KR100963681B1

KR100963681B1 - 원격 화기 사격 제어시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100963681B1
Application number: KR1020070134397A
Authority: KR
Inventors: 희 한
Original assignee: 희 한
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2010-06-15
Also published as: KR20090034700A; KR20070111418A

Abstract

본 발명은 화기와 사람이 이격된 상태에서 은폐된 사람의 관측과 표적선정에 연동하여 화기를 발사 명중시킬 수 있는 원격 화기 사격제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 시스템은, 화기에 연결되어 제어신호에 따라 화기를 표적에 조준하고 격발명령에 따라 사격을 개시하며 표적을 촬영하여 표적영상을 전송하는 화기제어장치;와, 상기 화기제어장치와 이격되어 있고, 사격자가 선정한 표적의 위치좌표를 계산하여 표적 좌표정보를 상기 화기제어장치로 전송하며, 상기 화기제어장치로부터 표적영상을 수신받아 표적을 정밀 조준하도록 제어신호를 상기 화기제어장치로 전송하며, 정조준시에 사격명령을 전송하는 원격사격 조정장치를 구비한다.

본 발명은 전장에서 화기와 이격된 위치에서 화기를 정밀 조준 사격하는 시스템으로서, 병사의 안전성 증가는 물론 사격효율을 극대화할 수 있고, 정면의 다중표적을 원격지에서 정밀 사격이 가능하므로 현재의 병사에 의한 지역방어체계를 네트웍 기반의 미래전 체계로 발전시키는데 중심역할을 할 수 있다.

원격 화기 시스템, 센서, 레이저 거리측정, 유/무선 네트웍 기술

Description

원격 화기 사격 제어시스템 및 방법{Remote gunshot system and method to observed target}

본 발명은 화기의 사격을 원격지에서 제어하기 위한 화기 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화기와 사람이 이격된 상태에서 은폐된 사람의 관측과 표적선정에 연동하여 화기를 발사 명중시킬 수 있는 원격 화기 사격제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

전장에서 화기는 가장 중요한 전쟁 수행 수단 중의 하나이다. 이들 화기의 대부분은 사람과의 직접적인 인터페이스에 의존하므로 사람의 사격훈련이 무기체계의 전투효과를 결정하는 중요한 요소로 작용하여 왔다. 그런데 화기와 사람이 동일 위치에 있고 조준을 위해서는 노출이 불가피하므로 상대방으로부터의 피격 위험이 상존하고 있다.

이러한 위험을 해소하기 위하여 사람이 없는 상태에서 목표물을 탐지하여 피격하는 무인 화기의 개발이 추진되고 있으나 무인 화기의 경우 사람을 대신하는 고 가의 무인화 장비가 요구되어 화기 제작에 막대한 비용이 소모되는 문제점이 있고, 기계에 의존하기 때문에 상황을 잘못 판단할 위험성이 있다.

한편, 원격지에서 사격을 제어할 수 있는 화기를 설치한 후 카메라 영상 등을 이용하여 화기의 사격을 제어하는 원격사격감시 제어장치 및 방법이 공개번호 10-2005-9435호로 대한민국특허청 공개특허공보에 공개된 바 있다. 공개된 원격사격감시 제어장치 및 방법은 수평 및 상하 이동용 모터를 구동하는 모터 구동부에 의하여 총구의 방향을 조절하여 격발하도록 하는 화기를 사용하나 화기가 설치된 현장으로부터 떨어져 폐쇄된 공간에서 카메라 영상에만 의존하므로 고정된 감시시스템 구축이 필요하며 카메라 영상정보에 의존하므로 광정면을 감시하기 위하여 카메라 렌즈의 촬영각을 증가시키면 표적의 상대적 크기가 작게 보여 식별과 조준이 어렵고, 반대로 촬영각을 줄이면 감시 영역이 줄어들어 광정면에서 표적을 찾도록 카메라를 상하좌우로 움직여야하는 단점이 있다 또한, 고정된 위치에만 적용이 가능하고 노출된 카메라가 손상 시에는 동작이 불가능하며 이동이 잦은 실제 전장에서는 적용할 수 없는 등의 문제점이 있다. 또한 종래의 원격 사격 제어장치는 화기의 탄도곡선을 고려하지 않으므로 사거리에 따라 탄착점이 조준점과 오차가 발생하여 사격의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 화기와 사람이 이격된 상태에서 은폐된 사람의 관측과 표적선정에 연동하여 실시간으로 화기를 조준하고, 발사 명중시킬 수 있는 원격 화기 사격제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 조준시 사격자의 노출을 막고 탄도곡선으로 인한 사격오차를 줄일 수 있는 원격 화기 사격제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 장치는, 화기에 연결되어 제어신호에 따라 화기를 표적에 조준하고 격발명령에 따라 사격을 개시하며 표적을 촬영하여 표적영상을 전송하는 화기제어장치;와, 상기 화기제어장치와 이격되어 있고, 사격자가 선정한 표적의 위치좌표를 계산하여 표적 좌표정보를 상기 화기제어장치로 전송하여 실시간으로 상기 화기를 표적에 조준하게 하며, 상기 화기제어장치로부터 수신 받은 표적영상을 사용하여 표적을 정밀 조준하는 제어신호를 상기 화기제어장치로 전송하며, 정조준시에 사격명령을 전송하는 원격사격 조정장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 화기제어장치는 상기 화기에 연결되어 원격 사격 조정장치의 조준신호에 따라 화기의 방향을 표적 좌표 방향으로 조준하고, 사격명령에 따라 화기를 격발시키는 팬/틸트 기계장치; 화기의 위치좌표를 구하기 위한 GPS 모듈; 유/무선 네트웍을 통해 상기 원격사격 조정장치와 통신하기 위한 통신모듈; 화기가 조준하는 표적의 영상을 촬영하기 위한 카메라; 및 상기 통신모듈을 통해 원격사격 조정장치로부터 수신된 표적의 좌표정보와, 상기 GPS모듈을 통해 획득된 화기의 좌표정보로부터 해당 표적을 조준하기 위한 조준신호를 산출하여 상기 팬/틸트 기계장치로 전송하고, 상기 카메라로부터 수신된 영상신호를 상기 통신모듈을 통해 상기 원격사격 조정장치로 전송하며, 상기 원격사격 조정장치로부터 수신된 사격명령을 상기 팬/틸트 기계장치로 전송하여 화기를 제어하는 화기통제모듈을 구비한 것이다.

