KR101343422B1 - 폭발고도가 자동 가변되는 신관 시스템 및 그 동작 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 신관 시스템은 탄이 발사되면, 신관 내의 발사감지센서가 동작하면서 제어회로부에 발사시점 정보를 전송하는 단계와, 발사시점 정보가 수신되면 제어회로부가 비행시간을 카운트하도록 시한장치를 동작시키고, 비행고도를 측정하는 단계와, 측정된 비행고도와 비행시간으로부터 고도변화율을 구하고, 고도변화율로부터 탄의 사거리를 연산하는 단계와, 연산된 사거리에 근거하여 탄의 하강여부를 판단하고, 탄의 하강시 고도측정구간을 설정하는 단계 및 상기 고도측정구간에 탄이 도달하면 측정된 비행고도들로부터 최종 사거리를 결정하고, 상기 최종 사거리와 메모리에 저장된 사표 자료를 근거로 탄의 폭발고도를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

폭발고도가 자동 가변되는 신관 시스템 및 그 동작 제어방법{Fuze system for the height of burst automatically varing and control method thereof}

본 발명의 일실시예들은 폭발고도가 자동 가변되는 신관 시스템 및 그 동작 제어방법에 관한 것이다.

신관이란 폭발 장치의 장약을 점화시켜 폭발시키도록 폭발물 연쇄의 최초 과정을 일으키는 기능을 가지며, 폭발물이 기폭되면 다음 폭발물에 도폭케 하여 마침내 포탄의 작약에까지 점화되도록 하기 위한 장치를 말한다. 이러한 신관은 탄의 일부를 구성한다.

일반적으로 탄(彈)은 사용목적에 따라 고폭탄, 성형 장약탄, 철갑탄, 이중 목적탄 등 다양하게 분류되며, 각 탄의 특성에 맞는 신관 방식이 요구된다. 신관은 크게 목표물에 충돌할 때 작동하는 충격식과, 목표물을 침투하여 작동하는 지연(delay)식, 그리고 목표물에 접근하여 작동하는 접근식 등으로 분류된다. 충격식과 지연식 신관은 주로 고폭탄, 성형 장약 및 철갑탄(침투탄) 등에 사용되며, 접근식은 고폭탄, 성형 장약탄 및 이중 목적탄(분산탄) 등에 사용된다.

접근식 신관(이하 접근신관이라고 함)에도 탄의 종류에 따라 작동시점(접근 거리)이 다양하여 짧게는 수십 센티미터(Cm)에서 멀게는 수 킬로미터(Km)에 이르고 있으며, 접근거리를 측정하는 방법과 원리도 다양하다. 접근신관의 작동방식은 크게 탄을 발사한 시점으로부터 사표(탄 종에 따라 다름)를 기준으로 일정시간 후 작동하는 시한 작동형 신관(시한신관)과 고도(거리)측정센서를 갖추고 표적 상공에서 탄과 표적과의 고도를 측정하여 미리 설정된 폭발고도에서 작동하는 센서 내장형 접근신관 방식이 있다.

일반적으로 포(砲)를 운용하는 운용자는 현재 포의 위치에서 표적과의 거리에 따라 포의 발사각을 조정하거나 전용장비에 의해 자동적으로 발사각을 조절한 후 포를 발사하게 된다. 즉, 표적과의 거리에 따라 포의 발사각이 정해지게 되며, 이것을 도식화 한 것이 포의 사표(Firing table)이다.

종래의 접근신관은 모두 표적상공 일정 높이(생산시 고정)에서 작동하는 방식으로써 분산탄과 같이 표적상공에서 자탄을 분산하는 경우, 분산된 자탄의 비행거리는 포의 발사각에 따라 달라지며, 이에 따라 표적을 정확하게 타격할 수 없는 단점을 가지고 있다. 또한 기존 접근신관의 경우 폭발고도가 비교적 낮고(20m이하), 폭발고도의 편차가 많아 정밀한 표적 타격이 어려운 단점이 존재해 왔다.

본 발명의 목적은, 이러한 종래기술의 단점을 해결하기 위하여 접근신관이 가지고 있는 고도센서를 활용하여 포에서 발사된 탄의 사거리를 신관이 스스로 판단하고, 사거리에 따라 폭발고도를 자동 가변할 수 있는 신관 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 분산탄의 경우 표적 상공에서 자탄이 방출된 후 자탄의 비행거리가 포의 발사각(사거리)에 상관없이 항상 일정하도록 폭발(fire) 고도를 자동으로 가변 설정할 수 있는 신관 시스템을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 신관 시스템의 동작 제어방법은 탄이 발사되면, 신관 내의 발사감지센서가 동작하면서 제어회로부에 발사시점 정보를 전송하는 단계와, 발사시점 정보가 수신되면 제어회로부가 비행시간을 카운트하도록 시한장치를 동작시키고, 비행고도를 측정하는 단계와, 측정된 비행고도와 비행시간으로부터 고도변화율을 구하고, 고도변화율로부터 탄의 사거리를 연산하는 단계와, 연산된 사거리에 근거하여 탄의 하강여부를 판단하고, 탄의 하강시 고도측정구간을 설정하는 단계 및 상기 고도측정구간에 탄이 도달하면 측정된 비행고도들로부터 최종 사거리를 결정하고, 상기 최종 사거리와 메모리에 저장된 사표 자료를 근거로 탄의 폭발고도를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 결정된 폭발고도에 탄이 도달하면, 기폭명령신호를 기폭회로에 전송하여 탄을 기폭시켜 자탄을 분산시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 폭발고도를 결정하는 단계는, 탄의 종류에 따라 선택된 사표 자료로부터 고도변화율별 사거리정보와 사거리별 폭발고도정보를 준비하는 단계와, 곡선 일치법(curve fitting method)에 의해 상기 사거리정보와 폭발고도정보의 상관관계에 따르는 곡선의 함수를 도출하는 단계 및 상기 도출된 함수를 상기 제어회로부의 신호처리 알고리즘에 포함시켜 폭발고도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 폭발고도를 결정하는 단계는, 최종 사거리 및 사표 자료와 더불어 탄의 속도와 고각, 자탄의 장전시간 및 자탄이 탄착지까지 도달하는 분산반경을 근거로 자탄이 탄착지까지 일정거리를 비행하도록 폭발고도를 결정하는 단계로 이루어질 수 있다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는, 신관의 기폭 여부를 결정하도록 형성되는 제어회로부와, 탄이 발사되면 상기 제어회로부에 전원을 공급하도록 형성되는 전원 공급부와, 상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아 발사에 대한 정보를 상기 제어회로부에 전송하는 발사감지센서 및 탄의 비행고도를 측정하여 상기 제어회로부에 비행고도에 관한 정보를 전송하는 송수신부를 포함하고, 상기 제어회로부는, 탄의 발사에 대한 정보가 수신되면 비행시간을 카운트하도록 형성되는 시한장치 및 측정된 비행고도와 비행시간을 근거로 폭발고도를 결정하는 연산 및 제어회로를 포함하는 신관 시스템을 개시한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제어회로부는, 탄의 종류에 따르는 사표 자료, 사거리정보 또는 폭발고도정보 중 적어도 하나가 저장된 메모리부를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 연산 및 제어회로는, 측정된 비행고도와 비행시간을 근거로 고도변화율을 구하고, 고도변화율로부터 탄의 사거리를 연산한 후 연산된 사거리와 상기 메모리부에 저장된 자료들을 비교하여 폭발고도를 결정할 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 연산 및 제어회로는, 탄의 속도와 고각, 자탄의 장전시간 및 자탄이 탄착지까지 도달하는 분산반경을 근거로 자탄이 탄착지까지 일정거리를 비행하도록 폭발고도를 산출할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 신관 시스템 및 그 동작 제어방법에 따르면 용시 자동모드인 경우 기존의 신관의 기폭시간 장입을 위한 시한장입장치가 불필요하며, 또한, 신관이 탄의 고도변화율을 측정하여 사거리와 폭발고도를 자동적으로 계산하여 설정함으로써 표적 명중률을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 포를 운용하는데 소요되는 운용 시간과 인력을 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.

