KR101208348B1 - 탄착점의 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법 및 장치 - Google Patents

탄착점의 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무장 조준 시스템을 개발하기 위하여 실시간으로 동작 가능한 탄착점 계산 알고리즘을 생성하고 이를 검증하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법은 항공기의 N차 운동방향을 정의하는 N차 자유도를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 하고, 그 결과를 이용하여 상기 항공기의 운동 상태에 따른 탄의 탄착결과를 정의하는 사표(boombing table)를 생성, 생성된 사표를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 비행 운용 프로그램용 탄착점 계산 알고리즘을 개발함으로써, 항공기에 탑재 가능한 형태의 재사용성이 높은 프로그램을 개발하여 비용을 절감할 수 있다.

Description

탄착점의 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법 및 장치 {Method and apparatus for producing an algorithm for calculating a point of impact}
본 발명은 비행 운용 프로그램(OFP: Operational Flight Program)에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 무장 조준 시스템을 개발하기 위하여 실시간으로 동작 가능한 탄착점 계산 알고리즘을 생성하고 이를 검증하는 방법에 관한 것이다.
항공기의 공격은 기총 소사, 급강하 투하, 수평투하, 급상승 발사등으로 다양하다. 탄의 발사는 항공기의 기동과 함께 일어나므로 발사 시점에서의 항공기 비행상태가 탄의 초기 속도와 가속도를 결정하게 된다. 또한 발사된 탄은 각각의 형상과 비행자세에 따라 서로 다른 양력, 항력 및 모멘트 등의 공기력을 받으면서 지상의 표적에 도달한다. 항공기에서 투하 또는 발사되는 탄은 발사 초기에 항공기와 탄의 비정상적인 공기 흐름으로 인하여 탄 발사 초기에 과도 과정을 갖게 된다. 이러한 과도 과정은 항공기의 종류 및 장착 탄의 종류와 수에 따라서 달라지게 된다. 이러한 과도 과정을 지난후 탄의 운동은 정상상태의 운동을 하게 된다. 이러한 복잡한 과정을 거쳐 지상에 도달하지만 사격을 하는 입장에서는 여러 가지 상황이 종합된 표로써 자료가 제공되어야 활용하기에 편리하다. 이 표는 최종적으로 각각의 탄 종류에 대해서 항공기의 비행상태, 표적까지의 거리 및 공격방법에 따라 조종사가 조준기(sight)에 설정할 수치로 나타내어야 하는데 표적과 조준기의 시선방향을 조절하는 조준편각(sight depression) 산출자료, 즉 사표(bombing table)로 제공되어야 한다. 조종사는 이 자료를 기준으로 사용하는 탄과 비행조건에 따라 조준기를 조작하여 정확한 사격이 이루어지도록 한다.
기존의 탄착점 계산 방식은 높은 시뮬레이션 정확도를 보장하기 위한 목적으로 실시간 동작에 부적합한 6차 자유도(Degree Of Freedom) 모델을 사용했었다. 하지만 6차 자유도용 시뮬레이션 모델을 통한 탄착점의 계산은 전투기의 비행 운용 프로그램에서 동작하는 용도로 사용되지 않았으므로 재사용성이 없고, 6차 자유도 시뮬레이션 모델의 정확성의 측정을 위한 사표는 군사기밀 자료로서 비공개로 연구가 진행되기 때문에 획득이 어려우며 성능 측정의 어려움이 있었다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 6차 자유도를 기반으로 하는 모델의 시뮬레이션 결과를 이용하여 작성된 사표를 통하여 항공기에 탑재 가능한 형태의 비행 운용 프로그램용 탄착점 계산 알고리즘을 개발하는 것을 목적으로 한다.
또한 6차 자유도를 기반으로 하는 모델의 시뮬레이션 결과를 기준으로 하여 사표를 직접 작성하여 탄착점 계산 알고리즘의 성능을 직접 평가하여 분석하고 이에 따라 개선하여 최적 알고리즘을 생성하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 탄착점의 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법은 항공기의 미리 결정된 N차 운동방향을 정의하는 N차 자유도를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 하는 단계; 상기 시뮬레이션 된 결과를 이용하여 상기 항공기의 운동 상태에 따른 탄의 탄착결과를 정의하는 사표(boombing table)를 생성하는 단계; 상기 생성된 사표를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 미리 결정된 N차 운동방향을 정의하는 N차 자유도는 6차 운동 방향을 정의하는 6차 자유도(DOF: Degrees Of Freedom)인 것이 바람직하다.
