KR101454297B1 - 고해상도 ｆｍｉｃｗ를 이용하는 미사일 요격 시스템 및 그 방법 - Google Patents

고해상도 ｆｍｉｃｗ를 이용하는 미사일 요격 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, FMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)를 이용하여 탐색된 표적에 의한 반사 신호를 처리하여 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 추출하는 탐색추적부, 상기 추출된 표적의 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 분석하여 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력하는 유도제어부 및 상기 유도제어부에서 출력된 제어 신호에 의해 요격미사일의 비행 방향을 조정하는 날개구동부를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기와 같은 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 시스템 및 그 방법에 따르면, 거리해상도가 좋은 FMICW를 사용함으로써, 표적미사일의 전체 프레임 중에서 탄두부분을 식별할 수 있으며, 고출력으로부터 송신기를 보호할 수 있다. 그리고, 유도체계 시정수 대비 종말 유도시간을 모니터링하여 계산된 유도체계 시정수 범위 안에 탄두 부분을 식별하여 요격미사일이 표적을 성공적으로 요격할 수 있다. 또한, 유도체계 시정수 대비 종말 유도시간 조건이 충분한 여유를 갖지 못하는 상황에서도 유도체계 시정수 안에서 식별된 위치에 대한 수학적인 연산을 통해 최근접 조준지점을 설정하여 요격할 수 있어 적중률을 높이는 효과가 있다.

Description

고해상도 ＦＭＩＣＷ를 이용하는 미사일 요격 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR INTERCEPTING MISSILE USING HIGH RANGE RESOLUTION FMICW}
본 발명은 미사일 요격 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
요격미사일은 미사일 자체에 내장된 레이더를 이용하여 표적 미사일을 탐지하고, 추적하여 공격하는 능동형 미사일이다. 밀리미터파 레이더 탐색기를 통해 날아오는 표적이 탐지되면, 표적의 속도, 고각, 방위각 등과 같은 정보를 기반으로 요격미사일의 비행 방향을 조정하여 표적을 추적하고, 표적에 접근해가면서 목표 조준점을 계산하여 격추하는 원리이다. 하지만, 표적 미사일이 빠른 속도로 날아오기 때문에, 짧은 시간 내에 표적을 탐지하고 유도하여 정확하게 적중시키기란 쉽지 않다. 게다가 탐지거리는 안테나의 크기에 주로 영향을 받는데, 요격 미사일 내부에 장착되어야 하므로 안테나의 성능도 제한될 수 밖에 없다.
또한, 성공적인 요격을 하기 위해서는 표적미사일의 탄두 부분을 정확히 조준하여 공격해야 하기 때문에, 요격미사일의 적중률을 높이기 위해서는 거리 해상도가 높은 성능을 가지는 레이더가 필요하며, 보다 신속하고 정확하게 목표 조준점을 계산할 수 있는 유도 시스템이 요구된다.
레이더 탐색기에 주로 사용되는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)는 수 미터의 좋은 거리 해상도를 가지므로 표적의 위치 추적은 가능하지만, 탄두의 위치를 정확히 식별하는 데는 한계가 있다. 또한, 표적을 추적하는 동안 연속적으로 파형을 출력해야 하기 때문에 송신기에 큰 부담을 주게 되는 문제점이 있다. 특히, 송신기 내부에 위치하여 고주파 신호를 발생시키는 진행파관(Travelling Wave Tube, TWT)은 고압전원이 필요하며 중량이나 크기에 따라 성능이 제한되는데, 미사일 내부에 장착되어야 하기 때문에 진행파관의 성능에 한계가 있을 뿐 아니라 연속적으로 고출력의 파형을 출력할 때, 고장을 초래할 수 있다.
