KR101119882B1 - 사격제원 성능 분석 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄착 명중률을 산출하여 사격제원 성능을 분석하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 탄착 명중률 계산을 오차없이 수행하는 사격제원 성능 분석 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태는, 타겟에 사격된 탄들의 탄착군을 파악하는 과정과, 사격된 탄의 탄착 명중률인 탄착 명중률을 산출하는 탄착 명중률 산출 과정과, 상기 탄착 명중률이 임계치 이하인 경우, 상기 탄착군이 타겟 중심점에 형성되도록 하는 사격 위치 수정 정보를 사격자에게 제공하는 과정을 포함한다. 상기 탄착 명중률 산출 과정은, 원형태로 된 실제 타겟에 탄착된 탄들에 대해서, 실제 타겟의 중심점으로부터의 분산도를 산출하는 과정과, 상기 실제 타겟의 면적과 비례하는 정사각 형태의 가상 타겟을 생성하는 과정과, 상기 분산도 및 상기 가상 타겟의 외부변 길이를 이용하여 탄착 명중률을 계산하는 과정을 포함한다.

Description

사격제원 성능 분석 장치 및 그 동작 방법{Apparatus for analyzing firing data and method for operating the same}
본 발명은 탄착 명중률을 산출하여 사격제원 성능을 분석하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 탄착 명중률 계산을 오차없이 수행하는 사격제원 성능 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.
전투함에 탑재된 함포 사격제원의 성능을 분석하는 장치의 경우, 포명령의 탄착 명중률(HitProbability)을 산출하여 이용한다. 사격제원 장치의 성능을 분석하는 장치(이하, '사격제원 성능 분석 장치'라 함)는, 산출되는 탄착 명중률에 의해서 함포 사격제원 장치의 성능을 결정한다.
탄착 명중률 산출은, 원형으로 된 사격평면의 타겟 중심점을 계산상의 탄의 위치로 보았을 때, 가우시안 분포에 따른 분산도 및 신관 거리를 이용하여 산출한다. 실제 사격시의 탄은 방위각(bearing angle) 및 고각(elevation angle) 방향으로 각각 사거리에 따른 분산도를 각각 σb, σe라 할 때, 가우시안 분포(Gaussian Distribution)에 따른 분산도를 갖는다. 참고로, 사거리에 따른 분산도의 값은 탄종에 따라 참조한 근사치(approximation) 값을 보간(interpolation)하여 사용한다.
즉, 탄착 명중률은, 명중면(hitting plane)의 중심 지점인 타겟 중심 지점(0,0)이 할 때, 표적의 크기(width, height), 설정되는 신관 거리(proximity) P를 반영하여 계산한다. 상기에서 신관 거리 P라 함은, 표적을 중심으로 할 때 탄의 영향을 받는 범위로서 탄 사격 시에 명중이라 볼 수 있는 거리를 말한다. 방위각(bearing angle) 방향의 탄착 명중률을 H.PB라 하고, 고각(elevation angle) 방향의 탄착 명중률을 H.PE라 할 때 탄착 명중률은 다음과 같이 계산된다.
[식1]
HitProbability
= H.PB × H.PE
Figure 112011022537342-pat00001
상기 탄착 명중률은 탄의 위치(0,0)로부터 신관 거리(Proximity)만큼 일정한 거리에 있는 실제 타겟 형태인 원(circle) 형태로 계산되어야만 정확한 탄착 명중률이 계산된다.
