KR101212215B1 - 포사격통제 시스템의 사격제원 계산 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포사격통제 시스템에 관한 것으로서, 특히 포사격통제시스템의 사격제원계산 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은, 특정 주기에서 계산된 포명령을 시간 지연시켜, 이전에 계산된 포명령을 기초로 포에 인가할 포명령을 계산하고; 상기 포명령의 시간 지연 및 상기 특정 주기를 다수로 분기하여 미분 연속적인 포명령을 예측하고, 그 예측된 포명령을 포 구동서버에 인가시킴으로써 포명령의 미분연속성을 확보하는 것이다.

포사격통제시스템, 사격제원

Description

포사격통제 시스템의 사격제원 계산 방법 및 그 장치{METHOD FOR CALCULATING GUN FIRE SPECIFICATION IN GUN FIRE CONTROL SYSTEM AND APPARATUS THEREOF}

본 발명은 포사격통제 시스템에 관한 것으로서, 특히 포사격통제시스템의 사격제원계산 방법 및 장치에 에 관한 것이다.

포사격통제 시스템은 표적을 추적하여, 추적된 표적에 포탄이 명중할 수 있도록 사격제원을 계산하는 장치이다. 그 구성은 추적센서와, 사격제원계산장치와 포로 구성된다.

사격제원계산장치는 포를 제어하기 위한 포명령(gun order)을 산출한다. 여기서, 포명령은 포의 선회각 및 고각을 포함한다. 사격제원계산장치로부터 포명령이 인가되면 포 구동서보가 동작하고, 포 구동서보는 포명령의 선회각 및 고각 만큼 포를 구동시킨다. 한편, 포 구동서보의 특성상 급격하게 변화하는 포명령이 사격제원계산장치로부터 인가되는 경우 종속오차가 발생되며 포의 구동서보는 오차감 소를 위한 보상회로를 동작시킨다. 이때, 포 구동서보가 견디지 못하는 경우 성능저하로 이어진다.

도 1은 종래 사격제원계산장치가 특정 주기(T₁)마다 계산한 포명령이 도시된 그래프이다.

도 1에서, 세로축은 포명령(즉, 선회각 및 고각)이고 가로축은 사격제원계산장치의 주기의 시간흐름을 나타낸다. 사격제원계산장치가 산출한 매 주기별 포명령은 원형점으로 표현하였다. 적색 선은 종래기술의 포명령 결과의 시간 흐름에 따른 결과를 나타낸다.

종래 사격제원계산장치는 특정 주기(T₁)로 산출된 포명령을 실시간으로 함포에 전달한다. 그리고, 포명령 주기 사이에 존재하는 포명령은, 이전 동작에 따라 예측을 통해 생성하여 함포로 전송한다. 그런데, 종래 사격제원계산장치가 계산하여 함포에 전송하는 포명령은, 특정 주기(T₁)마다 불연속성이 발생한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 특정 주기마다 계산된 포명령은 계단 모양의 불연속점(도 1에서 적색선)은, 포 구동서보를 비정상적으로 동작하게 만든다. 따라서, 일반적으로 포는 주파수별 포명령 가속 노이즈의 한계치를 규정하여 포명령이 안정적으로 사격제원계산장치로부터 포명령이 인가될 수 있도록 요구하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 특정 주기마다 사격제원계산장치가 계산하는 포명령에 불연속점이 발생하지 않도록 하는 것이다. 이를 위해, 본 발명은 함포가 요구하는 한계치 이하의 포명령을 산출할 수 있도록, 함포에 인가할 포명령을 예측 및 동작 시간 지연하는 알고리즘(방법)을 통하여 포명령 속도의 연속성을 확보하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 포의 요구사항 한계치에 따라 적절한 여유도를 산정하고, 주파수별 가속 노이즈를 제어함으로써 급격한 포명령 변경, 즉 불연속성을 방지하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포사격통제시스템의 사격제원 계산 방법은,

