KR101389135B1 - 적외선 탐색기 성능 시험 장치 - Google Patents

적외선 탐색기 성능 시험 장치 Download PDF

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KR101389135B1 KR1020140025347A KR20140025347A KR101389135B1 KR 101389135 B1 KR101389135 B1 KR 101389135B1 KR 1020140025347 A KR1020140025347 A KR 1020140025347A KR 20140025347 A KR20140025347 A KR 20140025347A KR 101389135 B1 KR101389135 B1 KR 101389135B1
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Abstract

본 발명은 타겟에 대한 정보와 타겟 주변의 환경 정보를 기초로 한 시뮬레이션 영상으로 적외선 탐색기의 성능을 시험하는 적외선 탐색기 성능 시험 장치를 제안한다. 본 발명에 따른 적외선 탐색기 성능 시험 장치는 타겟 정보와 타겟 주변의 환경 정보를 기초로 적외선 영상을 생성하는 적외선 영상 생성부; 평판 상에 배열된 발열 소자들을 이용하여 적외선 영상을 출력하는 적외선 영상 출력부; 및 적외선 영상을 이용하여 적외선 탐색기의 타겟에 대한 탐지 성능을 시험하는 탐지 성능 시험부를 포함한다.

Description

적외선 탐색기 성능 시험 장치 {Apparatus for testing efficiency of Infra-Red detector}
본 발명은 적외선 탐색기의 성능을 시험하는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 열 영상(thermal imagery)을 이용하여 적외선 탐색기의 성능을 시험하는 장치에 관한 것이다.
적외선 탐색기는 일정 대역의 적외선 탐지를 통해 표적을 식별 및 추적하는 장치로서, 유도탄이나 미사일과 같은 공중 공격체의 전방에 장착된다.
종래에는 상기한 적외선 탐색기의 시험을 표적 형상의 모형에 발열체를 부착하거나 흑체를 사용하여 표적과 유사한 열 영상을 발생한 후에 수행하였다.
그러나, 상기한 시험은 실내에서 진행되어야 하는 관계로 안개, 우천 등의 기상 상황이나 태양광, 해면 반사 등의 환경 조건이 전혀 고려되지 않아 실제 상황에서 우천, 안개, 강풍 등이 발생할 경우 적외선 탐색기의 성능을 신뢰할 수 없는 문제점이 있었다.
또한 적외선 탐색기가 운용되는 실 환경에서 시험할 경우 야외에서 실물과 유사한 표적을 제작 설치한 후에야 가능한 불편이 있었으며, 이러한 실 환경에서의 시험은 비행에 의한 시험으로 진행되기 때문에 다양한 각도에서의 표적 탐지 시험이 불가능하였고, 실제 비행 시험을 수반하기 때문에 고비용이 소요되는 문제점도 있었다.
한국공개특허 제2002-0085353호는 적외선 탐색기를 시험하는 장치에 대하여 기술하고 있다. 그러나 이 장치는 실내에서 적외선 탐색기를 시험하기 때문에 기상 상황이나 외부 환경 조건을 고려하지 않아 전술한 문제점을 해결할 수가 없다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 타겟에 대한 정보와 타겟 주변의 환경 정보를 기초로 한 시뮬레이션 영상으로 적외선 탐색기의 성능을 시험하는 적외선 탐색기 성능 시험 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 타겟 정보와 타겟 주변의 환경 정보를 기초로 적외선 영상을 생성하는 적외선 영상 생성부; 평판 상에 배열된 발열 소자들을 이용하여 상기 적외선 영상을 출력하는 적외선 영상 출력부; 및 상기 적외선 영상을 이용하여 적외선 탐색기의 상기 타겟에 대한 탐지 성능을 시험하는 탐지 성능 시험부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 탐색기 성능 시험 장치를 제안한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 생성부는 상기 타겟 정보와 상기 환경 정보를 기초로 상기 타겟 표면의 발열 분포 특성을 계산하고, 상기 발열 분포 특성을 기초로 상기 적외선 영상을 열 분포 영상으로 생성한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 생성부는 상기 타겟 표면에서 공력 가열(aerodynamic heating)에 따른 복사에 의해 생성된 제1 열 분포 특성, 태양광이나 월광이 지면이나 해면에 반사되어 생성된 제2 열 분포 특성, 및 해상 구조물이나 지상 구조물에서 대기 온도에 따른 배경 복사(background radiation)에 의해 생성된 제3 열 분포 특성을 합산하여 상기 