KR101062228B1 - Apparatus and method for generating guided command using strapdown seeker - Google Patents

Apparatus and method for generating guided command using strapdown seeker Download PDF

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KR101062228B1
KR101062228B1 KR1020100121937A KR20100121937A KR101062228B1 KR 101062228 B1 KR101062228 B1 KR 101062228B1 KR 1020100121937 A KR1020100121937 A KR 1020100121937A KR 20100121937 A KR20100121937 A KR 20100121937A KR 101062228 B1 KR101062228 B1 KR 101062228B1
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KR
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command
coordinate system
searcher
strapdown
induction
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박장한
이완재
윤동준
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삼성탈레스 주식회사
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Abstract

본 발명은 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치에 있어서, 비행체와 표적과의 시선각을 계산하는 스트랩다운 탐색기와, 상기 계산된 시선각을 관성 좌표계의 시선각으로 변환하는 관성 좌표계 변환부와, 상기 변환된 시선각을 이용하여 유도 명령을 계산하는 유도 명령 계산부와, 상기 계산된 유도 명령을 동체 좌표계의 유도 명령으로 변환하는 동체 좌표계 변환부와, 상기 변환된 유도 명령에 따른 유도 제어 명령을 수행하는 유도 제어 명령 수행부를 구성한다. 상기와 같은 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치 및 방법에 따르면, 유도탄에 김발형 탐색기가 아닌 스트랩다운 탐색기를 부착하여 이용함으로써, 유지 및 보수가 용이해지는 효과가 있으며, 스트랩다운 탐색기의 표적 탐색 결과에 대해 단순히 좌표계 변환만 수행함으로써, 기존의 김발형 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치 및 방법을 그대로 이용하는 효과가 있다.The present invention relates to an apparatus and method for generating an instruction for command using a strapdown searcher, the apparatus for generating an instruction for command using a strapdown searcher, comprising: a strapdown searcher for calculating a viewing angle between a vehicle and a target; An inertial coordinate system converting unit for converting a to an eye angle of an inertial coordinate system, an induction command calculating unit for calculating an induction command using the converted eye angle, and a body coordinate system for converting the calculated induction command to an induction command of a body coordinate system. And a conversion unit and an induction control command execution unit that performs an induction control command according to the converted induction command. According to the apparatus and method for generating an instruction command using the strapdown searcher as described above, by using a strapdown searcher instead of a gimbal type searcher on the guided missile, there is an effect of facilitating maintenance and repair, and a target search result of the strapdown searcher. By simply performing the transformation of the coordinate system with respect to the above, there is an effect of using the apparatus and method for generating an existing instruction using the existing Gimbal-type searcher as it is.

Description

스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING GUIDED COMMAND USING STRAPDOWN SEEKER}APAPATUS AND METHOD FOR GENERATING GUIDED COMMAND USING STRAPDOWN SEEKER}

본 발명은 유도 명령 생성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for generating an instruction, and more particularly, to an apparatus and method for generating an instruction using a strapdown searcher.

일반적으로 유도탄과 같은 비행체에서 표적 획득 센서로 김발형 탐색기(Gimbaled Seeker)가 많이 이용된다. 이러한 김발형 탐색기는 탐색기의 표적획득부가 유도탄의 동체 운동과는 독립적으로 관성 좌표계 상에서 표적을 지향하게 하여 비례항법 유도 명령 생성에 필요한 유도탄/표적간의 시선각속도 정보를 직접 제공한다.In general, a gimbaled seeker is widely used as a target acquisition sensor in an aircraft such as a missile. The Gimbal-type searcher directs the target acquisition part of the searcher to direct the target on the inertial coordinate system independently of the fuselage motion of the missile, thereby directly providing visual angular velocity information between the missile and the target required for generating the proportional navigation guidance command.

그러나, 최근에는 탐색기 전체가 유도탄 동체에 고정됨으로써 정비보수가 용이하고, 고장 수리가 감소하고, 단가를 감소시키는데 유리한 스트랩다운 탐색기가 많이 연구되고 있다.Recently, however, a lot of researches have been conducted on strap-down searchers which are easy to maintain, reduce troubleshooting, and reduce cost by fixing the searcher to the guided coal body.

따라서 스트랩다운 탐색기를 통해 비행체의 유도 명령을 생성하는 기술이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a technique for generating a guide command of an aircraft through the strapdown searcher.

