KR100486401B1 - 타겟에 대해 발사된 발사체의 충격점을 결정하는 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면 또는 공기 중의 타겟(6)에 대해 발사된 발사체(5)의 충격점을 결정하는 방법에 관한 것이다. 충격점은 제 1 빔(10)으로 타겟(6)을 추적하는 동안 타겟(6) 위에 제 2 빔(11)을 안내하고, 발사체(5)가 상기 제 2 빔(11) 내에 위치되기를 대기하며, 제 2 빔(11)의 측정 데이터의 엑스트라폴레이션(extrapolation)을 통해 발사체의 충격점을 예상함으로써 결정된다.
Description
본 발명은 타겟에 대해 발사된 발사체의 충격점을 결정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 명확하게 말하면, 발포된 발사체에 관한 것이다.
발사체를 발사할때, 발사체가 내려앉거나 타격하게되는 위치를 확인하는 것은 예로서, 사전 예상 지점, 즉, 예상 타격점(PHP)과 이 위치를 비교하기 위해 중요하다. 그 후, 후속되는 발사체의 발사 방향을 조절할 수 있으며, 이 절차는 인 액션 캘리브레이션(IAC; In Action Calibration)으로서 공지되어 있다. 더욱이, 거리 오차 표시(MDI; Miss Distance Indication)라 지칭되는 발사체가 타겟으로부터 벗어난 거리의 표시를 제공하는 것은 때때로 매우 중요하다.
탐지 레이더 시스템으로 상기 충격점을 결정하는 것이 일반적이다. 특히, 예로서, 바다 등의 해상 환경에서 사용되는 경우에 있어서, 발사체의 위치는 수면에 떨어져 폭발하는 순간에 측정된다. 발사체가 수면에 떨어져 폭발하는 순간 상방향으로 물기둥 또는 물의 스플래쉬(splash)가 유발된다. 지상에서 발사체의 폭발은 먼지 구름을 발생시킨다. 상기 스플래쉬 또는 먼지 구름은 탐지 레이터에 의해 탐지되고, 따라서, 충격점을 결정하는 것이 가능하다.
이런 방법의 단점은 레이더 표시 장치상에서 스플래쉬가 상대적으로 빈약하게 가시화된다는 점이다. 상기 타겟이 일반적으로 스플래쉬에 비해 매우 강한 에코(echo)를 발생시키기 때문에, 스플래쉬에 의해 발생된 레이더 에코는 때때로 타켓에 의해 발생된 레이더 에코에 의해 소멸되어 버리는 경우도 있다. 만약, 발사체 충격이 타겟에 인접한 곳에서 발생한다면, 레이더 해상력의 제한과 레이더 시스템의 제한된 동역학적 범위 때문에 타겟과 스플래쉬의 사이 및 스플래쉬들의 사이를 식별할 수 없다. 더욱이, TWT(travelling wave tube) 송신기를 구비한 최첨단 탐색 레이더 시스템은 장파(long pulse)를 방출한다. 이는 수신된 에코를 처리할때, 시간측 로브(time side lobe)를 발생시키고, 이것이 해상력을 감소시킨다. 탐색 레이터 시스템의 두번째 단점은 타겟과 스플래쉬 측정값의 업데이트(update) 속도가 비교적 낮다는 것이다. 부가적으로, 이격된 발사체에 의해 복수개의 스플래쉬가 발생되는 경우에 단일 스플래쉬에 대한 측정치를 탐색 레이더 해상력에 대하여 코디네이트하는 것이 어렵고, 이는 부분적으로 모든 스플래쉬가 동등한 강도의 레이더 에코를 발생시키지 않는다는 사실에 기인한다.
그러나, 군함은 추적 레이더 시스템도 함께 구비하는 것이 일반적이고, 이 추적 레이더 시스템은 통상 공기 중의 타겟을 추적하는데 특히 적절한 단파를 발생시키는 송신기를 포함하고 있다. 이것이 양호한 해상력을 보증한다. 더욱이, 추적 레이더는 매우 높은 업데이트 속도를 가지고 있다. 본 발명에 따른 방법은 이미 운용되고 있는 추적 레이더 시스템을 활용하여 상술한 바와 같은 단점을 제거하는 것이다.