본 발명의 목적은 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 시스템은, FMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)를 이용하여 탐색된 표적의 반사 신호를 처리하여 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 추출하는 탐색추적부, 상기 추출된 표적의 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 분석하여 표적과의 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력하는 유도제어부, 상기 유도제어부에서 출력된 제어 신호에 의해 요격미사일의 비행 방향을 조정하는 날개구동부를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 탐색추적부는 FMICW 파형을 생성하는 파형발생기, 안테나를 통해 수신된 RF(Radio Frequency) 신호로부터 각 신호의 합, 고각, 방위각 및 SLB(Side Lobe Blanking) 신호를 산출하는 모노펄스비교기, 상기 모노펄스비교기로부터 수신된 각 신호의 합, 고각, 방위각 및 SLB 신호를 중간주파수(IF)로 변환하는 RF하향변환기, 상기 중간주파수로 변환된 IF 신호를 필터링하여 간섭 성분을 제거하고 연속 신호 형태로 변환하는 NBPF(Narrow Band Pass Filter), 상기 연속 신호 형태로 변환된 신호를 샘플링하여 비트 주파수(Beat frequency) 신호로 변환하는 A/D컨버터, 상기 비트 주파수 신호를 기저 대역(Base band) 신호로 변환하는 디지털하향변환기, 안테나의 축 회전에 의한 고각과 방위각을 유도제어부로 전송하는 각도센서, 상기 디지털하향변환기에서 변환된 기저 대역 신호를 이용하여 상기 표적의 거리, 속도, 거리오차, 속도오차, 고각오차 및 방위각오차를 계산하여 유도제어부로 전송하는 DSP를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 디지털하향변환기에서 변환된 기저 대역 신호를 이용하여 상기 표적의 거리, 속도, 거리오차, 속도오차, 고각오차 및 방위각오차를 계산하여 유도제어부로 전송하는 DSP는, FFT(Fast Fourier Transform) 크기가 상기 디지털하향변환기의 샘플링율의 2배인 것이 바람직하다.
그리고 상기 유도제어부는 상기 탐색추적부로부터 거리와 거리오차를 수신하여 상기 탐색된 표적과의 거리를 추출하는 거리추적필터, 상기 탐색추적부로부터 속도와 속도오차, 고각오차 및 방위각오차를 수신하여 표적의 위치를 추출하는 유도용칼만필터, 상기 안테나의 각도센서로부터 고각과 방위각을 수신하여 표적의 좌표를 추출하는 좌표변환모듈, 상기 추출된 표적의 거리, 위치 및 좌표를 분석하여 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력하는 제어신호생성모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 방법은, 탐색추적부가 FMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)를 이용하여 탐색된 표적의 반사 신호를 처리하여 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 추출하는 단계, 유도제어부가 상기 추출된 표적의 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 분석하여 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력하는 단계, 날개구동부가 상기 출력된 제어 신호에 의해 요격미사일의 비행 방향을 조정하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 탐색추적부가 FMICW에 의해 탐색된 표적의 반사 신호를 처리하여 원하는 신호 성분을 추출하는 단계에서, PRF(Pulse Repetition Frequency)보다 대역폭이 작은 NBPF를 이용하여 상기 탐색된 표적의 반사 신호에 포함된 간섭 및 클러터(clutter) 성분을 제거할 수 있다. 또한, 상기 표적의 반사 신호 중에서 소정 임계레벨을 넘는 신호의 성분을 히트 표적으로 등록할 수 있다.
유도체계시정수(Guidance Time Constant) 대비 종말유도시간(Time-to-go)의 관계를 모니터링하여 유도체계시정수 대비 종말유도시간의 비율이 미리 설정해 놓은 소정 임계치보다 클 때에는 거리가 가장 가까운 반사 신호를 향해 비행하도록 요격미사일을 제어하고, 상기 임계치보다 작을 때에는 가장 가까운 2개의 반사 신호를 사용하여 목표 조준점을 계산하고 상기 계산된 목표 조준점을 향해 요격미사일의 방향을 최종 전환하여 가속을 지속하도록 할 수 있다.
그리고, 상기 탐색된 표적에 대하여 가장 가까운 2개의 반사 신호의 거리 정보(RFA, RFB), 칼만 필터로부터 얻어진 표적거리벡터(
Figure 112012026204674-pat00001
) 및 상기 요격미사일과 상기 표적의 상대속도벡터들의 합인 표적속도벡터(
Figure 112012026204674-pat00002
)를 이용하여 단위벡터(
Figure 112012026204674-pat00003
)를 구하고, 상기 단위벡터에 상기 2개의 반사 신호의 거리차이(
Figure 112012026204674-pat00004
)를 곱하여 벡터(
Figure 112012026204674-pat00005
)를 구한 후, 상기 벡터(
Figure 112012026204674-pat00006
)와 상기 벡터(
Figure 112012026204674-pat00007
)의 벡터연산을 통해 얻어지는 표적 추적 신호 벡터(
Figure 112012026204674-pat00008
)가 목표 조준점으로 설정될 수 있다.
