KR101220238B1 - 근접 신관의 재밍 모의 시스템, 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 근접 신관의 재밍 모의 시스템은 포탄에 장착된 근접 신관의 신관 신호에 의해 형성되어 상기 근접 신관으로 수신되는 지면 반사파 신호의 재밍 신호를 생성하는 재머(jammer), 상기 포탄의 모의된 움직임에 따라 변화하는 상기 신관 신호의 세기와 상기 지면 반사파 신호의 세기를 산출하고, 상기 재밍 신호에 의해 재밍된 지면 반사파 신호를 분석하여 상기 재머의 재밍 성능을 판단하는 재밍 모의 수단 및 상기 산출된 세기의 신관 신호를 생성하여 상기 재머로 전송하고, 상기 산출된 세기의 지면 반사파 신호를 생성하여 상기 재밍 신호로 재밍시켜 상기 재밍 모의 수단으로 전송하는 모의 신호 생성 수단을 포함함으로써, 근접 신관에 대한 재머의 재밍 성능을 용이하면서도 신뢰성 있게 테스트할 수 있다.

Description

근접 신관의 재밍 모의 시스템, 장치 및 방법{SYSTEM, APPARATUS AND METHOD FOR SIMULATING JAMMING AGAINST PROXIMITY FUZES}
본 발명은 근접 신관의 재밍 모의 시스템, 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 근접 신관이 장착된 상태로 소정 표적을 향해 발사된 포탄에 대해 상기 근접 신관이 비정상적으로 동작하도록 하는 재머의 성능을 분석할 수 있도록 하는 근접 신관의 재밍 모의 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
신관이란 폭발 장치의 작약을 점화시켜 폭발시키도록 폭발물 연쇄의 최초 과정을 일으키는 기능을 가지며, 폭발물이 기폭되면 다음 폭발물에 도폭케 하여 마침내 포탄의 작약에까지 점화되도록 하기 위한 장치를 말한다.
상기 포탄 신관을 그 작용형태 또는 기능에 따라 분류해 보면 충격 신관, 시한 신관, 주위 신관, 근접 신관 및 명령 신관으로 분류해 볼 수 있다.
근접 신관이란 송신과 수신의 기능을 가진 전자 장치를 그 신관에 구비하고, 송신 장치를 통해 전파를 송신하고, 이 전파가 목표물에 의해 반사되는 신호를 수신 장치를 통해 수신하여, 최적의 접근 거리에서 기폭 장치를 작동시키는 기능을 가진 신관을 말한다.
근접 신관은 목표물에서 반사되는 전파 중 최적의 접근 거리에서 반사된 전파를 수신하는 순간 작용하도록 되어 있다. 이와 같은 근접 신관에 대한 재밍은 재밍 신호를 통해 실제로는 최적의 접근 거리가 아님에도 근접 신관에서 최적의 접근 거리로 오인하도록 하는 형태로 이루어진다. 그 결과 근접 신관은 최적의 접근 거리 밖에서 점화되며 이때 근접 신관이 점화된 위치와 표적 간의 거리로서 재밍의 성능을 평가하게 된다.
정확하게 재밍 성능을 평가하기 위해서는 실제로 근접 신관이 장착된 포탄을 표적을 향해 발사하고, 표적에 위치한 재머가 구동된 환경에서 측정이 이루어져야 한다. 그러나, 이와 같은 환경을 제공하기 위해서는 많은 자원과 위험 요소가 산재하므로 최종 측정 이전에는 대체로 모의 시스템을 통해 재머의 재밍 성능을 평가할 필요가 있다.
기존의 모의 시스템을 살펴보면 단순한 위협 신호를 주입하고, 주입된 위협 신호를 분석하여 출력된 재밍 신호를 위협 신호와 비교하여 재밍 성능을 산출하고 있다. 그러나, 포탄에 장착된 근접 신관은 포탄의 고속 탄도 비행 중에 생기는 주파수 천이 현상과 포탄과 표적 간 거리 변화에 따른 지면 반사파 신호의 세기 변화를 이용하므로 협소한 실내에서 포탄과 표적 간 거리에 따라 변화하는 신호의 세기가 신뢰성 있게 반영되지 않은 위협 신호의 주입만으로는 신뢰성 있게 재밍 성능을 평가할 수 없는 실정이다. 또한, 재밍 성능을 평가하기 위해서는 재밍에 의해 오폭이 이루어진 시점에서의 포탄의 위치를 산출하여야 한다. 그러나 시간에 따라 가변되는 신호 특성 변화를 반영하지 못하는 기존의 방식에 따르면 폭발 시점의 포탄의 위치를 신뢰성 있게 산출할 수 없는 상태이다.
본 발명은 근접 신관이 장착된 상태로 소정 표적을 향해 발사된 포탄에 대해 상기 근접 신관이 비정상적으로 동작하도록 하는 재머의 성능을 분석할 수 있도록 하는 근접 신관의 재밍 모의 시스템, 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근접 신관의 재밍 모의 시스템은 포탄에 장착된 근접 신관의 신관 신호에 의해 형성되어 상기 근접 신관으로 수신되는 지면 반사파 신호의 재밍 신호를 생성하는 재머(jammer), 상기 포탄의 모의된 움직임에 따라 변화하는 상기 신관 신호의 세기와 상기 지면 반사파 신호의 세기를 산출하고, 상기 재밍 신호에 의해 재밍된 지면 반사파 신호를 분석하여 상기 재머의 재밍 성능을 판단하는 재밍 모의 수단 및 상기 산출된 세기의 신관 신호를 생성하여 상기 재머로 전송하고, 상기 산출된 세기의 지면 반사파 신호를 생성하여 상기 재밍 신호로 재밍시켜 상기 재밍 모의 수단으로 전송하는 모의 신호 생성 수단을 포함할 수 있다.