또한, 포탄의 특성과 운용개념에 따라 신관에 폭발고도를 임의로 조정하여 장입이 가능함에 따라 운용 효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하도록 형성된 신관 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하도록 형성된 신관 시스템의 운용개념도이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하도록 형성된 신관 시스템에서 기폭지점에 따른 표적 명중 오차를 설명하기 위한 개념도이다. 탄은 발사고각에 따라 사거리가 달라지며, 표적지 상공에서 표적으로 접근하는 접근각과 접근 속도도 달라진다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하도록 형성된 신관 시스템에서 탄의 사표에 따른 탄도특성과 발사고각(고도변화율)에 따른 사거리와 폭발고도(H.O.B)가 달라지는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시예로서 사거리별 탄의 고도변화율을 사표로부터 도출하고, 이 자료를 신관 신호처리 알고리즘으로 구현 가능한 수학적 모델로 나타내기 위하여 사거리별 고도변화율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서 사거리별 탄의 고도변화율을 사표로부터 도출하고, 이 자료를 신관 신호처리 알고리즘으로 구현 가능한 수학적 모델로 나타내기 위하여 고도변화율과 사거리의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예로서 포의 사거리와 폭발고도 관계를 신관 신호처리 알고리즘으로 구현 가능한 수학적 모델로 나타내기 위하여 상용 curve fitting 프로그램을 이용하여 포의 사거리에 따른 폭발고도를 curve fitting 하고, 수학식으로 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예로서 탄의 고도변화율과 폭발고도 관계를 신관 신호처리 알고리즘으로 구현 가능한 수학적 모델로 나타내기 위하여 상용 curve fitting 프로그램을 이용하여 탄의 고도변화율에 따른 폭발고도를 curve fitting 하고, 수학식으로 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하는 신관 시스템의 동작 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하는 신관 시스템의 동작 제어방법에서 탄 종에 따른 사표를 기준으로 고도변화율에 따른 사거리와 폭발고도를 신관의 신호처리 알고리즘에 구현할 수 있는 수학식을 도출하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하는 신관 시스템의 동작 제어방법에서 신관 작동모드 및 폭발고도 장입기를 이용하여 신관 폭발고도를 임의의 고도로 설정하여 운용할 수 있도록 한 흐름도이다.

이하, 본 발명에 관련된 신관 시스템 및 그 동작 제어방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하도록 형성된 신관 시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하도록 형성된 신관 시스템은 신관시스템(200)을 기본으로 하고 있으나, 신관의 운용개념에 따라 작동모드 및 폭발고도 장입기(100)를 포함할 수 있다. 상기 작동모드 및 폭발고도 장입기(100)는 신관시스템(200)을 수동모드로 운용할 때 폭발고도를 장입기(100)에서 임의로 설정할 수 있도록 하는 장치이며, 신관시스템(200)을 자동모드(기본모드)에서 운용할 경우에는 장입기(100)가 불필요하다. 도1에서, 신관시스템(200)은 작동모드 및 폭발고도 장입기(100)와 장입 정보를 주고받기 위한 통신인터페이스회로(210); 탄이 발사된 후 신관회로에 전원을 공급할 신관용 배터리 또는 전원발생장치(230); 상기 전원을 공급받아 신관시스템(200)의 작동에 필요한 전압을 발생시키는 전원변환회로(220); 신관전원을 공급받고, 탄의 발사시점을 감지하기 위한 탄 발사감지센서(250); 또한 탄의 비행고도를 측정하기 위하여 전파를 송수신하기 위한 송수신부(260); 제어회로부(240) 작동에 필요한 기준 클럭신호를 제공하기 위한 발진회로(270)와; 표적 상공에서 탄두를 기폭시키기 위한 기폭회로(280)와; 탄의 안전과 장전작동을 수행하기 위한 안전장전장치(290)로 구성된다. 세부적으로 송수신부(260)는 전파를 발생하여 송신안테나(263)를 통해 내 보내기 위한 송신부(261)와; 수신안테나(264)로 수신된 전파를 입력받아 증폭하고, 고도정보가 포함된 주파수 성분을 추출하기 위한 수신부(262)로 구성되며, 제어회로부(240)는 송수신부(260)의 송신부(261)를 제어하기 위한 송신제어회로(241)와; 송수신부(260)의 수신부(262)로부터 입력된 고도정보를 검출하는 고도정보검출회로(242)와; 사표 자료와 사거리 및 폭발고도 등을 저장하는 메모리회로(243)와; 탄의 비행고도 연산, 사거리 판별, 기폭고도 판별, 기폭명령신호 발생, 각종 신관제어신호를 발생하는 연산 및 제어회로(244)와; 신관의 정상작동 여부를 점검을 통해 수행할 수 있도록 하는 신관 점검회로(291)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하도록 형성된 신관 시스템의 운용개념도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하도록 형성된 신관 시스템의 운용개념은 신관이 탄의 고도변화율을 측정하고, 탄의 목표 사거리를 스스로 연산하여 도출, 목표물 상공에서 사거리에 따라 기폭고도를 자동적으로 가변 설정하는 것을 특징으로 하고 있다. 따라서 사거리에 따라 폭발고도(H.O.B: height of burst)가 달리 설정되며, 일반적으로 폭발고도 설정값은 모탄(母彈)으로부터 분산된 자탄의 분산반경과 장전거리(arming distance)를 감안하여 결정된다. 포에서 발사된 탄은 근거리 표적일 경우 발사 고각이 낮고 탄속이 빠른 반면, 원거리로 갈수록 발사고각이 높고 종말 탄속이 느려진다. 따라서, 근거리 표적에서는 폭발고도를 낮추고, 원거리 표적에서는 폭발고도를 높여 탄두효과를 극대화 하도록 하는 것이 특징이다.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하도록 형성된 신관 시스템에서 기폭지점에 따른 표적 명중 오차를 설명하기 위한 개념도이다. 탄은 발사고각에 따라 사거리가 달라지며, 표적지 상공에서 표적으로 접근하는 접근각과 접근 속도도 달라진다.

