KR101195909B1 - 무장 무인기의 자동 무장 선택 장치 및 방법 - Google Patents

무장 무인기의 자동 무장 선택 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무장 무인기의 자동 무장 선택 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비행중인 무장 무인기에서 표적을 공격해야 하는 경우 탑재되어 있는 무장을 자동으로 선택하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태는 지상관제센터와 무장 무인기 간의 무선 통신을 수행하는 데이터 링크부와, 전방의 표적을 탐지하는 표적 탐지부와, 무장 무인기의 무장발사 조건 충족 여부를 판단하는 무장발사 판단부와, 무장발사 판단부에서 무장발사 조건을 충족시키지 못한 원인에 따라 무장의 재설정 기능을 수행하는 무장 제어부를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시 형태에 따르면 무장 무인기에서 최초 임무 부여시 선택된 특정 무장이 무인기 자체 결함 요인 또는 기동제약, 고도제약과 같은 주변 환경 요인에 의해 발사되지 못하는 경우 자동으로 발사 가능한 다른 탑재 무장이 선택되어 대체 무장으로 임무를 완수할 수 있도록 한다. 따라서, 표적을 반드시 공격해야 하는 경우에 최초 선택된 무장이 발사되지 못하여 임무에 실패하는 확률을 낮출 수 있다.

Description

무장 무인기의 자동 무장 선택 장치 및 방법{Automatic armament selection apparatus and method for operating the same of UAV}
본 발명은 무장 무인기의 자동 무장 선택 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비행중인 무장 무인기에서 표적을 공격해야 하는 경우 탑재되어 있는 무장을 자동으로 선택하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무인기(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)는 일반적으로 조종사가 없이 사전에 입력된 프로그램에 따라 또는 비행체 스스로 주위 환경(장애물, 항로)을 인식하고 판단하여 자율비행 하는 비행체를 말한다. 이러한 무인기는 특히 군수산업에 있어서 고비용의 유인기의 능력을 대체하는 것과 함께 유인기로서는 적용 불가능한 분야에까지 폭넓게 운용되고 있다. 전투 능력을 가진 무인전투기뿐만 아니라, 실시간으로 모든 정보들이 사용처에 전달되는 장점과 적의 레이더 등의 탐지 능력을 무력화시키는 효율적인 방안의 하나로서 무인기의 적절한 활용은 전장의 승패를 좌우하는 결정적인 요인이 될 전망이다.
이와 같은 무인기는 지상관제센터에서 무인기로 송출하는 공항감시레이더를 통해 상기 무인기에 대한 비행정보를 획득하는 방식으로 조종되고 있다.
그런데, 무장 무인기는 조종사가 없이 사전에 입력된 프로그램에 따라 또는 비행체 스스로 주위 환경(장애물, 항로)을 인식하고 판단하여 자율비행 하기 때문에 표적을 반드시 공격해야 할 경우에 무인기 자체 결함 요인 또는 기동제약 및 고도제약 등의 주변 환경 요인에 의해 최초 선택된 무장이 발사되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
KR10-0009459 A1
본 발명의 기술적 과제는 무장 무인기 자체 요인 또는 주변 환경 요인에 의해 최초 선택된 무장이 발사되지 못하는 경우, 자동으로 발사 가능한 다른 탑재 무장이 선택되는 자동 무장 선택 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 형태는 지상관제센터와 무장 무인기 간의 무선 통신을 수행하는 데이터 링크부와, 전방의 표적을 탐지하는 표적 탐지부와, 상기 무장 무인기의 무장발사 조건 충족 여부를 판단하는 무장발사 판단부와, 무장의 재설정 기능을 수행하는 무장 제어부를 포함한다.