일정한 주기로 포명령을 산출하고, 그 산출한 포명령을 시간 지연시킨 후 포 구동을 위해 인가하는 최종 포명령을 계산하는 방법으로서,

(a) 제1 시점에서 제1 주기(T₁) 간격으로 포명령을 산출하는 단계와; (b) 상기 제1 주기 간격으로 산출한 포명령을 시간 지연시키는 단계와; (c) 제2 시점에서 포명령을 산출하는 단계와; (d) 상기 제1 시점과 상기 제2시점 간에 적어도 한번 포명령을 제2 주기(T₂) 간격으로 선형 또는 비선형 예측하는 단계와; (e) 상기 제2 시점에서 상기 제1 시점에서 산출한 포명령을 포 구동을 위해 인가하는 단계를 포 함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 (b) 단계에서, 상기 산출한 포명령은 상기 제1 주기의 두배 이상 지연시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 (d) 단계는

특정 시점에 대하여 상기 선형 또는 비선형 예측한 포명령과 실제의 포명령의 오차를 줄이기 위하여,

상기 산출한 포명령과 상기 선형 또는 비선형 예측한 포명령 간의 오차(Δ)를 구하는 단계와; 상기 오차값을 이용하여 가속도(A)를 구하는 단계와; 상기 구한 가속도(A)를 이용하여, 적어도 한번 포명령을 제2 주기(T₂) 간격으로 선형 또는 비선형 예측하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 (e) 단계에서,

포 구동을 위해 인가할 최종적인 포명령은,

수식 V_out(t+i T₂) = V_out(t+(i-1)T₂) + A (T₂/T₁)를 이용하여 계산하고,

삭제

여기서, 상기 T₁ 는 제1 주기이고, 상기 T₂ 는 제2 주기이고,

상기 A는 가속도이고, 상기 P_out 은 시간지연된 포명령이고, V_out 는 포명령 속도인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 (e) 단계에서

포 구동을 위해 인가할 최종적인 포명령은,

P^(n-1) _out(t + i T₂)= P^(n-1) _out(t + (i-1) T₂) + C T₂ 와,

P^(n-2) _out(t + i T₂)= P^(n-2) _out(t + (i-1) T₂) +

P^(n-1) _out(t + (i-1) T₂) T₂ + 0.5 C T² ₂ 와, ... (여기서, 설명의 간결성을 위해 P_out 의 지수 (n-3) ~ 1 까지 해당하는 수식은 생략함) , P_out(t + i T₂)= P_out(t + (i-1) T₂) + P^(k) _out(t + (i-1) T₂) T^k ₂ / k! + C Tⁿ ₂ /n! n개의 수식(즉, n-1부터 0에 해당하는 P_out 의 수식)을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포사격통제시스템의 사격제원계산 장치는,

추적센서로부터 표적의 정보를 수신한 후, 상기 수신한 표적의 정보에 기초하여 계산된 포명령을 시간 지연시키는 시간지연부를 포함하고, 상기 시간 지연부에서 시간 지연된 표명령 정보를 이용하여 미분 연속적 포명령을 예측하여 계산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포사격통제시스템 의 사격제원 계산 방법은,

일정한 주기로 포명령을 산출하고, 그 산출한 포명령을 시간 지연시킨 후 포 구동을 위해 인가하는 최종 포명령을 계산하는 방법으로서,

(A) 제1 시점에서 제1 주기(T₁) 간격으로 포명령을 산출하는 단계와;

(B) 상기 산출한 포명령을 시간 지연시키기 위한 파라미터를 산출하는 단계와;

(C) 상기 산출한 파라미터를 이용하여 제2 시점에서 미분연속적인 포명령을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, (D) 상기 제1 시점과 상기 제2시점 간에 적어도 한번 포명령을 제2 주기(T₂) 간격으로 선형 또는 비선형 예측하는 단계와;

(E) 상기 제2 시점에서 상기 제1 시점에서 산출한 미분연속적인 포명령을 포 구동을 위해 인가하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 (B) 단계에서

상기 파라미터는

P(t) = P_out(t) +

(P^(k) _out(t) / k!) (D T₁)^k 와,

Δ = X(t) - P(t)와,

C = P⁽ⁿ⁾ _out(t) = n! Δ / (D T₁)ⁿ 와,

i=1 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 사격제원계산장치의 포명령 안정화 기능으로서 함포로 최종 포명령이 인가되기 전에 현재 및 과거의 포명령을 이용하여 미분연속적이며 안정적인 포명령을 산출하는 효과가 있다.