도 3a를 참조하면, 이는 기존 방법으로써 발사고각에 관계없이 항상 일정한 고도에서 자탄을 분산하는 경우이며, 표적 명중 확률이 떨어지는 것을 설명하기 위한 것이다. 예를 들면, 근거리 표적일 경우에는 자탄의 비행거리가 멀어지는 반면, 원거리 표적일 경우 자탄의 비행거리가 짧아져 자탄의 분산반경이 넓어지거나 좁아지는 현상이 발생함은 물론 모(母)탄과 자(子)탄의 탄도 특성이 다르므로 인해 발생하는 비행오차를 감안하면 표적 명중률이 현저하게 떨어진다.

도 3b를 참조하면, 사거리에 관계없이 분산된 자탄의 비행거리가 항상 일정하도록 발사고각(사거리)에 따라 폭발고도를 달리 설정하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 즉, 목표물에 접근한 탄의 종말속도를 고려하여 분산된 자탄의 비행거리가 발사고각에 관계없이 항상 일정한 값(자탄의 비행거리)을 갖도록 폭발 고도를 가변설정하여 자탄을 분산하도록 하는 방법이다. 이 방법은 본 특허에서 제안한 방법으로써 탄 종에 해당하는 사표로부터 탄도상의 고도변화율을 도출하고, 이 고도변화율과 사거리 및 폭발고도를 수식화 하여 신관의 기폭알고리즘에 적용하는 방법을 적용한 것이 특징이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하도록 형성된 신관 시스템에서 탄의 사표에 따른 탄도특성과 발사고각(고도변화율)에 따른 사거리와 폭발고도(H.O.B)가 달라지는 개념도이다.

도 4를 참조하면, 목표물에 접근한 탄의 종말속도를 고려하여 분산된 자탄의 비행거리가 발사고각에 관계없이 항상 일정하도록 사거리별 폭발고도를 가변하는 개념도이다. 즉, 근거리 표적에서는 폭발고도를 낮추고, 원거리 표적에서는 폭발고도를 높여서 분산된 자탄의 비행거리가 항상 일정하도록 하는 방법이다. 참고로, 포에서 발사된 탄도의 특성은 탄이 포신을 이탈하는 순간에 탄속이 가장 빠르고, 이후 공기저항을 받아 점점 감소하는 특성을 갖는다. 따라서 단거리 표적에서는 탄속이 빠르고 접근각이 완만한 반면, 원거리 표적에서는 탄속이 느리고 접근각이 크게 된다.

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시예로서 사거리별 탄의 고도변화율을 사표로부터 도출하고, 이 자료를 신관 신호처리 알고리즘으로 구현 가능한 수학적 모델로 나타내기 위하여 사거리별 고도변화율을 나타낸 그래프이다.

도 5a를 참조하면 사거리에 따라 탄도상의 고도변화율이 달라짐을 알 수 있고, 이 고도변화율을 신관시스템(200)이 측정하게 되면 탄이 발사된 후 사거리를 연산하여 신관 스스로 사거리를 구할 수 있게 된다. 이 그래프에서 고도변화율이 양수인 경우가 탄이 상승하는 구간이며, 0 인 지점은 탄도 상 정점이며, 음수인 경우는 탄이 하강하는 구간을 뜻한다. 즉, 신관시스템이 상승 또는 하강구간에서 특정고도에서 또는 연속적인 고도변화율을 측정하게 되면 사거리를 알 수 있게 된다.

도 5b는 도 5a와 동일한 자료이나, 도 5b에서는 고도표시 범위를 축소하여 고도변화율을 넓혀서 나타낸 그래프이다.

도 6은 본 발명의 실시예로서 사거리별 탄의 고도변화율을 사표로부터 도출하고, 이 자료를 신관 신호처리 알고리즘으로 구현 가능한 수학적 모델로 나타내기 위하여 고도변화율과 사거리의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 6을 참조하면, 탄의 고도변화율과 사거리 관계는 비선형특성을 가지고 있음을 알 수 있으며, 이 비선형특성을 수학식으로 나타낼 때 가능한 변환오차를 최소화하는 것이 중요하다. 최근에는 비선형 curve fitting 방법과 도구(응용 프로그램)도 많이 발전하여 상용 프로그램으로도 다양한 비선형특성을 수식화 할 수 있다. 도6과 같이 비선형 특성이 비교적 단순한 경우에는 3차 다항식을 이용하여 표현할 때 최초 사표자료와 거의 일치함을 볼 수 있다. 그러나 이 결과는 모든 경우에 3차 다항식을 이용한다는 뜻은 아니며, 탄은 종류에 따라 탄도특성이 달라지므로 탄도의 비선형특성에 따라 다양한 수학식으로 나타낼 수 있음을 뜻한다. 일 예를 들어 사거리와 탄의 고도변화율 관계를 수학식으로 나타내면 도 6의 그래프에서 나타낸 것과 같이 3차 다항식([수학식2])으로 표현할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예로서 포의 사거리와 폭발고도 관계를 신관 신호처리 알고리즘으로 구현 가능한 수학적 모델로 나타내기 위하여 상용 curve fitting 프로그램을 이용하여 포의 사거리에 따른 폭발고도를 curve fitting 하고, 수학식으로 나타낸 그래프이다.