또한 상기 무장발사 판단부는 지상관제센터에서 데이터링크를 통해 임무에 따라 최초의 무장 선택이 이루어지고, 임무에 따라 선택된 무장이 준비되었는가, 이륙한 무장 무인기가 목표물을 탐지하고 목표물에 접근하여 목표물에 대한 무장할당이 이루어졌는가의 무장발사 조건 충족 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 무장 제어부의 무장의 재설정 기능은 무장발사 판단부에서 무장발사 조건을 충족시키지 못한 것으로 판단된 경우 상기 무장 무인기에 탑재된 다른 무장으로 자동 재설정하는 것을 특징으로 한다.
또한 무장 무인기에 탑재된 다른 무장으로 자동 재설정하는 것은, 무장 무인기의 타겟팅장비의 고장인 경우, Semi-Active Laser유도 방식의 무장을 가용할 수 없기 때문에 GPS유도 방식의 무장으로 재설정하여 락온을 수행한다. 무장 무인기의 타겟팅장비(목표물 위치 및 거리 측정)는 가용하나 기상악화로 LOS(Line of Sight: 가시선)를 식별 불가할 경우, IR(적외선)유도 방식의 무장으로 재설정하여 락온을 수행한다. 무장 무인기의 타겟팅장비(목표물 위치 및 거리 측정)는 가용하나 목표물이 계속적으로 이동하는 경우, IR(적외선)유도 방식의 무장으로 재설정하여 락온을 수행한다. IR 및 GPS유도 방식의 무장이 미장착되었거나 혹은 가용불가이고 재래식 무유도 방식의 무장만 가용한 경우, 자동으로 무장을 재설정하여 발사를 수행한다.
또한 본 발명의 실시 형태는, 무장 무인기의 탑재 무장을 확인하는 과정과, 부여받은 임무에 따라 최초 무장을 선택하는 과정과, 표적을 탐지하고 표적의 위치를 확인하는 표적 탐지 및 위치 확인 과정과, 표적에 대한 무장을 할당하는 과정과, 무장발사 조건을 충족하는지 판단하는 무장발사 조건 충족 여부 판단 과정과, 무장발사 조건이 충족되지 못한 경우 원인을 파악하여 대체 가능한 다른 무장 탑재 여부를 확인하고 원인에 따라 다른 무장으로 자동 재설정하는 무장 자동 재설정 과정과, 무장에 표적을 할당하고 발사 준비하는 과정과, 무장 상태를 지상 시스템에 보고하고 발사명령을 수신하는 과정을 포함한다.
또한 무장 자동 재설정 과정에서 대체가능한 다른 무장이 탑재되지 않은 경우 데이터 링크부를 거쳐 지상관제센터에 임무 불가를 보고하는 과정을 더 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 무장 무인기에서 최초 임무 부여시 선택된 특정 무장이 무인기 자체 결함 요인 또는 기동제약, 고도제약과 같은 주변 환경 요인에 의해 발사되지 못하는 경우 자동으로 발사 가능한 다른 탑재 무장이 선택되어 대체 무장으로 임무를 완수할 수 있도록 한다. 따라서, 표적을 반드시 공격해야 하는 경우에 최초 선택된 무장이 발사되지 못하여 임무에 실패하는 확률을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지상관제센터 및 지상관제센터에 의해 제어되는 무장 무인기를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무장 무인기의 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 자동으로 무장이 대체되어 선택되는 과정을 도시한 플로우차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지상관제센터 및 상기 지상관제센터에 의해 제어되는 무장 무인기를 나타낸 개념도이다.
무장 무인기(20)는 조종사 없이 작전을 수행할 수 있는 능력을 보유한 무장 비행체로서 지상관제센터(10)의 무선 통제에 의해 임무를 수행하는 비행체이다. 무장 무인기(20)는 탑승 조종사가 필요 없으므로 전투 또는 기체 추락에 의한 인적 손실이 없으며, 탑승하는 조종사의 생리나 심리상태에 제약을 받지 않으므로 무장 유인기로서는 불가능한 가혹한 비행조건의 기동이나 운용이 가능하다. 또한 탑승하는 조종사에게 필요한 장비나 장치 등이 필요 없기 때문에 기체를 대폭적으로 소형, 경량화하여 제작할 수 있다.