상기와 같은 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 시스템 및 그 방법 에 따르면, 거리해상도가 좋은 FMICW를 사용함으로써, 표적미사일의 전체 프레임 중에서 탄두부분을 식별할 수 있으며, 고출력으로부터 송신기를 보호할 수 있다.
그리고 유도체계 시정수 대비 종말 유도시간을 모니터링하여 계산된 유도체계 시정수 범위 안에 탄두 부분을 식별하여 요격미사일이 표적을 성공적으로 요격할 수 있다.
또한, 유도체계 시정수 대비 종말 유도시간 조건이 충분한 여유를 갖지 못하는 상황에서도 유도체계 시정수 안에서 식별된 위치에 대한 수학적인 연산을 통해 최근접 조준지점을 설정하여 요격할 수 있어 적중률을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색추적부의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도제어부의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적미사일에서의 반사신호에 대한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 조준점 계산 방법을 나타내는 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 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 항목들 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 있다고 이해되어야 할 것이다. 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 실시예를 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 명세서상에 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, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 시스템의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 시스템(100)은 탐색추적부(110), 유도제어부(120) 및 날개구동부(130)를 포함하도록 구성될 수 있다.
탐색추적부(110)에서는 FMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)를 이용하여 표적을 탐색하고, 탐색된 표적에 의한 반사 신호를 처리하여 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 추출한다. 그리고, 유도제어부(120)에서는 추출된 표적의 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 분석하여 표적과의 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력한다. 또한, 날개구동부(130)에서는 유도제어부(120)에서 출력된 제어 신호에 의해 요격미사일의 비행 방향을 조정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색추적부의 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 탐색추적부(110)는 안테나(111), 각도센서(112), 파형발생기(113), 모노펄스비교기(114), RF하향변환기(115), NBPF(116), A/D컨버터(117), 디지털하향변환기(118) 및 DSP(119)를 포함하도록 구성될 수 있다.
파형발생기(113)는 신호처리를 위한 중간주파수와 첩(chirp) 신호를 합성하여 FMICW 파형을 생성한다. 여기에서, 중간주파수는 표적의 초기 상대속도 혹은 이전 신호처리 결과에 의해 계산된 상대속도로 계산할 수 있다. 모노펄스비교기(114)는 안테나(111)를 통해 수신된 RF(Radio Frequency) 신호로부터 각 신호의 합(SUM), 고각(ΔEl), 방위각(ΔAz) 및 SLB(Side Lobe Blanking) 신호를 4개의 채널로 나누어 산출한다. 모노펄스비교기(114)로부터 수신된 각 신호의 합(SUM), 고각(ΔEl), 방위각(ΔAz) 및 SLB 신호는 RF하향변환기(115)에서 중간주파수(IF)로 변환된다. 그리고 NBPF(Narrow Band Pass Filter)(116)는 대역폭 바깥의 간섭 성분을 제거하고 ICW(Interrupted Continuous Wave) 형태의 수신 신호를 연속 신호 형태로 변환한다. 여기에서 NBPF 내부의 크리스털 필터가 이 역할을 한다. A/D컨버터(117)는 연속 신호 형태로 변환된 신호를 수 MHz로 샘플링하여 비트 주파수(Beat frequency) 신호로 변환하고, 디지털하향변환기(118)는 변환된 비트 주파수 신호를 기저 대역(Base band) 신호로 하향변환시킴과 동시에 샘플링율(sampling rate)을 조정(down sampling)한다. 각도센서(112)는 안테나(111)의 축 회전에 의한 고각(El)과 방위각(Az)을 유도제어부(120)로 전송한다. 마지막으로, DSP(119)에서는 디지털하향변환기(118)을 통해 변환되어 각 채널(SUM, ΔEl, ΔAz, SLB)을 통해 수신된 기저 대역 신호에 대하여 위상 보정을 수행한 후 신호처리 및 데이터 처리를 하여 탐지된 표적에 대한 거리(R)와 속도(V), 거리오차(εR), 속도오차(εV), 고각오차(εAz), 방위각오차(εEl)를 계산하여 유도제어부(120)로 전송한다. 이때, DSP(119)에서 FFT(Fast Fourier Transform) 크기를 디지털하향변환기의 샘플링율보다 2배 정도 증가시키면 거리 해상도가 더 좋아진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도제어부의 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 유도제어부(120)는, 거리추적필터(121), 유도용칼만필터(122), 좌표변환모듈(123) 및 제어신호생성모듈(124)을 포함하도록 구성될 수 있다.