도 7을 참조하면, 포의 사거리와 폭발고도 관계도 비선형특성을 가지고 있음을 알 수 있으며, 이 비선형 특성은 5차 다항식([수학식2])으로 표현할 때 최초 사표자료와 거의 일치함을 알 수 있다. 그러나 포의 발사각과 사거리 관계의 모든 경우에 5차 다항식을 적용한다는 뜻은 아니며 탄의 종류에 따라 탄도특성이 달라지므로 이 탄도의 비선형특성에 따라 다양한 수학식으로 나타낼 수 있음을 뜻한다.

도 8은 본 발명의 실시예로서 탄의 고도변화율과 폭발고도 관계를 신관 신호처리 알고리즘으로 구현 가능한 수학적 모델로 나타내기 위하여 상용 curve fitting 프로그램을 이용하여 탄의 고도변화율에 따른 폭발고도를 curve fitting 하고, 수학식으로 나타낸 그래프이다.

도 8을 참조하면, 탄의 고도변화율과 폭발고도 관계도 비선형특성을 가지고 있음을 알 수 있으며, 이 비선형 특성도 도6과 같이 3차 다항식([수학식2])으로 표현할 때 최초 사표자료와 거의 일치함을 알 수 있다. 이 또한 탄의 고도변화율과 폭발고도 관계의 모든 경우에 다항식을 적용한다는 뜻은 아니며 탄의 종류에 따라 탄도특성이 달라지므로 이 탄도의 비선형 특성에 따라 다양한 수학식으로 나타낼 수 있음을 뜻한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하는 신관 시스템의 동작 제어방법을 도 1과 도 9, 도 10 및 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하는 신관 시스템의 동작 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

도 1과 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하는 신관 시스템의 동작 제어방법은 신관(200)이 결합된 탄이 발사되면 신관용 배터리(230)가 활성화되고 전원변환회로(220)를 거쳐 신관시스템(200) 각 회로에 전원이 공급되면서 동시에 탄 발사감지센서(250)가 작동하여 제어회로부(240)로 발사시점 정보를 제공(S11)하는 단계; 이때부터 제어회로부(240)는 탄의 비행시간을 카운터하기 위한 시한장치 작동을 시작하게 되고 송수신부(260)를 작동시켜 탄의 비행고도를 측정(1차)하는 단계(S12); 이때 제어회로부(240)의 연산 및 제어회로(244)는 검출된 고도정보(242)로부터 탄의 비행고도 변화율을 구하고, 이 고도변화율로부터 사거리와 안전거리 등을 연산하여 메모리회로(243)에 저장하는 단계(S13); 연산된 사거리에 따라 탄의 정점과 탄이 하강하는 시점을 판단하여 탄이 하강시 고도측정 구간을 설정하는 단계(S14); 탄의 비행시간을 카운터하면서 비행하다가 장전시점이 되면 신관을 장전시키고, 또한 탄이 하강시 고도측정구간에 도달하면 탄의 비행고도를 측정(2차)하고 이 정보로부터 최종적인 사거리 및 폭발고도를 계산하고 메모리회로(243)에 장입(갱신)하는 단계(S15); 신관(200)의 송수신부(260)와 제어회로부(240)에서 탄의 비행고도를 연속적으로 측정하면서 하강 하다가 탄이 장입된 폭발고도에 도달했는지 판단하는 단계(S16); 탄이 폭발고도에 도달하면 연산 및 제어회로(244)에서 기폭명령신호를 기폭회로(280)에 공급하여 기폭신호를 발생하는 단계(S17); 이 기폭신호는 기폭회로(280)로 입력되고 기폭에너지를 안전장전장치(290)에 내장된 기폭관에 전달하여 탄을 기폭시키는 단계(S18); 로 이루어진다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하는 신관 시스템의 동작 제어방법에서 탄 종에 따른 사표를 기준으로 고도변화율에 따른 사거리와 폭발고도를 신관의 신호처리 알고리즘에 구현할 수 있는 수학식을 도출하는 과정을 나타낸 순서도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하는 신관 시스템의 동작 제어방법에서 주어진 탄의 사표로부터 고도변화율에 따른 사거리와 폭발고도를 계산하기 위한 수학식을 도출하는 과정은 다음과 같다. 제어회로부(240)의 연산 및 제어회로(244)에 내장될 수학식을 구하는 방법으로써 먼저, 포 체계와 탄종에 따른 사표로부터 사거리별 고도변화율과 사거리별 폭발고도 자료를 구축(구축 자료는 사거리 기준 약 1 Km 간격)하는 단계(S21); 구축된 사표자료로부터 고도변화율별 사거리와 자탄이 분산될 폭발고도를 도출하는 단계(S22); 이때 자탄의 분산시점은 자탄의 비행거리와 분산반경을 고려하여 결정한다. 탄의 고도변화율에 따른 폭발고도 자료로부터 상용 curve fitting 프로그램(예, Origin, Matlab, Excel 등)을 이용하여 고도변화율에 따른 폭발고도를 curve fitting 하여 연속적인 data 값을 확보함과 동시에 고도변화율과 폭발고도의 상관 관계를 나타낼 수 있는 수학식을 도출하는 단계(S23); 최종적으로 도출된 수학식을 신관(200)의 제어회로부(240)내에 있는 연산 및 제어회로(244)의 신호처리 알고리즘에 접목하는 단계(S24); 로 이루어진다.

여기서, 고도변화율에 따른 폭발고도를 연산하는 수학식을 신관(200)에 접목할 때, 다수의 포체계 또는 탄에 적용되는 신관일 경우에는 다수의 수학식을 적용할 수 있음을 뜻하며, 이 경우에는 외부로부터 포 체계나 탄 종을 선택할 수 있도록 하는 장치를 두는 것을 포함한다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하는 신관 시스템의 동작 제어방법에서 신관 작동모드 및 폭발고도 장입기(100)를 이용하여 신관 폭발고도를 임의의 고도로 설정하여 운용할 수 있도록 한 흐름도이다.