지상관제센터(10)는 무장 무인기(20)의 비행 및 무장의 상태를 무선 데이터 링크를 통해 주고받아 무장 무인기(20)를 통제하는 지상 관제소이다. 지상관제센터(10)는 무장 무인기(20)에 비행 제어 데이터를 전송하고, 아울러 무기 장착 제어 데이터, 표적 조준 제어 데이터, 무기 발사 제어 데이터 등의 표적 공격 제어 데이터를 전송한다.
또한 지상관제센터(10)는 무장 무인기(20)에서 관측되는 영상 정보 데이터 및 운행 정보 데이터를 수신하여 지상관제센터(10)의 화면에 디스플레이하여, 지상관제요원이 이를 확인하여 적절한 무장 무인기(20)의 제어를 수행한다.
무장 무인기(20)는 지상관제센터(10)에 비행 정보를 전송하고, 지상관제센터(10)에서는 이를 화면에 표시하여 줌으로써, 무장 무인기(20)를 원격 조정한다. 따라서 무장 무인기(20)의 전자 탑재 장비에는 무장 무인기(20)와 지상관제센터(10)를 연결해주는 무선 장비와 비행기 상태 측정 및 제어에 필요한 전자장비, 임무 수행에 필요한 임무장비 등이 포함된다.
무장 무인기(20)는 지상관제센터(10)가 무선 데이터 링크를 통하여 부여하는 임무에 따라 최초 무장을 선택 및 장착하고 이어지는 표적 공격 제어에 따라 비행 제어, 표적 조준, 무기 발사 등의 동작을 수행한다.
그런데, 무장 무인기(20)에 임무 부여 시 선택된 특정 무장은 무인기 자체의 결함 요인 또는 기동제약 및 고도제약과 같은 주변 환경 요인에 의해 발사되지 못하는 경우가 생길 수 있다. 표적을 반드시 공격해야 할 시점에서 이와 같은 상황이 발생하면 무장 무인기(20)는 임무에 실패하게 된다.
본 발명의 실시예에 따르면 무장 무인기(20)는 복수의 무장을 탑재하고 있으며, 최초 임무 부여 시 선택된 무장이 무인기 자체의 결함 요인 또는 주변 환경 요인에 의해 발사되지 못하는 경우, 탑재되어 있는 다른 무장 중에서 발사 가능한 무장을 자동으로 선택하고 지상관제센터(10)의 발사명령을 기다린다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무장 무인기의 구성 블록도이다.
무장 무인기(20)는 지상관제센터(10)와 무장 무인기(20) 간의 무선 통신을 수행하는 데이터 링크부(21)와, 전방의 표적을 탐지하는 표적 탐지부(22)와, 무장 무인기(20)의 무장발사 조건 충족 여부를 판단하는 무장발사 판단부(23) 및 무장발사 판단부(23)에서 무장발사 조건을 충족시키지 못한 원인에 따라 무장의 재설정 기능을 수행하는 무장 제어부(24)를 포함한다.