발열 분포 특성을 도출한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 생성부는 상기 타겟의 표면 온도, 상기 타겟의 이동 속도, 상기 타겟 외피의 비열(specific heat) 또는 열용량, 상기 타겟 외피의 비중량(specific weight), 상기 타겟 외피의 두께, 및 상기 타겟 외피의 방사율(emissivity)을 포함하는 상기 타겟 정보와, 대기의 온도 및 상기 대기의 비열 용량을 포함하는 상기 환경 정보를 기초로, 상기 제1 열 분포 특성을 계산한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 생성부는 상기 타겟 외피의 방사율과 상기 타겟의 표면 온도를 포함하는 상기 타겟 정보를 기초로 상기 제3 열 분포 특성을 계산한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 생성부는 대기의 습도와 상기 대기의 압력을 포함하는 상기 환경 정보를 기초로 제4 열 분포 특성을 계산하며, 상기 제1 열 분포 특성, 상기 제2 열 분포 특성 및 상기 제3 열 분포 특성을 합산한 값에 상기 제4 열 분포 특성을 더하여 상기 발열 분포 특성을 도출한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 출력부는 각 발열 소자로부터 대기로 전달되는 복사열량과 상기 각 발열 소자의 저항을 기초로 상기 각 발열 소자를 제어하여 상기 적외선 영상을 출력한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 출력부는 상기 각 발열 소자와 대기 간 형태 계수(view factor), 상기 각 발열 소자의 방사율, 상기 각 발열 소자의 온도, 상기 각 발열 소자의 단면적 및 대기의 온도를 기초로 상기 복사열량을 계산한다.
또한 본 발명은 타겟 정보와 타겟 주변의 환경 정보를 기초로 적외선 영상을 생성하는 적외선 영상 생성 단계; 평판 상에 배열된 발열 소자들을 이용하여 상기 적외선 영상을 출력하는 적외선 영상 출력 단계; 상기 적외선 영상을 이용하여 적외선 탐색기의 상기 타겟에 대한 탐지 성능을 시험하는 탐지 성능 시험 단계; 및 상기 탐지 성능에 대한 시험 결과를 디스플레이하는 디스플레이 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 탐색기 성능 시험 방법을 제안한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 생성 단계는 상기 타겟 정보와 상기 환경 정보를 기초로 상기 타겟 표면의 발열 분포 특성을 계산하고, 상기 발열 분포 특성을 기초로 상기 적외선 영상을 열 분포 영상으로 생성한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 생성 단계는 상기 타겟 표면에서 공력 가열(aerodynamic heating)에 따른 복사에 의해 생성된 제1 열 분포 특성, 태양광이나 월광이 지면이나 해면에 반사되어 생성된 제2 열 분포 특성, 및 해상 구조물이나 지상 구조물에서 대기 온도에 따른 배경 복사(background radiation)에 의해 생성된 제3 열 분포 특성을 합산하여 상기 발열 분포 특성을 도출한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 생성 단계는 상기 타겟의 표면 온도, 상기 타겟의 이동 속도, 상기 타겟 외피의 비열(specific heat) 또는 열용량, 상기 타겟 외피의 비중량(specific weight), 상기 타겟 외피의 두께, 및 상기 타겟 외피의 방사율(emissivity)을 포함하는 상기 타겟 정보와, 대기의 온도 및 상기 대기의 비열 용량을 포함하는 상기 환경 정보를 기초로, 상기 제1 열 분포 특성을 계산한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 생성 단계는 상기 타겟 외피의 방사율과 상기 타겟의 표면 온도를 포함하는 상기 타겟 정보를 기초로 상기 제3 열 분포 특성을 계산한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 생성 단계는 대기의 습도와 상기 대기의 압력을 포함하는 상기 환경 정보를 기초로 제4 열 분포 특성을 계산하며, 상기 제1 열 분포 특성, 상기 제2 열 분포 특성 및 상기 제3 열 분포 특성을 합산한 값에 상기 제4 열 분포 특성을 더하여 상기 발열 분포 특성을 도출한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 출력 단계는 각 발열 소자로부터 대기로 전달되는 복사열량과 상기 각 발열 소자의 저항을 기초로 상기 각 발열 소자를 제어하여 상기 적외선 영상을 출력한다.