이때, 상기 신호의 세기 산출에 필요한 정보를 설정하고 상기 재밍 성능을 표시하는 운용 수단을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 근접 신관의 재밍 모의 장치는 근접 신관을 장착하고 소정 표적을 향해 모의로 발사된 포탄의 시간에 따른 위치를 산출함과 동시에 상기 표적과 상기 포탄과의 거리에 따라 변화하는 상기 근접 신관의 신호인 신관 신호의 세기와 상기 신관 신호의 지면 반사파 신호의 세기를 산출하는 모의 신호 산출부, 모의 신호 생성 수단으로 하여금 상기 산출된 세기의 신관 신호와 지면 반사파 신호를 생성하여 상기 생성된 신관 신호를 재머(jammer)로 전송하도록 하고 상기 전송된 신관 신호에 따라 상기 재머에서 생성된 재밍 신호를 전송받아 상기 생성된 지면 반사파 신호가 재밍되도록 하는 모의 신호 제어부 및 상기 재밍된 지면 반사파 신호를 분석하여 상기 근접 신관의 점화 조건을 만족하는지 확인하고, 상기 점화 조건 만족 시점에서의 상기 포탄의 위치를 분석하는 재밍 성능 판단부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 포탄의 시간 t에 따른 위치 (x, y)는 상기 포탄의 발사 지점의 위치가 (0,0)일 때 다음의 수학식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112010051153820-pat00001
Figure 112010051153820-pat00002
여기서, V는 포탄 발사 속도이고,
k' = - k/m,
k는 마찰 계수이고,
m은 포탄 질량이고,
θ는 발사각이고,
g는 중력 가속도,
Figure 112010051153820-pat00003
이다.
또한, 상기 신관 신호의 세기 PPF와 상기 지면 반사파 신호의 세기 Preflect는 다음의 수학식에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112010051153820-pat00004
Figure 112010051153820-pat00005
여기서, PT는 근접 신관의 송신 출력(W)이고,
GT는 근접 신관의 안테나 이득(W/W)이고,
GR은 표적의 안테나 이득(W/W)이고,
λ는 신관 신호의 파장(m)이고,
σ는 RCS(Radar Cross Section)이고,
R은 포탄과 표적과의 거리이다.
한편, 본 발명과 관련된 근접 신관의 재밍 모의 신호 생성 장치는 신관 신호를 방사하고 상기 신관 신호의 지면 반사파 신호를 수신하는 근접 신관이 장착된 포탄의 시간에 따른 위치를 모의하는 재밍 모의 수단의 지시에 따라 상기 포탄의 표적에서 수신되는 세기의 상기 신관 신호와 상기 포탄에서 수신되는 세기의 상기 지면 반사파 신호를 생성하는 모의 신호 생성부 및 상기 생성된 신관 신호를 재머(jammer)로 전송하고, 상기 전송된 신관 신호에 대응하여 상기 재머에서 생성된 재밍 신호로 상기 생성된 지면 반사파 신호를 재밍하고, 상기 재밍된 지면 반사파 신호를 상기 재밍 모의 수단으로 전송하는 재밍 신호 적용부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 모의 신호 생성부는, 상기 신관 신호를 생성하는 신관 신호 생성부, 상기 지면 반사파 신호를 생성하는 지면 반사파 신호 생성부를 포함하고, 상기 재밍 신호 적용부는, 상기 생성된 신관 신호를 상기 재머로 전송하고, 상기 재밍 신호와 상기 생성된 지면 반사파 신호를 수신하여 하나의 단자로 출력하는 재밍 적용부, 상기 재밍 적용부에서 출력되는 상기 재밍된 지면 반사파 신호를 상기 재밍 모의 수단으로 전달하는 신호 전달부 및 상기 신관 신호 생성부와 상기 재밍 적용부 및 상기 신호 전달부의 사이에서 상기 신관 신호와 상기 재밍된 지면 반사파 신호 경로를 스위칭하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 근접 신관의 재밍 모의 방법은 근접 신관을 장착하고 소정 표적을 향해 모의로 발사된 포탄의 시간에 따른 위치를 산출하는 단계, 상기 표적과 상기 포탄과의 거리에 따라 변화하는 상기 근접 신관의 신호인 신관 신호의 세기와 상기 신관 신호의 지면 반사파 신호의 세기를 산출하는 단계, 상기 산출된 세기의 신관 신호와 지면 반사파 신호가 생성되도록 하는 단계, 상기 생성된 신관 신호가 재머(jammer) 전송되도록 하는 단계, 상기 전송된 신관 신호에 따라 상기 재머에서 생성된 재밍 신호를 전송받아 상기 생성된 지면 반사파 신호가 재밍되도록 하는 단계, 상기 재밍된 지면 반사파 신호를 분석하여 상기 근접 신관의 점화 조건을 만족하는지 확인하는 단계 및 상기 점화 조건을 만족하는 시점에서의 상기 포탄의 위치를 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 포탄의 위치를 산출하는 단계 이전에, 상기 위치의 산출과 상기 세기의 산출에 필요한 정보를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분석 단계 이후에, 적어도 상기 표적의 위치와 상기 분석된 위치가 표시되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 재밍 단계는 상기 전송받은 재밍 신호에 상기 포탄과의 거리에 따른 신호 손실을 반영할 수 있다.