그런데, 탄착 명중률 산출 시에 실제로는 [식 1]의 적분시에 원(circle)을 둘러싼 사각형(retangle) 형태로 계산되기 때문에, 사격형의 면적과 원의 면적 차이만큼 탄착 명중률 오차를 가지는 문제가 있다. 즉, [식 1]에 따른 탄착 명중률 계산을 할 때, 도 1에 도시한 바와 같이 사각형 기준으로 탄착 명중률이 계산되기 때문에, 빗금친 부분만큼의 오차가 발생하게 되는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는 탄착 명중률 산출 시에 실제 타겟에서의 탄착 명중률을 정확하게 계산하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 탄착 명중률 산출 시에 적용되는 적분식에서 탄착 명중률 계산의 오차가 발생하지 않도록 하는 신관 거리 P를 산출하는데 있다. 또한, 본 발명의 기술적 과제는 탄착 명중률에 따른 사격 위치 수정 정보를 제공하여, 탄착 명중률을 향상시키도록 하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 타겟에 사격된 탄들의 탄착군을 파악하는 탄착 파악부와, 타겟에 사격된 탄의 탄착 명중률을 산출하는 탄착 명중률 산출부와, 상기 탄착 명중률이 임계치 이하인 경우 상기 탄착군이 타겟의 중심점을 향하도록 하는 사격 위치 수정 정보를 제공하는 사격 정보 제공부를 포함한다.
본 발명의 실시 형태는, 타겟에 사격된 탄들의 탄착군을 파악하는 과정과, 사격된 탄의 탄착 명중률인 탄착 명중률을 산출하는 탄착 명중률 산출 과정과, 상기 탄착 명중률이 임계치 이하인 경우, 상기 탄착군이 타겟 중심점에 형성되도록 하는 사격 위치 수정 정보를 사격자에게 제공하는 과정을 포함한다.
상기 탄착 명중률 산출 과정은, 원형태로 된 실제 타겟에 탄착된 탄들에 대해서, 실제 타겟의 중심점으로부터의 분산도를 산출하는 과정과, 상기 실제 타겟의 면적과 비례하는 정사각 형태의 가상 타겟을 생성하는 과정과, 상기 분산도 및 상기 가상 타겟의 외부변 길이를 이용하여 탄착 명중률을 계산하는 과정을 포함한다.
가우시안 분포에 따른 분산도를 이용하여 탄착 명중률을 계산하는 것은, 사격된 탄의 방위각(bearing angle) 및 고각(elevation angle) 방향으로 각각의 사거리에 따른 가우시안 분산도를 각각 σb,σe라 하며, 표적을 중심으로 할 때 탄의 영향을 받는 범위로서 탄 사격 시에 명중이라 볼 수 있는 신관 거리를 P라 하며, 탄착 명중률을 HitProbability라 할 때,
HitProbability
Figure 112011022537342-pat00002
에 의해 산출된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 탄착 명중률 산출을 위한 적분 계산 시에 복잡한 수식을 고려하지 않고 간단한 비례 상수를 적용하여 탄착 명중률을 계산할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면 탄착 명중률 산출 시에 오차를 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면 정확한 사격 위치 수정 정보를 제공하여 탄착 명중률을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면 사격 위치 수정 정보를 사격자에 제공하여 사격자의 사격 능률을 향상시킬 수 있다.
도 1은 타겟 및 타겟에 탄착된 탄들의 분산도를 도시한 그림이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사격제원 성능 분석 장치의 블록도를 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사격제원 성능 분석 장치에서의 탄착 명중률 산출 및 분석 정보 제공 과정을 도시한 플로차트이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가상 타겟을 도시한 그림이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사격제원 성능 분석 장치의 블록도를 도시한 그림이다.
탄착 파악부(10)는, 화기에서 발사된 탄이 타겟에 도달했을 때, 타겟에 도달한 탄들의 탄착 위치, 즉, 탄착군(hit position group)을 파악하는 기능을 수행한다. 타겟에 위치감지 센서를 부착하여 자동적으로 탄착위치를 입력받거나, 관측소(OP;Observational Post)에서 탄착 위치를 파악하는 관측자(OP병)에 의해 탄착 위치를 제공받는다. 상기 관측자에 의해 탄착 위치를 제공받는 경우, 관측자는 휴대폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(notebook computer), PDA(Personal Digital Assistants) 등의 개인 무선 단말기를 통하여 탄착위치를 입력하여, 탄착 파악부에 탄착 위치를 전송한다. 상기 화기는, M16이나 K2같은 비폭발 화기뿐만 아니라, 폭발탄을 탄두로 하는 폭발탄 화기를 포함하고, 직사화기 뿐만 아니라 곡사화기를 포함한다.