바람직하게는, 상기 적외선 영상 출력 단계는 상기 각 발열 소자와 대기 간 형태 계수(view factor), 상기 각 발열 소자의 방사율, 상기 각 발열 소자의 온도, 상기 각 발열 소자의 단면적 및 대기의 온도를 기초로 상기 복사열량을 계산한다.
본 발명은 타겟에 대한 정보와 타겟 주변의 환경 정보를 기초로 한 시뮬레이션 영상으로 적외선 탐색기의 성능을 시험함으로써 다음 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 환경 정보를 고려함으로써 실 환경에 적용될 적외선 탐색기의 성능에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 시뮬레이션 영상을 이용함으로써 실제 모형을 제작해야 하는 불편을 제거할 수 있으며, 이에 따른 비용 절감도 가능해진다. 또한 실내에서 효율적으로 적외선 탐색기의 성능을 시험하는 것이 가능해지며, 다양한 각도에서 표적을 탐지하는 시험도 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시험용 표적 열 영상 발생 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 영상 합성 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발열 제어 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발열 배열 장치의 개략적인 구조도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 탐색기 성능 시험 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 탐색기 성능 시험 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
오늘날 적외선 탐색기가 탑재되는 유도탄이나 미사일의 탐지 성능 검증을 위해서 모의 표적 열 영상 발생 장치가 요구되고 있다. 그런데 현재 사용되는 표적 시험용 열 영상 발생 장치는 표적의 운용 환경을 고려하지 않은 상태의 동일한 온도의 적외선 영상을 발생하고 있어, 실제 탐색기가 운용되는 환경과 유사한 수준에서 유도탄에 장착된 탐색기의 탐지 성능 시험이 곤란하고, 표적이 비행 중에 공력 가열에 의해 발생하는 적외선 열 영상을 포함하고 있지 않아 시험이 제한적이다.
따라서, 본 발명에서는 표적 비행시 발생하는 공력 가열, 태양광, 대기 습도 등의 환경 조건을 포함하여 탐색기 탐지 성능 시험을 수행할 수 있는 열 영상 발생 장치를 제안한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시험용 표적 열 영상 발생 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 1에 따르면, 열 영상 발생 장치(100)는 적외선 영상 합성 장치(110), 발열 제어 장치(120) 및 발열 배열 장치(130)를 포함한다.
적외선 영상 합성 장치(110)는 표적 데이터(구조물, 이동 속도, 내부 열원 등)와 주변 환경(지형, 주변 구조물 등) 및 대기 환경을 포함한 표적 및 표적 주변의 열 영상 데이터를 합성한다.
발열 제어 장치(120)는 적외선 영상 합성 장치(110)로부터 열 영상 데이터를 수신하여 발열 소자로 구성된 발열 배열 장치(130)에 전달하고, 발열 배열 장치(130)의 발열 상태를 피드백받아 발열 배열 장치(130)의 발열 상태를 제어한다.
발열 배열 장치(130)는 평면 상에 다수의 발열 소자가 배열되어 있는 적외선 영상 전시 장치로서, 적외선 영상 합성 장치(110)에서 합성된 영상을 적외선 탐색기(140)로 전시하여 적외선 탐색기(140)의 표적 탐지 성능을 시험할 수 있도록 하는 기능을 담당한다.