본 발명의 목적은 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an apparatus for generating an instruction command using a strapdown searcher.

본 발명의 다른 목적은 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for generating an instruction using a strapdown searcher.

상술한 본 발명의 목적에 따른 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치는, 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치에 있어서, 비행체와 표적과의 시선각을 계산하는 스트랩다운 탐색기와, 상기 계산된 시선각을 관성 좌표계의 시선각으로 변환하는 관성 좌표계 변환부와, 상기 변환된 시선각을 이용하여 유도 명령을 계산하는 유도 명령 계산부와, 상기 계산된 유도 명령을 동체 좌표계의 유도 명령으로 변환하는 동체 좌표계 변환부와, 상기 변환된 유도 명령에 따른 유도 제어 명령을 수행하는 유도 제어 명령 수행부를 포함하도록 구성된다. 여기에서, 상기 스트랩다운 탐색기는, 상기 표적과 상기 비행체 사이의 시선각을 피치 축과 요 축에 대하여 계산하도록 구성될 수 있다.According to an object of the present invention, an apparatus for generating an instruction command using a strapdown searcher, the apparatus for generating an instruction command using a strapdown searcher, includes a strapdown searcher for calculating a viewing angle between a vehicle and a target, and the calculated gaze An inertial coordinate system converting unit for converting an angle into a viewing angle of an inertial coordinate system, an induction command calculating unit for calculating a derivation command using the converted viewing angle, and a body for converting the calculated derivation command into a deriving command of the fuselage coordinate system It is configured to include a coordinate system conversion unit, and an induction control command performing unit for performing an induction control command according to the converted induction command. Here, the strapdown searcher may be configured to calculate a line of sight between the target and the vehicle with respect to a pitch axis and a yaw axis.

상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 방법은, 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 방법에 있어서, 비행체와 표적과의 시선각을 계산하는 단계와, 상기 계산된 시선각을 관성 좌표계의 시선각으로 변환하는 단계와, 상기 변환된 시선각을 이용하여 유도 명령을 계산하는 단계와, 상기 계산된 유도 명령을 동체 좌표계의 유도 명령으로 변환하는 단계와, 상기 변환된 유도 명령에 따른 유도 제어 명령을 수행하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 비행체와 표적과의 시선각을 계산하는 단계는, 상기 표적과 상기 비행체 사이의 시선각을 피치 축과 요 축에 대하여 계산하도록 구성될 수 있다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of generating an instruction using a strapdown searcher, the method of generating an instruction using a strapdown searcher, the method comprising: calculating a viewing angle between a vehicle and a target, and the calculated viewing angle Converting a to a visual angle of an inertial coordinate system, calculating a derivation command using the converted visual angle, converting the calculated derivation command to a derivation command of a fuselage coordinate system, and the converted derivation command It may be configured to include performing an induction control command according to. Here, the calculating of the viewing angle between the vehicle and the target may be configured to calculate the viewing angle between the target and the vehicle with respect to the pitch axis and the yaw axis.

상기와 같은 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치 및 방법에 따르면, 유도탄에 김발형 탐색기가 아닌 스트랩다운 탐색기를 부착하여 이용함으로써, 유지 및 보수가 용이해지는 효과가 있으며, 스트랩다운 탐색기의 표적 탐색 결과에 대해 단순히 좌표계 변환만 수행함으로써, 기존의 김발형 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치 및 방법을 그대로 이용하는 효과가 있다.According to the apparatus and method for generating an instruction command using the strapdown searcher as described above, by using a strapdown searcher instead of a gimbal type searcher on the guided missile, there is an effect of facilitating maintenance and repair, and a target search result of the strapdown searcher. By simply performing the transformation of the coordinate system with respect to the above, there is an effect of using the apparatus and method for generating an existing instruction using the existing Gimbal-type searcher as it is.

