KR101502401B1

KR101502401B1 - 공대공 유도탄을 위한 기울기 기반의 최대 교전거리 계산방법

Info

Publication number: KR101502401B1
Application number: KR20130154921A
Authority: KR
Inventors: 박귀홍; 조영우; 김영일; 유창경
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-03-16

Abstract

본 발명은 공대공 유도탄 발사를 위한 최대 교전거리 계산방법에 관한 것으로, 초기조건에 따라 가상 표적으로 유도탄을 발사하여 가상 표적의 격추 여부를 판단하고, 격추 실패시 오차거리만큼 모기의 위치를 시선각 방향으로 이동시켜 다음 유도탄을 발사하는 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법에 있어서, 가상 표적의 격추가 실패한 경우 바로 전 두 번의 유도탄 발사에 대한 사거리-오차 좌표값사이의 기울기 정보를 이용하여 최대 거리를 보상함으로써 기존 대비 반복횟수와 연산시간을 대폭적으로 줄일 수 있다.

Description

공대공 유도탄을 위한 기울기 기반의 최대 교전거리 계산방법{MAXIMUM ENGAGEMENT DISTANCE CALCULATING METHOD BASED ON GRADIENT FOR AIR-TO-AIR MISSILE}

본 발명은 공대공 유도탄 발사를 위한 최대 교전거리 계산방법에 관한 것으로, 특히 기울기 값을 이용하여 오차거리를 보상할 수 있는 기울기 기반의 최대 교전거리 계산방법에 관한 것이다.

전투기에는 임무수행을 위해서 무유도 폭탄과 Fire-and-forget 형태의 유도탄이 장착될 수 있다. 조종사가 공대공 유도탄을 발사하기 위해서는 전투기의 OFP내의 알고리즘에 의해 표적을 격추할 수 있는 거리 정보값 및 조향 에러(steering error)를 HUD(Head-Up Display) 화면에 시연해 주어야 한다. 조종사는 거리 정보값과 전투기의 조향값을 참조하여 표적을 요격할 수 있도록 최적의 기동을 취한 후 유도탄의 최종 발사를 결정한다.

이러한 전투기 탑재를 위한 유도탄의 거리계산 알고리즘은 전투기 임무의 효율적 수행과 생존성에 직결되므로 실시간성이 요구된다. 그 중에서도 최대 교전거리 계산 알고리즘은 계산의 정확성을 위하여 여러 번의 반복계산을 수행하는데 실시간성을 위해서는 상기와 같은 반복계산을 줄이는 것이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산을 보다 빠르고 정확하게 계산할 수 있는 기울기 기반의 최대 교전거리 계산 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 사거리-오차간의 기울기 정보를 이용하여 최대 거리를 보상할 수 있는 기울기 기반의 최대 교전거리 계산 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법은, 초기조건에 따라 가상 표적으로 유도탄을 발사하여 가상 표적의 격추 여부를 판단하고, 격추 실패시 오차거리만큼 모기의 위치를 시선각 방향으로 이동시켜 다음 유도탄을 발사하는 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법에 있어서, 상기 가상 표적의 격추가 실패한 경우 이전에 발사한 유도탄 모델을 활용하여 최대 거리를 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 초기조건은 모기정보, 표적정보 및 모의조건을 포함하며, 상기 모의조건은 모의 시간 및 모의거리를 포함한다.

상기 최대 거리를 보상하는 단계는 격추 실패시 거리-오차 좌표계에서 첫 번째 및 두 번째 유도탄 발사에 대한 사거리-오차 좌표값을 이용하여 기울기를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 기울기의 직선이 거리축과 만나는 교점에 해당되는 거리만큼 모기의 위치를 이동시켜 최대 거리를 보상하는 단계;를 포함한다.

상기 최대 거리를 보상하는 단계는 3번째 유도탄 발사시부터 적용되며 가상 표적의 격추가 성공할 때까지 반복 수행된다.

