KR20120031710A - Technology for detection and location of artillery activities - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 포탄의 낙하지점을 실시간 관측하고 폭발시간과 위치를 도출할 수 있는 관측시스템 및 이를 이용한 관측방법에 관한 것이다.The present invention relates to an observation system capable of observing a drop point of a shell in real time and deriving an explosion time and position, and an observation method using the same.
우리나라 전방지역은 국군이나 주변국에서 실시하는 다양한 형태의 군사 훈련이 지속적으로 발생하고 있다. 특히 주변국에서 실시하는 군사활동(포사격)에 대한 지속적이고 체계적인 감시는 국방차원에서 수행 해야 할 과제이다.In the front area of Korea, various types of military training conducted by the ROK military and neighboring countries are continuously occurring. In particular, continuous and systematic monitoring of military activities (gunshots) carried out in neighboring countries is a task to be carried out at the defense level.
물론, 인공위성이나 첨단 장비를 이용하여 이러한 포탄의 낙하위치를 관측하는 방법이 수행될 수 있으나, 보다 저렴한 비용으로 비군사 분야인 지진파, 음파 관측기술을 적극 활용하여 포사격 등의 근거리 군사 활동을 탐지하고 구현하는 것은 저렴한 비용으로 구성, 설치 운영이 가능한 새로운 관측시스템의 도입인 점에서 의의가 있다.Of course, the method of observing the drop position of these shells can be performed using satellites or advanced equipment, but it can detect near-field military activities such as artillery fire by actively utilizing non-military seismic waves and sound wave observation techniques at a lower cost. And it is meaningful to introduce a new observation system that can be configured, installed and operated at low cost.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 포탄의 낙하지점에서 발생하는 지진파와 음파를 관측하고, 관측된 물리량을 기반으로 포탄의 낙하지점까지의 거리, 폭발시간을 도출할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to observe the seismic waves and sound waves generated at the drop point of the shell, based on the observed physical quantity, the distance to the drop point of the shell, explosion time To provide a system and method that can be derived.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 포탄의 낙하지점에서 발생하는 음파 및 지진파를 탐지하여 포탄 낙하위치를 결정하는 시스템에 있어서,As a means for solving the above problems, the present invention is a system for detecting the sound waves and seismic waves generated at the dropping point of the shell to determine the shell drop position,
지상에서 일정한 거리간격을 형성하는 삼각형 배치구도의 꼭지점에 배치되어 음파를 감지하는 음파센서;와 상기 음파센서들이 형성하는 삼각형 영역의 중심에 배치되어 지진파를 감지하는 지진계; 상기 음파센서 및 지진계에서 감지한 물리량을 기록하고 저장하는 기록장치; 및 상기 기록장치에 저장된 물리량을 토대로 포탄의 낙하지점까지의 거리 및 포탄의 폭발시간을 산출하는 처리장치;를 포함하는 포탄의 낙하위치결정시스템을 제공할 수 있도록 한다.A sound wave sensor disposed at a vertex of a triangular arrangement structure forming a predetermined distance from the ground to detect sound waves, and an earthquake detector disposed at the center of the triangle region formed by the sound wave sensors to detect seismic waves; A recording device for recording and storing the physical quantity detected by the sound wave sensor and the seismograph; And a processing device for calculating the distance to the dropping point of the shell and the explosion time of the shell based on the physical quantity stored in the recording device.
이러한 포탄의 낙하위치 결정시스템을 이용하여 포탄의 낙하위치를 결정하는 방법은 포탄의 낙하지점으로부터 발생하는 지진파와 음파신호를 지진계와 3개의 음파센서로 탐지하여 기록장치에 저장되는 단계; 상기 기록장치에 저장된 지진파와 음파신호의 도달시간 차이를 이용해 상기 시스템 중심부로부터 폭발지점까지의 거리(D)를 도출하는 단계; 상기 3개 음파신호간의 도달시간 차이와 각각의 센서간의 상대적 좌표정보로부터 발생방향을 결정하는 단계;를 포함하는 과정으로 도출될 수 있다.The method of determining the drop position of the shell using the drop position determination system of the shell includes the steps of detecting seismic waves and sound waves generated from the drop point of the shell with an earthquake and three sound wave sensors and storing them in the recording device; Deriving a distance (D) from the center of the system to the explosion point by using the difference in arrival time between the seismic wave and the sound wave signal stored in the recording device; And determining the generation direction from the difference in arrival time between the three sound wave signals and the relative coordinate information between the respective sensors.