도 1은 본 발명의 방법이 적용될 수 있는 배치를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 방법이 적용되는 추적 컴퓨터를 도시하는 개략도.
도 3은 타겟의 위치에서 도 1의 배치를 세부적으로 도시하는 도면.
본 발명에 따른 방법은 제 1 레이더 빔으로 타겟을 추적하는 단계와, 타겟 위에 제 2 레이더 빔을 안내하는 단계와, 상기 제 2 레이더 빔에 발사체가 나타나기를 대기하는 단계와, 상기 제 2 레이더 빔의 측정 데이터를 기초로 충격점을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법의 양호한 실시예는 예로서, 동일한 안테나 치수에서 더 높은 전송 주파수를 사용하는 방식으로 제 2 레이더 빔이 제 1 레이더 빔 보다 좁은 것을 특징으로 한다. 이것은 공지된 발사체 에코에 대한 이미지 효과에 대한 제 2 빔의 민감성을 감소시킨다. 이미지 효과는 타겟의 에코가 지면에 의해 반사되어, 반사된 에코가 실제 타겟의 에코와 간섭하면서 레이더 안테나에 수신될때 발생된다. 결과적으로, 발사체의 고도계 측정값이 교란되거나 무용해지게 된다. 본 발명에 따른 방법의 다른 장점은 발사체의 방위, 고도, 거리가 보다 정확하게 결정될 수 있다는 것이다. 또다른 장점은 타겟에는 제 2 레이더 빔이 조사되지 않으면서 발사체에는 제 2 레이더 빔이 조사되도록 배열될 수 있다는 것이고, 이것이 타겟이 교란 에코를 발생시키는 것을 방지한다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조로 보다 상세히 설명한다.
도 1은 안테나(3)와 건(gun) 시스템(4)을 구비한 추적 레이더 장치가 장착되어 있는 선박(1)을 도시한다. 건 시스템(4)은 발사체(5)를 표면 타겟(6)의 방향으로 발사한다. 건 시스템(4)은 예로서, 76mm 구경으로 제조될 수 있다. 상기 건 시스템은 발사 제어 컴퓨터(8)에 의해 제어되며, 비록 필수적이지는 않지만 추적 레이더 장치(2)에 연결된 추적 컴퓨터(9)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 안테나(3)를 구비한 추적 레이더 장치(2)는 제 1 레이더 빔(10) 및 제 2 레이더 빔(11)을 발생하며, 이는 표면 타겟(6)으로 안내된다. 제 2 레이더 빔(11)은 제 1 레이더 빔(10)보다 더 높은 주파수 대역에서 작동하는 것이 바람직하며, 결과적으로 더 좁아지게 된다. 이는 상기 제 2 빔의 이미지 효과에 대한 민감성을 실질적으로 제거한다. 가장 적절한 주파수 대역 선택은 제 1 빔(10)은 I-대역(8GHz - 9.5 GHz)으로 선택하고, 제 2 빔(11)은 Ka-대역(34.5GHz - 35.5 GHz)으로 선택하고, 빔 폭은 대략 8mrad로 선택하는 것이며, 이것은 제 2 레이더 빔(11)이 표면 타겟에 의해 발생되는 에코에 실질적으로 둔감해 질 수 있도록 해준다. 제 1 및 제 2 레이더 빔이 단일의 안테나(3)에 의해 발생되기 때문에, 그들의 이동이 결합된다. 그러나, 안테나는 필수적이지는 않더라도 제 2 빔이 제 1 빔에 대하여 선회될 수 있도록 설계되어 소정 수준의 독립성을 허용하도록 설계될 수 있다. 단일 안테나를 채용하고 있는 선택된 실시예 이외에도, 두개의 독립적으로 작용하는 추적 레이더를 사용하는 것이 가능하고, 상기 레이더 중 하나는 제 1 레이더 빔을 발생시키는 레이더이며, 나머지 레이더는 제 2 레이더 빔을 발생시키는 레이더이다. 그러나, 선택된 실시예는 단지 하나의 안테나를 사용하기 때문에 경제적이다. 하나의 송신기와 안테나에 의해 양자 모두의 빔을 발생하는 것을 가능하게 하는 시간 분할 원리에 따라서, 제 2 및 제 1 빔은 선택적으로 발생될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 군함의 발사 제어 구성을 보다 세밀하게 도시한다. 이동 타겟의 검출에 적절한 레이더 처리 유닛(12)은 추적 레이더 장치(2)로부터 타겟 데이터를 수신하고, 이 데이터에 기초하여, 정확한 위치로 추적 레이더 장치를 정렬한다. 더욱이, 레이더 처리 유닛(12)은 각 타겟을 추적하는 추적 컴퓨터(9)에 연결되어 있다. 상기 추적 컴퓨터는 발사 제어 컴퓨터(8)를 제어하도록 설계된다. 선택적으로, 발사 제어 컴퓨터(8)는 추적 컴퓨터에 의해 공급되는 데이터에 기초하여 처리하는 조작자의 중재를 통해 제어될 수 있다.
