KR101564379B1 - 표적위치 추적기의 축 정렬 오차 보정 방법 - Google Patents

표적위치 추적기의 축 정렬 오차 보정 방법 Download PDF

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Abstract

표적위치 추적기의 축 정렬 오차 보정 방법을 공개한다. 본 발명은 표적위치 추적기의 각 구성 요소가 조립된 상태에서 롤 축 방향 및 오프셋 오차를 측정하고, 측정된 오차에 대한 오차 보정값을 생성하여 신호 처리부에 저장함으로써, 표적위치 추적기의 실제 운용시 신호 처리부가 오차를 소프트웨어적으로 보정할 수 있도록 함으로써, 표적위치 추적기의 표적 탐지 및 추적 성능을 크게 높일 수 있다.

Description

표적위치 추적기의 축 정렬 오차 보정 방법{METHOD FOR CORRECTING AXIS ALIGNMENT ERROR OF INFRARED SEEKER}
본 발명은 표적위치 추적기의 오차 보정 방법에 관한 것으로, 특히 표적위치 추적기의 구성 요소간 축 정렬 오차 보정 방법에 관한 것이다.
표적위치 추적기는 적외선 감지 센서와 같은 검출기를 구비하여, 적외선이 입사되면 광전 변환하여 전기적인 신호인 감지 신호로 변환하고, 감지 신호를 분석하여 표적의 위치정보를 생성하는 장치를 말한다.
일반적으로 표적위치 추적기는 검출기와 수광부 및 지향 조절부를 포함한다. 수광부는 표적위치 추적기로 입사되는 적외선이 검출기에 집광되도록 입사된 적외선을 굴절 및 반사시키는 회전 광학계로 구성된다. 회전 광학계를 고속으로 회전시켜 자세를 안정화시키는 기법을 자이로 기법이라 하며, 자이로 기법이 적용된 회전 광학계를 광학 자이로라고도 일컫는다.
그리고 지향 조절부는 검출기가 배치된 수광부와 결합되어 표적위치 추적기의 지향 방향을 조절한다.
한편 기존의 표적위치 추적기에서 검출기는 바(bar) 형태의 하나의 적외선 감지 센서를 구비하여 수광부 내에 배치되며, 회전 광학계로 구현되어 회전하는 경우, 수광부와 함께 회전하도록 구성된다. 수광부의 회전에 따라 검출기가 함께 회전하므로, 수광부와 검출기의 축 정렬은 표적위치 추적기의 성능을 좌우하는 중요한 이슈인 반면, 표적위치 추적기에서 수광부와 검출기의 축 정렬 이외의 다른 구성 요소와의 축 정렬은 표적위치 추적기의 추적 성능에 큰 영향을 주지 않기 때문에 상대적으로 중요시 되지 않았다.
그러나 최근의 표적위치 추적기는 검출기가 수광부와 별도로 분리되어 지향 조절부에 배치되도록 함으로써, 수광부가 회전 광학계로 구성되어 회전하더라도 검출기가 회전하지 않도록 하여 표적위치 추적기의 내구성을 높이고 있다.
검출기가 지향 조절부에 배치됨에 따라 최근 표적위치 추적기에서는 수광부와 검출기의 축 정렬이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 지향 조절부와 같은 다른 구성요소와의 축 정렬 또한 매우 중요하게 부각되고 있다.
표적위치 추적기의 구성 요소들간의 축 정렬을 하드웨어적으로만 수행하는 경우, 정렬 정밀도에 한계가 있을 뿐만 아니라, 정렬 정밀도를 높일수록 생산률이 급감하게 되어 생산성이 크게 낮아지는 문제가 있다. 따라서 현재 표적위치 추적기는 구성 요소 조립 시에 구성 요소간 축 정렬 오차가 기설정된 규격범위 이내이면 정상인 것으로 판정하여 사용할 수 있도록 하고 있다.
이렇게 조립된 표적위치 추적기는 비록 규격 범위 이내의 미소 오차일지라도 여전히 오차를 내포하고 있고, 표적위치 추적기의 표적 추적 성능이 낮아지는 결과를 초래한다.