도 1에서는 유도탄의 피치(pitch), 롤(roll) 및 요(yaw) 방향에 대한 개념을 먼저 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 공간에 대한 시선각(LOS angle)을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 평면(Image plane)과 동체 좌표계에 대한 시선각의 관계의 개념을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 좌표계와 가시선 좌표계간의 변환 관계를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트랩다운 탐색기 좌표계와 포인팅 좌표계의 변환 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 방법 흐름도이다.
1, the concept of the pitch, roll and yaw direction of the missile will be described first.
2 is a block diagram of an apparatus for generating an instruction command using a strapdown searcher according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a LOS angle with respect to an inertial space according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a concept of a viewing angle with respect to an image plane and a fuselage coordinate system according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a transformation relationship between an inertial coordinate system and a visible line coordinate system according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a transformation relationship between a strapdown searcher coordinate system and a pointing coordinate system according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of generating an instruction using a strapdown searcher according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 대해 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 이용하였다.As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 이용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 이용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B 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. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that another component may exist in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 이용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 이용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 이용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 이용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에서는 유도탄의 피치(pitch), 롤(roll) 및 요(yaw) 방향에 대한 개념을 먼저 설명한다.1, the concept of the pitch, roll and yaw direction of the missile will be described first.

유도탄은 피치 축, 롤 축 및 요 축을 중심으로 회전하며, 자동 조종 장치는 3개의 축들을 각각 제어하여 유도탄의 비행 방향을 결정함으로써 원하는 목적지에 도달하게 된다.The missiles rotate about the pitch axis, roll axis and yaw axis, and the autopilot controls each of the three axes to determine the direction of flight of the missiles to reach the desired destination.

도 1에서 유도탄(100)은 XYZ 좌표계 상에 표시될 수 있으며, X 축은 피치 축(101), Y 축은 롤 축(102), Z 축은 요 축(103)으로 구성될 수 있다. 피치 축(101)은 유도탄(100)의 기수가 상하 운동을 하는 중심 축이 되고, 롤 축(102)은 유도탄(100)가 동체를 중심으로 날개를 좌우로 기울이는 중심 축이 되며, 요 축(103)은 유도탄(100)의 날개를 수평으로 유지한 채로 유도탄의 기수를 좌우로 움직이기 위한 중심 축이 된다.In FIG. 1, the missile 100 may be displayed on an XYZ coordinate system, and the X axis may include a pitch axis 101, a Y axis as a roll axis 102, and a Z axis as a yaw axis 103. The pitch axis 101 is a central axis in which the nose of the guided missile 100 moves up and down, and the roll axis 102 is a central axis in which the missile 100 inclines the wings from side to side with respect to the fuselage. 103 is a central axis for moving the nose of the guided missile left and right while keeping the wing of the guided missile 100 horizontal.

이와 같이 유도탄과 같은 유도탄에서는 유도탄 조정 날개에 대하여 3개 축을 중심으로 한 피치, 롤 및 요의 제어값을 이용하여 유도탄(100)의 자세 및 방향을 조종할 수 있다.As described above, in a missile such as a missile, the attitude and direction of the missile 100 may be controlled using control values of pitch, roll, and yaw about three axes with respect to the missile control blade.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치의 블록 구성도이다.2 is a block diagram of an apparatus for generating an instruction command using a strapdown searcher according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 스트랩다운 탐색기를 이용하는 비행체를 유도하기 위한 유도 명령을 생성하기 위해서는 비행체에 각속도 자이로(gyro)와 가속도계가 구비된다. 김발형 탐색기와는 달리 스트랩다운 탐색기에는 추가 각속도 자이로가 존재하지 않으므로 스트랩다운 탐색기에서 측정된 값을 직접 유도 제어 명령을 생성하는데 이용할 수 있다. 이때, 스트랩다운 탐색기에서 측정된 시선각은 관성 좌표계가 아닌 비행체의 동체 좌표계에서 측정된 값이기 때문에 이 값을 이용할 경우 좌표계에 따른 오차가 발생하게 된다.An angular velocity gyro and an accelerometer are provided in the vehicle to generate an instruction to guide the aircraft using the strapdown searcher according to the present invention. Unlike gimbal-type explorers, there are no additional angular velocity gyros in the strap-down explorer, so the measured values in the strap-down explorer can be used to generate direct control commands. In this case, since the viewing angle measured by the strap-down searcher is a value measured in the fuselage coordinate system of the aircraft rather than the inertial coordinate system, an error according to the coordinate system occurs when using this value.

