방송을 통해 제공하는 DARC 시스템도 선보이고 있다. 또 다른 위치측정시스템으로 소련의 GLONASS가 있으며, 최근에 GPS와 GLONASS 신호를 동시에 사용해 오차범위를 줄이는 방법도 개발되었다.

영상센서를 이용하여 원거리 표적의 위치 좌표를 구하는 방식은 해상도에 따른 제한이 있고, 획득된 영상을 처리하여 원하는 정보를 얻기까지 시간 지연이 불가피하다. 이를 보완하기 위하여 병사에 의한 전술 지역의 표적 정찰 및 감시가 수행되고 있으나 이 경우 병사에 의한 표적정보 획득은 지도에 의한 작업이 보편적이므로 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.

또한 위성항법시스템(GPS)은 GPS가 장착된 장치의 좌표는 얻을 수 있으나 이로부터 원격지 표적의 좌표는 얻을 수는 없으므로 GPS 장치를 이용할 경우에는 GPS가 탑재된 장비의 위치 정보만을 제공하는 제한 점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 GPS 정보를 거리측정 장치와 연동하고 이를 방위센서 및 기울기 센서와 통합하므로써 원거리에서 표적을 쌍안경 등으로 조준 관측하면서 동시에 관측된 표적의 좌표를 획득할 수 있는 원격 표적의 좌표 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 관측부에 부가되어 관측부와 표적 간의 거리 정보와 관측부의 좌표 및 방위각 그리고 기울기를 이용하여 원격 표적의 좌표를 획득하는 장치에 있어서, 표적과의 거리를 측정하기 위한 거리측정부; GPS위성으로부터 GPS신호를 수신받아 상기 관측부의 위치좌표와 방위각 정보를 제공하는 GPS부; 상기 관측부가 표적을 관측할 때의 기울기를 감지하는 기울기 센서부; 산출된 표적의 좌표정보 표시하는 디스플레이부; 및 상기 거리측정부로부터 상기 관측부와 표적과의 거리정보를 입력받고, 상기 GPS부로부터 상기 관측부의 위치좌표와 방위각 정보를 입력받으며, 상기 기울기 센서부로부터 상기 관측부의 기울기를 입력받아 상기 관측부를 통해 선정된 표적의 위치좌표를 계산하여 상기 디스플레이부에 제공하는 마이크로 콘트롤 유니트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 원격 표적의 좌표 측정 장치는 산출된 표적의 좌표정보를 유/무선 네트워크를 통해 전송하기 위한 통신부를 더 구비할 수 있고, 상기 관측부는 쌍안경이고 상기 원격 표적의 좌표 측정 장치는 상기 쌍안경에 부착되거나 쌍안경과 일체로 형성된 것이다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은 관측부와 표적 간의 거리 정보와 관측부의 좌표 및 방위각 그리고 기울기를 이용하여 원격 표적의 좌표를 획득하는 방법에 있어서, 상기 관측부에 이용하여 표적을 선정하는 제 1 단계; 상기 선정된 표적과 상기 관측부와의 거리를 측정하는 제 2 단계; GPS신호를 수신하여 상기 관측부의 위치좌표와 방위각을 구하는 제 3 단계; 선정된 표적을 관측할 때의 상기 관측부의 기울기를 측정하는 제 4 단계; 및 상기 제2단계에서 구한 표적과의 거리정보와, 상기 제3단계에서 구한 위치좌표와 방위각 정보와, 상기 제4단계에서 구한 기울기를 입력받아 소정 식에 의해 선정된 표적의 좌표를 계산하 는 제 5 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 제 5 단계는 상기 관측부와 표적의 거리가 L1, 관측 방위각이 A, 상기 관측부의 기울기를 B, 상기 관측부의 위치 좌표를 (X1, Y1, Z1)이라 할 경우에 선정된 표적의 좌표 (X2, Y2, Z2)를

X2 = X1 + L1 * cos(B) * cos(A)

Y2 = Y1 + L1 * cos(B) * sin(A)

Z2 = Z1 + L1 * sin(B)의 수학식을 이용하여 계산한다.

본 발명에 따르면 전장에서 표적의 좌표를 실시간으로 자동 획득이 가능하고, 이를 유무선 네트워크로 화기 또는 화력 지원 센터와 연동 시 효과적인 화력 투사가 가능하므로 군 전투력 증강에 기여할 수 있다. 그리고 본 발명은 휴대용 장비로 야전에서 표적의 좌표를 자동으로 획득하여 이를 네트웍으로 연동시켜 실시간 표적을 타격하는 무기체계에 활용이 가능하다.