대한민국 등록특허 제10-1050735호(2011.07.14.등록)
본 발명의 목적은 표적위치 추적기의 구성요소들의 하드웨어적 축 정렬 이후에도 발생하는 오차를 보정할 수 있는 표적위치 추적기의 축 정렬 오차 보정 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 표적위치 추적기의 축 정렬 오차 보정 방법은 추적기 거치부, 모의표적 발생부 및 오차 측정부를 구비하는 표적위치 추적기의 오차 보정 시스템을 이용한 표적위치 추적기의 오차 보정 방법에 있어서, 상기 오차 측정부가 상기 추적기 거치부에 거치된 상기 표적위치 추적기를 기지정된 방향으로 회전시켜 정렬하는 단계; 상기 오차 측정부가 상기 모의표적 발생부를 제어하여 모의표적을 생성하고, 생성된 상기 모의표적과 상기 표적위치 추적기의 위치를 정렬하는 단계; 상기 오차 측정부가 상기 모의표적 발생부를 제어하여, 상기 모의표적의 위치를 요축 방향 또는 피치축 방향 중 하나 방향으로 이동시키고, 상기 표적위치 추적기가 감지하는 상기 모의표적의 위치 변화를 인가받아 분석하여 롤축 방향 오차를 측정하여 롤축 방향 오차 보정값을 계산하는 단계; 상기 오차 측정부가 상기 추적기 거치부를 제어하여 상기 표적위치 추적기를 회전시키면서, 상기 표적위치 추적기가 고정된 위치의 상기 모의표적을 감지한 모의표적 위치를 인가받아 분석하여 오프셋 오차를 측정하고, 오프셋 오차 보정값을 계산하는 단계; 및 상기 오차 측정부가 계산된 상기 롤축 방향 오차 보정값과 상기 오프셋 오차 보정값을 상기 표적위치 추적기에 저장하는 단계; 를 포함한다.
상기 표적위치 추적기는 추적기 동체 내에 추적부 및 신호 처리부가 조립된 상태로 상기 추적기 거치대에 거치되며, 상기 추적부는 표적 영상을 집속하는 회전 광학계, 상기 회전 광학계의 지향 방향을 조절하는 지향 조절부인 2축 짐벌, 상기 2축 짐벌에 고정되고 상기 회전 광학계가 집속한 영상이 결상되어 상기 표적 영상을 획득하는 검출기 및 상기 회전 광학계을 고속 회전시키기 위해 자기장을 생성하는 코일 조립체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전시켜 정렬하는 단계는 상기 코일 조립체의 요축 방향에 미리 표시된 마킹을 감지하여, 상기 코일 조립체의 요축이 지정된 방향을 향하도록 상기 추적기 거치부를 제어하여 상기 표적위치 추적기를 회전시키는 것을 특징으로 한다.
상기 모의표적과 상기 표적위치 추적기의 위치를 정렬하는 단계는 상기 모의표적 발생부가 상기 오차 측정부의 제어에 따라 지정된 위치에 상기 모의표적을 생성하는 단계; 및 상기 오차 측정부가 상기 표적위치 추적기를 제어하여 상기 생성된 모의표적을 감지하도록 하는 단계; 상기 오차 측정부가 상기 표적위치 추적기에서 감지한 상기 모의표적의 위치를 인가받아 분석하는 단계; 및 상기 표적위치 추적기의 지향 방향과 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치 차이인 표적 오차가 0이 되도록, 상기 오차 측정부가 상기 모의표적 발생부를 제어하여 상기 모의표적의 위치를 조절하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 롤축 방향 오차 보정값을 계산하는 단계는 상기 오차 측정부가 상기 모의표적 발생부를 제어하여, 상기 모의표적의 위치를 상기 요축 방향 또는 상기 피치축 방향 중 하나의 방향으로 이동시키는 단계; 상기 오차 측정부가 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치 변화를 인가받는 단계; 상기 오차 측정부가 상기 모의표적의 이동 방향과 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치 변화 사이의 각도차를 상기 롤축 방향 오차로 측정하는 단계; 및 상기 오차 측정부가 상기 롤축 방향 오차를 상쇄하기 위한 상기 롤축 방향 오차 보정값을 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 오프셋 오차 보정값을 계산하는 단계는 상기 오차 측정부가 상기 모의표적 발생부를 제어하여, 상기 모의표적의 위치를 상기 표적위치 추적기의 위치를 정렬하는 단계에서 지정된 위치에 고정하는 단계; 상기 오차 측정부가 상기 추적기 거치대를 제어하여 상기 추적기 동체를 회전시키는 단계; 상기 오차 측정부가 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치를 인가받는 단계; 상기 오차 측정부가 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치로부터 오프셋 오차를 측정하는 단계; 및 상기 오차 측정부가 상기 오프셋 오차를 상쇄하기 위한 상기 오프셋 오차 보정값을 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 표적위치 추적기의 축 정렬 오차 보정 방법은 표적위치 추적기의 각 구성 요소가 조립된 상태에서 롤 축 방향 및 오프셋 오차를 측정하고, 측정된 오차에 대한 오차 보정값을 생성하여 신호 처리부에 저장함으로써, 표적위치 추적기의 실제 운용시 신호 처리부가 오차를 소프트웨어적으로 보정할 수 있도록 함으로써, 표적위치 추적기의 표적 탐지 및 추적 성능을 크게 높일 수 있다.