도 1에 도시된 본 발명의 일실시예를 이용하여 적외선 탐색기(140)의 탐지 성능을 시험할 경우 적외선 탐색기(140)가 탐지하는 대상 표적의 주변 구조물 환경, 이동 속도, 내부 열원 및 대기 환경을 포함한 표적 운용 환경의 표적 적외선 영상을 구현할 수 있도록 하여 적외선 탐색기(140)가 운용되는 다양한 시험 요소를 포함하는 적외선 탐색기(140) 탐지 시험 장치 구현이 가능하고, 우천, 안개, 강풍 등으로 인해 적외선 탐색기(140)의 시험이 불가능한 환경에 대해서도 챔버(chamber) 내에서 적외선 탐색기(140) 탐지 성능 시험을 수행하는 것이 가능해진다.
다음으로 도 1에 도시된 열 영상 발생 장치(100)를 구성하는 각 내부 구성에 대해 자세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 영상 합성 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2에 따르면, 적외선 영상 합성 장치(110)는 입력부(111), 표적 표면 발열 분포 계산부(112) 및 적외선 영상 데이터 생성부(113)를 포함한다.
적외선 영상 합성 장치(110)는 표적 구조 CAD 파일, 표적 열원 및 대기 환경 데이터를 입력받아 표적 표면 발열 분포를 계산하여 표적의 적외선 영상 데이터를 생성한다. 적외선 영상 합성 장치(110)는 표적 이동 속도, 탐색기 시선 방향 데이터 등을 더 입력받아 표적 표면 발열 분포를 계산하는 것도 가능하다.
입력부(111)는 표적 표면 발열 분포를 계산하는 데에 필요한 정보들을 입력받는다. 입력부(111)는 상기한 정보들로 표적 구조 CAD 파일, 표적 열원, 표적 속도, 대기 환경(온도/습도/풍향/풍속), 태양광/월광에 대한 정보, 배경 복사(지표/해면), 표적 각도, 탐색기 시선 방향 등을 입력받을 수 있다. 상기에서 표적 각도는 적외선 탐색기에서 표적을 바라보는 각도, 즉 지표면, 적외선 탐색기 및 표적이 형성하는 각도를 의미한다.
표적 표면 발열 분포 계산부(112)는 입력부(111)에 입력된 정보들을 기초로 표적 표면의 발열 분포를 계산한다.
표적 표면 발열 분포 계산부(112)는 공력 가열에 따른 표면 복사, 태양광 또는 월광에 의한 지면 및 해면의 반사, 대기 온도에 따른 해면 및 지표 구조물의 배경 복사를 합하여 표적 표면의 발열 분포를 계산한다.
공력 가열에 의한 표면 발열 분포의 경우, 표적 표면 발열 분포 계산부(112)는 표적과 공기의 마찰에 의해 발생하는 열로 시뮬레이션 값, 실험 데이터베이스 또는 다음과 같은 이론적인 계산 결과를 사용하여 입력한다.
이론적인 계산 결과는 다음 수학식 1을 따른다.
Figure 112014021108911-pat00001
수학식 1을 구성하는 각 성분은 다음과 같이 정의된다.
t : 대기와 타겟 간의 마찰 시간
h : 대류 열전달 계수(convective heat transfer coefficient)
Ts : 표적 표면의 온도
Tatm : 대기의 온도
c : 표적 외피의 비열 또는 열용량(specific heat of the skin material)
w : 표적 외피의 비중량 또는 밀도(specific weight of the skin material)
τ : 표적 외피의 두께(skin thickness)
ε : 표적 외피의 방사율(skin emissivity)
σ : 슈테판-볼츠만 상수(stefan-boltzmann constant), 1.73×10-9
Cp : 대기의 비열 용량(Specific heat capacity)
Hs : 표적 표면의 엔탈피(Enthalpy), Hs=Cp×Ts
Haw : 표적 표면 주변의 공기층 엔탈피
상기에서 Haw는 표적의 이동 속도를 고려하여 다음 수학식에 따라 계산할 수 있다.