또한 본 발명을 네비게이터나 휴대용 단말기에 적용 시에 증강현실 기법과 결합하여 관찰하는 피사체에 대한 정보 서비스를 네트웍 기반으로 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 지상과 공중에서 원격으로 3차원 공간 좌표를 획득하기 위한 스캐너로 사용이 가능하다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 좌표 측정 장치를 사용하는 예를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따라 표적의 위치 좌표를 구하는 그래프의 예이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 좌표 측정 장치(20)는 쌍안경 등과 같은 광학적 관측수단으로 이루어진 관측부(10)에 부착되어 관측자(3)가 표적(5)을 관측하면 해당 표적(5)의 위치 좌표를 자동으로 계산해 관측자(3)에게 알려줌과 아울러 유선 혹은 무선 네트워크를 통해 다른 장치로 전송해준다.

본 발명에서는 관측된 표적의 좌표를 계산하기 위하여 관측자의 좌표와 표적 간의 거리 및 방위각 정보를 사용한다.

본 발명에 따라 표적의 좌표를 구하는 원리를 설명하면 도 2에서와 같이, 관측자(혹은 관측부)와 표적의 측정된 거리를 'L1'이라 하고, 관측하는 쌍안경의 기울기 각도를 'B'라 하며, 관측 방위각을 'A'라 하고, 관측자의 위치 평면 좌표를 Q(X1,Y1,Z1)라 하면, 표적의 좌표 (X2, Y2, Z2)는 다음 수학식 1과 같이 얻어질 수 있다.

X2= X1 + L1*cos(A)

Y2= Y1 + L1*sin(A)

Z2= Z1 + L1*sin(90-B)

그러나 관측하는 쌍안경의 기울기 각도가 'B '이므로 표적과의 실제 평면거리 'L2'는 최초 측정된 거리 'L1'으로부터 다음 수학식 2와 같이 얻어진다.

L2= L1 * cos(B)

따라서 보정된 표적의 평면좌표 P(X2, Y2,Z1)는 다음 수학식 3과 같이 구해진다.

X2= X1 + L1 * cos(B) * cos(A)

Y2= Y1 + L1 * cos(B) * sin(A)

Z2= Z1 + L1 * sin(B)

이와 같이 본 발명에서는 관측자(관측부)의 좌표와, 표적 간의 거리, 및 방위각 정보를 알 경우에 관측된 표적의 좌표를 계산할 수 있다. 본 발명에서 관측자의 좌표와 방위각 정보는 GPS에 의해 데이터의 형태로 획득이 가능하고, 거리정보는 레이저 거리 측정 기술을 이용하여 쉽게 얻어질 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 좌표 측정 장치의 구성 블럭도이고, 도 4는 본 발명에 따른 좌표 측정 절차를 도시한 순서도이다.

본 발명에 따른 좌표 측정 장치(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 거리측정부(21)와, GPS부(22), 관측부(10)의 기울기를 감지하기 위한 기울기 센서부(23), 마이크로콘트롤유니트(24), 디스플레이부(25), 통신부(26)로 구성된다.

도 3을 참조하면, 레이저 거리측정부(21)는 레이저를 이용하여 관측부(10)와 표적(30)과의 거리를 측정하고, GPS부(22)는 GPS 위성으로부터 GPS신호를 수신받아 관측부(10)의 위치좌표와 방위각 정보를 제공한다. 기울기 센서부(23)는 쌍안경과 같은 관측부(10)에 부착되어 관측부(10)가 표적을 관측할 때의 기울기를 감지하고, 디스플레이부(25)는 산출된 표적의 좌표 정보를 표시하며, 통신부(26)는 산출된 표적의 좌표정보를 유/무선 네트워크를 통해 전송한다.

마이크로 콘트롤 유니트(24)는 레이저 거리 측정부(21)로부터 표적과의 거리정보를 입력받고 GPS부(22)로부터 관측부의 위치좌표와 방위각 정보를 입력받으며, 기울기 센서부(23)로부터 관측부(10)의 기울기를 입력받아 관측부(10)를 통해 선정된 표적의 위치좌표를 수학식 3을 이용하여 계산하여 디스플레이부(25)와 통신부(26)에 제공한다.

도 3에서는 관측자가 표적을 감시 선정하고 좌표의 측정을 필요로 할 때 마이크로 콘트롤 유니트(24)에 명령을 전달하기 위한 스위치와 각종 센서를 마이크로 콘트롤 유니트(24)에 연결하기 위한 인터페이스 모듈은 당연하므로 생략하였다.