본 발명은 포사격통제 시스템(포사격통제 체계)에 적용된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 본 발명의 기술적 사상은 다른 기술분야의 시스템 및 분야에 적용될 수도 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 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.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 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 항복들 중의 어느 항목을 포함한다.

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 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 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.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 특정 주기마다 계산된 포명령이 시간축상 불연속점이 발생하여, 포 구동서보 비정상적인 동작을 유발시키는 종래기술의 한계점에 착안한 것이다. 이러한 점에 착안하여, 본 발명의 기본 개념은: 특정 주기에서 계산된 포명령을 시간 지연시켜, 이전에 계산된 포명령을 기초로 포에 인가할 포명령을 계산하고; 상기 포명령의 시간 지연 및 상기 특정 주기를 다수로 분기하여 미분(일 예로서,2차 이상의 미분) 연속적인 포명령을 예측하고, 그 예측된 포명령을 포 구동서버에 인가시킴으로써 포명령이 미분연속성을 확보하는 것이다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예로서, 본 발명에 따른 포사격통제 시스템의 개략적인 불록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 포사격통제 시스템의 구성은 다음과 같다: 타격하고자 하는 표적(미사일, 항공기, 함정 등)을 추적하여 표적에 대한 현재 좌표 정보를 제공하는 추적센서(10)와; 탄도계산을 위해 필요한 것으로서, 온도, 습도, 기압, 풍향, 풍속 등에 대한 환경정보(20)와; 자함의 자이로로부터 입력되는 자함의 자세(Roll/Pitch/Yaw, Roll/Pitch/Yaw rate)정보에 해당하는 STAB(Stabilization)(30)와; 추적센서(10)의 정보와, 환경정보(20)와 STAB(30) 정 보를 이용하여 사격제원(포명령)을 계산하는 사격제원계산장치(40)와; 포(함포)(50)를 포함한다. 특히, 사격제원계산장치(30)는 포명령을 계산 시, 시간 지연을 이용하여 미분 연속적인 포명령을 예측하고 계산하는 것이 특징이다.

이하, 사격제원계산장치(30)의 구성 및 기능을 상세히 설명한다. 사격제원계산장치(30)는 추적센서와 함포 사이에 존재하여 추적센서(10)로부터 표적의 정보를 수신한 후, 수신한 표적의 정보를 이용하여 사격제원을 계산하고, 포명령을 산출하여 포(50)로 전송하게 된다. 탄도계산을 위해 필요한 환경정보인 온도, 습도, 기압, 풍향, 풍속 등에 대한 정보가 자함 기준센서로부터 입력되어 볼리스틱(Ballistics)(44)가 계산하는 탄도계산 파라미터로 이용되며,

추적센서(10)로부터 수신한 표적의 좌표 정보에는 원하지 않는 노이즈가 포함되어 있다. 따라서, 표적의 좌표정보를 프리필터(Prefilter)(41)와 필터(Filter)(42)를 거쳐서 유효한 표적정보를 추출한다. 그리고, 필터(42)를 통과한 표적의 좌표정보를 PHP(Predicted Hitting Point)를 통해, 표적의 미래위치를 예측한다.