도1 은 표적위치 추적기의 개략적 구성을 나타낸다.
도2 는 도1 의 추적부의 개략적 구성을 나타낸다.
도3 은 도2의 추적부에서 회전 광학계와 검출기를 상세하게 나타낸 도면이다.
도4 는 회전 광학계의 틸팅 각도에 따른 검출기의 복수개의 센서에 적외선이 감지되는 타이밍 변화를 나타낸다.
도5 는 표적의 위치에 따라 표적위치 추적기에 검출되는 검출 신호의 변화를 나타낸다.
도6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적위치 추적기의 오차 보정 시스템을 나타낸다.
도7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적위치 추적기의 오차 보정 방법을 나타낸다.
도8 은 본 발명의 표적위치 추적기의 오차 보정 방법을 이용하여 오차를 보정한 결과를 비교하기 위한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도1 은 표적위치 추적기의 개략적 구성을 나타낸다.
표적위치 추적기는 도1 에 도시된 바와 같이, 추적기 동체(1)와 추적기 동체(1) 내에 배치되는 추적부(2) 및 신호 처리부(3)로 구성된다.
표적위치 추적기에서 추적기 동체(1)는 추적부(2)를 보호하고, 추적부(2) 를 표적위치 추적기의 고정 위치에 안정적으로 고정 결합하기 위해 구비된다. 추적기 동체(1)가 비행체와 같은 이동 시스템에 고정되는 경우, 이동 시스템이 회전하는 경우 함께 회전한다.
추적부(2)는 추적기 동체(1)내에 배치되어 표적을 포착 및 추적하기 위해 구성된다. 추적부(2)는 넓은 범위에서 표적을 포착 및 추적할 수 있도록 탐지 방향을 기설정된 각도 이내에서 조절할 수 있도록 구성된다.
추적부(2)는 수광부로서 표적 영상을 집속하는 회전 광학계(10)와 회전 광학계(10)의 지향 방향을 조절하는 지향 조절부인 2축 짐벌(20), 2축 짐벌(20)에 고정되고 회전 광학계(10)가 집속한 영상이 결상되어 표적에 대한 이미지를 획득하는 검출기(30) 및 회전 광학계(10)을 고속 회전시키기 위해 자기장을 생성하는 코일 조립체(40)를 구비한다.
도시하지 않았으나, 추적부(2)와 함께 추적기 동체(1) 내에 배치되는 신호 처리부(3)는 추적부(2)에서 검출한 표적의 이미지를 분석하여 표적의 위치를 판별한다.
도2 는 도1 의 추적부의 개략적 구성을 나타낸다.
도2 에서 (a)는 회전 광학계(10)와 2축 짐벌(20)의 결합 구조를 나타내며, (b)는 회전 광학계(10)와 2축 짐벌(20)이 결합된 상태를 나타낸다. 그리고 (c)는 회전 광학계(10)가 피치나 요방향으로 회전한 상태를 나타낸다.
도2 를 살펴보면, 회전 광학계(10)는 자석 거울과 같은 자성체를 구비하며, 코일 조립체(40)에서 생성되는 자기장에 응답하여 롤(roll)축(도2 에서는 X축)을 중심으로 고속 회전(예를 들면 100Hz)하여 큰 운동량을 발생시키며 표적 영상을 집속하여, 검출기(30)로 인가한다.
2축 짐벌(20)는 피치(picth)축(도2 에서는 Y축) 및 요(yaw)축(도2 에서는 Z축) 방향으로 회전가능 하도록 제1 조립체(A1) 및 제2 조립체(A2)로 구성된다.