도 1과 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 신관의 폭발고도 가변 장입방법을 응용한 방법으로써 신관(200)을 사거리에 관계없이 항상 일정한 고도에서 작동시키기를 원하는 경우; 작동모드 및 폭발고도 장입기(100)를 신관(200)에 결합하고 장입기(100)에서 신관 작동모드를 수동모드 및 폭발고도를 원하는 임의의 고도로 설정하면, 장입기(100)의 통신인터페이스회로(120)를 거쳐 신관(200)의 통신인터페이스회로(210)로 장입정보가 전달되고, 신관(200)의 제어회로부(240) 내의 메모리회로(244)에 저장하는 단계(S31); 이 수동모드 설정은 반드시 탄이 발사되기 전에 이루어져야 한다. 장입기(100)에 의해 신관 작동모드와 폭발고도설정이 이루어진 후 신관(200)이 결합된 탄이 발사되면 신관용 배터리(230)가 활성화되어 전원변환회로(220)를 거쳐 신관시스템(200) 각 회로에 전원이 공급되고, 동시에 탄 발사감지센서(250)가 작동하여 제어회로부(240)로 발사시점 정보를 제공하는 단계(S32); 이때부터 제어회로부(240)는 탄의 비행시간을 카운터하기 위한 시한장치를 작동시키고 안전구간을 설정하여 신관의 안전을 확보하는 단계(S33); 탄이 하강하는 시점에서 송수신부(260)를 작동시키고 탄의 비행고도를 측정하는 단계(S34); 탄의 비행고도를 연속적으로 측정하면서 하강 하다가 장입된 폭발고도에 도달했는지 판단하는 단계(S35); 탄이 폭발고도에 도달하면 연산 및 제어회로(244)에서 기폭명령신호를 기폭회로(280)에 공급하여 기폭신호를 발생하는 단계(S36); 이 기폭신호는 기폭회로(280)로 입력되고 기폭에너지를 안전장전장치(290)에 내장된 기폭관에 전달하여 탄을 기폭시키는 단계(S37); 로 이루어진다.

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 사거리 자동 판별 및 폭발고도 가변 장입장치는, 포로부터 탄 발사시 발사시점을 알기 위한 발사감지센서와; 상기 탄이 발사되면 탄의 비행고도를 측정하기 위한 송수신부 및 제어회로부와; 제어회로부의 작동에 필요한 기준 컬럭(clock)을 발생시키기 위한 발진회로와; 제어회로부가 목표물 상공에서 기폭명령신호를 발생하면 이에 의해 탄을 기폭(폭파) 시키기 위한 기폭회로와; 탄의 안전과 장전 기능을 담당하는 안전장전장치와; 탄이 발사되면 신관회로에 전원을 공급하기 위한 신관용 전원발생장치(배터리)와; 전원발생장치로부터 전원을 공급받아 신관회로 작동에 필요한 전원전압으로 변환시켜주는 전원변환화로와; 탄을 포에 장입하기 전 신관의 작동모드(자동 폭발고도 또는 수동 폭발고도)를 설정하기 위한 장입기(작동모드 및 폭발고도)와의 장입 자료(data)를 송수신하기 위한 통신 인터페이스부와; 신관회로의 정상 작동 여부를 점검을 통해 수행할 수 있도록 하는 신관 점검회로로 구성되어 있다. 여기서 송수신부는 송신신호를 발생하는 송신부와 수신신호를 증폭하고 표적신호를 추출하는 수신부, 그리고 송.수신 안테나로 구성되며, 제어회로부는 송신신호를 제어하는 송신제어회로와; 수신된 신호로부터 표적신호를 검출하는 수신신호 검출회로와; 송.수신신호로부터 탄의 비행고도를 계산, 표적과의 거리(고도)를 계산, 폭발고도의 판별 및 기폭명령신호를 발생시키는 회로와; 장입기로부터 입력된 신관 작동모드, 폭발고도 및 사표 자료를 저장할 수 있는 메모리회로로 구성된다.

여기에서, 탄 발사감지센서는 탄의 발사시점을 알기 위한 것으로서 충격센서, 가속도센서, 가속도스위치, 배터리의 활성화 시점 등 다양한 방법이 적용될 수 있다.

여기에서, 발진회로는 발사시점에서부터 탄이 비행하는 시간을 정확하게 카운터(counter)하고, 제어회로의 시각(time) 동기를 위한 기준신호를 발생하기 위한 회로로서 크리스탈, 크리스탈 오실레이터, RC발진기, LC발진기 등 다양한 방법으로 발진회로를 구현하는 것을 포함한다.

여기에서, 기폭회로는 목표물 상공에서 탄을 기폭시키기 위한 기폭에너지를 기폭관에 공급하기 위한 회로로서 트랜지스터(Tr), FET, MOSFET, SCR, MCT 등 여러 종류의 스위치와 에너지 저장용 커패시터 및 저항기 등을 포함할 수 있다.

여기에서, 안전장전장치는 기폭관을 포함한 기계식 또는 전자식 안전장전장치를 모두 포함할 수 있다.

여기에서, 송수신부는 전파를 이용하여 탄의 비행고도를 측정하기 위한 고도측정센서이며, 고도측정 방식으로는 FMCW방식, Pulsed Radar방식, Code Correlation 방식, UWB방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있다. 고도측정 방식의 선택은 고도측정 범위, 측정오차 등 탄의 운용개념과 요구 성능에 따라 선택할 수 있다. 그리고 송.수신 안테나는 측정고도에 따라 1개 또는 2개 이상의 안테나를 사용할 수 있으며, 통상적으로 측정고도가 높아지면, 단일 안테나 보다 2개 이상의 안테나를 사용하여 송수신 안테나의 격리도(isolation)를 개선시키는 것이 유리하다. 일예를 들면, 측정고도 범위가 수십미터에서 수백미터에 이러고 측정고도의 오차범위가 5%이하의 경우 FMCW방식이나 Pulsed Radar방식이 고려될 수가 있는데, FMCW방식의 경우에는 신호처리가 비교적 간단한 반면 송.수신 안테나의 격리도가 좋아야 하므로 2개의 안테나를 분리하는 것이 유리하고, Pulsed Radar방식의 경우에는 단일 안테나로도 무방하나 낮은 고도의 경우 송.수신신호 간의 시간차가 매우 짧아 신호처리가 비교적 어려운 단점을 가지고 있다.