Haw=Cp×Taw=Cp×(Tatm+rV2/2g×J×Cp)
상기에서 V는 표적의 속도를 의미하며, r는 회수율(Recovery factor)을 의미한다. g는 중력가속도를 의미하며, J는 전환 계수(Conversion factor)를 의미한다.
태양광 및 월광에 의한 지표 및 해면 반사의 경우, 표적 표면 발열 분포 계산부(112)는 실측 데이터 또는 해면/지표 반사 모델에 의한 계산 결과를 사용한다.
대기 온도에 따른 배경 복사의 경우, 표적 표면 발열 분포 계산부(112)는 지표 및 해면에 대하여 슈테판-볼츠만(stefan-boltzmann)의 복사는 방정식을 더하여 계산한다. 이때 이론적인 계산 결과는 다음 수학식을 따른다.
이론적인 계산 결과 = εσTs 4
한편, 대기 투과도의 경우, 표적 표면 발열 분포 계산부(112)는 대기 중의 습도 및 기압에 따른 적외선(IR; Infra-Red) 파장별 투과 데이터베이스로부터 계산한다.
적외선 탐색기에 도달하는 에너지는 표적의 표면으로부터 방출된 적외선 에너지, 표적의 표면으로부터 반사되는 적외선 에너지, 및 대기 방출 적외선 에너지를 합산하여 구할 수 있다.
이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Wt=ε×γ×Ws+(1-ε)×γ×Wext+ε×γ×Watm
상기에서 Ws는 표적으로부터 방출되는 에너지이며 다음 식을 통해 구할 수 있다.
Ws=εσTs 4
또한 Wext는 외부의 방사 에너지이며 다음 식을 통해 구할 수 있다.
Wext=εσText 4
상기에서 Text는 외부 방사 소스의 유효 온도를 의미한다.
또한 Watm은 대기로부터 방출되는 에너지이며 다음 식을 통해 구할 수 있다.
Watm=εσTatm 4
또한 γ는 대기 투과율을 의미한다.
대기 흡수율은 대기 투과율의 역수이며, 각 발열 소자는 적외선 탐색기에 도달하는 적외선 에너지(Wt)에 해당하는 표면 온도를 모사한다.
대기 투과도는 실제 측정을 통해 미리 구축된 데이터베이스를 이용하여 해당값을 적용한다.
적외선 영상 데이터 생성부(113)는 표적 표면 발열 분포 계산부(112)에 의해 계산된 표적 표면의 발열 분포를 기초로 적외선 영상 데이터를 생성한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발열 제어 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
발열 제어 장치(120)는 적외선 영상 합성 장치(110)로부터 적외선 영상 데이터가 입력되면(121) 발열 배열 장치 데이터 즉 발열 소자 온도 신호를 고려하여(122) 발열 전력을 계산하고(123), 이 발열 전력을 기초로 발열 소자 제어 신호를 생성한다(124). 발열 제어 장치(120)에 의해 생성된 발열 소자 제어 신호는 발열 배열 장치(130)를 구성하는 각 발열 소자를 제어하는 데에 이용된다.
발열 제어 장치(120)의 온도 제어 방법은 다음과 같다.
먼저 발열 제어 장치(120)가 발열 소자의 표면 온도 T1과 대기 온도 T2 간의 온도차로부터 다음 수학식에 따라 발열 소자의 표면에서 대기로의 복사열량 q를 계산한다.
q1-2=F1-2εσA(T1 4-T2 4)
상기한 수학식을 구성하는 각 성분은 다음과 같이 정의될 수 있다.
q1-2 : 발열 소자의 표면으로부터 대기로 전달되는 복사열량(kcal/hr)
σ : 슈테판-볼츠만 상수(4.88×10-8kcal/m2·hr·K4 또는 5.659×10-8W/m2·K4)
T1 : 발열 소자 표면의 절대 온도(K)
T2 : 대기의 절대 온도(K)
F1-2 : 두 대상(발열 소자와 대기)이 상호 바라보는 관계로 나타내는 계수로서, 형태 계수(view factor)를 의미한다.