제2 조립체(A2)는 하단이 추적기 동체(1)에 결합되어 추적부(2)를 추적기 동체(1)에 고정시키도록 구성되며, 제1 조립체(A1)의 상단에는 검출기(30)가 고정되어 2축 짐벌(20)의 피치축 및 요축 방향 회전에 따라 표적을 탐지하기 위한 지향 방향이 조절된다. 또한 회전 광학계(10)는 제1 조립체(A1)의 상부에 롤축 회전 가능하도록 결합된다.
코일 조립체(40)는 회전 광학계(10)와 2축 짐벌(20)의 주위를 감싸는 형태로 고정되고, 신호 처리부(3)에서 인가되는 전류에 대응하는 자기력(magnetic force : 磁氣力)을 생성하여 회전 광학계(10)로 인가함으로써 회전 광학계(10)를 회전시킨다. 또한 코일 조립체(40)는 회전 광학계(10)를 회전시키기 위해 인가되는 전류의 위상을 조절하여 2축 짐벌(20)의 피치축 및 요축 방향 회전을 발생한다.
결과적으로 도1 및 도2 에 도시된 표적위치 추적기는 검출기(30)가 회전 광학계(10)와 분리되어 2축 짐벌(20)에 구비되므로, 회전 광학계(10)로 인가된 적외선이 검출기(30)에 정확하게 집속되기 위해서는 회전 광학계(10)와 검출기(30) 사이의 축 정렬뿐만 아니라 회전 광학계(10)와 2축 짐벌(20) 및 2축 짐벌(20)과 검출기(30) 사이의 축 정렬 또한 매우 중요하다. 또한 회전 광학계(10)가 코일 조립체(40)에 의해 생성되는 자기장에 응답하여 고속으로 회전하므로, 회전 광학계(10)과 코일 조립체(40) 사이의 축 정렬 또한 표적위치 추적기의 성능을 향상시키기 위해서 중요하다.
뿐만 아니라 상기한 바와 같이 추적기 동체(1)가 회전하는 경우도 발생하므로, 추적기 동체(1)과 추적부(2) 사이의 정렬 또한 중요하다. 만일 추적기 동체(1)과 추적부(2) 사이의 축 정렬이 이루어지지 않으면, 표적위치 추적기가 정확하게 표적의 위치를 포착하고 추적하더라도, 동체와의 축 정렬 오차로 인해 표적을 추적하는 이동 시스템이 표적의 위치가 아닌 다른 방향으로 이동할 수 있다.
그러므로 표적위치 추적기를 운용하기에 앞서 회전 광학계(10), 2축 짐벌(20), 검출기(30), 코일 조립체(40) 및 추적기 동체(1)의 5가지 축 정렬이 필요하다.
도3 은 도2의 추적부에서 회전 광학계와 검출기를 상세하게 나타낸 도면이다.
도2 에 도시된 바와 같이, 회전 광학계(10)가 입사되는 광을 반사하는 복수개의 반사경(mr1, mr2)과 복수개의 집속 렌즈(re1 ~ re3)를 구비하여, 입사된 적외선이 검출기(30)에 집속되도록 한다. 그리고 복수개의 반사경(mr1, mr2)은 입사된 광을 반사함과 동시에 회전 광학계(10)의 회전을 안정화시키는 디스크(disc) 형태로 구현되거나, 디스크 형태의 구조물에 배치된다. 이때 회전 광학계(10)의 복수개의 반사경(mr1, mr2)과 복수개의 집속 렌즈(re1 ~ re3)는 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이 광의 반사 각도 및 굴절 각도를 조절하여 집속된 적외선 광이 검출기(30)의 중심이 아니라 복수개의 센서(sr)의 중심(ipt2)에 입사될 수 있도록 틸팅한다.
검출기(30)는 (d)에 도시된 바와 같이 십자형으로 배치되는 4개의 적외선 센서(sr)를 포함하여 표적위치 추적기의 크기를 소형화하고, 표적의 방위각 및 거리를 용이하게 추적하도록 구성되고 있다. 십자형으로 배치되는 4개의 적외선 센서를 포함하는 검출기(30)는 중심(ipt1)에 센서가 배치되지 않아 표적에 대한 영상을 획득할 수 없다.
따라서 회전 광학계(10)는 집속된 적외선이 검출기(30)의 중심(ipt1)이 아닌 복수개의 센서(sr)의 중심에 입사되도록 틸팅한다.