볼리스틱(Ballistics)(44)은, 환경정보(20)를 이용하여 표적의 미래위치로 포탄을 사출시키기 위해 탄도방정식을 풀어 함포로 인가할 포명령(선회각, 고각)을 산출한다. 그 산출된 포명령은 미분연속적인 포명령을 예측 및 산출하기 위해 시간지연부(45)을 통해 안정화절차를 거친다. 그리고, 진북기준좌표계(N-H:North Horizontal Coordinates)(46)로 산출된 포명령은, 선체에 장착된 함포(포) 제어를 위해 STAB(30)으로부터 입력받은 자함의 자세(Roll/Pitch/Yaw, Roll/Pitch/Yaw rate)정보로부터 보상된 선체기준좌표계(Deck : Deck Coordinates)로 변환된다. 함포별 입출력(디지탈, 아날로그 등)에 대한 인터페이스(Interface)(47)를 맞추어 줌으로써 최종 포명령이 함포(50)로 인가된다. 함포는 사격제원계산장치가 인가하는 포명령에 따라 선회각 서보(미도시) 및 고각 서보(미도시)를 동작시킨다. 함포는 사격제원계산장치(40)가 인가하는 선회각 및 고각과 함포의 현재 선회각 및 고각을 비교하여 각도 차이가 최소가 되도록 함포의 서보를 제어한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예로서, 본 발명에 따른 사격제원계산장치에 의해 계산된 포명령을 유도하는 알고리즘을 흐름도로 도시한 것이다. 다만, 도 3에서, 설명의 편의상 포명령은 2주기 지연되는 것으로 가정하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예로서, 본 발명에 따른 사격제원계산장치 계산한 포명령의 미분연속적인 그래프이다. 다만, 도 4에서 적색선은 종래 포명령의 불연속점이 발생하는 그래프이고, 청색선이 본 발명에 따른 포명령을 산출하는 알고리즘에 의한 그래프이다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예를 설명한다.

함포는 사격제원계산장치가 전송하는 포명령에 실시간 종속되기 위해서 과거와 현재에 전송된 포명령을 이용하여 미래를 예측함으로써 포명령 전송 및 처리 지연시간에 대한 보상을 가능하게 하기 때문에, 사격제원계산장치의 포명령은 주기마다 미분값이 연속적인 것이 가장 이상적이다. 따라서, 주기마다 미분값이 연속적인 포명령을 생성하기 위해서는, 최소 2주기 이상의 포명령 정보가 필요하며, 2주기 지연에 따른 표적정보 오차는 예상명중점을 산출할 때 포탄의 비행시간에 2주기 지 연을 포함시킴으로써 최소화가 가능하다.

도 3에서, 본 발명이 정의한 파라미터를 설명하면 다음과 같다:

T₁은 지연법이 적용전 표명령 주기이고; T₂은 지연법이 적용후 표명령 주기이고; t는 현재시간이고; X(t)는 현재 시간 t에서 산출된 지연법이 적용되지 않은 포명령이며, X(t)는 t+D T₁ 시점에서 포 구동서보에 인가될 유효한 포명령에 해당하고; P(t)는 t - D T₁ 시점에서 선형 예측된 현재 t시점에서의 포명령으로, 이때 주기는 T₁이다; P_out는 지연법이 적용된 포명령으로 이때, 주기는 T₂이다; V_out 포명령 속도이고; n은 T₂에 따른 시간 색인이고; D는 동작 지연된 스탭수이고; Δ는 1차 직선 예측 포명령 P(t)와 실제 포명령 X(t)의 차이이고; A는 현재 t시점에서 Δ = 0으로 만들어주기 위한 가속도이다.

본 발명의 일 실시 예에서, 포명령을 산출하는 주기(T₁)는 n 값 만큼 분기(즉, T₂ 주기만큼 분기)하여, 포명령(즉, 선회각 및 고각)을 산출한다. 그리고, 현재 계산한 포명령은 2 주기(T₁) 만큼 시간 지연을 하여 포 구동서보에 인가한다. 즉, t 시점에서 포 구동서보에 인가하는 포명령은, t- 2T₁ 시점에서 계산된 포명령 값에 해당한다.