본 발명에 따르면, 순수과학분야인 지진파, 음파의 관측기술을 응용하여, 포탄의 낙하위치 및 폭발시간의 정보를 손쉽게 도출할 수 있는 시스템 및 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to provide a system and method for easily deriving information of a drop position and an explosion time of a shell by applying seismic waves and sound waves observation techniques, which are pure science.
특히, 순수 지구과학분야에서 사용되는 지진파와 음파 신호 탐지기술을 국방분야, 군사목적으로 활용하는데 의의가 있으며, 기존 상용 센서를 활용하여 구성한 야외 탐지장비는 이동식, 무인으로 운영되며, 전방지역에 설치하여 실시간 군사활동 감시가 가능한 범용적인 적용성이 확보된다.In particular, seismic and sound signal detection technology used in the pure earth science field is meaningful for defense and military purposes, and outdoor detection equipment using existing commercial sensors is mobile and unmanned and installed in the front area. Universal applicability for real-time monitoring of military activities is ensured.
도 1은 본 발명에 따른 포탄의 낙하위치 결정시스템의 시스템 구성도를 도시한 것이다.Figure 1 shows a system configuration of the drop positioning system of the shell according to the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and operation according to the present invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals denote the same elements regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 설명하기 위한 개념도를 도시한 것이다.1 is a conceptual diagram illustrating a system according to the present invention.
본 발명에 따른 포탄의 낙하위치결정시스템(이하, 본 시스템이라 한다.)은 지상에서 일정한 거리간격을 형성하는 삼각형 배치구도의 꼭지점에 배치되어 음파를 감지하는 음파센서(110, 120, 130)를 구비하며, 상기 음파센서들이 형성하는 삼각형 영역의 중심에 배치되어 지진파를 감지하는 지진계(210)와 상기 음파센서 및 상기 지진계에서 감지한 물리량을 기록하고 저장하는 기록장치(220) 및 상기 기록장치에 저장된 물리량을 토대로 포탄의 낙하지점(10)까지의 거리 및 포탄의 폭발시간을 산출하는 처리장치(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
The drop positioning system of the shell according to the present invention (hereinafter referred to as the present system) is a sound wave sensor (110, 120, 130) is disposed at the vertex of the triangular arrangement composition forming a constant distance from the ground to detect sound waves And a
즉, 포탄의 낙하지점(10)에서 발생하는 지진파와 대기 중으로 발생하는 음파의 신호를 이용하여 포탄의 낙하지점을 산출할 수 있게 된다. That is, the falling point of the shell can be calculated by using the signals of the earthquake wave generated at the falling
상기 음파센서(110, 120, 130)는 대기중의 압력변화, 소리를 측정하는 것으로 포탄의 낙하지점(10)에서 발생한 음파를 3 곳의 배치위치(삼각형배치구도의 꼭지점)에서 측정하게 되며, 이를 삼각형 배치구도의 중심부의 기록장치(220)로 전송된다. 정보의 전송은 유, 무선 모두 가능하며, 본 실시예에서는 케이블을 이용한 전송방식으로 구현될 수 있다.The sound wave sensors (110, 120, 130) is to measure the pressure change in the air, the sound is measured at three placement positions (vertical points of the triangle arrangement) of the sound waves generated at the dropping point (10) of the shell, This is transmitted to the
상기 지진계(210)는 미세한 지반운동을 측정하며, 역시 상기 기록장치(220)로 탐지한 지진파를 전송한다.The
상기 기록장치(220)는 음파센서 및 지진계에 의해 획득한 물리량를 기록하고 저장하는 것으로, 센서에서 감지한 신호의 정확한 입력 시간정보를 확보하기 위해 GPS가 연결되는 구조로 구현한다.The
기본적으로 포탄의 낙하위치의 탐지는 포탄의 낙하지점으로부터 발생하는 지진파와 음파신호를 지진계와 3개의 음파센서로 탐지하여 기록장치에 저장하고, 이후 상기 기록장치에 저장된 지진파와 음파신호의 도달시간 차이를 이용해 폭발지점까지의 거리(D)를 도출하며, 상기 3개 음파신호간의 도달시간 차이()와 각각의 센서간의 상대적 좌표정보로부터 발생방향을 결정하는 방식으로 구현될 수 있다.
Basically, the detection of the drop position of the shell detects the seismic wave and sound wave signals generated from the drop point of the shell with the seismograph and three sound wave sensors, and stores them in the recording device. The distance (D) to the explosion point is derived, and the arrival time difference between the three sound wave signals ( ) And the relative coordinate information between the respective sensors.