상기 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 하는 단계는, 상기 항공기의 최초 운동상태를 정의하는 초기 운동 정보를 입력 받는 단계를 더 포함하고, 상기 입력 받은 초기 운동 정보를 이용하여 상기 N차 자유도 기반의 상기 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 하는 것이 바람직하다.
상기 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 하는 단계는, 상기 초기 운동 정보를 수정하는 단계를 포함하고, 상기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계는 상기 수정된 초기 운동 정보를 입력 받는 것이 바람직하다.
제 2 항에 있어서 상기 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법은, 상기 생성된 알고리즘과 상기 항공기의 초기 운동 정보를 이용하여 상기 탄의 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계; 상기 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계에서 생성된 결과의 정확도를 상기 생성된 사표를 이용하여 판단하는 정확도 판단 단계를 더 포함한다.
상기 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법은, 상기 판단된 정확도에 따라 상기 생성된 알고리즘을 수정하는 단계를 더 포함하고, 상기 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계는 상기 수정된 알고리즘을 이용하여 상기 탄의 탄착점을 시뮬레이션 하는 것이 바람직하다.
상기 알고리즘을 생성하는 단계는, 상기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계; 상기 초기 운동 정보의 항공기 속도 정보를 이용하여 상기 탄의 운동에 저항하는 항력 정보를 생성하는 단계; 상기 항력 정보를 이용하여 상기 탄의 가속도를 포함하는 속도 정보를 적분하여 탄의 이동 거리 정보를 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 알고리즘을 생성하는 단계는, 상기 산출된 탄의 이동 거리 정보에 따른 고도 방향의 높이 정보를 상기 초기 운동정보에 따른 항공기의 높이 정보와 비교하는 단계; 상기 비교 결과를 이용하여 상기 항력 정보를 변경하는 단계를 더 포함하고, 상기 알고리즘을 생성하는 단계는 미리 정한 반복 횟수 N에 따라 반복하여 수행되는 것이 바람직하다.
상기 속도 정보를 적분하여 탄의 이동 거리 정보를 산출하는 단계에서 상기 적분 구간의 범위는 미리 결정된 1/M 구간인 것이 바람직하다.
상기 산출되는 탄의 이동 거리 정보는 상기 적분 결과거리, 상기 탄의 비행시간을 정의하는 TOF(Time Of Flight) 정보 및 상기 항공기의 날개 방향에 대한 탄착점의 변화 정도를 정의하는 탄착편이의 거리 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 알고리즘을 생성하는 단계는 상기 탄을 상기 입력 받은 초기 운동 정보를 가지는 질점 모델로 추정하여 수행되는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 장치는 항공기의 미리 결정된 N차 운동방향을 정의하는 N차 자유도를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 하는 제1 시뮬레이션부; 상기 시뮬레이션 하는 단계의 결과를 이용하여 상기 항공기의 상태에 따른 탄의 탄착결과를 정의하는 사표(boombing table)를 생성하는 사표생성부; 및 상기 생성된 사표를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성하는 알고리즘 생성부를 포함한다.
상기 미리 결정된 N차 운동방향을 정의하는 N차 자유도는 6차 운동 방향을 정의하는 6차 자유도(DOF: Degrees Of Freedom)인 것이 바람직하다.
상기 제1 시뮬레이션부는, 상기 항공기의 최초 운동상태를 정의하는 초기 운동 정보를 입력 받는 제1 운동 정보 입력부를 더 포함하고, 상기 입력 받은 초기 운동 정보를 이용하여 상기 N차 자유도 기반의 상기 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 하는 것이 바람직하다.
상기 제1 시뮬레이션부는, 상기 초기 운동 정보를 수정하는 운동 정보 수정부를 더 포함하고, 상기 운동 정보를 입력부는 상기 수정된 초기 운동 정보를 입력 받는 것이 바람직하다.
상기 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 장치는, 상기 생성된 알고리즘과 상기 항공기의 초기 운동 정보를 이용하여 상기 탄의 탄착점을 시뮬레이션 하는 제2 시뮬레이션부를 더 포함하고, 상기 제2 시뮬레이션부에서 생성된 결과의 정확도를 상기 생성된 사표를 이용하여 판단하는 정확도 판단부를 더 포함한다.
상기 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 장치는, 상기 판단된 정확도에 따라 상기 생성된 알고리즘을 수정하는 알고리즘 수정부를 더 포함하고, 상기 제2 시뮬레이션부는 상기 수정된 알고리즘을 이용하여 상기 탄의 탄착점을 시뮬레이션 하는 것이 바람직하다.