상기 원격사격 조정장치는 사격자가 선정한 표적의 위치좌표를 획득하기 위한 표적좌표 획득모듈; 유/무선 네트웍을 통해 상기 화기제어장치와 통신하기 위한 통신모듈; 사격자의 조작을 입력받기 위한 인터페이스모듈; 표적 영상과 좌표정보, 보정정보 등을 표시하기 위한 디스플레이모듈; 및 상기 표적좌표 획득모듈로부터 수신된 표적좌표를 상기 통신모듈을 통해 상기 화기제어장치로 전송하고, 상기 통신모듈을 통해 수신된 표적 영상을 상기 디스플레이모듈에 표시하며 상기 인터페이스모듈을 통해 입력된 사격자의 조작에 따라 미세 조정신호와 사격명령을 생성하여 상기 통신모듈을 통해 상기 화기제어장치로 전송하는 제어모듈을 구비한 것이다.

상기 표적좌표 획득모듈은 표적과의 거리를 측정하기 위한 거리측정부와, GPS위성으로부터 GPS신호를 수신받아 관측부의 위치좌표와 방위각 정보를 제공하는 GPS부와, 관측부가 표적을 관측할 때의 기울기를 감지하는 기울기 센서부와, 산출된 표적의 좌표정보 표시하는 디스플레이부와, 상기 거리측정부로부터 관측부와 표적과의 거리정보를 입력받고, 상기 GPS부로부터 상기 관측부의 위치좌표와 방위각 정보를 입력받으며, 상기 기울기 센서부로부터 상기 관측부의 기울기를 입력받아 관측부를 통해 선정된 표적의 위치좌표를 계산하여 상기 디스플레이부에 제공하는 마이크로 콘트롤 유니트를 포함하여 관측부와 표적 간의 거리 정보와 관측부의 좌표 및 방위각 그리고 기울기를 이용하여 원격 표적의 좌표를 획득하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 방법은, 화기와 이격된 위치에서 관측, 선정한 표적을 자동 정밀 조준사격하기 위한 원격 화기 사격 제어 방법에 있어서, 원격사격 조정장치가 사격자의 좌표와 방위각, 기울기 및 표적과의 거리정보를 이용하여 표적의 위치좌표를 산출하는 단계; 화기제어장치가 화기의 위치좌표를 산출하는 단계; 원격사격조정장치나 화기제어장치가 상기 표적의 좌표와 상기 화기의 좌표를 이용하여 탄도곡선으로 인한 조준 오차를 보상하여 화기가 표적을 조준하도록 조준신호를 생성하는 단계; 및 화기제어장치가 상기 조준신호에 따라 화기의 하단에 장착된 팬/틸트 장치를 제어하여 표적을 자동 조준하는 단계를 구비한 것이다.