성능 분석부(40)는, 무기체계의 종류, 탄착 명중률 정보, 치명성 정보, 조준시간 정보, 탄착 정보, 사격자 신상정보, 사격자 위치 정보 등의 사격제원 성능 정보를 운영자에게 제공한다. 특히, 사격에 따른 탄착 명중률 정보에 따라서 탄의 치명성 등에 대한 정보를 산출한다. 따라서, 탄착 명중률의 산출은 정확한 사격제원 성능 분석을 위해서 오차없는 계산 산출이 이루어져야 한다.
사격 정보 제공부(30)는 탄착 명중률 정보 및 탄착 정보에 따라서 사격자에게 사격위치 수정 정보를 제공한다. 탄착 명중률이 미리 설정된 임계치 이하인 경우, 탄착군이 형성된 지점을 사격자에게 제공하며, 또한, 탄착군을 타겟 중심 지점(0,0)으로 이동시키기 위한 사격 위치 수정 정보를 제공한다. 예를 들어, 현재 형성된 탄착군에서 타겟 중심 지점(0,0)으로 형성되도록 하는 사격 위치 수정 정보를 제공한다. 상기 사격 위치 수정 정보는, 곡사화기의 경우 사격 포신을 방위각(bearing angle), 고각(elevation angle) 방향으로 수정 이동시키는 각도로서 제공되며, K1,K2와 같은 직사화기의 경우 영점 조정 좌우 클릭수를 제공한다.
상기 사격 위치 수정 정보는 음성 데이터 형태나 문자와 같은 테스트 형태로 제공될 수 있다. 또한, 3차원 영상의 화면으로서 입체적으로 사격 위치 수정 정보를 제공할 수 있다.
또한, 상기에서 임계치라 함은, 미리 설정된 특정 임계치로서, 사격이 명중되었는지를 판단할 수 있는 최소한의 명중률을 말한다. 예컨대, 모두 탄들이 타겟에 명중했을 때의 탄착 명중률이 100%라 할 때, 임계치가 90%가 설정되어 있는 경우, 탄착 명중률이 90% 이하일 때 탄착 명중률이 임계치 이하로 되었다고 판단할 수 있다.
탄착 명중률 산출부(20)는 탄착 명중률 산출을 계산한다. 탄착 명중률 산출부(20)는, 타겟 중심 지점(0,0)으로부터 설정된 신관 거리(Proximity) P만큼 일정한 거리에 탄착되었을 때 명중되었다고 판단하고 탄착 명중률 계산을 한다. 상기에서 신관 거리(P)라 함은, 표적을 중심으로 할 때 탄의 영향을 받는 범위로서 탄 사격 시에 명중이라 볼 수 있는 거리를 말한다.
타겟 중심 지점(0,0)으로부터 신관 거리 P만큼 반경을 갖는 원(circle) 형태로 계산되어야만 오차없는 정확한 탄착 명중률 계산이 이루어진다. 그런데, 종래에는 원 형태가 아닌 사각형태로 계산이 이루어지는데, 이럴 경우 탄착 명중률 오차가 발생한다. 즉, 탄착 명중률 산출 시에 실제로는 적분시에 원(circle)을 둘러싼 사각형(retangle) 형태로 계산되기 때문에, 사격형의 면적과 원의 면적 차이만큼 탄착 명중률 오차를 가지는 문제가 있다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이 사각형 기준으로 탄착 명중률이 계산되어 지기 때문에, 빗금친 부분만큼의 오차가 발생하게 되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예는 원(circle) 형태의 면적을 고려하여 탄착 명중률 계산을 수행함으로써, 오차없는 정확한 탄착 명중률 계산이 이루어지도록 한다. 이하, 도 3의 플로우차트와 함께 상술한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사격제원 성능 분석 장치에서의 탄착 명중률 산출 및 분석 정보 제공 과정을 도시한 플로차트이다.
원형 형태로 된 실제 타겟에 탄착된 탄들의 탄착군을 파악하는 과정을 가진다(S10). 상기 탄착군은 사격된 탄들이 원형 형태의 실제 타겟에 탄착된 위치들을 말하는 것이다. 탄착군의 형성에 따라 분산도가 달라질 수 있다.