상기 알고리즘을 생성부는, 상기 초기 운동 정보를 입력 받는 제2 운동정보 입력부; 상기 초기 운동 정보의 항공기 속도 정보를 이용하여 상기 탄의 운동에 저항하는 항력 정보를 생성하는 항력 정보 생성부; 및 상기 항력 정보를 이용하여 상기 탄의 가속도를 포함하는 속도 정보를 적분하여 탄의 이동 거리 정보를 산출하는 이동 거리 산출부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 알고리즘을 생성부는, 상기 산출된 탄의 이동 거리 정보에 따른 고도 방향의 높이 정보를 상기 초기 운동정보에 따른 항공기의 높이 정보와 비교하는 높이 정보 비교부; 및 상기 비교 결과를 이용하여 상기 항력 정보를 변경하는 항력 정보 변경부를 더 포함하고, 상기 알고리즘을 생성하는 단계는 미리 정한 반복 횟수 N에 따라 반복하여 수행되는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 탄착점의 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법이 컴퓨터상에서 수행될 수 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체는, 항공기의 미리 결정된 N차 운동방향을 정의하는 N차 자유도를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 하는 단계; 상기 시뮬레이션 하는 단계의 결과를 이용하여 상기 항공기의 상태에 따른 탄의 탄착결과를 정의하는 사표(boombing table)를 생성하는 단계; 상기 생성된 사표를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성하는 단계; 상기 생성된 알고리즘과 상기 항공기의 초기 운동 정보를 이용하여 상기 탄의 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계; 상기 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계에서 생성된 결과의 정확도를 상기 생성된 사표를 이용하여 판단하는 정확도 판단 단계; 및 상기 판단된 정확도에 따라 상기 생성된 알고리즘을 수정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 비행 운용 프로그램용 탄착점 계산 알고리즘을 개발함으로써, 항공기에 탑재 가능한 형태의 재사용성이 높은 프로그램을 개발하여 비용을 절감할 수 있다. 또한 6차 자유도 를 기반으로 하는 모델의 시뮬레이션 결과를 기준으로 하여 사표를 직접 작성함으로써, 개발 초기 단계에서 비행 운용 프로그램용 탄착점 계산 알고리즘의 성능을 직접 평가하여 분석할 수 있으므로 개발 시간의 단축이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄착점의 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄의 운동 정보를 시뮬레이션하는 단계를 나타내는 세부 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 탄착점의 계산을 위한 알고리즘의 검증 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성하는 단계를 나타내는 세부 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄착점 계산을 위한 알고리즘 생성 장치를 나타낸다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시하므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서의 특허청구범위에 의해 정의되는 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탄착점의 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 탄착점의 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법은 탄의 운동 정보를 시뮬레이션하는 단계(S100), 사표(boombing table)를 생성하는 단계(S200), 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성하는 단계(S300)를 포함한다.
탄의 운동 정보를 시뮬레이션하는 단계(S100)는 항공기의 미리 결정된 N차 운동방향을 정의하는 N차 자유도를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 한다. N차 자유도는 항공기의 N차 운동 방향을 의미하는 것으로서 항공기의 현재 위치, 현재 운동하고 있는 자세, 속도 등을 포함하는 물리적인 정보를 포함하는 개념이다. 나아가 본 실시예에서 N차 자유도는 항공기의 여섯 운동방향을 정의하는 6차 자유도(Degrees Of Freedom)인 것이 바람직하다. 즉 탄의 운동 정보를 시뮬레이션하는 단계(S100)는 6차 자유도를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 운동 정보를 시뮬레이션한다.
본 실시예에서 6차 자유도 중 3자유도는 위치 (Position)이며 나머지 3자유도는 자세(Orientation)이라 한다. 항공기는 무게중심을 중심으로 하는 세 개의 축을 중심으로 운동하게 된다. 비행중 항공기의 자세가 변하는 것은 3개 축을 중심으로 회전하고 있는 것이다. 3개의 축은 중심(重心) 위치에서 다른 축과 상호 직각으로 교차하고 있다. 따라서 항공기의 세 개의 축을 중심으로 좌우상하 운동을 하는데 가로축과 수직축은 각각 우측방향과 상방향 운동을 양성(positive) 운동이라하고, 그 반대를 음성(negative)운동으로 할 때 항공기에는 여섯 개의 운동방향이 형성된다.