데이터 링크부(21)는 지상관제센터(10)와의 무선 데이터 링크를 수행하고, 데이터 링크를 통해 부여받은 임무에 따라 최초의 무장 선택이 이루어진다. 무장 무인기(20)의 데이터 링크부(21)는 지상관제센터(10)로부터 비행 제어 데이터, 표적 공격 제어 데이터(무기 장착 제어 데이터, 표적 조준 제어 데이터, 무기 발사 제어 데이터 포함)를 수신한다. 이 후, 임무에 따라 선택된 무장이 준비된다. 또한 무장 무인기(20)는 무장 무인기(20)에서 관측되는 영상 정보 데이터 및 운행 정보 데이터를 지상관제센터(10)에 송신한다. 이를 위하여 데이터 링크부(21)는, 바람직하게는 PPM(Pulse Position Modulation) 신호를 DCS(Digital Control Signal)로 변환하고 주파수 대역은 902~928MHz(FHSS) 대역으로 하여 지상관제센터(10)와 통신한다. 주변 지역에서 같은 주파수 대역의 충돌이나 잡음의 세기와 같은 통신 장애 요소를 감지할 수 있는 자가 진단 프로그램이 내장될 수 있다. 또한 통신 안정성을 더 높이기 위하여 통신 모뎀에서 전송하는 제어 신호와 동일한 신호 체계를 가지는 별도의 2.4GHz 대역의 R/C 송수신기를 함께 사용하여 이착륙시에 근거리에서 비정상적인 송수신 상태에 대처할 수 있도록 이중 통신 시스템을 구성할 수 있다.
표적 탐지부(22)는 적외선 감지 센서, 열 감지 센서, 이미지 획득 센서 등의 감지 센서를 통하여 무장 비행체의 전방에서 감지되는 표적들을 탐지하는 기능을 수행한다. 예를 들어, 무장 비행체의 전방에 엔진 열을 발생시키는 탱크 등이 있는 경우, 열 감지 센서를 이용하여 물체를 확인하고 이미지 획득 센서를 통하여 열을 발생시키는 물체가 탱크임을 탐지할 수 있다. 그리고, 표적 종류 탐지와 더불어 표적의 현재 위치 정보를 획득하여 무장발사 판단부(23)에 전달한다.
무장발사 판단부(23)는 표적 탐지부(22)에서 받은 표적의 위치 정보를 받고, 무장 무인기(20)의 무장발사 조건이 충족되었는지 판단한다.
무장 무인기(20)의 무장발사 조건은 지상관제센터(10)에서 데이터링크를 통해 위치정보(위도, 경도, 고도) 및 비행경로 등의 임무에 따라 최초의 무장 종류 선택이 이루어지고, 임무에 따라 선택된 무장이 준비(전원인가) 되었는가, 탐지된 목표물에 적합한 무장 종류의 선택이 이루어졌는가이다이다.
무장발사의 조건을 충족했을 경우, 무장에 표적할당을 수행하고 지상관제센터(10)에 상태를 보고한 후 발사 명령을 기다리며, 무장발사 조건이 충족되지 않았을 경우, 원인을 파악하여 무장 제어부(24)에서 무장을 재설정하는 과정을 가진다.
무장 제어부(24)에서는 무장발사 판단부(23)에서 무장발사 조건이 충족되지 않았다고 판단되면, 원인을 파악하고 대체 무장으로 재설정한다. 이후, 재설정한 무장의 상태를 지상관제센터(10)에 보고한다.
하기에는 최초로 선택된 무장이 탑재된 다른 대체 무장으로 재설정되는 예를 설명한다.
(예1) 무장 무인기(20)의 타겟팅장비(목표물 위치 및 거리 측정)의 고장으로 Semi-Active Laser유도 방식이 적용 불가할 경우, 별도로 탑재된 GPS유도 방식의 무장으로 자동 전환하여 락온을 수행한다.
(예2) 타겟팅장비는 가용하나 기상악화로 LOS(Line of Sight:가시선)를 식별 불가할 경우 또는 목표물이 계속적으로 이동하는 경우, 별도로 탑재된 IR(적외선)유도 방식의 무장으로 자동 전환하여 락온을 수행한다.
(예3) IR 및 GPS유도 무장이 미장착되었거나 혹은 가용 불가인 경우, 재래식 무유도 무장만 가용한 경우에 자동으로 재래식 무유도 방식의 무장으로 재설정하여 발사를 수행한다.