거리추적필터(121)는 탐색추적부(110)로부터 수신된 거리(R)와 거리오차(εR)를 통해 탐색된 표적과의 거리를 추출하고, 유도용칼만필터(122)는 탐색추적부(110)로부터 수신된 속도(V)와 속도오차(εV), 고각오차(εEl) 및 방위각오차(εAz)를 통해 표적의 위치를 추출한다. 또한, 좌표변환모듈(123)은 안테나(111)의 각도센서(112)로부터 수신된 고각(El)과 방위각(Az)을 통해 표적의 좌표를 추출한다. 거리추적필터(121)과 유도용칼만필터(122) 및 좌표변환모듈(123)로부터 추출된 표적의 신호 성분(거리(R), 속도(V), 고각(EL), 방위긱(Az), 거리오차(εR), 속도오차(εV), 고각오차(εEl), 방위각오차(εAz))은 제어신호생성모듈(124)에서 분석하여 표적과의 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력한다. 여기에서, 거리추적필터(121), 유도용칼만필터(122), 좌표변환모듈(123), 제어신호생성모듈(124)는 모두 소프트웨어 모듈로 구성되는 것이 바람직하며, 유도제어부(120)는 하나의 제어 컴퓨터(유도 컴퓨터)에 해당될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 탐색추적부가 FMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)를 이용하여 탐색된 표적의 반사 신호를 처리하여 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 추출한다(S110). 다음으로, 유도제어부가 상기 추출된 표적의 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 분석하여 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력하고(S120), 마지막으로 날개구동부가 유도제어부로부터 출력된 제어 신호에 의해 요격미사일의 비행 방향을 조정한다.
여기에서, FMICW는 FMCW에 비해 더 좋은 거리해상도(~수십 cm, 1m 이내)를 제공하기 때문에 표적의 프레임 내에 위치한 탄두 위치를 보다 정확히 식별해 낼 수 있다. 하지만, 비트주파수 주엽 주변에서 사용하는 펄스반복주기(Pulse Repetition Frequency, PRF)와 관련한 측선 스펙트럼들이 나타나게 되는 단점이 있다. 따라서, 높은 펄스반복주기(PRF)를 선택하고 이 펄스반복주기보다 대역폭이 작은 NBPF를 사용하여 간섭 또는 클러터 성분을 제거함으로써 이 문제를 해결할 수 있다.
그리고 탐색된 하나의 표적에 대해서 FMICW의 반사 신호는 하나의 속도정보와 표적의 프레임에 따른 각각 거리가 다른 여러 개의 거리정보가 추출된다. 일반적으로 날개가 있는 후미 부분의 신호크기가 크게 나타나므로, 원거리에서 이 부분의 신호를 최초로 탐지하게 된다. 표적과 요격미사일이 점점 가까워지는 경우 여러 개의 반사 신호가 나타나게 되는데, 이때에는 소정 임계레벨을 넘는 것만 히트 표적으로 등록할 수 있다. 또한, 탐색된 하나의 표적에 대한 반사 신호가 2개 이상인 경우, 거리 정보를 비교하여 요격미사일과 가장 가까운 반사 신호의 방향을 향해 비행하도록 요격미사일의 비행 방향을 제어하고, 가장 가까운 2개의 반사 신호를 저장해 놓을 수 있다.