탄의 운동 정보를 시뮬레이션하는 단계(S100)를 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 탄의 운동 정보를 시뮬레이션하는 단계(S100)는 항공기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계(S110), 탄의 운동 정보를 시뮬레이션하는 단계(S120), 초기 운동 정보를 수정하는 단계(S130)를 포함한다.
항공기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계(S110)는 항공기의 최초 운동상태를 정의하는 초기 운동 정보를 입력 받는다. 본 실시예에서 최초 운동상태란 항공기의 roll, pitch, yaw, 고도, 속도, 각도(Flight Path Angle) 등의 정보를 포함하는 운동 상태를 의미한다. Roll은 항공기가 수평 방향을 중심으로 원회전을 하는 것을 의미하며, pitch는 항공기를 수직 방향에 따라 상승, 하강하는 것을 의미하며, yaw는 항공기가 좌우로 움직이는 것을 의미한다.
탄의 운동 정보를 시뮬레이션하는 단계(S120)는 입력 받은 초기 운동 정보를 이용하여 상기 N차 자유도 기반의 상기 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 COTS(Commercial Off The Shelf) 기반의 소프트웨어가 설정된 스테이션에서 입력 받은 항공기 초기 운동 정보를 이용하여 6차 자유도 기반의 시뮬레이션을 수행하여 결과를 생성한다. 생성되는 탄의 운동 정보에 대한 시뮬레이션 결과는 탄의 비행시간과 탄착점 거리를 포함하는 것이 바람직하다.
초기 운동 정보를 수정하는 단계(S130)는 항공기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계(S110)에서 입력 받은 항공기의 초기 운동 정보를 수정하거나 또는 초기 운동 정보를 수정하는 단계(S130)에서 수정된 초기 운동 정보를 재수정한다. 따라서 상술된 탄의 운동 정보를 시뮬레이션하는 단계(S120)는 수정된 초기 운동 정보를 입력 받고(S110) 탄의 운동 정보를 시뮬레이션할 수 있다. 본 실시예에서 초기 운동 정보를 수정하는(S130) 것은, 후술하는 사표 생성 단계(S200)에서 생성되는 사표를 다양한 초기 운동 정보에 따라 생성되도록 하기 위한 것이다.
사표(boombing table)를 생성하는 단계(S200)는 탄의 운동 정보를 시뮬레이션하는 단계(S100)에서 시뮬레이션 된 결과를 이용하여 상기 항공기의 운동 상태에 따른 탄의 탄착결과를 정의하는 사표를 생성한다. 일반적으로 전술항공기의 탄의 발사는 항공기의 기동과 함께 일어나므로 발사 시점에서의 항공기 비행상태가 탄의 초기 속도와 가속도를 결정하게 된다. 발사된 탄은 각각의 형상과 비행자세에 따라 서로 다른 공기력을 받으면서 지상의 표적에 도달한다. 복잡한 과정을 거쳐 지상에 도달하지만 사격을 하는 입장에서는 여러 가지 상황이 종합된 표로써 자료가 제공되어야 활용하기에 편리하다. 따라서 사표는 최종적으로 각각의 탄종류에 대해서 항공기의 비행상태, 표적까지의 거리 및 공격방법에 따라 조종사가 조준기(sight)에 설정할 수치로 나타내어야 하는데 표적과 조준기의 시선방향을 조절하는 조준편각(sight depression) 산출자료를 포함한다. 본 실시예서 생성된 사표는 후술하는 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성하는 단계(S300)에서 생성된 알고리즘의 정확도를 측정(S500)하는 지표로 사용된다.
탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성하는 단계(S300)는 사표를 생성하는 단계(S200)에서 생성된 사표를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성한다. 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성하는 단계(S300)는 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 탄착점 계산 알고리즘을 생성하는 단계(S300)는 항공기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계(S310), 탄의 운동에 저항하는 항력 정보를 생성하는 단계(S320), 탄의 이동 거리 정보를 산출하는 단계(S330), 탄의 높이 정보를 항공기의 높이 정보와 비교하는 단계(S340), 알고리즘 생성 단계의 반복 횟수를 확인하는 단계(S350), 항력 정보를 변경하는 단계(S360)를 포함한다.
항공기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계(S310)는 상술한 항공기의 최초 운동상태를 정의하는 초기 운동 정보 및 목표물 고도, 기상 정보(Air Data)를 입력 받는다.