여기에서, 제어회로부는 탄의 비행고도를 측정하기 위해 송수신부를 제어하고, 송수신부로부터 수신된 표적신호를 검출하여 탄의 비행고도와 고도변화율을 구하고, 탄의 사거리 판단과 폭발고도 판별 및 기폭명령신호를 발생시키는 기능을 수행하며, 하드웨어 구현은 FPGA(Field Programmable Gate Array), DSP(Digital Signal Processor), CPU(Central Processing unit), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), A/D변환기, D/A 변환기 및 메모리 등이 사용되고, 여기에 신관 작동 알고리즘에 따른 소프트웨어가 탑재되는 것을 포함한다.

여기에서, 신관점검회로는 신관에 전원을 공급했을 때 신관의 정상 작동 유무를 확인할 수 있는 신호를 제공받기 위한 회로로서 탄 발사감지센서의 정상작동 유무와 제어회로부의 초기상태 및 작동상태, 기폭명령신호의 출력상태, 신관작동모드 및 폭발고도 설정상태, 송수신장치 작동상태, 신관전원의 이상 유무 등을 포함할 수 있다.

여기에서, 통신 인터페이스회로는 탄(신관)의 운용모드와 폭발고도를 설정하기 위하여 장입기와 통신하기 위한 회로이다. 이 회로는 장입기로부터 신관 제어회로부의 메모리회로를 활성화하기 위한 전원과 신관 운용모드 및 폭발고도 설정에 관한 정보를 수신하여 메모리에 장입하고, 신관은 장입한 결과를 다시 장입기로 되돌려 주는 기능을 수행한다. 장입은 유선 또는 무선으로 전송할 수 있으며, 무선의 경우 유도결합방식 또는 무선주파방식 등 모두 적용할 수 있다.

여기에서, 신관용 배터리 또는 전원발생장치는 신관에 사용될 수 있는 보존형 배터리, 열전지, 리튬전지, 터빈 발전기, 압전 발전기, 후진 관성력 발전기, 또는 발사 전 또는 발사 직후 외부로부터 전원을 공급받는 충전식 전원장치 등 신관에 적용할 수 있는 다양한 전원장치가 포함 될 수 있다.

여기에서, 전원변환회로는 다양한 신관용 전원장치로부터 입력받은 전압을 자동 기폭시간 장입 장치의 작동에 필요한 전압으로 변환하는 회로로서 DC/DC 변환기, 전압 안정화회로(voltage regulator), 필터회로 등이 포함 될 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하는 신관 시스템의 동작 제어방법은 탄이 발사되면 신관용 배터리가 활성화되고, 시한장치가 작동을 시작한다. 탄이 포구를 벗어나면 탄의 비행고도 변화율을 측정(1차)하고 탄의 비행고도 변화율에 따른 사거리와 안전거리 및 목표(표적)지점 상공에서 탄의 비행고도 변화율을 측정(2차)하는 시점 등을 계산한다. 계산된 결과를 제어회로부 내 메모리에 저장(장입)하고, 탄 발사시점으로부터 비행시간을 카운터 하여 발사 후 미리 설정된 시간에 도달하면 신관의 장전기능을 활성화 시키고, 이 후 탄이 표적 상공에 접근했다고 판단되는 시점에서 탄의 고도변화율을 측정(2차)하여 탄의 사거리와 폭발고도를 최종적으로 판단/확정하고 메모리 자료를 갱신(update) 한다. 여기에서, 탄의 비행고도 변화율 측정을 탄이 발사된 직후인 탄의 상승구간과 표적상공에 접근했을 때(하강 구간)를 구분하여 2회 측정하는 것을 기본으로 하고 있으나, 이는 경우에 따라서는 1번으로도 가능하며, 또한 측정 신뢰성을 높이기 위해서는 비행 중 여러 번으로 나누어 측정할 수도 있음을 의미 한다. 이 후 탄이 폭발고도에 도달하면 제어회로부에서 기폭명령신호를 기폭회로로 내 보내 탄을 폭파시키게 되는 것을 특징으로 하며, 이 사거리 자동 판별 및 폭발고도 가변 장입 방법을 단계별로 상세하게 설명하면,

(a) 탄이 발사되면 신관에 내장된 탄의 발사신호감지센서로부터 탄이 발사된 시점을 감지하고 이 시점을 기준으로 시한작동을 시작하는 단계; 이 단계에서, 탄의 발사신호 감지는 발사신호감지센서를 별도로 사용할 수도 있으나, 발사시 신관용 배터리가 활성화 되는 시점을 기준으로 하는 방법을 포함할 수 있다.

(b) 탄이 발사되면 발사시점으로부터 비행 경과시간(flight time) 카운터를 시작하고 일정시간 후 탄이 포구를 벗어나 상승하는 구간에서 탄의 비행고도 변화율(1차)을 측정하는 단계;

(c) 측정된 탄의 비행고도 변화율 정보로부터 탄의 사거리와 안전거리에 해당하는 시간을 계산하고 메모리에 저장하는 단계;

(d) 발사된 탄의 사거리로부터 신관 장전시점과 표적상공에서 탄의 하강시 고도를 측정(2차)하는 구간을 설정하는 단계;

(e) 탄이 표적상공에 접근했을 때(탄의 하강시 고도변화율 측정 구간) 탄의 비행고도 변화율을 측정(2차)하고 최종적으로 사거리와 폭발고도를 계산하고 메모리 자료를 갱신하는 단계;

(f) 탄이 표적상공에서 낙하시 표적과의 고도를 연속적으로 측정하여 (e)에서 구한 폭발고도에 접근했는가를 판단하는 단계; 이 단계에서 탄이 폭발고도(HOB; Hight of Burst)에 도달하면 제어회로부에서 기폭명령신호를 발생시켜 기폭회로로 전달한다.