ε : 발열 소자의 표면 방사율
A : 발열 소자의 단면적
복사열량이 계산되면, 발열 제어 장치(120)는 다음 수학식 2를 이용하여 복사열량으로부터 전압값을 산출한 뒤 그 전압값에 해당하는 전압 신호를 발열 소자에 인가한다. 복사열량으로부터 전압값을 산출하는 수학식 2는 다음과 같다.
Figure 112014021108911-pat00002
상기에서 V는 전압값을 의미하고, q는 복사열량을 의미한다. 그리고 R은 발열 소자의 저항값을 의미한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발열 배열 장치의 개략적인 구조도이다.
발열 배열 장치(130)에는 복수개의 발열 소자(131)들이 배열된다. 각 발열 소자(131)는 발열 소자 온도 신호(133)를 발열 제어 장치(120)로 출력하며, 발열 소자 온도 신호(133)를 기초로 생성된 발열 소자 제어 신호(132)를 수신하여 구동된다.
이상 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 시험용 표적 열 영상 발생 장치(100)는 적외선 탐색기 시험용 열 영상을 발생하는 전체 구성으로 적외선 시험용 열 영상을 합성하는 적외선 영상 합성 장치(110), 합성된 열 영상 데이터에 따라 발열 소자로 구성된 발열 배열 장치(130)를 제어하는 발열 제어 장치(120), 및 표적 열 영상을 적외선 탐색기(140)에 전시하는 발열 배열 장치(130)로 구성된다. 표적 열 영상 발생 장치(100)는 적외선 영상 합성 장치(110)에서 표적 속도, 대기 환경, 주변 지형 구조물 정보 등을 이용하여 시험용 열 영상을 합성하고 이를 발열 배열 장치(130)에서 전시한다.
적외선 영상 합성 장치(110)는 표적 구조물 CAD 파일, 표적 이동 속도, 대기 환경 조건 및 지형 구조물 CAD 파일 데이터 등을 이용하여 표적이 실제 동작하는 조건에서 표적 영상 합성 소프트웨어를 통하여 표적 열 영상을 합성한다. 합성되는 표적 열 영상은 상용 소프트웨어를 사용하거나 대기 환경에 따른 공력 가열, 태양광 반사, 주변 지형 정보 및 표적 구조물 데이터 등을 활용하여 생성할 수 있으며, 또한 실제 촬영을 통하여 얻어진 데이터베이스의 열 영상 데이터를 활용하여 표적 열 영상 데이터를 출력할 수 있다.
발열 제어 장치(120)는 적외선 영상 합성 장치(110)에서 입력되는 합성된 열 영상 데이터 정보를 이용하여 발열 배열 장치(130)의 배열 소자를 제어한다. 발열 제어 장치(120)는 적외선 영상 합성 장치(110)의 열 영상 데이터와 발열 배열 장치(130)의 각 소자에서 피드백되는 발열 배열 장치(130)의 열 영상 데이터의 오차를 계산하여 발열 배열 장치(130) 각 소자의 온도 출력을 제어한다.
발열 배열 장치(130)는 소형의 발열 소자로 구성되며, 각 소자는 발열 제어 장치(120)에서 입력되는 발열 제어 신호에 의하여 소의의 온도가 조절되며, 발열 소자의 온도를 발열 제어 장치(120)로 출력한다.
이상 도 1 내지 도 4를 참조하여 시험용 표적 열 영상 발생 장치(100)에 대하여 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 일실시예(도 1 내지 도 4 참조)에 기초한 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 탐색기 성능 시험 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5에 따르면, 적외선 탐색기 성능 시험 장치(200)는 적외선 영상 생성부(210), 적외선 영상 출력부(220), 탐지 성능 시험부(230), 전원부(240) 및 주제어부(250)를 포함한다.
적외선 영상 생성부(210)는 도 1 및 도 2의 적외선 영상 합성 장치(110)를 모델로 한 것으로서, 타겟 정보와 타겟 주변의 환경 정보를 기초로 적외선 영상을 생성하는 기능을 수행한다.