한편, 본 발명의 근접 신관의 재밍 모의 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 프로그램으로서 기록될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 근접 신관의 재밍 모의 시스템, 장치 및 방법은 근접 신관이 장착된 포탄의 시간에 따른 위치를 신뢰성 있게 모의함으로써 추후 근접 신관이 점화된 지점의 위치를 용이하게 파악할 수 있다.
또한, 포탄과 표적과의 거리에 따라 변화하는 신관 신호의 세기와 지면 반사파 신호의 세기를 신뢰성 있게 산출함으로써 재밍 성능 평가에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 하드웨어적으로는 모의 신호 생성 수단과 재머를 구비하면 되고 그 외의 모의 환경을 컴퓨터에서 소프트웨어적으로 처리할 수 있으므로 적은 공간에서도 근접 신관에 대해 재밍이 가해진 상황을 용이하게 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 근접 신관의 재밍 모의 시스템을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명과 관련된 근접 신관의 재밍 모의 장치를 나타낸 블럭도.
도 3은 본 발명과 관련된 근접 신관의 재밍 모의 신호 생성 장치를 나타낸 블럭도.
도 4는 본 발명과 관련된 근접 신관의 재밍 모의 방법을 나타낸 흐름도.
도 5는 실제 환경에서 재밍이 없는 경우 포탄 발사체에서 발사된 포탄에 의해 표적이 피해를 입는 상태를 나타낸 개략도.
도 6은 실제 환경에서 재밍에 의해 포탄 발사체에서 발사된 포탄이 오폭하는 상태를 나타낸 개략도.
도 7은 본 발명과 관련된 근접 신관의 재밍 모의 장치에서 점화 조건 만족시의 포탄 위치를 표적과 관련하여 나타낸 개략도.
이하, 본 발명과 관련된 근접 신관의 재밍 모의 시스템, 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명과 관련된 근접 신관의 재밍 모의 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 1에 도시된 근접 신관의 재밍 모의 시스템은 재머(100), 재밍 모의 수단(200) 및 모의 신호 생성 수단(300)을 포함하고 있다.
재머(jammer)(100)는 포탄에 장착된 근접 신관의 신관 신호에 의해 형성되어 근접 신관으로 수신되는 지면 반사파 신호의 재밍 신호를 생성한다. 재머는 재밍을 수행하는 장치이다. 재밍(jamming, 전파 교란)이란 적의 전파와 주파수를 탐지해 통신 체제를 혼란시키거나 방해하는 행위를 총칭한다. 본 명세서에서의 재머는 근접 신관이 장착된 포탄을 오폭시키는 목적의 재밍 신호를 생성한다. 근접 신관은 폭발의 효과를 극대화시키기 위하여 표적으로부터 최적의 이격된 지점에서 포탄이 폭발되도록 하는 요소이다. 최적의 이격 지점을 판단하기 위해 근접 신관은 신관 신호를 생성 방사하고, 상기 신관 신호가 지면 또는 표적에 의해 반사되어 형성되는 지면 반사파 신호를 수신하여 그 세기를 측정한다. 즉, 지면 반사파 신호의 세기를 측정함으로써 표적과의 최적 거리를 판단한다. 따라서, 근접 신관이 장착된 포탄을 오폭(최적 거리 밖에서 폭발)시키기 위해서는 근접 신관으로 하여금 지면 반사파 신호의 세기를 잘못 인식하도록 해야 한다. 예를 들어 재머에서 신관 신호를 분석하여 신관 신호의 지면 반사파 신호와 동일 또는 유사한 재밍 신호를 지면 반사파 신호보다 강한 세기로 방사함으로써 근접 신관이 오동작하도록 할 수 있다.
도 5는 실제 환경에서 재밍이 없는 경우 포탄 발사체(10)에서 발사된 포탄(20)에 의해 표적이 피해를 입는 상태를 나타낸 개략도로서, 재밍이 없는 경우 근접 신관은 송출된 신관 신호의 지면 반사파 신호를 이용하여 최적의 고도인 5~15m에서 포탄이 폭발되도록 하여 피해를 최대화시키는 것을 알 수 있다. 그러나, 도 6에서와 같이 재머(100)를 이용하여 재밍 신호를 생성 방사할 경우 근접 신관에서는 포탄과 지면과의 거리를 실제보다 가깝게 인식함으로써 방호 거리 밖에서 폭발하게 되고 포탄에 의한 피해는 대폭 경감된다. 이와 같은 재밍 신호를 생성 방사하는 재머의 성능을 테스트하기 위해서는 표적에 재머를 설비하고, 상기 재머 또는 설비 위치 근처를 표적으로 하는 근접 신관이 장착된 포탄을 운용하여야 하나 여러 문제로 인하여 가상의 모의 장치를 통해 성능을 테스트할 필요가 있다.
재밍 모의 수단(200)은 포탄의 모의된 움직임에 따라 변화하는 신관 신호의 세기와 지면 반사파 신호의 세기를 산출하고, 재밍 신호에 의해 재밍된 지면 반사파 신호를 분석하여 재머의 재밍 성능을 판단한다.
포탄과 재머를 실제로 운영하는 경우 재머에서 재밍 신호 생성에 이용하는 는 정보는 신관 신호와 그 세기이고, 포탄에 장착된 근접 신관에서 점화 조건 만족 여부를 판단하는데 이용하는 정보는 지면 반사파 신호의 세기와 재밍 신호의 세기이다.