상기 원격 화기 사격 제어방법은 화기제어장치가 상기 조준된 표적의 영상을 상기 원격사격 조정장치로 전송하여 화면으로 표시하는 단계; 사격자가 표적의 영상을 보고 조작하면, 상기 원격사격 조정장치가 미세 조준신호를 상기 화기제어장치로 전송하여 화기를 미세 조준하는 단계; 및 사격자의 조작에 따라 상기 원격사격 조정장치가 사격명령을 전송하면, 상기 화기제어장치가 사격명령에 따라 화기를 격발시키는 단계를 더 구비한다.

본 발명은 전장에서 화기와 이격된 위치에서 화기를 정밀 조준 사격하는 시스템으로서, 병사의 안전성 증가는 물론 사격효율을 극대화할 수 있다. 또한 본 발명의 시스템을 원격 감시 장치와 네트웍으로 연동시키면 넓은 정면의 다중표적을 원격지에서 정밀 사격이 가능하므로 현재의 병사에 의한 지역방어체계를 네트웍 기반의 미래전 체계로 발전시키는데 중심역할을 할 수 있다. 또한 화기를 무인항공수단에 장착하면 지상에서 관찰한 표적을 공중에서 조준 사격하는 무인 원격 비행 사격체계의 구현이 가능하고, 이는 지상군의 공중화력 수단으로 개발 중인 고가의 공격용 헬기를 대체할 수 있는 저가의 실용 수단으로 군 전투력 증강에 크게 기여할 수 있다.

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 원격 사격 제어시스템을 설명하기 위해 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 화기제어장치와 원격사격 조정장치의 세부 구성을 도시한 블럭도이다.

본 발명에 따른 원격 사격 제어시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 화기(20) 에 연결되어 제어신호에 따라 화기(20)를 표적(30)에 조준하고 격발명령에 따라 사격을 개시하며 표적(30)을 촬영하여 감시영상을 전송하는 화기제어장치(200)와, 사격자(10)의 조작에 따라 표적(30)을 관찰하여 표적의 위치좌표를 계산하여 표적 좌표정보를 화기제어장치(200)로 전송하고 화기제어장치(200)로부터 수신 받은 표적의 감시영상을 사용하여 표적을 정밀 조준하는 제어신호를 화기제어장치(200)로 전송하며 정조준시에 사격명령을 전송하는 원격사격제어장치(100)로 구성된다. 이때 원격사격제어장치(100)와 화기제어장치(200)는 도 2에서와 같이 유무선 네트웍(40)을 통해 통신하여 제어신호와 감시영상을 전송한다.

원격사격제어장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 표적좌표 획득모듈(110)과, 제어모듈(120), 통신모듈(130), 인터페이스모듈(140), 디스플레이모듈(150)로 구성되고, 화기제어장치(200)는 GPS모듈(210)과 카메라(220), 팬/틸트 기계장치(230), 화기통제모듈(240), 통신모듈(250)로 구성된다.

도 2를 참조하면, 표적좌표 획득모듈(110)은 표적을 관측하는 광학적 수단과 관측된 표적의 좌표를 계산하는 수단을 구비하여 멀리 떨어진 표적의 좌표를 구하고, 통신모듈(130)은 획득된 표적의 좌표 정보와 정밀조준 및 사격명령을 유/무선 네트웍(40)을 통해 화기제어장치(200)로 전송하고 화기제어장치(200)로부터 필요한 정보를 수신한다.

제어모듈(120)은 화기제어장치(200)에서 수신된 영상정보를 처리하여 탄착점 정밀 조정을 위한 제어신호를 생성하고, 인터페이스 모듈(140)은 사격자가 원격사격제어장치(100)를 사용하기 위한 인터페이스를 제공하며, 디스플레이 모듈(150)은 정보와 영상을 디스플레이한다.

GPS 모듈(210)은 사격자가 이격된 거리에 있는 화기를 제어할 수 있게 하기 위해서 화기위치 정보를 획득하고, 통신모듈(250)은 유/무선 네트웍(40)을 통해 원격사격 조정장치(100)와 통신한다.

팬/틸트 기계장치(230)는 화기(20)에 부착되어 화기(20)의 조준 방향과 격발을 조정하고, 카메라(220)는 화기(20)에 부착되어 조준표적의 영상을 획득하며, 통제모듈(240)은 GPS모듈(210)의 정보와 원격사격 조정장치(100)로부터 수신된 정보를 처리하여 팬/틸트 기계장치(230)를 제어한다. 특히, 화기통제모듈(240)은 후술하는 바와 같이 수학식 1에 의해 표적과의 거리정보를 계산하고, 이를 이용하여 수학식 2에 의해 화기의 탄도곡선으로 인한 조준 오차 보상 정도를 함께 계산하여 팬/틸트 기계장치(230)의 조준 방위각과 기울기를 제어하여 화기(20)가 표적(30)을 조준하도록 하고, 조준이 완료된 후에 원격사격 조정장치(100)로부터의 사격명령 신호가 수신되면 팬/틸트 기계장치(230)가 화기(20)를 격발하도록 통제한다.