도 3은 표면 타겟(6)의 위치에서, 도 1의 배치를 보다 상세하게 도시하는 도면이다. 또한, 범위(7A 및 7B)가 도시되어 있고, 그 사이에 발사체 탄도(7)가 나타난다. 발사체는 점(13)에서 제 2 레이더 빔(11)으로 들어가고, 점(14)에서 상기 빔을 벗어난다. 점(14)으로부터 시작하여, 충격점은 탄도학적 데이터와 국부적으로 측정된 삼차원 위치에 기초하여 예상된다. 탄도학적 데이터는 예로서, 발사체의 최종 속도 및 최종 가속도와 마찬가지로 사거리표(firing table)에 기초하여 예상되는 충격각(15)을 포함한다. 그 후, 측정된 타겟 위치와 예상 충격점에 기초하여 타겟(6)에 대한 거리 오차가 결정된다. 본 실시예에서는 상기 충격점은 타겟(6)과 일치하며, 예상 거리 오차는 영이다. 다른 발사체 탄도(7A 및 7B)에 대한 거리 오차는 치수선(16 및 17)으로 도시되어 있다.
본 실시예에서, 추적 레이더(2)는 레이더 처리 유닛(12)에 연결되고, 레이더 처리 장치는 추적 컴퓨터(9)에 연결되어 있다. 제 1 레이더 빔(10)을 사용하여 표면 타겟(6)이 제 1 추적 게이트(18) 내에서 추적되며, 본실시예에서는 상기 추적 게이트는 300m 거리를 갖는다. 표면 타겟의 위치에서 제 1 레이더 빔의 폭은 250m이다. 본 실시예에서, 표면 타겟과 선박 사이의 거리는 8000m이다. 제 2 레이더 빔(11)은, 예를 들어 추적 컴퓨터(9)로부터의 활성화 신호에 기초하여, 타겟 범위에 의존하여 표면 타겟(6)의 위쪽으로 안내되는데, 본 실시예에서는 0.5 내지 1.0°사이에 있게 된다. 본 실시예에서, 제 2 레이더 빔은 표면 타겟(6)의 위치로부터 약 60m의 폭을 갖는다. 주어진 시점에서, 이전에 발사된 발사체(5)가 제 2 레이더 빔에 나타나는데, 이에 대하여는 도 3에서 점(13)으로 도시되어 있다. 그 때, 최종 속도는 예를 들어 대략 300 m/s 내지 500 m/s이고, 충격각(15)은 예를 들어 대략 16°이다. 추적 컴퓨터(9)에 연결되어 있는 레이더 처리 유닛(12)은, 표면 타겟 근방의 제 2 레이더 빔(11)에 대한 인식 게이트(acquisition gate; 19) 내에서, 도플러 스팩트럼 성분들에 기초하여 본 기술분야에서 공지되어 있는 방식으로 타겟 에코(target echo)들을 기록 및 선별함으로써 상기 발사체를 검출한다. 본 실시예에 있어서는 레이더 송신 펄스의 버스트(burst)를 방출하고 그 방출에 의해 가능한 에코를 검출함으로써 실현된다. 인식 게이트(19) 내에서, 최소한 실질적으로 동일한 범위와 동일한 도플러 스펙트럼 성분들을 갖는, 두 번 이상의 연속적인 에코가 검출될 경우, 상기 발사체는 충분히 낮은 경보율을 갖도록 탐지된다. 본 실시예에서, 인식 게이트(19)의 길이는 대략 1000m이다. 이어서, 발사체 에코의 위치, 즉, 점(13)에서 추적 게이트(20) 범위 내에 한하여 발사체가 레이더 처리 유닛에서 추적된다. 본 실시예에서, 레이더 처리 유닛(12)은 발사체의 위치와 속도 측정값을 추적 컴퓨터(9)로 보낸다. 이때 발사체의 위치는 삼차원으로 알려진다. 또한, 발사체는 타겟에 대해서 아주 근접하게 된다. 제 2 레이더 빔의 타겟 에코들 및 발사체의 탄도학적 데이터에 기초하여, 발사체의 충격점에 대한 예상을 할 수 있다. 