재밍 신호는 재머에서 생성되므로 재밍 모의 수단에서 모의되어져야 할 부분은 신관 신호의 세기와 지면 반사파 신호의 세기이다. 본 명세서에서 기술되는 신관 신호의 세기는 표적의 위치에서 수신한 신관 신호의 세기를 나타내며 지면 반사 신호의 세기는 근접 신관의 위치에서 수신한 지면 반사파 신호의 세기를 나타낸다.
신관 신호의 세기와 지면 반사파 신호의 세기는 포탄과 표적과의 거리 변화에 따라 변화되는데, 이렇게 변화되는 세기는 재밍 모의 수단에서 산출하여 제공된다.
또한, 실제로 근접 신관이 장착된 포탄과 재머가 운용되면 근접 신관에서는 포탄에 형성된 안테나를 통해 지면 반사파 신호와 재밍 신호를 모두 전송받게 된다. 이런 상황을 모의하기 위해 재밍 모의 수단은 재밍 신호와 지면 반사파 신호가 혼재하는 신호인 재밍된 지면 반사파 신호를 근접 신관의 관점에서 분석하여 재머의 성능을 판단한다. 재밍된 지면 반사파 신호는 모의 신호 생성 수단(300)에서 형성된다.
참고로 도 6에 포탄의 궤적에 따른 신관 신호의 세기와 지면 반사파 신호의 세기를 나타내었다. 표적의 수신 신호 세기는 신관 신호의 세기이고 포탄의 반사파 수신 신호 세기는 지면 반사파 신호의 세기이다.
모의 신호 생성 수단(300)은 재밍 모의 수단에서 산출된 세기의 신관 신호를 생성하여 재머로 전송하고, 재밍 모의 수단에서 산출된 세기의 지면 반사파 신호를 생성하여 재밍 신호로 재밍시켜 재밍 모의 수단으로 전송한다.
먼저, 모의 신호 생성 수단은 재밍 모의 수단에서 산출된 세기의 신관 신호를 생성하여 재머로 전송한다. 이렇게 전송된 신관 신호에 따라 재머는 재밍 신호를 생성하게 되는데 이렇게 생성된 재밍 신호는 다시 모의 신호 생성 수단으로 전송된다. 모의 신호 생성 수단은 재밍 모의 수단에서 산출된 세기의 지면 반사파 신호를 생성하고 재머에서 전송받은 재밍 신호로 재밍시켜 재밍된 지면 반사파 신호를 형성하여 재밍 모의 수단으로 전송한다.
이상에 따르면 포탄과 표적의 거리에 따라 변화하는 신관 신호의 세기와 지면 반사파 신호의 세기를 신뢰성 있게 모의하고 이렇게 모의된 신호를 이용하여 재밍 신호를 생성하고 이렇게 생성된 재밍 신호와 모의된 신호를 이용하여 근접 신관의 점화 조건 만족 여부를 분석함으로써 재머의 성능을 실제의 상황에 가깝게 추정할 수 있다.
한편, 신관 신호의 세기와 지면 반사파 신호의 세기 산출에 필요한 포탄의 구경, 포탄의 발사속도, 발사각, 최초 표적과 포탄 발사체의 거리 등 정보를 설정하고 재밍 모의 수단에서 분석된 재밍 성능을 표시하는 운용 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. 운용 수단은 신호의 세기 산출에 필요한 정보를 설정하는 수단과 재밍 성능을 표시하는 수단을 포함할 수 있는데, 이때 정보를 설정하는 수단은 재밍 모의 수단과 일체로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명과 관련된 근접 신관의 재밍 모의 장치를 나타낸 블럭도로서, 도 2의 근접 신관의 재밍 모의 장치는 도 1의 재밍 모의 수단일 수 있다.
살펴보면, 모의 신호 산출부(210), 모의 신호 제어부(230) 및 재밍 성능 판단부(250)를 포함하고 있다.
모의 신호 산출부(210)는 근접 신관을 장착하고 소정 표적을 향해 모의로 발사된 포탄의 시간에 따른 위치를 산출함과 동시에 표적과 포탄과의 거리에 따라 변화하는 근접 신관의 신호인 신관 신호의 세기와 신관 신호의 지면 반사파 신호의 세기를 산출한다. 신관 신호의 세기는 표적에서 수신하는 세기이고, 지면 반사파 신호의 세기는 근접 신관, 즉 포탄에서 수신하는 세기이다. 이러한 세기를 산출하는 과정을 설명한다.
포탄 발사체에서 발사된 포탄은 고속으로 움직이는 물체이므로 공기 저항은 속도의 제곱에 비례한다. 시간에 따른 포탄의 x축 속도 Vx와 y축 속도 Vy는 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112010051153820-pat00006
Figure 112010051153820-pat00007
여기서, k' = - k/m이고,
k는 마찰 계수이고,
m은 포탄 질량이고,
θ는 발사각이고,
V는 포탄 발사 속도이고,
g는 중력 가속도이다.
참고로, 포탄 발사 속도는 포탄 발사체의 포신 출구에서의 포탄 속도를 의미한다. 또한, 실제 포탄의 속도는 x축과 y축 속도의 벡터 합으로 표현된다.
포탄 발사체에서 발사된 포탄을 모의하는데 필요한 것은 시간에 따른 포탄의 위치이다. 포탄의 시간 t에 따른 위치 (x, y)는 포탄의 발사 지점(포탄 발사체)의 위치가 (0,0)일 때 다음의 수학식 2에 의해 결정된다.