도 3은 본 발명에 따른 원격 사격 제어 절차의 일 실시예를 도시한 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 원격 사격 제어 절차의 다른 실시예를 도시한 순서도이다.

본 발명은 조준시 사격자의 노출을 막고, 화기와 이격 된 위치에서의 광학적 수단 등에 의한 표적 관측과 화기의 조준을 실시간 연동시키고, 탄도곡선으로 인한 사격 오차를 줄이기 위한 원격 사격 제어기술을 제안하는 것으로서, 본 발명의 사격절차는 크게 세가지의 단계로 구성되어 있다.

첫째 단계는 원격사격 조정장치(100)로 화기(20)와 이격된 위치에 있는 사격자(10)가 표적(30)을 관찰하여 선정하면, 표적좌표 획득모듈(110)을 사용하여 선정된 표적의 좌표를 획득한 후 획득한 표적의 좌표를 화기제어장치(200)로 전송하는 단계이고, 둘째 단계는 화기제어장치(200)가 수신된 표적좌표와 원격사격 조정장치(100)에 부착된 GPS모듈(210)에 의한 화기좌표를 사용하여 화기의 조준방향을 계산하며 표적과 화기의 거리에 따른 탄도곡선을 고려한 탄착점 보상 값을 계산하여 화기의 하단에 부착된 팬/틸트 기계장치(230)를 구동시켜 표적을 조준하는 단계이며, 셋째 단계는 상기 2단계의 조준 간 나타날 수 있는 기계적, 전자적 오차를 줄이기 위하여 화기(20)에 부착된 카메라(220)의 영상을 이격된 공간에 위치한 사격자의 원격사격 조정장치(100)에 전송하고 사격자가 이 영상을 기준으로 탄착 조준점을 미세 정밀 조정하도록 팬/틸트 조정신호를 화기제어장치(200)에 전송하며 표적에 정조준 시에 사격 신호를 전송하여 사격을 수행하는 단계이다. 이중에서 셋째 단계는 시스템의 사용 용도에 따라 정밀 조준된 사격이 불필요할 경우 단순 사격 신호 전송으로 단계를 간략화 할 수도 있다.

또한 표적정보와 GPS정보를 이용하여 표적을 조준하는 연산은 사격자측에 있는 원격사격 조정장치(200)나 화기에 연결된 화기제어장치(100)중 어느 하나에서 처리할 수 있는 데, 도 3은 화기에 연결된 화기제어장치(200)가 표적정보와 GPS정보를 이용하여 표적을 조준하는 연산 수행하는 예이고, 도 4는 사격자 측에 있는 원격사격 조정장치(200)가 표적정보와 GPS정보를 이용하여 표적을 조준하는 연산 수행하는 예이다.

본 발명에 따른 원격 사격제어 절차의 일실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 표적정보 전송단계(S11), 팬/틸트 제어 조준단계(S12), 화기부착 카메라 영상 전송단계(S13), 탄착점 미세 조정단계(S14), 미세조정 정보 전송단계(S15), 사격명령 전송단계(S16)로 구성된다.

도 3을 참조하면, 제 1 단계(S11)에서는 화기(20)와 이격된 위치에 있는 사격자(10)가 표적(30)을 관찰 선정하면, 원격사격 조정장치(100)의 표적좌표 획득모듈(110)이 표적의 좌표를 획득하여 제어모듈(120)로 전송하고, 제어모듈(120)은 획득된 표적 좌표를 통신모듈(130)과 유/무선 네트웍(40)을 통해 화기제어장치(200)에 전송한다.

제 2 단계(S12)에서는 화기제어장치(200)가 수신된 표적좌표와 화기제어장치에 부착된 GPS모듈(210)에 의한 화기의 좌표를 사용하여 화기의 조준방향을 계산하며, 표적(30)과 화기(20)의 거리에 따른 탄도곡선을 고려한 탄착점 보상 값을 계산하고, 이값으로 화기(20)의 하단에 부착된 팬/틸트 기계장치(230)를 구동시켜 표적을 조준한다.

제 3 단계(S13)에서는 보다 정밀한 조준을 위해 화기(20)에 부착된 카메라(220)의 영상을 이격된 공간에 위치한 원격사격 조정장치(100)로 전송한다. 제 4 단계(S14)에서 사격자(10)가 이 영상을 보며 마우스 등의 인터페이스 장치에 의해 탄착 조준점을 미세 정밀 조정하면, 제5 단계(S15)에서는 원격사격 조정장치(100)가 이에 따라 팬/틸트 조정신호를 생성하여 화기제어장치(200)로 전송한다.