충분한 신호-잡음 비의 발사체 측정이 해당 추적 게이트 내에서 전혀 수신되지 않는 시점(14)에서는, 상기 레이더 처리 유닛(12)은 발사체 측정을 종료한다. 이때, 발사체는 발사체가 타겟 또는 수면을 타격하게 되는 지점 이전의 약 200 내지 300m 전방에서 제 2 레이더 빔을 벗어난다. 연속적으로 발사된 몇몇의 발사체를 검출할 수 있는 양호한 실시예에서는, 상기 레이더 처리 유닛은 후속하는 발사체가 추적권 내로 들어와 동일한 범위와 도플러로 두번 검출되자마자 발사체 측정을 종료한다. 그 후, 추적 컴퓨터(9)는 더 이상 추적되지 않는 발사체의 미래의 탄도를 예상한다. 또한, 그로 인해 추적 컴퓨터가 배열되어, 복수개의 발사체들이 동시에 추적될 수 있게 된다.
충격점의 예상은 엑스트라폴레이션(extrapolation)을 통해 만들어진 점(14)으로부터 수행될 수 있다. 이 예상은 발사체 위치가 그 탄도의 최종 단계에서 알려져 있기 때문에 발사체의 탄도학적 데이터와 발사시의 초기 속도에만 기초하여 예상하는 것 보다 매우 정확하다. 발사체를 전체 탄도에 걸쳐 추적할 필요는 없다. 이제, 추적 컴퓨터는 인-액션 캘리브레이션(in-action calibration)을 위한 발사 제어 컴퓨터에 대하여 IAC 데이터로 지칭되는 그 상이한 유효 시간(different time effect)을 고려함으로써 상기 계산된 충격점과 예상 타격점 사이의 차이를 극복할 수 있다. 이에 기초하여, 발사 제어 컴퓨터는 후속하는 발사체의 발사 방향을 조절할 수 있다. 더욱이, 그 상대적인 유효 시간을 고려하는 것과 마찬가지로 거리 오차 표시(MDI)가 가능하도록 표시 장치 유닛상에 타겟(6)을 따라 계산된 충격점을 나타내는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 응용은 상술한 구성에 제한되지 않으며, 다른 발사체 구경과, 다른 주파수의 레이더 빔 또는 상이하게 선택된 추적 또는 인식 게이트 등에도 적절하다. 발사체는 미사일을 포함할 수 있다. 본 실시예의 예는 군함 배치에 관련되어 있지만 본 방법은 지상 배치에도 응용될 수 있다.
제 1 및 제 2 레이더 빔은 제 1 및 제 2 레이더 장치에 의해 발생될 수도 있다. 그때, 상기 제 1 빔은 타겟을 추적하도록 사용되고, 제 2 빔은 타겟 바로 위로 안내된다. 제 2 빔은 제 1 빔에 부속되는 추적 데이터에 기초하여 방위가 제어될 수 있다. 이는 제 2 빔이 비교적 간단한 레이더에 의해 발생되는 것을 가능하게 한다.
양호한 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이더 빔은 그 메인 로브가 타겟 바로 위로 안내되는 단일 레이더 빔을 포함하고, 따라서 적어도 발사체 에코에 관련된 이미지 효과가 실질적으로 인식할 수 없거나 사라지기도 한다. 이는 레이더 주파수를 적절하게 선택함으로써 달성된다. 상기 타겟은 여전히 레이더 빔의 메인 로브의 하부 구획이나 측면 로브 내에 존재할 수 있고, 따라서 타겟은 검출 및 추적된다. 이는 타겟이 일반적으로 발사체보다 매우 강한 에코를 발생하기 때문에 가능하다. 이때, 동일한 단일 레이더 빔이 발사체를 검출하고 상술한 바와 같은 방식으로 충격점을 예상하는데 사용될 수 있다.