따라서 본 발명에서는 스트랩다운 탐색기에서 측정된 값을 관성 좌표계로 좌표 변환하여 유도 명령을 계산하고, 이 계산 값을 다시 동체 좌표 계로 변환하여 유도 제어 명령을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에서 스트랩다운 탐색기는 표적과 비행체 사이의 시선각(line of sight, LOS)이 피치 축과 요 축에 대하여 계산되므로 이를 관성 공간에 대한 시선각으로 변환한 후 유도 명령을 계산한다. 이하, 각 구성에 대하여 설명한다.Accordingly, in the present invention, a coordinate command is converted into an inertial coordinate system to calculate an induction command, and the calculated value is converted back to a fuselage coordinate system to perform an induction control command. In one embodiment of the present invention, since the line of sight (LOS) between the target and the vehicle is calculated with respect to the pitch axis and the yaw axis, the strapdown searcher calculates the guidance command after converting it to the eye angle with respect to the inertia space. do. Hereinafter, each structure is demonstrated.

스트랩다운 탐색기(210)는 표적과 비행체 사이의 시선각을 피치 축과 요축에 대하여 계산하여 출력한다. 관성 좌표계 변환부(220)는 상기 스트랩다운 탐색기(210)가 계산한 시선각을 관성 좌표계(inertial frame)로 변환하여 출력하고, 유도 명령 계산부(230)는 상기 관성 좌표계(body frame)로 변환된 시선각을 이용하여 유도 명령을 계산한다.The strap-down searcher 210 calculates and outputs a viewing angle between the target and the vehicle with respect to the pitch axis and the yaw axis. The inertial coordinate system converting unit 220 converts the visual angle calculated by the strap-down searcher 210 into an inertial frame, and outputs the inductive command calculating unit 230 to the inertial coordinate system. The derived command is used to calculate the induction command.

그리고 동체 좌표계 변환부(240)는 상기 유도 명령 계산부(230)에서 계산된 유도 명령을 동체 좌표계로 변환하고, 유도 제어 명령 수행부(250)는 상기 동체 좌표계로 변환된 유도 명령을 이용하여 비행체에 대한 유도 제어 명령을 수행한다. 도 2에서 서술한 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치의 구체적인 동작을 첨부된 도면들을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.In addition, the body coordinate system conversion unit 240 converts the induction command calculated by the induction command calculation unit 230 into the body coordinate system, and the induction control command performing unit 250 uses the induction command converted into the body coordinate system. Perform the induction control command for. Detailed operations of the induction command generation device using the strapdown searcher described with reference to FIG. 2 will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 2에 도시된 스트랩다운 탐색기(210)에서 측정된 시선각은 관성 좌표계가 아닌 비행체의 동체 좌표계에서 측정된 값이기 때문에 이를 관성 공간에 대한 시선각으로 변환하여야 한다. 따라서, 관성 좌표계 변환부(220)는 상기 스트랩다운 탐색기(210)가 측정한 표적과 비행체 사이의 피치 축과 요 축의 시선각을 관성 좌표계 기준의 LOS 각으로 전환한다.First, since the viewing angle measured by the strapdown searcher 210 illustrated in FIG. 2 is a value measured in the fuselage coordinate system of the aircraft, not the inertial coordinate system, it should be converted into the viewing angle with respect to the inertial space. Therefore, the inertial coordinate system conversion unit 220 converts the viewing angles of the pitch axis and yaw axis between the target and the vehicle measured by the strap-down searcher 210 to the LOS angle based on the inertial coordinate system.

관성 좌표계 변환부(220)는 표적 위치 벡터와 비행체의 위치 벡터를 이용하여 관성 좌표계에 대한 LOS 벡터

Figure 112010079481396-pat00001
를 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The inertial coordinate system converting unit 220 uses the target position vector and the position vector of the vehicle to form a LOS vector for the inertial coordinate system.
Figure 112010079481396-pat00001
May be expressed as in Equation 1 below.

Figure 112010079481396-pat00002
Figure 112010079481396-pat00002

여기에서,

Figure 112010079481396-pat00003
는 표적 위치 벡터이고,
Figure 112010079481396-pat00004
는 비행체의 위치 벡터이다.From here,
Figure 112010079481396-pat00003
Is the target position vector,
Figure 112010079481396-pat00004
Is the position vector of the aircraft.

관성 좌표계에 표현된 LOS 각(요, 피치)을 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.The LOS angle (yaw, pitch) expressed in the inertial coordinate system may be expressed by Equation 2 below.