적외선 영상 생성부(210)는 타겟 정보와 타겟 주변의 환경 정보를 기초로 타겟 표면의 발열 분포 특성을 계산하고, 이 발열 분포 특성을 기초로 적외선 영상을 열 분포 영상으로 생성할 수 있다.
적외선 영상 생성부(210)는 타겟 표면에서 공력 가열(aerodynamic heating)에 따른 복사에 의해 생성된 제1 열 분포 특성, 태양광이나 월광이 지면이나 해면에 반사되어 생성된 제2 열 분포 특성, 및 해상 구조물이나 지상 구조물에서 대기 온도에 따른 배경 복사(background radiation)에 의해 생성된 제3 열 분포 특성을 합산하여 발열 분포 특성을 도출할 수 있다.
적외선 영상 생성부(210)는 제1 열 분포 특성, 제2 열 분포 특성 및 제3 열 분포 특성을 합산한 값에 제4 열 분포 특성을 더하여 발열 분포 특성을 도출할 수 있다.
적외선 영상 생성부(210)는 타겟의 표면 온도, 타겟의 이동 속도, 타겟 외피의 비열(specific heat) 또는 열용량, 타겟 외피의 비중량(specific weight), 타겟 외피의 두께, 및 타겟 외피의 방사율(emissivity)을 포함하는 타겟 정보와, 대기의 온도 및 대기의 비열 용량을 포함하는 환경 정보를 기초로, 제1 열 분포 특성을 계산할 수 있다.
적외선 영상 생성부(210)는 타겟 외피의 방사율과 타겟의 표면 온도를 포함하는 타겟 정보를 기초로 제3 열 분포 특성을 계산할 수 있다.
적외선 영상 생성부(210)는 대기의 습도와 대기의 압력을 포함하는 환경 정보를 기초로 제4 열 분포 특성을 계산할 수 있다.
적외선 영상 출력부(220)는 도 1 및 도 3의 발열 제어 장치(120)를 모델로 한 것으로서, 평판 상에 배열된 발열 소자들을 이용하여 적외선 영상 생성부(210)에 의해 생성된 적외선 영상을 출력하는 기능을 수행한다.
적외선 영상 출력부(220)는 각 발열 소자로부터 대기로 전달되는 복사열량과 각 발열 소자의 저항을 기초로 각 발열 소자를 제어하여 적외선 영상을 출력할 수 있다.
적외선 영상 출력부(220)는 각 발열 소자와 대기 간 형태 계수(view factor), 각 발열 소자의 방사율, 각 발열 소자의 온도, 각 발열 소자의 단면적 및 대기의 온도를 기초로 복사열량을 계산할 수 있다.
발열 소자들이 배열된 평판은 도 1 및 도 4의 발열 배열 장치(130)를 모델로 한 것이다.
탐지 성능 시험부(230)는 적외선 영상 출력부(220)에 의해 출력된 적외선 영상을 이용하여 적외선 탐색기의 타겟에 대한 탐지 성능을 시험하는 기능을 수행한다. 탐지 성능 시험부(230)는 지정된 위치에 있는 타겟이 식별되는지 여부에 따라 타겟에 대한 탐지 성능을 시험할 수 있다.
전원부(240)는 적외선 탐색기 성능 시험 장치(200)를 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.
주제어부(250)는 적외선 탐색기 성능 시험 장치(200)를 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 탐색기 성능 시험 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 이하 설명은 도 5 및 도 6을 참조한다.
먼저 적외선 영상 생성부(210)가 타겟 정보와 타겟 주변의 환경 정보를 기초로 적외선 영상을 생성한다(S310). 이때 적외선 영상 생성부(210)는 타겟 정보와 환경 정보를 기초로 타겟 표면의 발열 분포 특성을 계산하고, 이 발열 분포 특성을 기초로 적외선 영상을 열 분포 영상으로 생성할 수 있다.