(g) 기폭회로부에서 기폭명령신호에 의해 기폭출력을 발생시켜 탄의 기폭관으로 전달하는 단계;

(h) 기폭회로의 기폭에너지에 의해 탄두가 폭발하는 단계;

로 이루어지는 신관의 사거리를 자동으로 판별하고, 폭발고도를 가변하여 장입하는 신관 시스템의 동작 제어방법이 특징이다. 여기에서, 상기 (c)항과 (e)항에서 탄의 사표로부터 탄의 비행고도 변화율과 사거리 계산 및 사거리 별 폭발고도를 구하는 방법과 계산식을 도출하는 방법을 상세히 설명하면;

(c-1, e-1) 포 체계 및 탄 종과 장약에 따라 주어진 사표를 선택하고, 사표 data를 구축하는 단계;

(c-2, e-2) 선택된 사표 data로부터 사거리 별 고도 변화율과 표적상공에서 자탄을 분산할 때 자탄과 표적과의 거리가 사거리(진입각)에 관계없이 항상 일정하게 하는 폭발고도를 구하는 단계; 이때 탄은 사거리에 따라 종말속도와 낙하 각이 각각 다르므로 탄착지를 기준으로 역으로 기폭시점(자탄 분산시점)을 계산하는 것을 의미한다. 이때 탄의 비행거리는 탄의 비행속도와 경과시간으로부터 다음 수학식으로부터 구할 수 있다.

[수학식]

,

여기서,

탄의 비행거리,

탄의 비행속도,

비행경과 시간이다.

여기에서, 표적지와 기폭시점과의 거리는 자탄의 특성과 운용상의 요구조건에 따라 달라질 수 있음을 뜻하며, 통상적으로 자탄이 분산된 후 장전시간과, 자탄의 분산반경 등을 고려하여 기폭시점(시각)을 결정한다. 일예를 들면, 자탄이 분산된 후 300m를 비행할 경우 자탄의 장전과 분산반경이 요구성능을 만족할 경우 사거리에 관계없이 항상 표적 300m(탄도 경로상의 거리) 전에서 자탄을 분산토록 하는 기폭시점을 구하는 것을 의미한다.

(c-3, e-3) 주어진 사표로부터 구한 탄의 고도변화율과 사거리와 사거리 별 폭발고도 사이의 상호 관계를 수학식으로 구하는 단계; 여기서, 사표로부터 구한 고도 변화율과와 사거리 및 폭발고도 값은 불연속성을 가지고 있으므로 신관에서 사용 가능한 연속된 자료로 변환하기 위해서는 고도변화율에 따른 사거리와 폭발고도를 구하는 수학식을 도출하여야 한다. 이를 달성하기 위하여 상용 curve fitting 소프트웨어를 사용하는 것을 포함한다. 이때 탄의 고도변화율과 사거리는 비선형 특성을 가지고 있으며, 비선형 특성에 따라 다양한 함수로 나타낼 수 있음을 의미한다. 다만 함수의 선택에 따라 curve fitting 오차가 달리 발생할 수 있는데, 이 오차를 최소화하는 함수를 선택하여 구하는 것을 의미한다. 주로 탄의 비행특성은 포물선 형태이며, 비행시간이 경과할수록 속도는 감소하고, 낙하 각이 증가하는 특성을 갖는다. 비선형성을 갖는 포물선을 고차방정식으로 표현하는 수학식의 일예를 들면

[수학식2]

여기서,

기폭시간 또는 폭발고도,

크기(amplitude) 상수항,

발사각(고각) 또는 비행 경과시간이다.

또한, 상기 curve fitting에서 오차를 줄이기 위해 지수함수(exponential associated function)로 표현하는 수학식을 적용할 수가 있는데 이에 대한 수학식을 예를 들면 다음과 같다.

[수학식3]

여기서,

기폭시간 또는 폭발고도에 해당,

의 초기값,

크기(amplitude) 상수항,

폭(width),

발사각(고각) 또는 비행 경과시간에 해당한다.

다음은 기호 논리학(logistic)적 수학식으로 표현한 예를 들면

[수학식4]

여기서,

기폭시간 또는 폭발고도에 해당,

의 초기값과 최종값이며,

발사각(고각) 또는 비행 경과시간에 해당하며,

의 중간 값이다. 또는

는 power를 의미하며,

을 만족하는 값이다.

본 특허에서는 상기 열거한 수학식에 국한하여 적용한다는 의미는 아니며, 상용 curve fitting 프로그램에서 제공하는 어떠한 수식도 적용할 수 있으며, 다만 포탄의 탄도특성에 따라 오차범위가 가장 낮은 수식을 적용하는 것을 원칙으로 한다.

(c-4, e-4) 상기 (c-3, e-4)항에서 도출한 수학식에 상수항을 적용하고, 최종적인 폭발고도는 신관이 측정한 탄의 고도변화율에 따라 자동적으로 계산하도록 신관 기폭알고리즘에 프로그램으로 접목하는 단계;

로 구분할 수 있다. 그리고 상기 수학식의 모든 상수항은 curve fitting 과정에서 모두 도출되므로 최종적으로는 탄의 고도변화율 data만 측정되면 자동적으로 사거리와 폭발고도가 결정되게 된다.

또한 본 발명에서는 신관의 작동모드를 자동과 수동으로 구분하고, 본 발명의 가변 폭발고도 설정기능을 활용하여 탄의 특성과 운용개념에 따라 신관의 폭발고도를 가변 장입할 수 있는 특징을 함께 가지고 있다. 폭발고도 가변 장입방법은 다음의 단계들로 이루어질 수 있다.

1) 신관 작동모드 및 폭발고도 장입기을 이용하여 신관 작동모드 및 폭발고도를 신관내 메모리에 장입하는 단계; 이때 신관의 기본 작동모드를 자동모드로 하게 되면 수동모드로 사용할 경우에만 장입기를 사용하면 되므로 효율적인 운용이 가능하다.

2) 신관을 탄에 조립하고, 탄을 발사하면 신관에 내장된 발사신호감지센서로부터 탄이 발사된 시점을 감지하고 이때를 기준으로 시한작동을 시작하는 단계; 이 단계에서, 탄의 발사신호 감지는 발사신호감지센서를 별도로 사용할 수도 있으나, 발사시 신관용 배터리가 활성화 되는 시점을 기준으로 하는 방법을 포함한다.