Figure 112010051153820-pat00008
Figure 112010051153820-pat00009
여기서, V는 포탄 발사 속도이고,
k' = - k/m,
k는 마찰 계수이고,
m은 포탄 질량이고,
θ는 발사각이고,
g는 중력 가속도,
Figure 112010051153820-pat00010
이다.
참고로, 마찰 계수 k= 0.5CDρS이고,
CD는 항력 계수이고,
ρ는 공기 밀도이고,
S는 포탄의 단면적이다.
포탄의 최대 이동 거리는 y축의 위치가 0일 때 x축 위치까지의 거리이다. 최대 이동 거리는 포탄이 도착하여 폭발하는 지점으로 그 위치에 표적이 존재한다. 따라서, 표적의 y축 위치는 0이고 x축 위치는 다음의 수학식 3과 같다.
Figure 112010051153820-pat00011
포탄의 위치 (x, y)에서 표적의 위치 (xmax, 0)까지의 거리를 R로 선언하면 신관 신호의 세기 PPF와 상기 지면 반사파 신호의 세기 Preflect는 다음의 수학식 4에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112010051153820-pat00012
Figure 112010051153820-pat00013
여기서, PT는 근접 신관의 송신 출력(W)이고,
GT는 근접 신관의 안테나 이득(W/W)이고,
GR은 표적의 안테나 이득(W/W)이고,
λ는 신관 신호의 파장(m)이고,
σ는 RCS(Radar Cross Section)이고,
R은 포탄과 표적과의 거리이다.
참고로, RCS는 Radar Cross Section의 약자로 레이더에서 송신된 전자파와 물체에 맞고 되돌아오는 전자파 전력의 비율이다. 간단하게 설명하면 레이더에서 인지하는 물체의 크기를 나타낸다.
모의 신호 산출부는 수학식 1 내지 수학식 4를 통해 신관 신호의 세기와 지면 반사파 신호의 세기를 산출한다. 이 과정에서 포탄의 위치 또한 산출한다. 수학식 1 내지 수학식 4의 연산에 필요한 파라미터들은 운용 수단에 의해 제공되어질 수 있다.
이렇게 산출된 신관 신호의 세기는 실제 운용되는 포탄의 표적에서 수신하는 신관 신호의 세기를 모의한 것이다. 또한, 이렇게 산출된 지면 반사파 신호의 세기는 실제 운용되는 포탄의 근접 신관에서 수신하는 지면 반사파 신호의 세기를 모의한 것이다. 모의 신호 산출부에서 산출된 신관 신호의 세기와 지면 반사파 신호의 세기는 아직 데이터의 형태로 존재한다. 이렇게 데이터의 형태로 존재하는 신호의 세기를 재머에 적용하기 위해서 산출된 신호의 세기로 신관 신호와 지면 반사파 신호를 생성하는 모의 신호 생성 수단을 이용한다.
모의 신호 생성 수단은 실제로 재머에서 수신 가능한 신호를 생성하여 재머로 송신하고 재머에서 생성된 신호를 수신한다. 이때 모의 신호 생성 수단은 모의 신호 제어부(230)에 의해 구동 제어된다.
모의 신호 제어부(230)는 모의 신호 생성 수단으로 하여금 모의 신호 산출부(210)에서 산출된 세기의 신관 신호와 지면 반사파 신호를 생성하도록 한다. 또한 생성된 신관 신호를 재머(jammer)로 전송하도록 하고, 전송된 신관 신호에 따라 재머에서 생성된 재밍 신호를 전송받아 모의 신호 생성 수단에서 생성된 지면 반사파 신호가 재밍되도록 한다.
즉, 모의 신호 제어부에서 모의 신호 생성 수단으로 전송되는 신호는 모의 신호 산출부에서 산출된 신호의 세기를 데이터화한 신호, 신관 신호를 생성하여 재머로 전송할 것으로 요청하는 신호, 지면 반사파 신호를 생성하고 재머로부터 전송된 재밍 신호에 의해 재밍되도록 요청하는 신호가 있을 수 있다.
재밍된 지면 반사파 신호는 모의 신호 생성 수단에서 생성된 지면 반사파 신호와 재머에서 생성된 재밍 신호가 혼재하는 신호로서 실제 환경에서 포탄에 장착된 근접 신관이 수신하는 신호를 모의한다. 재밍된 지면 반사파 신호가 근접 신관의 점화 조건을 만족하는지 분석하기 위해 근접 신관의 일부 기능(점화 조건 만족 여부 판단 기능)을 모의하는 수단이 필요하다. 이렇게 근접 신관을 모의하는 수단으로 재밍 성능 판단부(250)가 이용된다.
재밍 성능 판단부(250)는 재밍된 지면 반사파 신호를 분석하여 근접 신관의 점화 조건을 만족하는지 여부를 확인하고, 점화 조건 만족 시점에서의 포탄의 위치를 분석한다. 재밍 성능 판단부는 근접 신관을 모의함과 동시에 점화 조건 만족시점의 포탄 위치를 분석함으로써 재머의 성능을 판단하도록 한다. 다만 포탄의 위치는 이미 모의 신호 산출부에 의해 산출된 상태이므로 별도의 연산을 수행하지 않고 모의 신호 산출부에서 전송받아 그대로 이용하여도 무방하다.
도 3은 본 발명과 관련된 근접 신관의 재밍 모의 신호 생성 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 3에 도시된 근접 신관의 재밍 모의 신호 생성 장치는 도 1에 도시된 모의 신호 생성 수단일 수 있다.