상기 탄착군을 파악한 후에는 실제 타겟에 탄착된 탄들의 탄착 명중률 산출하는 과정을 가진다(S20). 이러한 탄착 명중률 산출(S20)하기 위하여, 우선, 원형태로 된 실제 타겟에 탄착된 탄들에 대해서, 실제 타겟의 중심점으로부터의 분산도를 산출하는 과정을 가진다(S21). 상기 분산도는 가우시안 분포(Gaussian Distribution)를 따르는 분산도이며, 이때, 사격된 탄의 방위각(bearing angle) 및 고각(elevation angle) 방향으로 각각의 사거리에 따른 분산도를 각각 σb,σe라 정의한다.
분산도 산출(S21)한 후, 상기 실제 타겟의 면적과 비례하는 정사각 형태의 가상 타겟을 생성하는 과정을 가진다(S22). 상기 가상 타겟은 상기 실제 타겟과 동일한 면적을 가지도록 하는데, 이를 위하여 가상 타겟의 외부변 길이를 실제 타겟의 반경과 비례하는 비례상수에 의해 특정될 수 있도록 한다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이 원형 형태로 된 실제 타겟(40)의 반경을 P1, 정사각형 형태로 된 가상 타겟(50)의 외부변 길이의 반을 P2라 할 때, 실제 타겟의 원면적과 가상 타겟의 사각형 면적이 갖도록 하는 외부변 길이의 반인 P2를 구한다. 따라서 외부변 길이의 반인 P2는 하기 [식 2]에 의해 산출될 수 있다.
[식 2]
Figure 112011022537342-pat00003
상기 [식 2]에 의해 원형 형태의 실제 타겟의 반경 P1과 정사각형 형태로 된 가상 타겟의 외부변 길이의 반인 P2는, 0.886의 비례 상수를 가짐을 알 수 있다.
상기 분산도 및 상기 가상 타겟의 외부변의 1/2 길이를 산출한 후에는, 상기 분산도 및 상기 가상 타겟의 외부변 길이를 이용하여 탄착 명중률을 계산하는 과정을 가진다(S23).
탄착 명중률 계산식 [식 1]을 통해 탄착 명중률 계산함에 있어서, 신관 거리 P는 정사각 형태의 가상 타겟에서 탄의 영향을 미칠 수 있는 신관 거리 P2의 값을 이용한다. 즉, [식 1]의 P의 값에 비례상수 0.886이 적용시켜 탄착 명중률을 계산한다(S23).
즉, 사격된 탄의 방위각(bearing angle) 및 고각(elevation angle) 방향으로 각각의 사거리에 따른 가우시안 분산도를 각각 σb,σe라 하며, 표적을 중심으로 할 때 탄의 영향을 받는 범위로서 탄 사격 시에 명중이라 볼 수 있는 신관 거리를 P라 하며, 탄착 명중률을 HitProbability라 할 때,
[식 3]
HitProbability
Figure 112011022537342-pat00004
에 의해 산출한다.
따라서 상기 [식 3]을 통하여 간단한 비례상수를 적용하여 복잡한 적분 계산을 고려하지 않고 종래 계산법 [식 1]의 오차를 보상하여 정확한 탄착 명중률을 계산할 수 있다.
한편, 탄착 명중률을 산출한 후에는, 탄착 명중률이 임계치 이하 되는지를 판단(S30)하여, 원하는 탄착 명중률을 갖지 못하여 임계치 이하를 가질 경우, 탄착군 정보 및 사격 위치 수정 정보를 사격자에게 제공하여, 탄착 명중률 향상이 이루어지도록 한다(S40). 상기에서 임계치라 함은, 미리 설정된 특정 임계치로서, 사격이 명중되었는지를 판단할 수 있는 최소한의 명중률을 말한다. 예컨대, 모두 탄들이 타겟에 명중했을 때의 탄착 명중률이 100%라 할 때, 임계치가 90%가 설정되어 있는 경우, 탄착 명중률이 90% 이하일 때 탄착 명중률이 임계치 이하로 되었다고 판단할 수 있다.