도 3을 참조하면, 2주기(2T₁) 동안 확보된 포명령은 3샘플이다. 즉, 3개의 포명령 샘플이란, 현재 t시점을 기준으로 하여 t 시점과, t - T₁ 시점과, t - T₂ 시 점에서 각각 산출한 포명령 샘플이다. 이와 같이, 3개 샘플을 이용하는 경우 포명령의 1차 미분값을 연속이 되도록 할 수 있다. 일반적으로 D(본 발명의 실시예에서, D=2 인것으로 가정한다)주기 지연 포명령 정보를 이용하는 경우 D+1샘플의 포명령을 확보할 수 있고, D-1차 미분값을 연속이 되도록 할 수 있다. 즉, D=2인 경우, 3개 샘플의 포명령을 확보할 수 있고, 1차 미분값을 연속이 되도록 할 수 있다. 한편, 함포가 요구하는 포명령 가속도 노이즈의 한계치가 현격히 작은 경우 D를 증가시켜 보다 안정적인 포명령 생성이 가능하다. 즉, 1차 미분이 연속인 경우보다는 2차 미분이 연속인 포명령이 보다 안정적이다. 예를 들어, D=3 이라면, 4개 샘플의 포명령을 확보할 수 있고, 2차 미분값을 연속이 되도록 할 수 있다.

이하, D = 2 인 경우를 예를 들어 설명한다.

본 발명에 따른 포명령 시간 지연 방법(이하, '지연법'이라 한다) 적용전 볼리스틱(Ballistics)(도 2에서, 44)가 산출하는 포명령에 대한 계산주기는 T₁이며, 매 T₁마다 지연법이 적용되지 않은 현재 포명령 X(t)가 주입된다(S1). 현재 시간을 t라고 하였을 때, X(t)는 2T₁ 이후에 유효한 포명령이기 때문에 2T₁이후에 함포로 인가되어야 하며, 현재 시점에 함포로 인가되어야 하는 포명령은 t-2T₁ 시점의 포명령이다. 한편, 2T₁ 이후에 유효한 포명령을 산출하기 위해서, 도 2의 표적의 미래 예상명중점을 산출하는 PHP(43)에서 2T₁ 이후를 추가적으로 예측한다.

S2의 과정은 D 주기 만큼 포명령을 시간 지연시키는 것이다. 즉, D=2 이므 로, S2는 현재 포명령 X(t)를 2주기 지연시키는 동작이다. 그리고, S3 및 S4 과정은 초기값을 설정하는 동작에 해당한다.

현재 t 시점에서 두 가지 절차가 수행되는데, 먼저 X(t) 정보가 없는 t-T₁ 시점에 산출된 P_out(t) 결과가 함포로 인가되고, 그리고 X(t)가 계산된다. 따라서, 만일 T₁=5T₂ 이라 가정할 때, t+1T₂, t+2T₂, t+3T_2, t+4T_2, t+5T₂ 시점, 즉 5개의 시점에서 현재 주입된 X(t)로부터 유효한 포명령을 생성할 수 있다.

현재 주입된 X(t)로부터 t+1T₂, t+2T₂, t+3T₂, t+4T₂, t+5T₂시점에 함포로 인가될 포명령이 확보된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, t+1T₂, t+2T₂, t+3T₂, t+4T₂, t+5T₂각 시점에서, 각 포명령 예측값 P_out(t+1T₂), P_out(t+2T₂), P_out(t+3T₂), P_out(t+4T₂), P_out(t+5T₂)이 차례대로 함포에 포명령으로서 인가된다(t+5T₂ = t+T₁)(S6 ~ S8 과정이 5번 반복됨).

현재 주입된 X(t)로부터 t+1T₂, t+2T₂, t+3T_2, t+4T_2, t+5T₂ 시점(여기서, 5개의 시점은 일예에 해당함)에 유효한 포명령을 생성하는 것은, 주어진 P_out(t), X(t)로부터 2차 곡선을 피팅(fitting)하는 것과 유사하며, 2차 곡선으로 피팅(fitting)시 매 T₁마다 발생할 수 있는 1차미분 불연속을 제거할 수 있다. 이를 위해서는, 도 3의 S5와 같이 본 발명에 따른 포명령 지연법을 적용하기 위해 필요한 파라미터를 산출하여야 한다. 즉, S5 단계에서, t시점에서의 선형예측된 포명령 P(t)는 초기값, P_out(t) + V_out(t) (D T₁)이다. 여기서, V_out(t) (D T₁) 는 t 시점에서 포속도 V_out(t)에 의한 위치값에 해당한다.