Figure 112010079481396-pat00005
Figure 112010079481396-pat00005

여기서, 관성 좌표계에서 표현된 LOS 벡터는 좌표 변환 행렬(coordinate transformation matrix)을 통하여 아래의 수학식 3과 같이 동체 좌표계에서 표현된 LOS 벡터로 전환될 수 있다.Here, the LOS vector expressed in the inertial coordinate system may be converted to the LOS vector expressed in the fuselage coordinate system through Equation 3 below through a coordinate transformation matrix.

Figure 112010079481396-pat00006
Figure 112010079481396-pat00006

스트랩다운 탐색기(210)에서 이미지 평면(image plane)에 표적의 위치가 나타나며 이는 아래의 수학식 4와 같이 동체 좌표계 기준에서의 값이 된다.In the strap-down searcher 210, the position of the target appears in the image plane, which is a value in the fuselage coordinate system as shown in Equation 4 below.

Figure 112010079481396-pat00007
Figure 112010079481396-pat00007

상기 수학식 1 내지 수학식 4가 본 발명의 실시예에 따라 관성 좌표계 변환부(220)가 동체 좌표계(body frame)에 대한 시선각을 관성 공간에 대한 시선각으로 변환하는 과정을 나타내며, 상기 수학식들에 이용된 용어들에 대한 정의는 다음과 같다. Equation 1 to Equation 4 illustrate a process of the inertial coordinate system converting unit 220 converting an eye angle with respect to a body frame into an eye angle with respect to an inertial space according to an embodiment of the present invention. The definitions of the terms used in the equations are as follows.

상기 수학식 1 내지 수학식 4에서 이용된 용어

Figure 112010079481396-pat00008
은 동체 좌표계(body frame)에서의 LOS 벡터(vector)를 의미하고,
Figure 112010079481396-pat00009
은 렌즈 초점 거리(lens focal length)를 나타내며,
Figure 112010079481396-pat00010
는 동체 좌표계에서 x-축, y-축, z-축을 나타내며, [y, z]는 이미지 평면 값(image plane value)을 나타내며,
Figure 112010079481396-pat00011
는 동체 좌표계에서 나타나는 LOS 요 각(LOS yaw angle represented in body frame)을 나타내며,
Figure 112010079481396-pat00012
는 동체 좌표계에서 나타나는 LOS 피치 각(LOS pitch angle represented in body frame)을 나타내며, 수학식 1 내지 수학식 4는 도 3을 통해 표현된다.Terms used in Equations 1 to 4 above
Figure 112010079481396-pat00008
Is the LOS vector in the body frame,
Figure 112010079481396-pat00009
Represents the lens focal length,
Figure 112010079481396-pat00010
Denotes the x-axis, y-axis, and z-axis in the fuselage coordinate system, [y, z] denotes the image plane value,
Figure 112010079481396-pat00011
Represents the LOS yaw angle represented in body frame,
Figure 112010079481396-pat00012
Denotes a LOS pitch angle represented in the body frame, and Equations 1 to 4 are represented through FIG. 3.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 관성 공간에 대한 시선각(LOS angle)을 도시한 도면이다. FIG. 3 is a diagram illustrating a LOS angle with respect to an inertial space according to an embodiment of the present invention.

이미지 평면(Image plane)과 동체 좌표계에 대한 시선각의 관계식은 아래의 수학식 5와 같고 이를 도면으로 나타내면 도 4와 같다.The relationship between the viewing angles of the image plane and the fuselage coordinate system is shown in Equation 5 below, which is shown in FIG. 4.

Figure 112010079481396-pat00013
Figure 112010079481396-pat00013

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 평면(Image plane)과 동체 좌표계에 대한 시선각의 관계의 개념을 나타낸 도면이다. FIG. 4 is a diagram illustrating a concept of a viewing angle with respect to an image plane and a fuselage coordinate system according to an embodiment of the present invention.

상술한 수학식 1 내지 수학식 5을 통해 최초에 이미지 평면에 Y, Z 값이 측정되면 그 값으로부터 동체 좌표계에 대한 시선각과 관성 공간에 대한 시선각을 아래의 수학식 6과 같이 유도할 수 있다.When the Y and Z values are initially measured in the image plane through the above-described Equations 1 to 5, the gaze angle for the fuselage coordinate system and the gaze angle for the inertia space can be derived as shown in Equation 6 below. .