만약, 무장에 표적할당(락온)이 되었고 발사준비가 완료되었다면, 준비가 완료되었음을 지상관제센터(10)에 보고하고, 가용한 무장이 없는 경우 지상관제시스템()에 임무 불가를 보고한다. 그 후 지상관제센터(10)의 명령을 기다리며, 지상관제센터(10)에서 발사명령을 내리면 이를 수신하여 임무를 수행한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 자동으로 무장이 대체되어 선택되는 과정을 도시한 플로우차트이다.
우선, 지상관제센터(10)에서 데이터 링크를 통해 목표물의 위도, 경도 등의 위치정보를 수신받고, 탑재된 무장을 확인하며(S31), 여러 종류의 무장 중에서 최초의 무장 선택이 이루어진다(S32). 그 다음 임무에 따른 선택 무장을 준비하여 무장을 하고 무장 무인기(20)는 이륙하게 된다. 이륙한 무장 무인기(20)가 표적을 탐지하고 위치를 확인한다(S33).
상기와 같은 과정을 거친 후, 무장 무인기(20)의 무장발사 조건을 충족시키는지 확인하는 과정을 가진다(S35). 무장 발사 조건은, 지상관제센터(10)에서 데이터링크를 통해 위치정보(위도, 경도, 고도) 및 비행경로 등의 임무에 따라 최초의 무장 종류 선택이 이루어지고, 임무에 따라 선택된 무장이 준비(전원인가) 되었는가, 탐지된 목표물에 적합한 무장 종류의 선택이 이루어졌는가이다.
발사 조건을 충족시켰을 경우, 무장에 표적을 할당하고 발사 준비를 한다(S39). 발사 준비가 완료되면, 준비가 완료되었다는 무장의 상태를 지상관제센터(10)에 보고하고 발사 명령을 기다린다. 지상관제센터(10)로부터 발사 명령을 수신하게 되면 무장을 발사하게 된다(S40).
그런데, 무장 무인기(20)의 무장발사 조건을 충족시키지 못했을 경우, 조건이 충족되지 못한 원인을 파악하고(S36) 발사 가능한 다른 무장이 탑재되어 있다면(S37), 다른 무장으로 자동 전환한다(S38). 예를 들어, 선택된 무장이 발사될 수 없는 원인이 타겟팅장비(목표물 위치 및 거리 측정)의 고장인지 확인하여 타겟팅장비의 고장인 경우, Semi-Active Laser유도 방식의 무장을 사용할 수 없기 때문에 GPS유도 방식의 무장으로 재설정하여 락온을 수행하고 발사 준비를 한다. 타겟팅장비의 고장이 아닐 경우, LOS(Line of Sight:가시선)를 식별 가능한지 확인하고, LOS를 식별 불가하다면 IR(적외선)유도 방식의 무장으로 재설정하여 락온을 수행하고 발사 준비를 한다. 타겟팅 장비는 가용하나 표적이 계속적으로 이동하는 경우에도 마찬가지로 IR(적외선)유도 방식의 무장으로 재설정하여 락온을 수행하고 발사 준비를 하게 된다. 또한 IR 및 GPS유도 방식의 무장이 장착되지 않았거나 가용 불가하고, 재래식 무유도 방식의 무장만 가용한 경우에도 자동으로 무장을 재설정하여 발사를 수행하는 과정을 가진다. 다른 무장으로 재설정되면, 무장에 표적을 할당하고 발사 준비를 한다(S39). 발사 준비가 완료되면, 준비가 완료되었다는 무장의 상태를 지상관제센터(10)에 보고하고 발사 명령을 기다린다. 지상관제센터(10)로부터 발사 명령을 수신하게 되면 무장을 발사하게 된다(S40).
만약, S37 단계에서 대체 가능한 다른 무장이 탑재되지 않은 것으로 판단되면, 지상관제센터(10)에 임무 불가를 보고해야한다(S41).