본 시스템의 각 구성을 이용하여 포탄의 낙하지점 및 폭발시간을 도출하는 적용례를 더욱 상세히 설명하기로 한다.Each configuration of the system will be described in more detail an application example for deriving the drop point and the explosion time of the shell.
지표면에 충돌, 폭발한 포탄은 폭발에너지에 의해 지중으로 지진파를 발생시키고 동시에 대기 중으로 음파를 발생시키게 된다. 따라서 원거리에서 두 신호(지진파, 음파)를 관측할 수 있다면, 지진파와 음파 신호의 전파특성을 이용하여 낙하지점의 위치와 시간을 실시간 도출할 수 있게 된다.The shells that collide and explode on the ground generate seismic waves to the ground by the explosive energy and at the same time generate sound waves to the atmosphere. Therefore, if two signals (earthquake wave, sound wave) can be observed from a long distance, it is possible to derive the location and time of the falling point in real time using the propagation characteristics of the seismic wave and sound wave signals.
일반적으로 폭발로 발생한 지진파는 지중으로 약 5km/s로 전파하며, 음파는 약 340m/s로 전파하게 된다. 탐지장비에서 관측한 지진파와 음파의 도달시간차이는 탐지장비로부터 폭발지점까지의 거리함수로 결정된다. Generally, the seismic wave generated by the explosion propagates at about 5km / s underground, and the sound wave propagates at about 340m / s. The difference in time between the seismic and sound waves observed by the detector is determined by the distance function from the detector.
따라서, 본 발명에 따른 음파센서와 지진계에서 탐지한 신호를 기록장치에 저장하고, 저장된 정보를 바탕으로 처리장치에서는 다음과 같은 연산을 통해 결과값을 도출할 수 있다. 즉, 상기 기록장치(230)는 탐지장비로부터 낙하지점까지의 거리(D)를 하기의 {식 1}을 이용하여 연산하여 도출할 수 있다.Therefore, the signal detected by the sound wave sensor and the seismometer according to the present invention is stored in the recording device, and based on the stored information, the processing device can derive the result value through the following operation. That is, the recording device 230 may calculate and derive the distance (D) from the detection equipment to the falling point using the following equation (1).
{식 1}{1}
D = (It - St)*Vi / (1-Vi/Vs) 또는 D = (It-St) * Vi / (1-Vi / Vs) or
D = (St - It)*Vs / (1-Vs/Vi)D = (St-It) * Vs / (1-Vs / Vi)
(단, St = 지진파 관측시간, It = 음파 관측시간, Vs = 지진파 전파 속도(~ 5km/s), Vi = 음파 전파 속도(~ 0.34km/s), Ot = 포탄 낙하시간)
(St = seismic observation time, It = sound wave observation time, Vs = seismic wave propagation speed (~ 5km / s), Vi = sound wave propagation speed (~ 0.34km / s), Ot = shell drop time)
아울러, 상기 처리장치(230)은 상기의 거리연산결과를 이용하여 포탄의 폭발시간을 도출할 수도 있다.In addition, the processing apparatus 230 may derive the explosion time of the shell by using the distance calculation result.
{식 2}{Equation 2}
Ot = St - D/VsOt = St-D / Vs
{단, St = 지진파 관측시간, D=포탄의 낙하지점까지의 거리, Vs = 지진파 전파 속도(~ 5km/s)}
{Where St = seismic observation time, D = distance to shell drop point, Vs = seismic propagation speed (~ 5km / s)}
아울러, 상기 처리장치에 의해 포탄의 폭발의 발생방향을 결정할 수 있게 되는데, 이는 3개의 음파센서(110,120,130)에서 탐지한 3개의 음파신호로부터 결정된다. 즉, 음파신호의 입사방향(360도)에 따라 이격되어 설치되어 있는 음파센서에 기록된 신호 간에는 시간차가 발생한다. 즉, 3개 센서로부터 3개의 시간차를 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서 A와 센서 B의 좌표가 각각 이고 두 센서 간 음파신호 도달시간차가 일 때, 발생방향(방위각θ) 와 겉보기 속도V 와의 관계는 하기의 식 3에 의해 연산될 수 있다.In addition, it is possible to determine the direction of occurrence of the explosion by the processing device, which is determined from the three sound wave signals detected by the three sound wave sensors (110, 120, 130). That is, a time difference occurs between the signals recorded in the sound wave sensors provided spaced apart according to the incident direction (360 degrees) of the sound wave signal. That is, three time differences can be measured from three sensors. For example, if the coordinates of sensor A and sensor B are Time difference between the two acoustic sensors When the relationship between the generation direction (azimuth angle θ) and the apparent speed V can be calculated by the following equation (3).