탄의 운동에 저항하는 항력 정보를 생성하는 단계(S320)는 항공기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계(S310)에서 입력 받은 초기 운동 정보 중 항공기 속도 정보를 이용하여 탄의 운동에 저항하는 항력 정보를 생성한다. 본 실시예에서 항공기 속도 정보를 이용하여 탄의 운동에 저항하는 항력 정보를 생성하는 것은 상기 속도 구간에 따른 항력 정보를 생성하는 것으로서 보다 상세하게는 음속의 범위에 따른 curve fitting된 추정 항력계수를 사용하는 것을 의미한다.
탄의 이동 거리 정보를 산출하는 단계(S330)는 항력 정보를 이용하여 상기 탄의 가속도를 포함하는 속도 정보를 적분하여 탄의 이동 거리 정보를 산출한다. 본 실시예에서는 수치적분법을 적용하여 가속도를 적분해 속도를 계산, 속도를 적분해 거리를 계산한다. 수치적분법은 Runge-Kutta k차 method, Adams Predictor-Corrector, Gears methods, Obrechikoff method를 적용할 수 있다. 또한 수치적분법에서 적분 구간의 범위는 미리 결정된 1/M 구간인 것이 바람직하며 특히 최초 적분시에는 빠른 탄의 비행시간 (TOF : Time Of Flight) 추정을 위해 넓은 step size를 사용해서 (1/M) 구간만큼 적분하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 미리 결정된 M 값은 낮은 복잡도의 비행 운용 프로그램용 탄착점 계산 알고리즘의 동작시간 및 정확도에 따라 결정되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 탄의 이동 거리 정보는 적분 결과거리, 탄의 비행시간을 정의하는 TOF(Time Of Flight) 정보 및 항공기의 날개 방향에 대한 탄착점의 변화 정도를 정의하는 탄착편이의 거리 정보를 포함한다.
탄의 높이 정보를 항공기의 높이 정보와 비교하는 단계(S340)는 산출된 탄의 이동 거리 정보에 따른 고도 방향의 높이 정보를 상기 초기 운동정보에 따른 항공기의 높이 정보와 비교한다. 본 실시예에서 탄의 높이 정보를 항공기의 높이 정보와 비교하는 단계(S340)는 탄의 고도방향 높이가 항공기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계(S310)에서 입력된 고도를 이용하여 측정한 (비행체 고도 - 목표물 고도) 값과 동일 한 경우 적분을 중단하고 그렇지 않으면 이전 루프로 돌아가 항력 정보를 변경(S360)하고 적분을 재수행한다.
알고리즘 생성 단계의 반복 횟수를 확인하는 단계(S350)는 상술된 항력 정보의 생성 및 적분의 수행의 반복 횟수가 미리 결정된 변수 K를 만족하는지를 확인한다. 본 실시예에서 미리 결정된 변수 K값은 낮은 복잡도의 비행 운용 프로그램용 탄착점 계산 알고리즘의 동작시간 및 정확도에 따라 결정되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 알고리즘 생성 단계의 반복 횟수를 확인하는 단계(S350)에서 확인된 알고리즘 생성 단계의 반복 횟수가 K 회에 도달하지 않은 경우 항력 정보를 생성하는 단계(S320)부터 재수행한다. K 회에 도달 한 경우 진행방향 적분결과 거리를 탄착거리에 입력하고 마지막에 계산된 탄의 비행 시간을 결과로 저장한다. 또한 탄의 비행시간과 항공기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계(S310)의 초기 운동 정보를 이용해 항공기의 날개방향 탄착편이 거리를 산출한다. 탄착편이는
본 실시예에서는 생성되는 탄착점 계산 알고리즘의 실시간성을 고려하기 위해 탄의 이동 거리 정보를 산출하는 단계(S330)의 수치적분법을 선택하여 적용하고, 항력정보의 적용법을 조절한다. 또한 알고리즘의 수행 시간 조절을 위해 적분 구간 크기 M 및 적분 반복 횟수 K를 변경한다. 이상 탄착점 계산 알고리즘을 생성하는 단계(S300)는 탄을 항공기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계(S310)의 초기 운동 정보를 가지는 질점 모델로 추정하여 수행되는 것이 바람직하다. 질점 모델로 추정한다는 것은 알고리즘의 복잡도를 단순화 하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 비행체 진행방향과 고도방향의 초기 속도를 가지는 질점의 자유낙하로 추정하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 생성된 탄착점의 계산을 위한 알고리즘의 검증 방법을 나타내는 흐름도이다. 수행 시간과 시뮬레이션 결과의 정확도를 동시에 만족시키는 탄착점의 계산을 위한 알고리즘을 한번에 설계하는 것은 어렵기 때문에 생성된 알고리즘을 검증하여 수정하는 것이 필요하다.