살펴보면, 신관 신호를 방사하고 상기 신관 신호의 지면 반사파 신호를 수신하는 근접 신관이 장착된 포탄의 시간에 따른 위치를 모의하는 재밍 모의 수단의 지시에 따라 포탄의 표적에서 수신되는 세기의 신관 신호와 포탄에서 수신되는 세기의 지면 반사파 신호를 생성하는 모의 신호 생성부(310) 및 상기 생성된 신관 신호를 재머(jammer)로 전송하고, 전송된 신관 신호에 대응하여 재머에서 생성된 재밍 신호로 모의 신호 생성부에서 생성된 지면 반사파 신호를 재밍하고, 재밍된 지면 반사파 신호를 재밍 모의 수단으로 전송하는 재밍 신호 적용부(330)를 포함하고 있다.
모의 신호 생성부(310)는 재머에서 수신 가능한 신관 신호와 근접 신관에서 수신 가능한 지면 반사파 신호를 생성한다. 이때 생성되는 신관 신호는 포탄에 장착된 근접 신관의 신관 신호를 모의한 것으로 세기를 제외한 신호의 특성은 운용 수단에 의해 사전에 설정된 것일 수 있다. 지면 반사파 신호 역시 세기를 제외한 신호의 특성에 대해서는 사전에 설정된 것일 수 있다.
모의 신호 생성부는 구체적으로 신관 신호를 생성하는 신관 신호 생성부(311), 지면 반사파 신호를 생성하는 지면 반사파 신호 생성부(313)를 포함할 수 있다. 신관 신호와 지면 반사파 신호는 모두 신호의 일종이므로 신호 발생기로서 각 신관 신호 생성부와 지면 반사파 신호 생성부를 구성할 수 있으며 이 두개는 통합 가능하다. 다만, 실시간으로 동시에 발생되는 상황을 구현하고자 하는 경우에는 별도로 형성하는 것이 바람직하다. 각 신호 생성부는 실제의 상황와 유사한 환경이 제공되어질 수 있도록 신호 발생기와 RF 송신기를 포함할 수 있다.
재밍 신호 적용부(330)는 재밍된 지면 반사파 신호를 재밍 모의 수단으로 전송한다. 이를 위해 우선 모의 신호 생성부에서 생성된 신관 신호를 재머로 전송하고, 이에 대응하여 재머에서 생성된 재밍 신호를 전송받아 모의 신호 생성부에서 생성된 지면 반사파 신호를 혼재시켜 재밍된 지면 반사파 신호를 형성한다.
구체적으로 재밍 신호 적용부는 신관 신호를 재머로 전송하고, 재밍 신호와 지면 반사파 신호를 수신하여 하나의 단자로 출력하는 재밍 적용부(331), 재밍 적용부에서 출력되는 재밍된 지면 반사파 신호를 재밍 모의 수단으로 전달하는 신호 전달부(333) 및 신관 신호 생성부/재밍 적용부/신호 전달부의 사이에서 신관 신호와 재밍된 지면 반사파 신호의 경로를 스위칭하는 스위칭부(335)를 포함한다.
재밍 적용부(331)는 RF 디바이더로 구성될 수 있으며 신호의 분배 경로는 신관 신호는 재머로 분배되도록 구성되고, 재밍 신호와 지면 반사파 신호가 혼재된 재밍된 지면 반사파 신호는 신호 전달부로 분배되도록 구성된다. 신호 전달부와 신관 신호 생성부 및 스위칭부는 실제의 근접 신관의 부수 장치에 근접한 환경을 구현한다. 신호 전달부는 RF 수신기일 수 있다.
신호 전달부(333)는 재밍된 지면 반사파 신호를 재밍 모의 수단으로 전달한다. 이때 신호 전달부는 단순히 재밍된 지면 반사파 신호를 전달하는 것이 아니라 재밍 모의 수단에서 처리 가능한 중간 주파수로 변환하여 전달한다. 이때의 중간 주파수는 실제의 근접 신관에서 사용되는 중간 주파수일 수 있다.
스위칭부(335)는 재밍 적용부를 신호 전달부에 연결시키거나 신관 신호 생성부에 연결시킨다. 전자의 경우는 근접 신관이 재밍된 지면 반사파 신호를 수신하는 것을 모의하는 것이고, 후자의 경우는 근접 신관이 신관 신호를 방사하는 것을 모의한 것이다. 살펴보면 스위칭부를 통해 연속적인 수신과 방사가 제한되고 있으나 실제의 근접 신관의 동작도 이와 같은 점을 고려하여 배치한 것이다.
도 4는 본 발명과 관련된 근접 신관의 재밍 모의 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4에 도시된 근접 신관의 재밍 모의 방법은 도 2의 근접 신관의 재밍 모의 장치의 동작으로서 설명될 수도 있다.
먼저, 근접 신관을 장착하고 소정 표적을 향해 모의로 발사된 포탄의 시간에 따른 위치를 산출한다(S 520). 모의 신호 산출부(210)에서 이루어지는 동작으로 이에 따라 포탄의 위치, 정확하게는 포탄과 표적 간의 거리에 따라 변화하는 신관 신호의 세기와 지면 반사파 신호의 세기를 산출할 수 있게 된다. 추후 이렇게 산출된 세기의 신호를 생성하여 재머로 전달함으로써 실제와 유사한 결과를 얻을 수 있다.
상기 표적과 상기 포탄과의 거리에 따라 변화하는 상기 근접 신관의 신호인 신관 신호의 세기와 상기 신관 신호의 지면 반사파 신호의 세기를 산출한다(S 530). 역시 모의 신호 산출부(210)에서 이루어지는 동작으로 앞 단계에서 산출된 포탄의 위치를 이용하여 신관 신호의 세기와 지면 반사파 신호의 세기를 산출한다.