3) 탄이 발사되면 발사시점으로부터 비행 경과시간(flight time) 카운터를 시작하고 일정시간 후 탄이 장전되도록 안전구간을 설정하는 단계;

4) 탄이 표적상공에 낙하시 표적과의 고도를 연속적으로 측정하는 단계;

5) 탄이 폭발고도(HOB; Hight of Burst)에 도달했는가를 판단하고 폭발고도에 도달하면 제어회로부에서 기폭명령신호를 발생시켜 기폭회로에 전달하는 단계;

6) 기폭회로부에서 기폭명령신호에 의해 기폭출력을 발생시켜 탄의 기폭관으로 전달하는 단계;

7) 기폭회로의 기폭에너지에 의해 탄두가 폭발하는 단계.

앞서 살펴본 신관의 자동 기폭시간 장입 방법을 제어회로부의 관점에서 살펴보면, 신관 시스템의 동작 제어방법은 다음의 단계들를 포함할 수 있다.

즉, 신관 시스템의 동작 제어방법은 탄이 발사되면, 신관 내의 발사감지센서가 동작하면서 제어회로부에 발사시점 정보를 전송하는 단계와, 발사시점 정보가 수신되면 제어회로부가 비행시간을 카운트하도록 시한장치를 동작시키고, 비행고도를 측정하는 단계와, 측정된 비행고도와 비행시간으로부터 고도변화율을 구하고, 고도변화율로부터 탄의 사거리를 연산하는 단계와, 연산된 사거리에 근거하여 탄의 하강여부를 판단하고, 탄의 하강시 고도측정구간을 설정하는 단계 및 상기 고도측정구간에 탄이 도달하면 측정된 비행고도들로부터 최종 사거리를 결정하고, 상기 최종 사거리와 메모리에 저장된 사표 자료를 근거로 탄의 폭발고도를 결정하는 단계를 포함한다.

여기서 사표 자료는 사거리에 따르는 탄의 속도, 비행 시간 및 탄의 폭발고도에 관한 데이터를 포함할 수 있다.

아울러, 결정된 폭발고도에 탄이 도달하면, 기폭명령신호를 기폭회로에 전송하여 탄을 기폭시켜 자탄을 분산시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 폭발고도를 결정하는 단계는, 탄의 종류에 따라 선택된 사표 자료로부터 고도변화율별 사거리정보와 사거리별 폭발고도정보를 준비하는 단계와, 곡선 일치법(curve fitting method)에 의해 상기 사거리정보와 폭발고도정보의 상관관계에 따르는 곡선의 함수를 도출하는 단계 및 상기 도출된 함수를 상기 제어회로부의 신호처리 알고리즘에 포함시켜 폭발고도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 폭발고도를 결정하는 단계는, 최종 사거리 및 사표 자료와 더불어 탄의 속도와 고각, 자탄의 장전시간 및 자탄이 탄착지까지 도달하는 분산반경을 근거로 자탄이 탄착지까지 일정거리를 비행하도록 폭발고도를 결정하는 단계로 이루어질 수 있다.

상기와 같이 설명된 신관 시스템 및 그 동작 제어방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (8)

1. 탄이 발사되면, 신관 내의 발사감지센서가 동작하면서 제어회로부에 발사시점 정보를 전송하는 단계;
   발사시점 정보가 수신되면 제어회로부가 비행시간을 카운트하도록 시한장치를 동작시키고, 비행고도를 측정하는 단계;
   측정된 비행고도와 비행시간으로부터 고도변화율을 구하고, 고도변화율로부터 탄의 사거리를 연산하는 단계;
   연산된 사거리에 근거하여 탄의 하강여부를 판단하고, 탄의 하강시 고도측정구간을 설정하는 단계; 및
   상기 고도측정구간에 탄이 도달하면 측정된 비행고도들로부터 최종 사거리를 결정하고, 상기 최종 사거리와 메모리에 저장된 사표 자료를 근거로 탄의 폭발고도를 결정하는 단계를 포함하는 신관 시스템의 동작제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   결정된 폭발고도에 탄이 도달하면, 기폭명령신호를 기폭회로에 전송하여 탄을 기폭시켜 자탄을 분산시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신관 시스템의 동작제어방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 폭발고도를 결정하는 단계는,
   탄의 종류에 따라 선택된 사표 자료로부터 고도변화율별 사거리정보와 사거리별 폭발고도정보를 준비하는 단계;
   곡선 일치법(curve fitting method)에 의해 상기 사거리정보와 폭발고도정보의 상관관계에 따르는 곡선의 함수를 도출하는 단계; 및
   상기 도출된 함수를 상기 제어회로부의 신호처리 알고리즘에 포함시켜 폭발고도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신관 시스템의 동작제어방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 폭발고도를 결정하는 단계는,
   최종 사거리 및 사표 자료와 더불어 탄의 속도와 고각, 자탄의 장전시간 및 자탄이 탄착지까지 도달하는 분산반경을 근거로 자탄이 탄착지까지 일정거리를 비행하도록 폭발고도를 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 신관 시스템의 동작제어방법.
5. 신관의 기폭 여부를 결정하도록 형성되는 제어회로부;
   탄이 발사되면 상기 제어회로부에 전원을 공급하도록 형성되는 전원 공급부;
   상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아 발사에 대한 정보를 상기 제어회로부에 전송하는 발사감지센서; 및
   탄의 비행고도를 측정하여 상기 제어회로부에 비행고도에 관한 정보를 전송하는 송수신부를 포함하고,
   상기 제어회로부는,
   탄의 발사에 대한 정보가 수신되면 비행시간을 카운트하도록 형성되는 시한장치; 및
   측정된 비행고도와 비행시간을 근거로 폭발고도를 결정하는 연산 및 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 신관 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어회로부는,
   탄의 종류에 따르는 사표 자료, 사거리정보 또는 폭발고도정보 중 적어도 하나가 저장된 메모리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신관 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 연산 및 제어회로는,
   측정된 비행고도와 비행시간을 근거로 고도변화율을 구하고, 고도변화율로부터 탄의 사거리를 연산한 후 연산된 사거리와 상기 메모리부에 저장된 자료들을 비교하여 폭발고도를 결정하는 것을 특징으로 하는 신관 시스템.
8. 제6항에 있어서,
   상기 연산 및 제어회로는,
   탄의 속도와 고각, 자탄의 장전시간 및 자탄이 탄착지까지 도달하는 분산반경을 근거로 자탄이 탄착지까지 일정거리를 비행하도록 폭발고도를 산출하는 것을 특징으로 하는 신관 시스템.

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