제 6 단계(S16)에서는 사격자(10)가 표적(30)에 화기(20)가 정조준됨을 화 기(20)에 부착된 카메라 영상으로부터 확인하면, 원격사격 조정장치(100)가 사격 명령 신호를 화기제어장치(200)로 보내고, 이에 따라 화기제어장치(200)는 팬/틸트 기계장치(230)를 제어하여 화기(20)의 사격을 처리한다.

한편, 활용목적이나 환경에 따라 연산 및 제어 기능을 화기제어장치(200)에 부여하지 않고 원격사격 조정장치(100)에 부여하여 화기(20)는 단순 조준만 가능토록 하는 다른 실시예는 도 4에 도시된 바와 같이, 화기의 GPS정보를 전송하는 단계(S21), 표적정보를 사용해 화기의 조준 방향 및 탄도보상을 계산하는 단계(S22), 팬/틸트 제어정보를 전송, 제어하는 단계(S23), 화기부착 카메라 영상정보를 전송하는 단계(S24), 수신된 화기 부착 카메라 영상으로 탄착점을 미세조정하는 단계(S25), 미세조정 및 사격명령을 전송하는 단계(S26)로 구성된다.

도 4에서 설명하는 또 다른 구현 방법을 설명하면, 제 1 단계(S21)에서는 화기제어장치(200)의 GPS모듈(210)이 수신된 GPS정보를 통신모듈(250)과 유/무선 네트웍(40)을 통해 원격사격 조정장치(100)로 전송한다.

제 2 단계(S22)에서는 원격사격 조정장치(100)가 표적좌표 획득모듈(110)을 이용하여 표적의 좌표를 획득한 후 화기제어장치(200)로부터 수신된 화기의 GPS정보와 연산하여 화기(20)를 조준하기 위한 조준신호와 탄도보상을 계산하여 팬/틸트 제어정보를 산출한다. 제 3 단계(S23)에서는 원격사격 조정장치(100)가 산출된 팬/틸트 제어정보를 화기제어장치(200)로 전송하고, 이에 따라 화기제어장치(200)는 팬/틸트 기계장치(230)를 제어하여 화기의 조준 방향을 조정한다.

제 4 단계(S24)에서는 화기(20)에 부착된 카메라(220)가 표적의 영상을 촬영하여 통신모듈(250)과 유/무선 네트웍(40)을 통해 원격사격 조정장치(100)로 전송하고, 제 5 단계(S25)에서는 원격사격 조정장치(100)가 수신된 카메라의 영상으로 탄착점을 미세조정하여 미세조정신호를 생성한 후, 제 6 단계(S26)에서 미세조정신호와 사격명령을 화기제어장치(200)로 전송한다. 이에 따라 화기제어장치(200)는 화기(20)의 탄착점을 미세 조정한 후 격발하여 표적(30)을 타격한다.

본 발명에 따라 사격자가 획득한 표적의 좌표로부터 화기를 조준하는 구체적인 방법은 다음과 같다.

도 5에서 표적(30)의 좌표가 P(x2, y2, z2)이고 화기(20)에 부착된 GPS모듈(210)로부터 획득된 화기의 좌표가 G(x3, y3, z3)라면, 표적(30)과 화기(20) 간의 거리 "D1", 표적을 향한 화기(20)의 방위각 "A"와 표적을 향한 화기의 기울기 각도 "B"는 다음과 수학식1과 같이 얻어질 수 있다.

만약, xd= x2-x3, yd= y2-y3 , zd= z2- z3 라고 하면,

D1 = SQRT ( xd*xd + yd*yd + zd*zd )

B = ARC sin ( zd/D1 ) 이 된다.

또한 화기와 표적 간의 거리 D1의 xy 평면으로 투사된 거리 "D2"는

D2 = SQRT ( xd*xd + yd*yd ) 이므로

화기의 방위각 A는

A = ARC cos ( xd/D2 )가 된다.

그러나 대부분의 화기(20)는 탄환이 비행하는 탄도곡선 f(x)이 존재하고, 이 탄도곡선의 궤적이 표적과의 일직선상에 있지 않으므로 보다 정확한 정밀 사격을 위해서는 실제 조준점을 탄도곡선을 고려한 표적의 탄착점으로 보정해 주어야 한다.