또한, 유도제어부(120)가 상기 추출된 표적의 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 분석하여 분석하여 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력하는 단계(S120)에서 유도체계 시정수(Guidance Time Constant) 대비 종말 유도시간(Time-to-go) 의 관계를 모니터링하여(S121) 유도체계시정수 대비 종말유도시간의 비율을 미리 설정해 놓은 소정 임계치와 비교 판단한다(S122). 여기에서, 유도체계 시정수는 유도시스템의 특성을 나타내는 요소로서, 총 유도까지 걸리는 시간에 있어서 응답 속도를 특징짓는 시간 상수이다. 또한, 종말유도시간은 요격까지 남은 비행 시간을 나타내는 것으로 비행하는 동안 계산된다. 이때, 요격미사일의 특성, 상대표적의 제원, 낙하속도, 거리 및 요격미사일과 표적과의 상대속도에 따라 유도체계시정수가 달라지게 되므로 유도체계시정수 대비 종말유도시간의 비율로 나타내어지는 임계치 역시 표적에 따라 다르게 설정되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 유도체계시정수 대비 종말유도시간의 비율이 0.1이 되는 시간을 임계치로 한다. 유도체계시정수 대비 종말유도시간의 비율이 임계치보다 클 때에는 거리가 가장 가까운 반사 신호를 향해 비행하도록 요격미사일을 제어하고(S123), 임계치보다 작을 때에는 거리가 가장 가까운 2개의 반사 신호를 사용하여 목표 조준점을 계산하고 상기 계산된 목표 조준점을 향해 요격미사일의 방향을 최종 전환하여 가속을 지속하도록 할 수 있다(S124).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 조준점 계산 방법을 나타내는 개념도이다.
도 5를 참조하면, 탐색된 표적에 대하여 가장 가까운 2개의 반사 신호의 거리 정보(RFA, RFB), 칼만 필터로부터 얻어진 표적거리벡터(
Figure 112012026204674-pat00009
) 및 요격미사일과 표적의 상대속도벡터들의 합인 표적속도벡터(
Figure 112012026204674-pat00010
)를 이용하여 단위벡터(
Figure 112012026204674-pat00011
)를 구하고, 단위벡터에 상기 2개의 반사 신호의 거리차이(
Figure 112012026204674-pat00012
)를 곱하여 벡터(
Figure 112012026204674-pat00013
)를 구한 후, 벡터(
Figure 112012026204674-pat00014
)와 벡터(
Figure 112012026204674-pat00015
)의 벡터연산을 통해 얻어지는 표적 추적 신호 벡터(
Figure 112012026204674-pat00016
)가 목표 조준점으로 설정한다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 요격 시스템 110: 탐색추적부
120: 유도제어부 130: 날개구동부
111: 안테나 112: 각도센서
113: 파형발생기 114: 모노펄스비교기
115: RF하향변환기 116: NBPF
117: A/D컨버터 118: 디지털하향변환기
119: DSP 121: 거리추적필터
122: 유도용칼만필터 123: 좌표변환모듈
124: 제어신호생성모듈

Claims (9)

  1. FMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)를 이용하여 탐색된 표적의 반사 신호를 처리하여 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 추출하는 탐색추적부;
    상기 추출된 표적의 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 분석하여 표적과의 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력하는 유도제어부;
    상기 유도제어부에서 출력된 제어 신호에 의해 요격미사일의 비행 방향을 조정하는 날개구동부를 포함하고,
    상기 탐색추적부는,
    FMICW 파형을 생성하는 파형발생기;
    안테나를 통해 수신된 RF(Radio Frequency) 신호로부터 각 신호의 합, 고각, 방위각 및 SLB(Side Lobe Blanking) 신호를 산출하는 모노펄스비교기;
    상기 모노펄스비교기로부터 수신된 각 신호의 합, 고각, 방위각 및 SLB(Side Lobe Blanking) 신호를 중간주파수(IF)로 변환하는 RF하향변환기;
    상기 중간주파수로 변환된 IF 신호를 필터링하여 간섭 성분을 제거하고 연속 신호 형태로 변환하는 NBPF(Narrow Band Pass Filter);
    상기 연속 신호 형태로 변환된 신호를 샘플링하여 비트 주파수(Beat frequency) 신호로 변환하는 A/D컨버터;
    상기 변환된 비트 주파수 신호를 기저 대역(Base band) 신호로 변환하는 디지털하향변환기;
    상기 안테나의 축 회전에 의한 고각과 방위각을 상기 유도제어부로 전송하는 각도센서;
    상기 디지털하향변환기에서 변환된 기저 대역 신호를 이용하여 상기 표적의 거리, 속도, 거리오차, 속도오차, 고각오차 및 방위각오차를 계산하여 유도제어부로 전송하는 DSP를 포함하는 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 디지털하향변환기에서 변환된 기저 대역 신호를 이용하여 상기 표적의 거리, 속도, 거리오차, 속도오차, 고각오차 및 방위각오차를 계산하여 유도제어부로 전송하는 DSP는,
    FFT(Fast Fourier Transform) 크기가 상기 디지털하향변환기의 샘플링율의 2배인 것을 특징으로 하는 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유도제어부는,
    상기 탐색추적부로부터 거리와 거리오차를 수신하여 상기 탐색된 표적과의 거리를 추출하는 거리추적필터;
    상기 탐색추적부로부터 속도와 속도오차, 고각오차 및 방위각오차를 수신하여 상기 표적의 위치를 추출하는 유도용칼만필터;
    안테나의 각도센서로부터 고각과 방위각을 수신하여 상기 표적의 좌표를 추출하는 좌표변환모듈;
    상기 추출된 표적의 거리, 위치 및 좌표를 분석하여 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력하는 제어신호생성모듈을 포함하는 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 시스템.