상기 본 발명의 일 실시예에 따른 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법은, 가상 표적의 격추가 성공되면 그때의 유도탄의 사거리를 최대 교전거리로 결정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법은, 초기조건에 따라 가상 표적으로 유도탄을 발사하는 제1단계; 격추 실패시 오차거리만큼 모기의 위치를 시선각 방향으로 이동시킨 후 유도탄을 발사하는 제2단계; 재차 격추 실패시 사거리-오차 좌표계에서 제1 및 제2단계의 거리-오차 좌표값을 이용하여 기울기를 계산하는 제3단계; 및 계산된 기울기의 직선이 거리축과 만나는 교점에 해당되는 거리만큼 모기의 위치를 이동시켜 최대 거리를 보상하는 제4단계;를 포함한다.

상기 본 발명의 다른 실시예에 따른 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법은, 상기 최대 거리보상 후 유도탄을 발사하는 제5단계; 격추 실패시에는 사거리-오차 좌표계에서 제5단계 및 제2단계의 거리-오차 좌표값을 이용하여 다시 기울기를 계산하는 제6단계; 계산된 기울기의 직선이 거리축과 만나는 교점에 해당되는 거리만큼 모기의 위치를 이동시켜 최대 거리를 보상하는 제7단계; 및 상기 최대 거리 보상을 가상 표적이 격추될 때까지 반복적으로 수행하는 제8단계;를 더 포함한다.

상기 본 발명의 다른 실시예에 따른 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법은, 가상 표적의 격추가 성공되면 그때의 유도탄의 사거리를 최대 교전거리로 결정하는 단계;를 더 포함한다.

본 발명은 공대공 무장의 최대교전 거리 계산을 위해서 종래의 오차거리 값을 보상하는 방식 대신에 기울기값을 이용하여 오차거리를 보상함으로써 기존 대비 반복 횟수와 연산 시간을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 사용된 최대거리 모의 모듈을 나타낸 도면.
도 2는 종래 방식의 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산을 나타낸 도면.
도 3은 모의시험의 초기조건을 나타낸 도면.
도 4는 종래의 방법에 따른 최대 교전거리 계산 시뮬레이션을 나타낸 도면.
도 5는 도 4의 모의시험 결과를 나타낸 도면.
도 6은 종래의 최대 교전거리 보상 방법을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기울기 기반의 최대 교전거리 보상 방법을 나타낸 도면.

공대공 유도탄의 최대 교전거리는 유도탄을 모델링한 유도탄 모델을 사용하여 가상의 표적정보(위치, 속도)와 모기의 초기조건을 이용하여 계산할 수 있다.

도 1은 유도탄의 최대 교전거리를 측정하기 위한 최대거리 모의 모듈의 동작을 나타낸다.

HUD(Head-Up Display)에 격추 가능한 표적의 거리 정보를 시연(표시)하기 위해서는 격추 가능한 최소 거리값과 최대 거리값이 필요한데, 본 발명에서는 최대 교전거리 값을 구하는 방법에 대해서 기술한다. 종래의 최대 교전거리 계산은 아래의 표 1와 같은 순서를 반복 수행함으로써 계산된다.

먼저, 최대거리 계산모듈은 표적이 인식되면 표적의 시선각 방향으로 유도탄의 최대 사거리보다 먼 지점에 가상 표적을 생성하고, 모의 조건(표적 기동 여부, 유도 궤적 성형 등)을 적용한다.

이어서, 최대거리 계산모듈은 모기정보, 표적정보 및 모의조건을 유도탄 모델에 적용하여 시뮬레이션(모의시험)(예: Pseudo 6-DOF 시뮬레이션)을 수행하고, 시뮬레이션을 통해서 가상표적의 격추 여부를 판단한다.

판단결과 가상표적의 격추에 성공하면 최대거리 계산모듈은 해당 교전거리를 최대 교전거리로 결정한다.

반면에 격추에 실패하면 최대거리 계산모듈은 오차거리를 산출한 후 그 산출된 오차 거리만큼 발사 모기(母幾)의 위치를 표적 시선각 방향으로 이동시켜 상술한 동작을 반복적으로 수행한다. 상기 최대 교전거리를 측정하기 위한 최대거리 계산모듈의 동작을 정리하면 다음의 표 1과 같다.