따라서, 도 3을 참조하면 본 실시예에 따른 생성된 탄착점의 계산을 위한 알고리즘의 검증 방법은 탄의 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계(S400), 알고리즘 정확도 판단 단계(S500), 알고리즘을 수정하는 단계(S600)를 포함한다.
탄의 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계(S400)는 탄착점 계산 알고리즘을 생성하는 단계(S300)에서 생성된 알고리즘과 상기 항공기의 초기 운동 정보를 이용하여 상기 탄의 탄착점을 시뮬레이션한다. 본 실시예에서는 오차를 포함할 수 있는 항공기의 초기 운동 정보를 이용하여 시뮬레이션을 수행한다. 시뮬레이션을 수행하여 샘플 데이터를 획득하고, 그 시뮬레이션 수행 시간을 측정한다.
알고리즘 정확도 판단 단계(S500)는 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계에서 생성된 결과의 정확도를 사표를 생성하는 단계(S200)에서 생성된 사표를 이용하여 판단한다.
알고리즘을 수정하는 단계(S600)는 알고리즘 정확도 판단 단계(S500)에서 판단된 정확도에 따라 상기 생성된 알고리즘을 수정한다. 정확도를 만족하거나 알고리즘을 수정하는 단계(S600)에서 수정된 알고리즘이 실시간성을 보장하면서 요구에 맞는 성능을 제공하는 경우 본 실시예에 따른 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법이 완료되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법은 항공기 탑재 가능한 재사용성이 높은 모듈형 탄착점 계산 프로그램을 제공함으로써 비용을 절감시키며, 직접 제작한 사표를 바탕으로 실시간성 대비 정확도를 측정 및 보장함으로써 알고리즘의 생성의 시간적 효율을 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탄착점 계산을 위한 알고리즘 생성 장치를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 탄착점 계산을 위한 알고리즘 생성 장치는 상술한 탄착점 계산을 위한 알고리즘 생성방법을 수행하는 장치로서, 제1 시뮬레이션부(100), 사표생성부(200), 알고리즘 생성부(300), 제2 시뮬레이션부(400), 정확도 판단부(500), 알고리즘 수정부(600)를 포함한다.
제1 시뮬레이션부(100)는 항공기의 미리 결정된 N차 운동방향을 정의하는 N차 자유도를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 한다(S100). 상술한 바와 같이 본 실시예에서 N차 자유도는 항공기의 여섯 운동방향을 정의하는 6차 자유도(Degrees Of Freedom)인 것이 바람직하다. 즉 제1 시뮬레이션부(100)는 6차 자유도를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 운동 정보를 시뮬레이션한다(S100).
제1 시뮬레이션부(100)는 받는 제1 운동 정보 입력부(110), 운동 정보 수정부(120)를 포함한다. 보다 상세하게 제1 운동 정보 입력부(110)는 상술한 바와 같이 항공기의 최초 운동상태를 정의하는 초기 운동 정보를 입력 받는다(S110). 운동 정보 수정부(120)는 초기 운동 정보를 수정한다(S130) 본 실시예에서 초기 운동 정보를 수정하는(S130) 것은, 후술하는 사표 생성 단계(S200)에서 생성되는 사표를 다양한 초기 운동 정보에 따라 생성되도록 하기 위한 것이다. 따라서 제1 시뮬레이션부(100)는 운동 정보 수정부(120)에서 수정된 제1 운동 정보를 이용하여 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 할 수 있다.
사표 생성부(200)는 제1 시뮬레이션부(100)에서 시뮬레이션 된 결과를 이용하여 상기 항공기의 운동 상태에 따른 탄의 탄착결과를 정의하는 사표를 생성한다(S200).
알고리즘 생성부(300)는 사표 생성부(200)에서 생성된 사표를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성한다(S300). 알고리즘 생성부(300)는 제2 운동정보 입력부(310), 항력 정보 생성부(320), 이동 거리 산출부(330), 높이 정보 비교부(340), 항력 정보 변경부(350)를 포함한다.
상술한 바와 같이 제2 운동정보 입력부(310)는 항공기의 최초 운동상태를 정의하는 초기 운동 정보 및 목표물 고도, 기상 정보(Air Data)를 입력 받는다(S310).
항력 정보 생성부(320)는 제2 운동정보 입력부(310)에서 입력 받은 초기 운동 정보 중 항공기 속도 정보를 이용하여 탄의 운동에 저항하는 항력 정보를 생성한다(S320).