Claims (10)
- 타겟에 대해 발사된 발사체의 충격점을 결정하기 위한 방법에 있어서,제 1 레이더 빔으로 상기 타겟을 추적하는 단계와,상기 타겟 위로 제 2 레이더 빔을 안내하는 단계와,상기 제 2 레이더 빔에 발사체가 나타나도록 대기하는 단계, 및상기 제 2 레이더 빔의 측정 데이터를 기초로 하여 충격점을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발사체의 충격점 결정 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 충격점은 발사체의 탄도학적(ballistic) 데이터를 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 발사체의 충격점 결정 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 레이더 빔은 상기 제 1 레이더 빔 보다 좁은 것을 특징으로 하는 발사체의 충격점 결정 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 레이더 빔과 상기 제 2 레이더 빔은 레이더 수단이 연결되어 있는 단일의 안테나에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 발사체의 충격점 결정 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 레이더 빔은 I-대역에서 작용하고,상기 제 2 레이더 빔은 Ka-대역에서 작용하는 것을 특징으로 하는 발사체의 충격점 결정 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 발사체는 선박으로부터 발사되고,상기 제 1 및 제 2 레이더 빔은 동일한 선박상에서 발생되는 것을 특징으로 하는 발사체의 충격점 결정 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 발사체가 제 2 레이더 빔 내에 나타날 때, 상기 제 2 레이더 빔은 먼저 인식 게이트(acquisition gate) 내에서 발사체를 인식하고, 그 후, 인식 게이트보다 현저하게 작은 추적 게이트 내에서 발사체를 추적하는 것을 특징으로 하는 발사체의 충격점 결정 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 발사체의 발사 방향은 예상 충격점에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 하는 발사체의 충격점 결정 방법.
- 레이더 처리 유닛과, 제 1 레이더 빔을 발생시키는 제 1 레이더 장치, 및 제 2 레이더 빔을 발생시키는 제 2 레이더 장치를 포함하는 타겟에 대해 발사된 발사체의 충격점을 결정하는 시스템에 있어서,상기 레이더 처리 유닛은 제 1 및 제 2 레이더 장치에 연결되고,상기 레이더 처리 유닛은, 상기 타겟이 제 1 레이더에 위치하도록, 상기 제 1 레이더 장치를 정렬시키도록 설계되고,상기 레이더 처리 유닛은, 상기 제 2 레이더 빔이 상기 타겟 바로 위로 안내되도록, 상기 제 2 레이더 장치를 정렬시키도록 설계되고,상기 레이더 처리 유닛은, 상기 제 2 레이더 빔 내로 들어오는 순간, 발사체 또는 유사한 비행 물체의 위치를 검출하도록 설계되며,상기 레이더 처리 유닛은, 검출된 발사체의 위치에 기초하여, 발사체의 충격점을 예상하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 발사체의 충격점 결정 시스템.
- 레이더 처리 유닛, 및 제 1 레이더 빔과 제 2 레이더 빔을 발생시키도록 설계된 레이더 장치를 포함하는 타겟에 대해 발사된 발사체의 충격점을 결정하는 시스템에 있어서,상기 레이더 처리 유닛은 상기 레이더 장치에 연결되고,상기 레이더 처리 유닛은, 상기 타겟이 실질적으로 상기 제 1 레이더 빔에 위치되고, 상기 제 2 레이더 빔이 타겟 바로 위로 안내되도록, 상기 레이더 장치를 정렬시키도록 설계되고,상기 레이더 처리 유닛은, 상기 제 2 레이더 빔 내로 들어오는 순간, 발사체 또는 유사한 비행 물체의 위치를 검출하도록 설계되며,상기 레이더 처리 유닛은, 검출된 발사체 위치에 기초하여, 발사체의 충격점을 예상하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 발사체의 충격점 결정 시스템.
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