본 발명에서는 이러한 오차를 보상하기 위하여 다음과 같은 방법을 사용한다. 즉, 도 6과 같이 화기(20)의 탄도곡선(61)이 f(x)이고, x가 화기(20)로부터 탄환이 비행하며 위치하는 거리, 직선 g가 화기(20)로부터 표적(30) 간의 조준선(62), 조준선 상의 점(62a)이 조준점이라면, 화기의 조준을 조준선(62)를 기준으로 행하였으므로 실제 탄환은 조준선(62) 위를 비행하는 것이 아니라 탄도곡선 f(x)의 궤적을 따라서 비행하므로 실제 탄착점(61a)을 맞추게 된다. 즉, 실제 탄착점(61a)과 조준점(62a) 사이에 조준 오차(e1)가 발생하게 된다. 이를 보정하기 위해서는 표적의 거리 d에서의 조준 오차인 f(d) 만큼 표적보다 하향 조준되어 보정 조준선(63) 상의 보정 조준점(63a)을 조준하여야 하고, 화기(20)는 보정 조준선(63)을 가르키도록 조준 보정 기울기(α) 만큼 기울여 조준하여야 한다. 그러므로 보정된 표적의 수직좌표 z22는 다음 수학식2와 같다.

z22= z2 - f(d)

또한, 보정된 화기의 기울기 각도인 α는 아래와 같다

α= ARC sin { [zd-f(d)]/D1 }

한편, 상기 수학식 1에 의해 표적과의 거리정보를 계산하고, 이를 이용하여 수학식 2에 의해 화기의 탄도곡선으로 인한 조준 오차 보상 정도를 함께 계산하여 팬/틸트 기계장치(230)의 조준 방위각과 기울기를 제어하므로써 화기(20)가 표적(30)을 조준하도록 하고, 조준이 완료된 후에 사격자(10)로부터의 사격명령 신호에 의해 팬/틸트 기계장치(230)가 화기(20)를 격발하도록 통제한다. 이 같은 방법은 광활한 정면에서 표적의 위치를 관측하는 광학적 관측 수단 등과 연동시켜 신속하게 조준할 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 방법은 GPS 오차 및 기울기 센서의 오차를 포함하고 있으므로 표적(30)이 위치한 지역에 연발사격을 통한 제압에는 효과가 있으나 보다 정밀한 표적의 조준을 달성하기 위해서는 이러한 오차를 보상할 수 있는 방안이 고안되어야 한다.

본 발명에서는 이러한 제한 점 극복을 위하여 화기(20)에 부착된 카메라(220)의 영상을 이용하여 사격자(10)가 표적(30)을 정밀 조준하는 방안을 사용한다. 본 발명의 정밀 조정 방법은 화기의 조준이 이루어진 후에 화기제어장치(200)의 통제모듈(240)은 정밀 조준을 위해 화기(20)에 부착된 카메라(220)의 영상을 수신하고, 그 영상 위에 표시할 탄도곡선으로 인한 오차를 보정한 보정 조준점 정보를 화기제어장치의 통신모듈(250)과 유/무선 네트웍(40) 및 원격사격 조정장치(100)의 통신모듈(130)을 경유하여 원격사격 조정장치(100)의 제어 모듈(120)로 전송한다. 원격사격 조정장치(100)의 제어모듈(120)은 사용자 디스플레이 장치인 LCD 디스플레이(150)에 수신된 영상과 영상 상에 탄도곡선에 의한 오차를 보상한 조준점을 아래와 같은 방법으로 디스플레이시킨다.

화기에 부착된 카메라(220)의 촬영각도는 카메라 렌즈의 촬영각인 "FOV"에 의해서 결정된다. 그러므로 도 7과 같이 카메라 렌즈의 수직 촬영각인 "FOVh"와 수학식 1에 의해 얻어진 표적과 카메라(220) 사이의 거리 "D"를 이용하여 카메라(220)로 획득된 영상의 실제 수직거리 "L"을 계산하면 다음 수학식 4와 같다.

tan(FOVh/2) = L/(2*D) 이므로

획득된 영상의 실제 수직 거리 L은

L = 2D * tan(FOVh/2) 이다.

또한, 조준 오차 거리 f(d)를 a, 획득된 영상을 보여주는 LCD 디스플레이의 높이를 "H" 라고 하면 조준 오차의 디스플레이 상에서의 상대거리 "b"는 다음 수학식5와 같다.

b = k/L * H

또한 총구의 중앙과 카메라 렌즈의 중심까지의 수직거리는 카메라 영상에 의한 실제 높이 L에 비하여 매우 작으므로 이를 생략하면, 도 8과 같이 카메라 영상의 중심위치가 탄도곡선으로 인한 오차를 보상하도록 팬/틸트 기계장치(230)로 제어된 보상조준점(63a)이므로 화면상에 표시할 실제 탄착점(C)의 위치는 화면의 중심을 지나는 수직선 상에서 위치하되 화면 중심으로부터 b 만큼 떨어져 위치하므로 다음 수학식 6과 같이 계산이 가능하다.