P_out(t)과 V_out(t)으로부터 선형적으로 t+2T₁ 시점의 포명령을 산출하고, 현재 계산한 포명령 X(t)와 예측한 포명령 P(t)의 차이(△)를 보상하기 위해 가속도 성분 A(즉, 2Δ/(D T₁)²를 도출한다(S5). 도 3의 S6 단계에서 가속도 성분(즉, A)을 고려한 비선형 2차 곡선 형태의 포명령 P_out(t+1T₂), P_out(t+2T₂), P_out(t+3T₂), P_out(t+4T₂), P_out(t+5T₂)을 계산한다. 즉, t+1T₂, t+2T₂, t+3T_2, t+4T_2, t+5T₂ 시점에 차례대로 유효한 각 포명령, P_out(t+1T₂), P_out(t+2T₂), P_out(t+3T₂), P_out(t+4T₂), P_out(t+5T₂)을 함포로 인가한다(S6 ~ S8 과정이 5번 반복됨, 이때 n은 1에서 5까지 증가함). 즉, 이러한 과정을 통하여, 도 4와 같이, 두 점에 대한 샘플 P_out(t) 과 X(t)이 존재하고 가속도 A가 존재하는 경우 점선 형태의 2차 곡선을 생성할 수 있으며, 포명령인가 시점의 곡선상의 포명령을 그대로 출력한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 2차 곡선은 t-2T₁부터 t까지 존재하나 t부터 t+1T₁까지의 시점에 t-2T₁부터 t-1T₁사이의 결과를 함포로 인가한다. 이어서 t+1T₁ 시점에 새로운 X(t+1T₁)이 발리스틱(Ballistics)로부터 입력되면(S9), 지연법에서 t-1T₁부터 t사이의 결과가 산출되고 함포로 인된다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예로서, 본 발명에 따른 사격제원계산장치에 의해 계산된 포명령을 유도하는 알고리즘을 흐름도로 도시한 것이다. 다만, 도 3과 비교하여 볼 때, 도 3의 실시 예는 D = 2 이지만, 도 5의 실시 예는 D = n 이다. 즉, 도 3의 실시 예는 포명령은 2주기 지연되는 것이나, 도 5의 실시 예는 포명령이 n주기 까지 지연되는 것이다. 즉, 도 5의 실시 예는 보다 더 정밀한 포명령을예측하고 포명령을 전송하는 것이다.

도 3에서 설명한 것과 마찬가지로, 도 5에서 본 발명이 정의한 파라미터를 설명하면 다음과 같다:

T₁은 지연법이 적용전 표명령 주기이고; T₂은 지연법이 적용후 표명령 주기이고; t는 현재시간이고; X(t)는 현재 시간 t에서 산출된 지연법이 적용되지 않은 포명령이며, X(t)는 t+D T₁ 시점에서 포 구동서보에 인가될 유효한 포명령에 해당하고; P(t)는 t - D T₁ 시점에서 선형 예측된 현재 t시점에서의 포명령으로, 이때 주기는 T₁이다; P_out는 지연법이 적용된 포명령으로 이때, 주기는 T₂이다; V_out 포명령 속도이고; n은 최고치 도함수의 차수(예를 들면, n=2 인 경우, 도함수는 가속도이고, n=1인경우 도함수는 속도)이고; i는 T₂ 에 따른 시간 색인이고; D는 동작 지연된 스탭수이고; Δ는 1차 직선 예측 포명령 P(t)와 실제 포명령 X(t)의 차이이고; C는 현재(t) 시점에서 Δ = 0으로 만들어주기 위한 n차 도함수이다. 이하, 도 3에서 설명한 것이 도 5에 그대로 적용되며, 간명한 설명을 위해 도 5에서 적용되는 수식만을 설명하기로 한다.

함수 f 와 임의의 시간 t _{i ,} t _i+1 가 있을 때, 이를 테일러 이론(Talor's Theorem)을 이용하여 표현하면 다음과 같다.