이동 거리 산출부(330)는 항력 정보를 이용하여 상기 탄의 가속도를 포함하는 속도 정보를 적분하여 탄의 이동 거리 정보를 산출한다(S330).
높이 정보 비교부(340)는 산출된 탄의 이동 거리 정보에 따른 고도 방향의 높이 정보를 상기 초기 운동정보에 따른 항공기의 높이 정보와 비교하고(S340), 항력 정보 변경부(350)는 탄의 고도방향 높이가 항공기 초기 운동 정보를 제2 운동정보 입력부(310)에서 입력된 고도를 이용하여 측정한 (비행체 고도 - 목표물 고도) 값과 동일 한 경우 적분을 중단하고 그렇지 않으면 이전 루프로 돌아가 항력 정보를 변경한다(S360).
본 실시예에서 알고리즘 생성부(300)는 상술된 항력 정보의 생성 및 적분의 수행의 반복 횟수가 미리 결정된 변수 K를 만족하는지를 확인한다(S350). 본 실시예에서 미리 결정된 변수 K 값은 낮은 복잡도의 비행 운용 프로그램용 탄착점 계산 알고리즘의 동작시간 및 정확도에 따라 결정되는 것이 바람직하다.
제2 시뮬레이션부(400)는 알고리즘 생성부(300)에서 생성된 알고리즘과 상기 항공기의 초기 운동 정보를 이용하여 상기 탄의 탄착점을 시뮬레이션한다(S400).
정확도 판단부(500)는 제2 시뮬레이션부에서 생성된 결과의 정확도를 사표 생성부(200)에서 생성된 사표를 이용하여 판단한다(S500).
알고리즘 수정부(600)는 정확도 판단부(500)에서 판단된 정확도에 따라 상기 생성된 알고리즘을 수정한다(S600). 정확도를 만족하거나 알고리즘을 수정부(600)에서 수정된 알고리즘이 실시간성을 보장하면서 요구에 맞는 성능을 제공하는 경우 본 실시예에 따른 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법이 완료되는 것이 바람직하다.
한편 본 발명의 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트 들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 항공기의 최초 운동상태를 정의하는 초기 운동 정보를 입력 받는 단계;
    상기 입력 받은 초기 운동 정보를 이용하여 상기 항공기의 미리 결정된 N차 운동방향을 정의하는 N차 자유도 기반의 상기 항공기에서 사출되는 탄의 운동 정보를 시뮬레이션하는 단계;
    상기 시뮬레이션 된 결과를 이용하여 상기 항공기의 운동 상태에 따른 탄의 탄착결과를 정의하는 사표(boombing table)를 생성하는 단계;
    상기 생성된 사표를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성하는 단계;
    상기 생성된 알고리즘과 상기 항공기의 초기 운동 정보를 이용하여 상기 탄의 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계; 및
    상기 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계에서 생성된 결과의 정확도를 상기 생성된 사표를 이용하여 판단하는 정확도 판단 단계를 포함하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서 상기 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 하는 단계는,
    상기 초기 운동 정보를 수정하는 단계를 포함하고,
    상기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계는 상기 수정된 초기 운동 정보를 입력 받는 것을 특징으로 하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서 상기 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법은,
    상기 판단된 정확도에 따라 상기 생성된 알고리즘을 수정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계는 상기 수정된 알고리즘을 이용하여 상기 탄의 탄착점을 시뮬레이션 하는 것을 특징으로 하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법
  7. 제 1 항에 있어서 상기 알고리즘을 생성하는 단계는,
    상기 초기 운동 정보를 입력 받는 단계;
    상기 초기 운동 정보의 항공기 속도 정보를 이용하여 상기 탄의 운동에 저항하는 항력 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 항력 정보를 이용하여 상기 탄의 가속도를 포함하는 속도 정보를 적분하여 탄의 이동 거리 정보를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법
  8. 제 7 항에 있어서 상기 알고리즘을 생성하는 단계는,
    상기 산출된 탄의 이동 거리 정보에 따른 고도 방향의 높이 정보를 상기 초기 운동정보에 따른 항공기의 높이 정보와 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과를 이용하여 상기 항력 정보를 변경하는 단계를 더 포함하고,