상기 산출된 세기의 신관 신호와 지면 반사파 신호가 생성되도록 한다(S 540). 모의 신호 제어부(230)에서 이루어지는 동작으로 모의 신호 생성 수단으로 하여금 실질적인 신관 신호와 지면 반사파 신호를 생성하도록 한다.
상기 생성된 신관 신호가 재머(jammer) 전송되도록 하고(S 550), 상기 전송된 신관 신호에 따라 상기 재머에서 생성된 재밍 신호를 전송받아 상기 생성된 지면 반사파 신호가 재밍되도록 한다(S 560). 역시 모의 신호 제어부에서 이루어지는 동작으로 결과적으로 모의 신호 생성 수단으로 하여금 재밍된 지면 반사파 신호를 출력하도록 한다. 이때 주의할 것은 재머에서 생성된 재밍 신호는 포탄과의 거리에 따른 신호 손실이 반영되지 않은 상태라는 점이다. 앞에서 산출된 지면 반사파 신호의 세기는 포탄 위치에서의 값이다. 이러한 세기로 생성된 지면 반사파 신호에 혼재될 재밍 신호 또한 포탄 위치에서의 세기를 가지는 것이 바람직한데 재머에서 생성된 재밍 신호는 표적 위치에서의 세기를 갖고 있다. 따라서, 재밍 신호에 상기 포탄과의 거리에 따른 신호 손실을 반영한 후 지면 반사파 신호에 혼재시킬 수 있다. 신호 손실을 반영하기 위해 재머에서 생성된 재밍 신호의 이득을 감소시킬 필요가 있는데, 이를 위해 재머의 출력단에 신호 감쇠기를 설비할 수 있다. 또는 재밍 신호 적용부(330), 구체적으로 재밍 적용부(331)에 신호 감쇠기를 설비할 수 있다. 물론 이때의 신호 감쇠기는 재밍 신호에 따른 신호 손실을 산출하는 알고리즘이 모의 신호 산출부에 장입되어 있어야 하며, 모의 신호 제어부는 모의 신호 산출부에서 산출된 신호의 세기 데이터와 함께 신호 손실 데이터를 전송받아 상기 신호 감쇠기로 전송하여야 할 것이다. 신호 손실은 사전에 설정된 근접 신관에서 송출되는 신관 신호의 세기에서 모의 신호 산출부에서 산출된 신관 신호의 세기를 빼는 것에 의해 용이하게 산출될 수 있다.
상기 재밍된 지면 반사파 신호를 분석하여 상기 근접 신관의 점화 조건을 만족하는지 확인하고(S 570), 상기 점화 조건을 만족하는 시점에서의 상기 포탄의 위치를 분석한다(S 580). 재밍 성능 판단부(250)에서 이루어지는 동작으로 점화 조건을 만족하는 시점에서의 포탄의 위치를 제시함으로써 재머의 재밍 성능을 평가할 수 있도록 한다. 점화 조건 만족시의 포탄의 위치를 분석하면 표적과 점화 시점(폭발 시점)의 포탄 간의 거리를 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 거리로서 재밍 성능을 평가할 수 있다.
한편, 포탄의 위치를 산출하는 단계 이전에 상기 위치의 산출과 상기 세기의 산출에 필요한 정보를 설정할 수 있다. 운용 수단에서 이루어지는 동작으로, 운용 수단 중 포탄의 단면적, 항력 계수 등 앞에서 살펴본 수학식 1 내지 수학식 4의 연산에 필요한 각종 파라미터를 설정하는 요소에서 이루어진다. 이때의 요소는 근접 신관의 재밍 모의 장치와 일체로 형성될 수 있다.
또한, 점화 조건 만족시 포탄의 위치를 분석하는 단계 이후에 적어도 상기 표적의 위치와 상기 분석된 위치가 표시되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 점화 시점의 포탄의 위치를 파악했다고 하더라도 재머의 성능을 평가하기 위해서는 표적과 점화 시점의 포탄 간의 거리를 나타낼 필요가 있다. 이를 위해 소정 디스플레이에서 상기 표적의 위치와 분석된 위치가 표시되도록 할 수 있다. 이때의 표시 방법으로는 수치적 표현이나 GUI(Graphical User Interface)적 표현 모두 가능하다. GUI적 표현의 예를 도 7에 도시하였다.
한편, 이상에서 설명된 근접 신관의 재밍 모의 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 프로그램으로서 기록될 수 있다.
한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
예를 들어 재밍 모의 수단과 모의 생성 수단 및 재머는 시간적으로 서로 상관 관계에 있으므로 시간 동기 신호를 공유할 수 있다.
근접 신관에 대한 재머의 재밍 성능을 평가하는 시스템에 적용할 수 있다.
특히, 실내와 같은 협소한 공간에서 재머의 성능을 모의적으로 테스트하는 시스템에 유리하다.