C = H/2 + b

= H/2 + k/L * H

이때 사격자(10)는 원격사격 조정장치(100)에 부착된 휠마우스 등의 인터페이스모듈(140)을 조정하면, 이 정보는 제어모듈(120)과 통신모듈(130) 및 유/무선 네트웍(40)을 경유하여 화기제어장치(200)의 통제모듈(240)에 전달되고, 통제모듈(240)은 팬/틸트 기계장치(230)를 제어하여 화기(20)에 부착된 카메라(220)의 영상이 사격자(10)가 원하는 방향을 보일 수 있도록 조정한다. 사격자(10)는 이 같은 방식으로 디스플레이모듈(150)에 표적이 최대한 잘 보이게 조정하고, 실제 탄착점 C가 표적 상에서 원하는 지점에 일치하도록 정밀 조정할 수 있다. 또한, 원격사격 조정장치(100)의 제어 모듈(120)은 표적이 정조준 되었을 경우 사격명령을 화기제어장치(200)에 전송하기 위해 사격자(10)가 인터페이스 모듈(140)을 통하여 입력한 사격명령을 수신하고, 화기제어장치(200)로 사격명령을 전송하여 팬/틸트 기계장치(230)를 통해 화기(20)를 격발시킬 수 있다.

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

도 1은 본 발명에 따른 원격 사격 제어시스템을 설명하기 위해 도시한 개략도,

도 2는 도 1에 도시된 화기제어장치와 원격사격 조정장치의 세부 구성을 도시한 블럭도,

도 3은 본 발명에 따른 원격 사격 제어절차의 일 실시예를 도시한 순서도,

도 4는 본 발명에 따른 원격 사격 제어절차의 다른 실시예를 도시한 순서도,

도 5는 본 발명에 따라 표적의 좌표를 산출하는 개념을 설명하기 위한 그래프,

도 6은 본 발명에 따라 탄도곡선을 보정하는 개념을 설명하기 위한 도면,

도 7은 본 발명에 따라 카메라가 표적을 촬영하는 개념을 설명하기 위한 도면,

도 8은 본 발명에 따라 표적 영상을 보고 미세 조준하는 개념을 설명하기 위한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 사격자 20: 화기

30: 표적 40: 유/무선 네트웍

100: 원격사격 조정장치 110: 표적좌표 획득모듈

120: 제어모듈 130: 통신모듈

140: 인터페이스모듈 150: 디스플레이모듈

200: 화기제어장치 210: GPS모듈

220: 카메라 230: 팬/틸트 기계장치

240: 화기통제모듈 250: 통신모듈

Claims

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화기와 이격된 위치에서 관측, 선정한 표적을 자동 정밀 조준사격하기 위한 원격 화기 사격 제어 방법에 있어서,

원격사격 조정장치가 사격자의 좌표와 방위각, 기울기 및 표적과의 거리정보를 이용하여 표적의 위치좌표를 산출하는 단계;

화기제어장치가 화기의 위치좌표를 산출하는 단계;

원격사격조정장치나 화기제어장치가 상기 표적의 좌표와 상기 화기의 좌표를 이용하여 탄도곡선으로 인한 조준 오차를 보상하여 화기가 표적을 조준하도록 조준신호를 생성하는 단계;

화기제어장치가 상기 조준신호에 따라 화기의 하단에 장착된 팬/틸트 장치를 제어하여 표적을 자동 조준하는 단계;

화기제어장치가 상기 조준된 표적의 영상을 상기 원격사격 조정장치로 전송하여 화면으로 표시하는 단계;

사격자가 표적의 영상을 보고 조작하면, 상기 원격사격 조정장치가 미세 조준신호를 상기 화기제어장치로 전송하여 화기를 미세 조준하는 단계; 및

사격자의 조작에 따라 상기 원격사격 조정장치가 사격명령을 전송하면, 상기 화기제어장치가 사격명령에 따라 화기를 격발시키는 단계를 구비하고,

상기 미세 조준하는 단계는,

획득된 좌표의 측정수단의 오차로 인해 발생될 수 있는 조준 오차를 보상할 목적으로 조준한 실제 탄착점의 위치를 디스플레이에 표시하여 사격자가 디스플레이 영상을 보며 실제 탄착점으로 총구를 정밀 조준할 수 있게 하기 위하여

1) 카메라 렌즈의 수직 촬영 각인 (FOVh)와 화기로부터 표적 간의 거리 (D1)을 사용하여 카메라로 획득되어 사격자의 디스플레이에 투사되는 영상의 실제 수직 높이(L)를 아래의 식으로 계산하고,

L = 2D1 * tan(FOVh/2)

2) 탄도곡선으로 인한 오차 값과 총구 중심과 총신 상부에 부착된 카메라 렌즈 중심과의 거리 값의 합과 디스플레이에 투사된 영상의 실제 수직높이와의 비례 값을 디스플레이 창 높이에 곱하여 계산하므로써 디스플레이 상에서의 탄착점 오차거리의 상대 값을 계산하고,