1	표적인식
2	표적의 시선각 방향으로 유도탄의 최대 사거리보다 먼 지점에 가상 표적 생성
3	모의 조건 적용 (표적 기동 여부, 유도 궤적 성형 등)
4	Pseudo 6-DOF 시뮬레이션 수행
5	격추 여부 판단 알고리듬 적용
6	격추 여부 판단 알고리듬 적용 격추 실패 : 오차 거리 산출
7	오차 거리만큼 발사 모기 위치를 표적 시선각 방향으로 이동시켜 1~6 반복

도 2는 종래 방식의 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산을 나타낸다.

도 2에 도시된 바와같이, 최대 교전거리 값을 계산하기 위해서는 표적을 시선각 방향으로 유도탄의 최대 사거리보다 먼 지점에 위치시켜서 가상의 표적을 생성시키고, 모의시험을 통해서 격추 여부를 판단한다.

초기 모의시험에서 격추실패가 발생하면 오차거리가 산출이 된다. 상기 산출된 오차거리만큼 모기의 위치를 시선각 방향으로 이동시켜서 격추될 때까지 여러 번 반복하여 최대 거리값을 계산한다.

도 3은 모의시험 초기조건을 나타내고, 도 4는 모의시험 초기조건에서 종래 방식의 최대 교전거리를 계산하기 위한 시뮬레이션(모의시험)을 나타낸다.

도 4와 같은 시뮬레이션은 6회의 반복 모의시험을 통해서 이루어지며, 그 결과 아래 표 2와 같은 최종 최대거리 값이 계산된다.

횟수	모의시간(s)	거리(m)	오차(m)
1	37.7	30000	10799.14
2	29.6	19200.86	3268.012
3	26.6	15932.85	1313.693
4	25.2	14619.16	609.078
5	24.6	14010.08	287.588
6	24.3	13722.49	141.206

도 5는 도 4의 모의시험 결과를 나타낸 그래프로서, 표 2의 거리(Range)값과 오차(Error)값을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 첫 번째 또는 두 번째 모의시험에서는 거리 오차값이 크지만 반복 횟수가 증가하면서 점차 감소되어 결국 거리보상 값도 작아진다. 이러한 특징 때문에 최대 교전거리를 계산하기 위해서 여러 번의 반복 모의시험이 필요하다.

도 6은 종래의 최대 교전거리 보상 방법으로, 모의시험 결과에서 종래의 거리 오차값의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 6을 살펴보면 첫번째 조건(①)에서 모의시험을 수행하여 거리오차가 발생하면, 그 거리만큼 모기의 위치를 보상하여 ②위치에서 두 번째 모의시험을 수행한다. 이 경우에도 거리오차가 발생하면 모기의 위치를 보상하여 ③위치에서 세 번째 모의시험을 수행한다. 반복횟수가 증가할수록 보상하는 거리값이 작아지기 때문에 많은 반복 모의를 수행해야 한다.

본 발명에서는 이러한 단점을 극복하기 위하여 격추가 실패한 경우 이전에 발사한 유도탄 모델을 활용하여 최대 거리를 보상하는 방법을 제시하고자 한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기울기 기반의 최대 교전거리 보상 방법을 나타낸다.

도 7에 도시된 바와같이, 거리보상을 위해서 첫 번째와 두 번째 모의시험은 기존과 동일하게 수행한다. 세 번째 모의는 사거리-오차 좌표계에서 ①과 ②의 좌표값을 활용하여 기울기를 구하고, 그 직선이 거리 축과 만나는 교점에 해당되는 거리만큼 모기의 위치를 이동하여 수행한다. 이 경우에도 거리오차가 존재하는 경우에는 모기의 위치를 보상하여 ③위치에서 세 번째 모의시험을 수행한 후 사거리-오차 좌표계 ②와 ③의 좌표값을 활용하여 기울기를 구하고, 그 직선이 거리 축과 만나는 교점에 해당되는 거리만큼 다시 모기의 위치를 이동하여 모의시험을 수행한다. 이러한 기울기 정보를 이용하여 최대거리 보상을 수행함으로써 기존의 최대거리 보상대비 반복횟수를 줄여서 연산시간을 단축시켜 최대교전 거리 알고리즘의 실시간성을 보장할 수 있게 된다.

아래 표 3은 종래의 방법과 본 발명에 따른 기울기 기법을 이용한 최대교전 거리 방법의 비교를 위한 모의시험의 조건을 나타낸다.