100...재머 200...재밍 모의 수단
210...모의 신호 산출부 230...모의 신호 제어부
250...재밍 성능 판단부 300...모의 신호 생성 수단
310...모의 신호 생성부 311...신관 신호 생성부
313...지면 반사파 신호 생성부 330...재밍 신호 적용부
331...재밍 적용부 333...신호 전달부
335...스위칭부

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 근접 신관을 장착하고 소정 표적을 향해 모의로 발사된 포탄의 시간에 따른 위치를 산출함과 동시에 상기 표적과 상기 포탄과의 거리에 따라 변화하는 상기 근접 신관의 신호인 신관 신호의 세기와 상기 신관 신호의 지면 반사파 신호의 세기를 산출하는 모의 신호 산출부;
    모의 신호 생성 수단으로 하여금 상기 산출된 세기의 신관 신호와 지면 반사파 신호를 생성하여 상기 생성된 신관 신호를 재머(jammer)로 전송하도록 하고 상기 전송된 신관 신호에 따라 상기 재머에서 생성된 재밍 신호를 전송받아 상기 생성된 지면 반사파 신호가 재밍되도록 하는 모의 신호 제어부; 및
    상기 재밍된 지면 반사파 신호를 분석하여 상기 근접 신관의 점화 조건을 만족하는지 확인하고, 상기 점화 조건 만족 시점에서의 상기 포탄의 위치를 분석하는 재밍 성능 판단부;
    를 포함하는 근접 신관의 재밍 모의 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 포탄의 시간 t에 따른 위치 (x, y)는 상기 포탄의 발사 지점의 위치가 (0,0)일 때 다음의 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 근접 신관의 재밍 모의 장치.
    Figure 112010051153820-pat00014

    Figure 112010051153820-pat00015

    여기서, V는 포탄 발사 속도이고,
    k' = - k/m,
    k는 마찰 계수이고,
    m은 포탄 질량이고,
    θ는 발사각이고,
    g는 중력 가속도,
    Figure 112010051153820-pat00016
    이다.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 신관 신호의 세기 PPF와 상기 지면 반사파 신호의 세기 Preflect는 다음의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 근접 신관의 재밍 모의 장치.
    Figure 112010051153820-pat00017

    Figure 112010051153820-pat00018

    여기서, PT는 근접 신관의 송신 출력(W)이고,
    GT는 근접 신관의 안테나 이득(W/W)이고,
    GR은 표적의 안테나 이득(W/W)이고,
    λ는 신관 신호의 파장(m)이고,
    σ는 RCS(Radar Cross Section)이고,
    R은 포탄과 표적과의 거리이다.
  6. 신관 신호를 방사하고 상기 신관 신호의 지면 반사파 신호를 수신하는 근접 신관이 장착된 포탄의 시간에 따른 위치를 모의하는 재밍 모의 수단의 지시에 따라 상기 포탄의 표적에서 수신되는 세기의 상기 신관 신호와 상기 포탄에서 수신되는 세기의 상기 지면 반사파 신호를 생성하는 모의 신호 생성부; 및
    상기 생성된 신관 신호를 재머(jammer)로 전송하고, 상기 전송된 신관 신호에 대응하여 상기 재머에서 생성된 재밍 신호로 상기 생성된 지면 반사파 신호를 재밍하고, 상기 재밍된 지면 반사파 신호를 상기 재밍 모의 수단으로 전송하는 재밍 신호 적용부;
    를 포함하는 근접 신관의 재밍 모의 신호 생성 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모의 신호 생성부는,
    상기 신관 신호를 생성하는 신관 신호 생성부;
    상기 지면 반사파 신호를 생성하는 지면 반사파 신호 생성부;를 포함하고,
    상기 재밍 신호 적용부는,
    상기 생성된 신관 신호를 상기 재머로 전송하고, 상기 재밍 신호와 상기 생성된 지면 반사파 신호를 수신하여 하나의 단자로 출력하는 재밍 적용부;
    상기 재밍 적용부에서 출력되는 상기 재밍된 지면 반사파 신호를 상기 재밍 모의 수단으로 전달하는 신호 전달부; 및
    상기 신관 신호 생성부와 상기 재밍 적용부 및 상기 신호 전달부의 사이에서 상기 신관 신호와 상기 재밍된 지면 반사파 신호 경로를 스위칭하는 스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 신관의 재밍 모의 신호 생성 장치.
  8. 근접 신관을 장착하고 소정 표적을 향해 모의로 발사된 포탄의 시간에 따른 위치를 산출하는 단계;
    상기 표적과 상기 포탄과의 거리에 따라 변화하는 상기 근접 신관의 신호인 신관 신호의 세기와 상기 신관 신호의 지면 반사파 신호의 세기를 산출하는 단계;
    상기 산출된 세기의 신관 신호와 지면 반사파 신호가 생성되도록 하는 단계;
    상기 생성된 신관 신호가 재머(jammer) 전송되도록 하는 단계;
    상기 전송된 신관 신호에 따라 상기 재머에서 생성된 재밍 신호를 전송받아 상기 생성된 지면 반사파 신호가 재밍되도록 하는 단계;
    상기 재밍된 지면 반사파 신호를 분석하여 상기 근접 신관의 점화 조건을 만족하는지 확인하는 단계; 및
    상기 점화 조건을 만족하는 시점에서의 상기 포탄의 위치를 분석하는 단계;
    를 포함하는 근접 신관의 재밍 모의 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 포탄의 위치를 산출하는 단계 이전에,
    상기 위치의 산출과 상기 세기의 산출에 필요한 정보를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 신관의 재밍 모의 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 분석 단계 이후에,
    적어도 상기 표적의 위치와 상기 분석된 위치가 표시되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근접 신관의 재밍 모의 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 재밍 단계는 상기 전송받은 재밍 신호에 상기 포탄과의 거리에 따른 신호 손실을 반영하는 것을 특징으로 하는 근접 신관의 재밍 모의 방법.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항의 어느 한 항의 방법을 프로그램으로 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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