Figure 112010079481396-pat00014
Figure 112010079481396-pat00014

여기서 좌표 변환 매트릭스(coordinate transformation matrix from inertial frame to body frame)인

Figure 112010079481396-pat00015
는 다음의 수학식 7과 같이 정의되며 그 구성 요소인
Figure 112010079481396-pat00016
는 수학식 8과 같이 정의된다. Where coordinate transformation matrix from inertial frame to body frame
Figure 112010079481396-pat00015
Is defined as in Equation 7 below, and its components
Figure 112010079481396-pat00016
Is defined as in Equation 8.

Figure 112010079481396-pat00017
Figure 112010079481396-pat00017

Figure 112010079481396-pat00018
Figure 112010079481396-pat00018

가시선 변화율(LOS rate)을 계산하기 위해서는 5개의 좌표계(coordinate system)이 필요하며, 관성 좌표계(inertial frame), 동체 좌표계(body frame), 스트랩다운 탐색기 좌표계(strapdown seeker frame), 포인팅 좌표계(pointing frame), 시선각 좌표계(LOS frame)를 포함한다. 여기서 스트랩다운 탐색기는 비행체의 동체에 고정되어 있으므로 동체 좌표계와 동일시 할 수 있다. 각 좌표계간의 변환(coordinate transformation)은 다음의 수학식 9와 도 5 및 도 6과 같다. Five coordinate systems are required to calculate the line of sight change rate (LOS rate), the inertial frame, the body frame, the strapdown seeker frame, and the pointing frame. ), And an LOS frame. Here, the strapdown searcher is fixed to the fuselage of the aircraft, so it can be identified with the fuselage coordinate system. Coordinate transformation of each coordinate system is shown in Equation 9 below and FIGS. 5 and 6.

Figure 112010079481396-pat00019
Figure 112010079481396-pat00019

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 관성 좌표계와 가시선 좌표계간의 변환 관계를 나타낸 도면이다. 그리고 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스트랩다운 탐색기 좌표계와 포인팅 좌표계의 변환 관계를 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a transformation relationship between an inertial coordinate system and a visible line coordinate system according to an exemplary embodiment of the present invention. 6 is a diagram illustrating a transformation relationship between a strapdown searcher coordinate system and a pointing coordinate system according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 수학식 9에서 ey와 ex는 가시선각 오차(LOS angle error)이다. 동체 좌표계와 포인팅 좌표계의 각 변화율은 다음의 수학식 10과 같다.In Equation 9, e y and e x are LOS angle errors. The rate of change of the fuselage coordinate system and the pointing coordinate system is expressed by Equation 10 below.

Figure 112010079481396-pat00020
Figure 112010079481396-pat00020

기본적인 운동 방정식으로 아래의 수학식 11과 수학식 13이 각각 성립한다.Equations 11 and 13 below are established as basic equations of motion, respectively.

Figure 112010079481396-pat00021
Figure 112010079481396-pat00021

Figure 112010079481396-pat00022
Figure 112010079481396-pat00022

Figure 112010079481396-pat00023
Figure 112010079481396-pat00023

상기 수학식 10 내지 수학식 13을 정리하면 아래의 수학식 14와 같이 가시선 변화율(LOS rate)을 유도할 수 있다. Summarizing Equations 10 to 13, the line of sight change rate (LOS rate) can be derived as shown in Equation 14 below.

Figure 112010079481396-pat00024
Figure 112010079481396-pat00024

여기서, 상기 수학식 14에서

Figure 112010079481396-pat00025
Figure 112010079481396-pat00026
은 아래의 수학식 15와 같이 계산될 수 있다.Here, in Equation 14
Figure 112010079481396-pat00025
and
Figure 112010079481396-pat00026
May be calculated as in Equation 15 below.

Figure 112010079481396-pat00027
Figure 112010079481396-pat00027

상술한 바와 같이 스트랩다운 탐색기의 시선각과 시선각 변화율을 계산하여 유도명령을 생성할 수 있다.As described above, the instruction for generating the guidance may be generated by calculating the viewing angle and the viewing angle change rate of the strap-down searcher.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 방법 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of generating an instruction using a strapdown searcher according to an exemplary embodiment of the present invention.