이후 적외선 영상 출력부(220)가 평판 상에 배열된 발열 소자들을 이용하여 S310 단계에서 생성된 적외선 영상을 출력한다(S320). 적외선 영상 출력부(220)는 각 발열 소자로부터 대기로 전달되는 복사열량과 각 발열 소자의 저항을 기초로 각 발열 소자를 제어하여 적외선 영상을 출력할 수 있다.
이후 탐지 성능 시험부(230)가 S320 단계에서 출력된 적외선 영상을 이용하여 적외선 탐색기의 타겟에 대한 탐지 성능을 시험한다(S330).
이후 디스플레이부(미도시)가 적외선 탐색기의 탐지 성능에 대한 시험 결과를 디스플레이한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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 (8)

  1. 타겟 정보와 타겟 주변의 환경 정보를 기초로 적외선 영상을 생성하는 적외선 영상 생성부;
    평판 상에 배열된 발열 소자들을 이용하여 상기 적외선 영상을 출력하는 적외선 영상 출력부; 및
    상기 적외선 영상을 이용하여 적외선 탐색기의 상기 타겟에 대한 탐지 성능을 시험하는 탐지 성능 시험부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 탐색기 성능 시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적외선 영상 생성부는 상기 타겟 정보와 상기 환경 정보를 기초로 상기 타겟 표면의 발열 분포 특성을 계산하고, 상기 발열 분포 특성을 기초로 상기 적외선 영상을 열 분포 영상으로 생성하는 것을 특징으로 하는 적외선 탐색기 성능 시험 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적외선 영상 생성부는 상기 타겟 표면에서 공력 가열(aerodynamic heating)에 따른 복사에 의해 생성된 제1 열 분포 특성, 태양광이나 월광이 지면이나 해면에 반사되어 생성된 제2 열 분포 특성, 및 해상 구조물이나 지상 구조물에서 대기 온도에 따른 배경 복사(background radiation)에 의해 생성된 제3 열 분포 특성을 합산하여 상기 발열 분포 특성을 도출하는 것을 특징으로 하는 적외선 탐색기 성능 시험 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적외선 영상 생성부는 상기 타겟의 표면 온도, 상기 타겟의 이동 속도, 상기 타겟 외피의 비열(specific heat) 또는 열용량, 상기 타겟 외피의 비중량(specific weight), 상기 타겟 외피의 두께, 및 상기 타겟 외피의 방사율(emissivity)을 포함하는 상기 타겟 정보와, 대기의 온도 및 상기 대기의 비열 용량을 포함하는 상기 환경 정보를 기초로, 상기 제1 열 분포 특성을 계산하는 것을 특징으로 하는 적외선 탐색기 성능 시험 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 적외선 영상 생성부는 상기 타겟 외피의 방사율과 상기 타겟의 표면 온도를 포함하는 상기 타겟 정보를 기초로 상기 제3 열 분포 특성을 계산하는 것을 특징으로 하는 적외선 탐색기 성능 시험 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 적외선 영상 생성부는 대기의 습도와 상기 대기의 압력을 포함하는 상기 환경 정보를 기초로 제4 열 분포 특성을 계산하며, 상기 제1 열 분포 특성, 상기 제2 열 분포 특성 및 상기 제3 열 분포 특성을 합산한 값에 상기 제4 열 분포 특성을 더하여 상기 발열 분포 특성을 도출하는 것을 특징으로 하는 적외선 탐색기 성능 시험 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적외선 영상 출력부는 각 발열 소자로부터 대기로 전달되는 복사열량과 상기 각 발열 소자의 저항을 기초로 상기 각 발열 소자를 제어하여 상기 적외선 영상을 출력하는 것을 특징으로 하는 적외선 탐색기 성능 시험 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적외선 영상 출력부는 상기 각 발열 소자와 대기 간 형태 계수(view factor), 상기 각 발열 소자의 방사율, 상기 각 발열 소자의 온도, 상기 각 발열 소자의 단면적 및 대기의 온도를 기초로 상기 복사열량을 계산하는 것을 특징으로 하는 적외선 탐색기 성능 시험 장치.
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