본 발명에서는 함포 명령인 선회각과 고각의 위치를 제어하기 때문에 f(t)를 위치 p(t)라 표현하고, 두 시간간의 시간차인 t _i+1 - t _i 를 △t 라 표현하면 다음과 같다.

여기서, 이해를 돕기 위해 테일러 급수(Talor series)를 2차까지만(n=2) 사용하고 p(t _i )는 원점 p ₀ , p'(t)는 속도도 v ₀ , p"(t)는 가속도 a, △t 는 임의의 시간 t 라 표현하면 다음과 같이 위치,속도,가속도가 주어졌을 때 등가속도 운동을 하는 물체의 임의의 시간(t) 이후에 위치를 구하는 일반적인 물리공식을 얻을 수 있다.

수학식 4에서 초기위치(p ₀ ), 초기속도(v ₀ )를 알고 임의의 시간 t 이후에 임의의 위치(p)로 이동하기 위한 가속도(a)를 계산하기 위해 식을 아래와 같이 변형할 수 있다.

수학식 5에서 현재위치(p)와 t 시간 전의 속도(v ₀ )와 위치(p ₀ )를 이용하여 예측된 위치(p ₀ +v ₀ t)의 차(p-(p ₀ +v ₀ t))를 △라고 표현하고, 시간 t는 지연시간 시간(D?T ₁ )으로 변경하면 아래와 같이 본 발명의 D=2인 경우의 가속도 보상치(A) 식을 구할 수 있다.

수학식 6을 통해 위치에 대한 함수(p(t _i+1 ))를 2차 테일러급수(Taylor series)로 표현하였을 때, 2차 도함수(p"(t _i )=A)만을 조절하여 t 시점의 정보들로 t+1 시점의 위치를 얻어 1차 도함수까지의 연속성을 보장할 수 있다. 본 발명은 함포의 포명령을 제어하기 위한 것으로 포명령의 가속도만을 조절하여 위치와 속도가 연속된 포명령을 얻었다.

이것을 확장하여 수학식 3에서부터 아래의 수학식 8과 같이 n차 도함수 값을 조절하여 n-1차 도함수까지 연속성을 보장하는 수식으로 변경할 수 있다.

이상, 도 3 및 도 5의 일 실시 예들에서, 위치정보만으로 속력(p'(t))을 얻기 위해서는 시간을 알고 있는 1 샘플 지연(D=1)을 통해 얻는 두 지점의 위치(p(t))가 필요하고, 가속도(p"(t))를 얻기 위해서는 2 샘플 지연(D=2)을 통한 3개의 위치가 필요하며, 또한 n차 도함수 값을 얻기 위해서는 n개의 샘플 지연(D=n)이 필요하다.

즉, 상기 수학식들을 적용하여 도 5에 도시된 지연법 적용을 위한 파라미터 와 최종 포명령을 계산한다. 도 3의 과정들이 도 5의 일련의 과정에 적용되는 바, 도 5의 S5`와 S6`과정만을 설명하면 다음과 같다. 즉, 상기 수학식들을 이용하여, 지연법 적용을 위한 파라미터를 산출한다(S5`). S5` 과정에서 산출되는 파라미터들은, P(t) = P_out(t) +

(P^(k) _out(t) / k!) (D T₁)^k 와, Δ = X(t) - P(t)와,

C = P⁽ⁿ⁾ _out(t) = n! Δ / (D T₁)ⁿ 와, i=1 이다.

한편, S6` 과정에서는, 상기 S5`과정에서 산출한 파라미터를 이용하여 최종미분연속적인 포명령을 계산한다. 즉, P^(n-1) _out(t + i T₂)= P^(n-1) _out(t + (i-1) T₂) + C T₂ 와, P^(n-2) _out(t + i T₂)= P^(n-2) _out(t + (i-1) T₂) + P^(n-1) _out(t + (i-1) T₂) T₂ + 0.5 C T² ₂ 와, ...(여기서, 설명의 간결성을 위해 P_out 의 지수 (n-3) ~ 1 까지 해당하는 수식은 생략함) , P_out(t + i T₂)= P_out(t + (i-1) T₂) +

P^(k) _out(t + (i-1) T₂) T^k ₂ / k! + C Tⁿ ₂ /n! 와 같이 n개의 수식(즉, n-1부터 0에 해당하는 P_out 의 수식)을 이용하여 최종 포명령을 산출한다.