발사 모기 초기 조건
위도, 경도, 고도	38.00 °	127.00 °	10000 m
초기 속도	300 m/s
롤 각, 피치 각, 헤딩	0°	0°	0°
표적 조건
위도, 경도, 고도	38.10 °	127.00 °	10000 m
초기 속도	300 m/s
롤 각, 피치 각, 헤딩	0 °	0 °	180°
무장과 표적 간의 초기 사거리
90000 m

위 표 3과 같은 시험조건에서 종래와 본 발명에서의 최대 교전거리와 연산시간 반복회수를 비교해 보면 아래 표 4와 같다.

종래 방법	최대거리	82509 m
	연산시간	1395 ms
	반복횟수	16
본 발명	최대거리	82404 m
	소요시간	277 ms
	반복횟수	3
차이	최대거리	105 m
	연산시간	1118 ms
	반복 횟수	13

표 4에 도시된 결과를 참조하면, 동일한 PC모의 환경에서 반복횟수는 종래 16회에서 3회로 줄었고, 연산시간은 종래 1395ms에서 277ms로 대폭 줄었음을 알 수 있다.

상술한 바와같이 본 발명은 공대공 유도탄 발사를 위한 최대교전 거리 계산 시 종래의 오차거리 값을 보상하는 방법 대신에 기울기값을 이용하여 오차거리를 보상함으로써 기존 대비 반복횟수와 연산시간을 대폭적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.

상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

Claims

초기조건에 따라 가상 표적으로 유도탄을 발사한 후 가상 표적의 격추 여부를 판단하여, 격추 실패시 오차거리만큼 모기의 위치를 시선각 방향으로 이동시켜 다음 유도탄을 발사하는 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법에 있어서,
상기 가상 표적의 격추가 실패한 경우 이전에 발사한 유도탄 모델을 활용하여 최대 거리를 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법.
제1항에 있어서, 상기 초기조건은
모기정보, 표적정보 및 모의조건을 포함하며,
상기 모의조건은 모의 시간 및 모의거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법.
제1항에 있어서, 상기 최대 거리를 보상하는 단계는
격추 실패시 사거리-오차 좌표계에서 이전의 첫 번째 및 두 번째 유도탄 발사에 대한 거리-오차 좌표값을 이용하여 기울기를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 기울기의 직선이 거리축과 만나는 교점에 해당되는 거리만큼 모기의 위치를 이동시켜 최대 거리를 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법.
제1항에 있어서, 상기 최대 거리를 보상하는 단계는
세 번째 유도탄 발사시부터 적용되며 가상 표적의 격추가 성공할 때까지 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법.
제1항에 있어서, 상기 가상 표적의 격추가 성공되면 그때의 유도탄의 사거리를 최대 교전거리로 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법.
초기조건에 따라 가상 표적으로 유도탄을 발사하는 제1단계;
가상의 표적의 격추 실패시 오차거리만큼 모기의 위치를 시선각 방향으로 이동시켜 유도탄을 발사하는 제2단계;
재차 격추 실패시 사거리-오차 좌표계에서 제1 및 제2단계의 거리-오차 좌표값을 이용하여 기울기를 계산하는 제3단계; 및
상기 계산된 기울기의 직선이 거리축과 만나는 교점에 해당되는 거리만큼 모기의 위치를 이동시켜 최대 거리를 보상하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법.
제6항에 있어서, 상기 초기조건은
모기정보, 표적정보 및 모의조건을 포함하며,
상기 모의조건은 모의 시간 및 모의거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법.
제6항에 있어서, 상기 최대 거리보상 후 유도탄을 발사하는 제5단계;
격추 실패시에는 사거리-오차 좌표계에서 제5단계 및 제2단계의 거리-오차 좌표값을 이용하여 다시 기울기를 계산하는 제6단계;
계산된 기울기의 직선이 거리축과 만나는 교점에 해당되는 거리만큼 모기의 위치를 이동시켜 최대 거리를 보상하는 제7단계; 및
상기 최대 거리 보상을 가상 표적이 격추될 때까지 반복적으로 수행하는 제8단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법.
제6항에 있어서, 상기 가상 표적의 격추가 성공되면 그때의 유도탄의 사거리를 최대 교전거리로 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공대공 유도탄의 최대 교전거리 계산방법.