단계 S110에서 스트랩다운 탐색기(210)는 비행체와 표적과의 시선각을 계산한다. 여기에서, 스트랩다운 탐색기(210)는 표적과 비행체 사이의 시선각을 피치 축과 요 축에 대하여 계산하도록 구성될 수 있다.In operation S110, the strap-down searcher 210 calculates a viewing angle between the vehicle and the target. Here, the strapdown searcher 210 may be configured to calculate the viewing angle between the target and the vehicle with respect to the pitch axis and the yaw axis.

그리고 단계 S120에서 관성 좌표계 변환부(220)는 상기 스트랩다운 탐색기(210)가 계산한 시선각을 관성 좌표계로 변환한다.In operation S120, the inertial coordinate system conversion unit 220 converts the viewing angle calculated by the strap-down searcher 210 into the inertial coordinate system.

단계 S130에서 유도 명령 계산부(230)는 상기 단계 S120에서 관성 좌표계 변환부(220)가 변환한 시선각의 관성 좌표 값을 이용하여 유도 명령을 계산하고, 단계 S140에서 동체 좌표계 변환부(240)는 상기 계산된 유도 명령을 동체 좌표계로 변환한다.In step S130, the induction command calculator 230 calculates the induction command by using the inertia coordinate value of the visual angle converted by the inertial coordinate system conversion unit 220 in step S120, and fuselage coordinate system conversion unit 240 in step S140. Converts the calculated derivation command into the fuselage coordinate system.

마지막으로, 단계 S150에서 유도 제어 명령 수행부(250)는 상기 동체 좌표계 변환된 유도 명령을 이용하여 유도 제어 명령을 수행한다.Finally, in step S150, the induction control command performing unit 250 performs the induction control command using the body coordinate system transformed induction command.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.

Claims (4)

스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치에 있어서,
비행체와 표적과의 시선각을 계산하는 스트랩다운 탐색기;
상기 계산된 시선각을 관성 좌표계의 시선각으로 변환하는 관성 좌표계 변환부;
상기 변환된 시선각을 이용하여 유도 명령을 계산하는 유도 명령 계산부;
상기 계산된 유도 명령을 동체 좌표계의 유도 명령으로 변환하는 동체 좌표계 변환부 및
상기 변환된 유도 명령에 따른 유도 제어 명령을 수행하는 유도 제어 명령 수행부를 포함하는 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치.
In the guidance command generation device using a strapdown searcher,
A strapdown searcher that calculates a viewing angle between the vehicle and the target;
An inertial coordinate system converting unit converting the calculated gaze angle into a gaze angle of an inertial coordinate system;
An instruction instruction calculator configured to calculate an instruction using the converted line of sight;
A body coordinate system converting unit for converting the calculated derivation instruction into a derivation command of the body coordinate system;
And an induction command generating unit including an induction control command execution unit configured to perform an induction control command according to the converted induction command.
제1항에 있어서, 상기 스트랩다운 탐색기는,
상기 표적과 상기 비행체 사이의 시선각을 피치 축과 요 축에 대하여 계산하는 것을 특징으로 하는 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 장치.
The method of claim 1, wherein the strap-down searcher,
And a gaze angle between the target and the vehicle is calculated with respect to a pitch axis and a yaw axis.
스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 방법에 있어서,
비행체와 표적과의 시선각을 계산하는 단계;
상기 계산된 시선각을 관성 좌표계의 시선각으로 변환하는 단계:
상기 변환된 시선각을 이용하여 유도 명령을 계산하는 단계;
상기 계산된 유도 명령을 동체 좌표계의 유도 명령으로 변환하는 단계 및
상기 변환된 유도 명령에 따른 유도 제어 명령을 수행하는 단계를 포함하는 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 방법.
In the method of generating a guide command using a strapdown explorer,
Calculating a viewing angle between the vehicle and the target;
Converting the calculated viewing angle to the viewing angle of the inertial coordinate system:
Calculating a derivation command using the converted gaze angle;
Converting the calculated derivation command into a derivation command of a fuselage coordinate system; and
And performing a derivation control command according to the converted derivation command.
제3항에 있어서, 상기 비행체와 표적과의 시선각을 계산하는 단계는,
상기 표적과 상기 비행체 사이의 시선각을 피치 축과 요 축에 대하여 계산하는 것을 특징으로 하는 스트랩다운 탐색기를 이용하는 유도 명령 생성 방법.
The method of claim 3, wherein the calculating of the viewing angle between the vehicle and the target comprises:
And calculating a viewing angle between the target and the vehicle with respect to a pitch axis and a yaw axis.
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