이상, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시 적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래 사격제원계산장치가 특정 주기(T₁)마다 포명령을 계산한 그래프이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예로서, 본 발명에 따른 포사격통제 시스템의 개략적인 불록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예로서, 본 발명에 따른 사격제원계산장치에 의해 계산된 포명령을 유도하는 알고리즘을 흐름도로 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예로서, 본 발명에 따른 사격제원계산장치 계산한 포명령의 미분연속적인 그래프이다.

도 5은 본 발명의 또 다른 실시 예로서, 본 발명에 따른 사격제원계산장치에 의해 계산된 포명령을 유도하는 알고리즘을 흐름도로 도시한 것이다.

Claims (9)

1. 일정한 주기로 포명령을 산출하고, 그 산출한 포명령을 시간 지연시킨 후 포 구동을 위해 인가하는 최종 포명령을 계산하는 방법으로서,

   (a) 제1 시점에서 제1 주기(T₁) 간격으로 포명령을 산출하는 단계와;

   (b) 상기 제1 주기 간격으로 산출한 포명령을 시간 지연시키는 단계와;

   (c) 제2 시점에서 포명령을 산출하는 단계와;

   (d) 상기 제1 시점과 상기 제2시점 간에 적어도 한번 포명령을 제2 주기(T₂) 간격으로 선형 또는 비선형 예측하는 단계와;

   (e) 상기 제2 시점에서 상기 제1 시점에서 산출한 포명령을 포 구동을 위해 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포사격통제시스템의 사격제원 계산 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서

   상기 산출한 포명령은 상기 제1 주기의 두배 이상 지연시키는 것을 특징으로 하는 포사격통제시스템의 사격제원 계산 방법
3. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는

   특정 시점에 대하여 상기 선형 또는 비선형 예측한 포명령과 실제의 포명령의 오차를 줄이기 위하여,

   상기 산출한 포명령과 상기 선형 또는 비선형 예측한 포명령 간의 오차(Δ)를 구하는 단계와;

   상기 오차값을 이용하여 가속도(A)를 구하는 단계와;

   상기 구한 가속도(A)를 이용하여, 적어도 한번 포명령을 제2 주기(T₂) 간격으로 선형 또는 비선형 예측하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포사격통제시스템의 사격제원 계산 방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 일정한 주기로 포명령을 산출하고, 그 산출한 포명령을 시간 지연시킨 후 포 구동을 위해 인가하는 최종 포명령을 계산하는 방법으로서,

   (A) 제1 시점에서 제1 주기(T₁) 간격으로 포명령을 산출하는 단계와;

   (B) 상기 산출한 포명령을 시간 지연시키기 위한 파라미터를 산출하는 단계와;

   (C) 상기 산출한 파라미터를 이용하여 제2 시점에서 미분연속적인 포명령을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포사격통제시스템의 사격제원 계산 방법.
8. 제7항에 있어서,

   (D) 상기 제1 시점과 상기 제2시점 간에 적어도 한번 포명령을 제2 주기(T₂) 간격으로 선형 또는 비선형 예측하는 단계와;

   (E) 상기 제2 시점에서 상기 제1 시점에서 산출한 미분연속적인 포명령을 포 구동을 위해 인가하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포사격통제시스템의 사격제원 계산 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 (B) 단계에서

   상기 파라미터는

   P(t) = P_out(t) +

   

   (P^(k) _out(t) / k!) (D T₁)^k 와,

   Δ = X(t) - P(t)와,

   C = P⁽ⁿ⁾ _out(t) = n! Δ / (D T₁)ⁿ 와,

   i=1 를 포함하는 것을 특징으로 하는 포사격통제시스템의 사격제원 계산 방법.

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