  5. 탐색추적부가 FMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)를 이용하여 탐색된 표적의 반사 신호를 처리하여 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 추출하는 단계;
    유도제어부가 상기 추출된 표적의 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 분석하여 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력하는 단계;
    날개구동부가 상기 출력된 제어 신호에 의해 요격미사일의 비행 방향을 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 탐색추적부가 FMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)를 이용하여 탐색된 표적의 반사 신호를 처리하여 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 추출하는 단계는,
    펄스반복주기(Pulse Repetition Frequency, PRF)보다 대역폭이 작은 NBPF(Narrow Band Pass Filter)를 이용하여 상기 탐색된 표적의 반사 신호에 포함된 간섭 및 클러터(clutter) 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 탐색추적부가 FMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)를 이용하여 탐색된 표적의 반사 신호를 처리하여 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 추출하는 단계는,
    상기 표적의 반사 신호 중에서 소정 임계레벨을 넘는 신호의 성분을 히트 표적으로 등록하는 것을 특징으로 하는 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 추출된 표적의 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 분석하여 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력하는 단계는,
    유도체계시정수(Guidance Time Constant) 대비 종말유도시간(Time-to-go)의 관계를 모니터링하여 유도체계시정수 대비 종말유도시간의 비율이 미리 설정해 놓은 소정 임계치보다 클 때에는 거리가 가장 가까운 반사 신호를 향해 비행하도록 요격미사일을 제어하고, 상기 임계치보다 작을 때에는 거리가 가장 가까운 2개의 반사 신호를 사용하여 목표 조준점을 계산하고 상기 계산된 목표 조준점을 향해 요격미사일의 방향을 최종 전환하여 가속을 지속하도록 하는 것을 특징으로 하는 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 추출된 표적의 거리, 속도, 고각, 방위각 및 그 오차를 분석하여 예측 조우지점으로 요격미사일이 비행하도록 제어하는 신호를 생성하여 출력하는 단계는,
    상기 탐색된 표적에 대하여 가장 가까운 2개의 반사 신호의 거리 정보(RFA, RFB), 칼만 필터로부터 얻어진 표적거리벡터(
    Figure 112014080600306-pat00017
    ) 및 상기 요격미사일과 상기 표적의 상대속도벡터들의 합인 표적속도벡터(
    Figure 112014080600306-pat00018
    )를 이용하여 단위벡터(
    Figure 112014080600306-pat00019
    )를 구하고, 상기 단위벡터에 상기 2개의 반사 신호의 거리차이(
    Figure 112014080600306-pat00020
    )를 곱하여 벡터(
    Figure 112014080600306-pat00030
    )를 구한 후, 상기 벡터(
    Figure 112014080600306-pat00031
    )와 상기 표적거리벡터(
    Figure 112014080600306-pat00032
    )의 벡터연산을 통해 얻어지는 표적 추적 신호 벡터(
    Figure 112014080600306-pat00024
    )가 목표 조준점으로 설정되는 것을 특징으로 하는 고해상도 FMICW를 이용하는 미사일 요격 방법.

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