3) 계산된 값만큼을 디스플레이 화면의 중심으로부터 수직으로 떨어진 곳에 표시해 주므로써 디스플레이 화면 위에 실제 탄착점의 위치를 표시하는 것을 특징으로 하는 원격 화기 사격 제어방법.
화기와 이격된 위치에서 관측, 선정한 표적을 자동 정밀 조준사격하기 위한 원격 화기 사격 제어 방법에 있어서,

원격사격 조정장치가 사격자의 좌표와 방위각, 기울기 및 표적과의 거리정보를 이용하여 표적의 위치좌표를 산출하는 단계;

화기제어장치가 화기의 위치좌표를 산출하는 단계;

원격사격조정장치나 화기제어장치가 상기 표적의 좌표와 상기 화기의 좌표를 이용하여 탄도곡선으로 인한 조준 오차를 보상하여 화기가 표적을 조준하도록 조준신호를 생성하는 단계; 및

화기제어장치가 상기 조준신호에 따라 화기의 하단에 장착된 팬/틸트 장치를 제어하여 표적을 자동 조준하는 단계를 구비하고,

상기 조준신호를 생성하는 단계는

표적과 화기의 x, y, z 방향의 거리차이를 각각 xd, yd, zd 라고 할 때

1) 표적과 화기 간의 거리 D1의 제곱을 xd, yd, zd 각각의 제곱을 더하여 구하고,

2) 화기가 표적을 조준하기 위한 수직 기울기 각도 B는

sin( B )가 표적과 화기의 고도차이 zd를 표적과 화기의 거리로 나눈 값과 같다는 삼각함수관계를 이용하여

B = ARC sin (zd/D1) 계산하고,

3) 화기의 방위각 A는

cos (A)가 화기와 표적 간의 x 방향의 거리 차 xd를 표적과 화기의 거리 D1을 x,y 평면으로 투사한 평면거리 D2로 나눈 값과 같다는 삼각함수 관계를 이용하여

A = ARC cos (xd/D2) 로 계산하는 것을 특징으로 하는 원격 화기 사격 제어방법.
화기와 이격된 위치에서 관측, 선정한 표적을 자동 정밀 조준사격하기 위한 원격 화기 사격 제어 방법에 있어서,

원격사격 조정장치가 사격자의 좌표와 방위각, 기울기 및 표적과의 거리정보를 이용하여 표적의 위치좌표를 산출하는 단계;

화기제어장치가 화기의 위치좌표를 산출하는 단계;

원격사격조정장치나 화기제어장치가 상기 표적의 좌표와 상기 화기의 좌표를 이용하여 탄도곡선으로 인한 조준 오차를 보상하여 화기가 표적을 조준하도록 조준신호를 생성하는 단계;

화기제어장치가 상기 조준신호에 따라 화기의 하단에 장착된 팬/틸트 장치를 제어하여 표적을 자동 조준하는 단계;

화기제어장치가 상기 조준된 표적의 영상을 상기 원격사격 조정장치로 전송하여 화면으로 표시하는 단계;

사격자가 표적의 영상을 보고 조작하면, 상기 원격사격 조정장치가 미세 조준신호를 상기 화기제어장치로 전송하여 화기를 미세 조준하는 단계; 및

사격자의 조작에 따라 상기 원격사격 조정장치가 사격명령을 전송하면, 상기 화기제어장치가 사격명령에 따라 화기를 격발시키는 단계를 구비하고,

상기 조준신호를 생성하는 단계는

표적좌표와 화기좌표를 이용하여 탄도곡선으로 인한 조준 오차를 보상하여 자동조준하게 하므로써 사격의 정확도를 높이는 방법을 위해

1) 표적과 화기의 거리를 계산하고

2) 상기 계산된 거리 정보를 사전에 입력된 화기의 탄도곡선에 대입하여 표적 위치에서의 광학적 조준점과 탄도곡선에 의한 탄착점과의 오차거리를 계산하고

3) 조준점을 탄도곡선에 의한 탄착점이 조준점에 오도록 화기 하단의 팬/틸트를 조정하기 위해 화기의 보정된 조준 기울기 각도 B2를 표적과 화기의 고도차 zd에서 탄도곡선에 의한 오차거리를 빼어 보정된 고도차를 계산하고

4) sin( B2 )가 표적과 화기의 보정된 고도차이를 표적과 화기의 거리로 나눈값과 같다는 삼각함수관계를 이용하여

B2 = ARC sin (보정된 고도차/D1)를 계산하는 것을 특징으로 하는 원격 화기 사격 제어방법.