    상기 알고리즘을 생성하는 단계는 미리 정한 반복 횟수 N에 따라 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 속도 정보를 적분하여 탄의 이동 거리 정보를 산출하는 단계에서 상기 적분 구간의 범위는 미리 결정된 1/M 구간인 것을 특징으로 하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 산출되는 탄의 이동 거리 정보는 상기 적분 결과거리, 상기 탄의 비행시간을 정의하는 TOF(Time Of Flight) 정보 및 상기 항공기의 날개 방향에 대한 탄착점의 변화 정도를 정의하는 탄착편이의 거리 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 알고리즘을 생성하는 단계는 상기 탄을 상기 입력 받은 초기 운동 정보를 가지는 질점 모델로 추정하여 수행되는 것을 특징으로 하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 N차 운동방향을 정의하는 N차 자유도는 6차 운동 방향을 정의하는 6차 자유도(DOF : Degrees Of Freedom)인 것을 특징으로 하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 방법
  13. 항공기의 최초 운동상태를 정의하는 초기 운동 정보를 입력 받는 제1 운동 정보 입력부;
    상기 입력 받은 초기 운동 정보를 이용하여 상기 항공기의 미리 결정된 N차 운동방향을 정의하는 N차 자유도 기반의 상기 항공기에서 사출되는 탄의 운동 정보를 시뮬레이션하는 제1 시뮬레이션부;
    상기 시뮬레이션 하는 단계의 결과를 이용하여 상기 항공기의 상태에 따른 탄의 탄착결과를 정의하는 사표(boombing table)를 생성하는 사표생성부;
    상기 생성된 사표를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성하는 알고리즘 생성부;
    상기 생성된 알고리즘과 상기 항공기의 초기 운동 정보를 이용하여 상기 탄의 탄착점을 시뮬레이션 하는 제2 시뮬레이션부; 및
    상기 제2 시뮬레이션부에서 생성된 결과의 정확도를 상기 생성된 사표를 이용하여 판단하는 정확도 판단부를 포함하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 장치
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서 상기 제1 시뮬레이션부는,
    상기 초기 운동 정보를 수정하는 운동 정보 수정부를 더 포함하고,
    상기 운동 정보를 입력부는 상기 수정된 초기 운동 정보를 입력 받는 것을 특징으로 하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 장치
  16. 삭제
  17. 제 13 항에 있어서 상기 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 장치는,
    상기 판단된 정확도에 따라 상기 생성된 알고리즘을 수정하는 알고리즘 수정부를 더 포함하고,
    상기 제2 시뮬레이션부는 상기 수정된 알고리즘을 이용하여 상기 탄의 탄착점을 시뮬레이션 하는 것을 특징으로 하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 장치
  18. 제 13 항에 있어서 상기 알고리즘 생성부는,
    상기 초기 운동 정보를 입력 받는 제2 운동정보 입력부;
    상기 초기 운동 정보의 항공기 속도 정보를 이용하여 상기 탄의 운동에 저항하는 항력 정보를 생성하는 항력 정보 생성부; 및
    상기 항력 정보를 이용하여 상기 탄의 가속도를 포함하는 속도 정보를 적분하여 탄의 이동 거리 정보를 산출하는 이동 거리 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 장치
  19. 제 18 항에 있어서 상기 알고리즘 생성부는,
    상기 산출된 탄의 이동 거리 정보에 따른 고도 방향의 높이 정보를 상기 초기 운동정보에 따른 항공기의 높이 정보와 비교하는 높이 정보 비교부; 및
    상기 비교 결과를 이용하여 상기 항력 정보를 변경하는 항력 정보 변경부를 더 포함하고,
    상기 알고리즘 생성부는 미리 정한 반복 횟수 N에 따라 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 탄착점 계산을 위한 알고리즘의 생성 장치
  20. 항공기의 미리 결정된 N차 운동방향을 정의하는 N차 자유도를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 운동 정보를 시뮬레이션 하는 단계;
    상기 시뮬레이션 하는 단계의 결과를 이용하여 상기 항공기의 상태에 따른 탄의 탄착결과를 정의하는 사표(boombing table)를 생성하는 단계;
    상기 생성된 사표를 이용하여 상기 항공기에서 사출되는 탄의 탄착점을 계산하는 알고리즘을 생성하는 단계;
    상기 생성된 알고리즘과 상기 항공기의 초기 운동 정보를 이용하여 상기 탄의 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계;
    상기 탄착점을 시뮬레이션 하는 단계에서 생성된 결과의 정확도를 상기 생성된 사표를 이용하여 판단하는 정확도 판단 단계; 및
    상기 판단된 정확도에 따라 상기 생성된 알고리즘을 수정하는 단계를 컴퓨터 상에서 수행하는 프로그램이 저장된 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체
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