{식 3}{Equation 3}
3개 음파 신호로부터 위와 같은 식 3개가 성립되므로, 일반적으로 사용되는 최소자승법에의 해 'θ'와 'V'를 결정할 수 있다. 따라서 음파신호로부터 입사방향이 결정되고 지진파와 음파 신호의 도달시간 차이로부터 거리가 결정되므로, 포탄 낙하지점의 위치와 발생시간(Ot)을 도출할 수 있다.
Since the above three equations are established from the three sound wave signals, 'θ' and 'V' can be determined by the least-square method generally used. Therefore, since the incidence direction is determined from the sound wave signal and the distance is determined from the time difference between the seismic wave and the sound wave signal, the position and the occurrence time Ot of the shell fall point can be derived.
이와 같이, 포탄낙하지점을 실시간 관측하고 폭발 시간과 위치를 계산할 수 있는 탐지장비와 관련 기술을 구현함에 있어서, 순수 지구과학 분야인 지진파와 음파의 전파특성을 이용해 국방분야에 활용할 수 있다. 즉, 포사격 탐지를 위한 군사용 레이더는 존재할 것이나, 본 발명과 같이 지진파와 음파를 동시에 이용한 위치결정은 새로운 접근이며, 나아가 본 시스템에 따른 탐지장비는 비교적 쉽게 구성, 설치, 운영이 가능하며, 저비용으로 효과적인 탐지가 가능하다.As described above, in realizing the detection point and the related technology to calculate the time and location of the bullet drop point in real time, it can be utilized in the defense field using the propagation characteristics of earthquake and sound waves, which are pure earth science. That is, there will be a military radar for bombardment detection, but as in the present invention, the positioning using the seismic wave and the sound wave at the same time is a new approach. Effective detection is possible.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the foregoing detailed description of the present invention, specific examples have been described. However, various modifications are possible within the scope of the present invention. The technical idea of the present invention should not be limited to the embodiments of the present invention but should be determined by the equivalents of the claims and the claims.
10: 포탄의 낙하위치
110, 120, 130: 음파센서
210: 지진계
220: 기록장치
230: 처리장치10: drop position of the shell
110, 120, 130: sound wave sensor
210: seismograph
220: recording device
230: processing unit
Claims (7)
지상에서 일정한 거리간격을 형성하는 삼각형 배치구도의 꼭지점에 배치되어 음파를 감지하는 음파센서;
상기 음파센서들이 형성하는 삼각형 영역의 중심에 배치되어 지진파를 감지하는 지진계;
상기 음파센서 및 상기 지진계에서 감지한 물리량을 기록하고 저장하는 기록장치; 및
상기 기록장치에 저장된 물리량을 토대로 포탄의 낙하지점까지의 거리 및 포탄의 폭발시간을 산출하는 처리장치;
를 포함하는 포탄의 낙하위치결정시스템.
In the system for detecting the sound waves and seismic waves generated at the drop point of the shell to determine the dropping position,
A sound wave sensor disposed at a vertex of a triangular arrangement structure forming a constant distance from the ground to detect sound waves;
A seismograph which is disposed at the center of a triangular region formed by the sound wave sensors to detect seismic waves;
A recording device for recording and storing the physical quantity detected by the sound wave sensor and the seismograph; And
A processing device for calculating a distance to the falling point of the shell and an explosion time of the shell based on the physical quantity stored in the recording device;
Drop positioning system of the shell comprising a.
상기 처리장치는,
상기 음파센서와 지진계에서 측정하는 지진파와 음파의 도달시간의 차이를 이용하여 하기의 {식 1}에 의해 포탄의 낙하지점까지의 거리(D)를 도출하는 것을 특징으로 하는 포탄의 낙하위치결정시스템.
{식 1}
D = (It - St)*Vi / (1-Vi/Vs) 또는
D = (St - It)*Vs / (1-Vs/Vi)
(단, St = 지진파 관측시간, It = 음파 관측시간, Vs = 지진파 전파 속도(~ 5km/s), Vi = 음파 전파 속도(~ 0.34km/s), Ot = 포탄 낙하시간)
The method according to claim 1,
The processing device,
The drop positioning system of the shell, which derives the distance (D) to the dropping point of the shell by the following {Equation 1} by using the difference between the seismic wave and the arrival time of the sound wave measured by the sound wave sensor and the seismograph. .