이와 같은 본 발명의 좌표 측정 장치를 이용하여 표적의 좌표를 구하는 절차는 도 4에 도시된 바와 같이, 쌍안경으로 표적 선정하는 단계(S1), 표적과의 거리측정 단계(S2), GPS 정보 측정단계(S3), 기울기 센서 정보 측정단계(S4), 표적의 좌표계산단계(S5), 유무선 통신수단으로 전송단계(S6)로 구성된다.

도 4를 참조하면 제 1 단계(S1)에서는 관측자가 원격 표적 좌표 자동획득 장치에 있는 광학적 관측장치를 이용하여 표적을 관찰하고, 표적이 식별되면 표적의 좌표 획득을 위한 명령 스위치를 눌러 표적의 좌표 획득 절차를 개시한다.

제 2 단계(S2)에서는 마이크로 콘트롤 유니트(24)가 좌표 획득 명령을 수신하면, 레이저 거리 측정부(21)를 가동시켜 선정된 표적과 관찰자 간의 거리를 측정한다.

제 3 단계(S3)에서는 마이크로 콘트롤 유니트(24)가 GPS부(22)로부터 관측부의 위치좌표와 방위각 정보를 획득한다.

제 4 단계(S4)에서는 마이크로 콘트롤 유니트(24)가 기울기 센서부(23)로부터 표적 선정시 표적 좌표 획득장치의 관측 기울기 정보를 획득한다.

제 5 단계(S5)에서는 마이크로 콘트롤 유니트(24)가 레이저 거리 측정부(21)로부터 표적과의 거리정보를 입력받고, GPS부(22)로부터 관측부(10)의 위치좌표와 방위각 정보를 입력받으며, 기울기 센서부(23)로부터 관측부(10)의 기울기를 입력받아 관측부(10)를 통해 선정된 표적의 위치좌표를 수학식 3을 이용하여 계산한다.

제 6 단계(S6)에서는 마이크로 콘트롤 유니트(24)가 획득된 표적의 좌표를 디스플레이부(25)에 디스플레이하고, 통신부(26)를 통해 유/무선 네트워크로 전송한다. 전송된 정보는 화기 또는 화력 지원 센터로 전달되어 표적의 타격 등에 이용될 수 있다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 좌표 측정 장치를 사용하는 예를 도시한 개략도이고,

도 2는 본 발명에 따라 표적의 위치 좌표를 구하는 그래프의 예이며,

도 3은 본 발명에 따른 좌표 측정 장치의 구성 블럭도이고,

도 4는 본 발명에 따른 좌표 측정 절차를 도시한 순서도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3: 관측자 5: 표적

10: 관측부 20: 표적 좌표 측정장치

21: 레이저 거리측정부 22: GPS부

23: 기울기센서부 24: 마이크로콘트롤유니트

25: 디스플레이부 26: 통신부

Claims (5)

1. 관측부에 부가되어 관측부와 표적 간의 거리 정보와 관측부의 좌표 및 방위각 그리고 기울기를 이용하여 원격 표적의 좌표를 획득하는 장치에 있어서,

   표적과의 거리를 측정하기 위한 거리측정부;

   GPS위성으로부터 GPS신호를 수신받아 상기 관측부의 위치좌표와 방위각 정보를 제공하는 GPS부;

   상기 관측부가 표적을 관측할 때의 기울기를 감지하는 기울기 센서부;

   산출된 표적의 좌표정보 표시하는 디스플레이부;

   상기 거리측정부로부터 상기 관측부와 표적과의 거리정보를 입력받고, 상기 GPS부로부터 상기 관측부의 위치좌표와 방위각 정보를 입력받으며, 상기 기울기 센서부로부터 상기 관측부의 기울기를 입력받아 상기 관측부를 통해 선정된 표적의 위치좌표를 계산하여 상기 디스플레이부에 제공하는 마이크로 콘트롤 유니트; 및

   산출된 표적의 좌표정보를 유/무선 네트워크를 통해 전송하기 위한 통신부를 구비하며,

   상기 관측부는 광학적 관측수단이고,

   상기 관측부와 표적의 거리가 L1, 관측 방위각이 A, 상기 관측부의 기울기를 B, 상기 관측부의 위치 좌표를 (X1, Y1, Z1)이라 할 경우에

   선정된 표적의 좌표 (X2, Y2, Z2)를

   X2 = X1 + L1 * cos(B) * cos(A)

   Y2 = Y1 + L1 * cos(B) * sin(A)

   Z2 = Z1 + L1 * sin(B)의 수학식을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 원격 표적의 좌표 측정 장치.
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