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: 지상관제센터 20: 무장 무인기
21: 데이터 링크부 22: 표적 탐지부
23: 무장발사 판단부 24: 무장 제어부

Claims (9)

  1. 지상관제센터와 무선 통신을 수행하는 데이터 링크부;
    표적 종류 탐지와 표적의 현재 위치 정보를 획득하는 표적 탐지부;
    상기 데이터 링크부에서 무선 통신을 통해 부여받은 임무에 따라 선택된 무장이 준비되었는가, 탐지된 목표물에 적합한 무장 종류의 선택이 이루어졌는가의 무장발사 조건 충족 여부를 판단하는 무장 발사 판단부;
    데이터 링크부에서 무선 통신을 통해 부여받은 임무에 따라 최초 무장을 선택하며, 상기 무장발사 조건이 충족되는 경우 선택된 최초 무장을 표적의 현재 위치에 락온 할당하며, 상기 무장발사 조건이 충족되지 않는 경우 무장의 재설정 기능을 수행하는 무장 제어부;
    를 포함하는 무장 무인기의 자동 무장 선택 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 무장 제어부의 무장의 재설정 기능은 무장발사 판단부에서 무장발사 조건을 충족시키지 못한 것으로 판단된 경우 상기 무장 무인기에 탑재된 다른 무장으로 자동 재설정하는 것을 특징으로 하는 무장 무인기의 자동 무장 선택 장치.
  4. 무장 무인기의 탑재 무장을 확인하는 과정;
    부여받은 임무에 따라 여러 종류의 무장 중에서 최초 무장을 선택하는 과정;
    표적을 탐지하고 표적의 위치를 확인하는 표적 탐지 및 위치 확인 과정;
    부여받은 임무에 따라 선택된 무장이 준비되었는가, 탐지된 목표물에 적합한 무장 종류의 선택이 이루어졌는가의 무장발사 조건을 충족하는지 판단하는 무장발사 조건 충족 여부 판단 과정;
    무장발사 조건이 충족되지 못한 경우 원인을 파악하여 대체 가능한 다른 무장 탑재 여부를 확인하고 원인에 따라 다른 무장으로 자동 재설정하는 무장 자동 재설정 과정;
    무장에 표적을 할당하고 발사 준비하는 과정;
    무장 상태를 지상 시스템에 보고하고 발사명령을 수신하는 과정;
    을 포함하는 무장 무인기의 자동 무장 선택 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    무장 자동 재설정 과정은,
    무장 무인기의 타겟팅장비의 고장인 경우, GPS유도 방식의 무장으로 재설정하여 락온을 수행하는 무장 무인기의 자동 무장 선택 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    무장 자동 재설정 과정은,
    무장 무인기의 타겟팅장비(목표물 위치 및 거리 측정)는 가용하나 기상악화로 LOS(Line of Sight: 가시선)를 식별 불가할 경우, IR(적외선)유도 방식의 무장으로 재설정하여 락온을 수행하는 무장 무인기의 자동 무장 선택 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    무장 자동 재설정 과정은,
    무장 무인기의 타겟팅장비(목표물 위치 및 거리 측정)는 가용하나 목표물이 계속적으로 이동하는 경우, IR(적외선)유도 방식의 무장으로 재설정하여 락온을 수행하는 무장 무인기의 자동 무장 선택 방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    무장 자동 재설정 과정은,
    IR 및 GPS유도 방식의 무장이 미장착되었거나 혹은 가용불가이고 재래식 무유도 방식의 무장만 가용한 경우, 자동으로 재래식 무유도 방식의 무장으로 재설정하여 발사를 수행하는 무장 무인기의 자동 무장 선택 방법.
  9. 청구항 4에 있어서,
    무장 자동 재설정 과정에서 대체가능한 다른 무장이 탑재되지 않은 경우 데이터 링크부를 거쳐 지상관제센터에 임무 불가를 보고하는 과정을 더 포함하는 무장 무인기의 자동 무장 선택 방법.
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