{Equation 1}
D = (It-St) * Vi / (1-Vi / Vs) or
D = (St-It) * Vs / (1-Vs / Vi)
(St = seismic observation time, It = sound wave observation time, Vs = seismic wave propagation speed (~ 5km / s), Vi = sound wave propagation speed (~ 0.34km / s), Ot = shell drop time)
상기 처리장치는,
하기의 식 2에 의하여 포탄의 폭발시간(Ot)을 산출하는 것을 특징으로 하는 포탄의 낙하위치결정시스템.
{식 2}
Ot = St - D/Vs
{단, St = 지진파 관측시간, D=포탄의 낙하지점까지의 거리, Vs = 지진파 전파 속도(~ 5km/s)}
The method according to claim 2,
The processing device,
The drop positioning system of the shell, characterized by calculating the explosion time (Ot) of the shell by the following equation (2).
{Equation 2}
Ot = St-D / Vs
{Where St = seismic observation time, D = distance to shell drop point, Vs = seismic propagation speed (~ 5km / s)}
상기 삼각형 배치구도의 꼭지점에 배치되는 3개의 음파센서 중, 인접하는 2개의 센서 A,B 간의 좌표를 이고 두 센서 간 음파신호 도달시간차가 일 때, 포탄의 폭발의 발생 방향(방위각θ)와 겉보기 속도 V는 하기의 식 3에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 포탄의 낙하위치결정시스템.
{식 3}
The method according to any one of claims 1 to 3,
Coordinates between two adjacent sensors A and B among three sound wave sensors arranged at vertices of the triangle arrangement scheme Time difference between the two acoustic sensors Wherein the shell's explosion direction (azimuth angle θ) and the apparent velocity V are determined by the following equation (3).
{Equation 3}
2) 상기 기록장치에 저장된 지진파와 음파신호의 도달시간 차이를 이용해 폭발지점까지의 거리(D)를 도출하는 단계;
3) 상기 3개 음파신호간의 도달시간 차이()와 각각의 센서간의 상대적 좌표정보로부터 발생방향을 결정하는 단계;
를 포함하는 포탄의 낙하위치결정방법.
1) detecting the seismic wave and sound wave signals generated from the falling point of the shell with a seismometer and three sound wave sensors and stored in the recording device;
2) deriving a distance (D) to the explosion point by using the difference in arrival time between the seismic wave and the sound wave signal stored in the recording device;
3) difference in arrival time between the three sound wave signals ( Determining a generation direction from relative coordinate information between each sensor;
Drop positioning method of the shell comprising a.
상기 2) 단계는,
지상에 일정한 거리간격으로 삼각형 구도로 3개의 음파센서를 배치하고, 상기 삼각형 구도의 중심부에 지진계와 기록장치를 구비하여,
포탄의 낙하지점으로부터 발생하는 지진파와 음파신호를 통해 하기의 식에 의해 포탄의 낙하지점까지의 거리를 도출하는 것을 특징으로 하는 포탄의 낙하위치결정방법.
{식 1}
D = (It - St)*Vi / (1-Vi/Vs) 또는
D = (St - It)*Vs / (1-Vs/Vi)
(단, St = 지진파 관측시간, It = 음파 관측시간, Vs = 지진파 전파 속도(~ 5km/s), Vi = 음파 전파 속도(~ 0.34km/s), Ot = 포탄 낙하시간)
The method according to claim 5,
Step 2),
By placing three sound wave sensors in a triangular composition at a constant distance on the ground, and equipped with a seismograph and a recording device in the center of the triangular composition,
A drop positioning method for shells, characterized by deriving the distance to the dropping point of the shell by the following equation through the seismic wave and sound wave signals generated from the dropping point of the shell.
{Equation 1}
D = (It-St) * Vi / (1-Vi / Vs) or
D = (St-It) * Vs / (1-Vs / Vi)
(St = seismic observation time, It = sound wave observation time, Vs = seismic wave propagation speed (~ 5km / s), Vi = sound wave propagation speed (~ 0.34km / s), Ot = shell drop time)
상기 3)단계는,
삼각형 배치구도의 꼭지점에 배치되는 3개의 음파센서 중, 인접하는 2개의 센서 A,B 간의 좌표를 이고 두 센서 간 음파신호 도달시간차가 일 때, 포탄의 폭발의 발생방향(방위각θ)와 겉보기 속도 V는 하기의 식 3에 의해 결정하는 포탄의 낙하위치결정방법.
{식 3}
The method of claim 6,
Step 3),
The coordinates between two adjacent sensors A and B among three sound wave sensors arranged at the vertices of the triangle arrangement Time difference between the two acoustic sensors Wherein the shell's explosion direction (azimuth angle θ) and the apparent velocity V are determined by the following equation (3).
{Equation 3}
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