탄착 명중률이 미리 설정된 임계치 이하인 경우, 탄착군이 형성된 지점을 사격자에게 제공하며, 또한, 탄착군을 타겟 중심 지점(0,0)으로 이동시키기 위한 사격 위치 수정 정보를 제공한다. 예를 들어, 현재 형성된 탄착군에서 타겟 중심 지점(0,0)으로 형성되도록 하는 사격 위치 수정 정보를 제공한다. 상기 사격 위치 수정 정보는, 곡사화기의 경우 사격 포신을 방위각(bearing angle), 고각(elevation angle) 방향으로 수정 이동시키는 각도로서 제공되며, K1,K2와 같은 직사화기의 경우 영점 조정 좌우 클릭수를 제공한다. 상기 사격 위치 수정 정보는 음성 데이터 형태나 문자와 같은 테스트 형태로 제공될 수 있다. 또한, 3차원 영상의 화면으로서 입체적으로 사격 위치 수정 정보를 제공할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10:탄착 파악부 20:탄착 명중률 산출부
30:사격 정보 제공부 40:성능 분석부

Claims (9)

  1. 타겟에 사격된 탄들의 탄착군을 파악하는 탄착 파악부;
    원형태의 실제 타겟에 탄착된 탄에 대한 분산도와, 상기 원형태의 실제 타겟과 면적이 동일한 정사각 형태의 가상 타겟의 외부변 길이를 가우시안 분포에 적용하여, 타겟에 사격된 탄의 탄착 명중률을 산출하는 탄착 명중률 산출부;
    상기 탄착 명중률이 임계치 이하인 경우 상기 탄착군이 타겟의 중심점을 향하도록 하는 사격 위치 수정 정보를 제공하는 사격 정보 제공부
    를 포함하는 사격제원 성능 분석 장치.
  2. 삭제
  3. 타겟에 사격된 탄들의 탄착군을 파악하는 과정;
    원형태로 된 실제 타겟에 탄착된 탄들에 대해서, 실제 타겟의 중심점으로부터의 분산도를 산출하는 과정;
    상기 실제 타겟의 면적과 비례하는 정사각 형태의 가상 타겟을 생성하는 과정;
    상기 분산도 및 상기 가상 타겟의 외부변 길이를 이용하여 탄착 명중률을 계산하는 과정;
    상기 탄착 명중률이 임계치 이하인 경우, 상기 탄착군이 타겟 중심점에 형성되도록 하는 사격 위치 수정 정보를 사격자에게 제공하는 과정;
    을 포함하는 사격제원 성능 분석 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 가상 타겟은, 상기 실제 타겟과 동일한 면적을 가지는 정사각 형태로 형성되는 사격제원 성능 분석 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 가상 타겟은, 상기 실제 타겟과 가상 타겟이 서로 동일한 면적을 가지도록, 실제 타겟의 반경과 가상 타겟의 외부변 길이의 반이 특정 비례상수 관계를 갖는 사격제원 성능 분석 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 원형 형태로 된 실제 타겟의 반경을 P1, 정사각형 형태로 된 가상 타겟의 외부변 길이의 반을 P2라 할 때,
    Figure 112011022537342-pat00005
    에 의해 산출됨을 특징으로 하는 사격제원 성능 분석 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 분산도는 가우시안 분포에 따른 분산도를 이용하여 상기 탄착 명중률을 계산하는 사격제원 성능 분석 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 가우시안 분포에 따른 분산도를 이용하여 탄착 명중률을 계산하는 것은, 사격된 탄의 방위각(bearing angle) 및 고각(elevation angle) 방향으로 각각의 사거리에 따른 가우시안 분산도를 각각 σb,σe라 하며, 표적을 중심으로 할 때 탄의 영향을 받는 범위로서 탄 사격 시에 명중이라 볼 수 있는 신관 거리를 P라 하며, 탄착 명중률을 HitProbability라 할 때,
    HitProbability
    Figure 112011022537342-pat00006

    에 의해 산출됨을 특징으로 하는 사격제원 성능 분석 방법.
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