그리고 제1 반사경(mr1)은 코일 조립체(40)에서 인가되는 자기장에 따라 회전 광학계(10)가 회전할 수 있도록 자성을 갖는 자석 거울로 구현될 수 있다. 또한 제1 반사경의 외주면에는 마킹이 표시되어 회전 광학계(10)의 롤축 방향 회전 각도를 외부에서 측정할 수 있도록 한다.
한편 회전 광학계(10)가 롤축 방향으로 회전함에 따라 틸팅되어 집속되는 광은 + 형태로 배치되는 복수개의 센서(sr)의 중심들(ipt2)을 스캔원(scc)을 그리면서 지나게 된다. 도2 에 도시된 바와 같이 회전 광학계(10)와 검출기(30)가 함께 피치 및 요 축 방향으로 회전하므로, 광학자이로의 지향 방향, 즉 회전 광학계(10)의 각도 변화에 의한 영상 흐림 등의 문제는 발생할 가능성이 낮다. 그러나 회전 광학계(10)가 입사되는 광을 틸팅하여 집속함에 따라, 회전 광학계(10)의 회전 중심이 센서부의 중심(ipt1)에 정밀하게 정렬되고, 틸팅에 의한 회전 중심과 스캔원(scc)와의 거리가 편심 거리만큼 유지되지 않으면, 복수개의 센서(sr)의 중심에 영상이 집속되지 않는다는 문제가 발생한다. 이는 집속되는 영상이 검출기(30)의 복수개의 센서(sr)에 결상되지 않도록 하여 표적을 탐지하지 못하게 하거나, 결상되더라도 표적의 위치를 오인식하게 하여 표적위치 추적기의 신뢰도를 크게 떨어뜨리게 된다.
도4 는 회전 광학계의 틸팅 각도에 따른 검출기의 복수개의 센서에 적외선이 감지되는 타이밍 변화를 나타낸다.
도4 는 모의표적을 표적위치 추적기의 지향 방향 정중앙에 생성한 경우 검출되는 스캔원(scc)을 나타낸다. 도4 에서 (a)는 회전 광학계(10)의 틸팅 각도에 따른 스캔원(scc)의 변화를 나타내고, (b) 및 (c)는 스캔원(scc)의 변화에 따라 적외선이 감지되는 타이밍 변화를 나타낸다. (a)에서 제1 스캔원(scc1)은 회전 광학계(10)과 검출기(30)의 축 정렬이 정확하게 수행된 상태의 스캔원을 나타내고, 제2 스캔원(scc2)은 축 정렬되지 않은 상태의 스캔원을 나타낸다.
(b)에 도시된 바와 같이, 축 정렬이 수행된 제1 스캔원(scc1)의 경우, 회전 광학계(10)가 등속도로 회전하면, 표적위치 추적기의 지향 방향 정중앙에 위치한 표적에서 발생한 적외선이 복수개의 센서(sr)로 균등한 시간 간격으로 입사되어 감지된다. 그에 비해 (c)를 살펴보면, 축 정렬되지 않은 제2 스캔원(scc2)의 경우, 복수개의 센서(sr)로 적외선이 입사되어 감지되는 시간에 차이가 발생한다.
도4 에서는 제2 스캔원(scc2)가 단순히 좌측으로 편향된 경우만을 도시하였으나, 스캔원은 회전 광학계(10)와 검출기(30)의 축 정렬 상태에 따라 다양한 위치에 배치될 수 있으며, 경우에 따라서는, 검출기(30)의 4개의 센서(sr) 중 일부 센서로 적외선이 입사되지 않는 경우도 발생할 수 있다.
도5 는 표적의 위치에 따라 표적위치 추적기에 검출되는 검출 신호의 변화를 나타낸다.
표적위치 추적기는 회전 광학부(10)를 통해 적외선이 입사되어 표적을 검출할 수 있는 범위가 화각(이하 FOV : Field of View)으로 설정되며, 도5 의 (a)에 도시된 바와 같이, 화각 이내에 표적이 포함되되는 경우에 표적을 포착할 수 있다.
그리고 FOV 이내에 표적이 나타나면, 회전 광학계의 롤축 회전에 의해 표적의 영상은 (b)에 도시된 바와 같이, +형으로 배치된 4개의 센서(sr)에 감지된다. 만일 표적이 표적위치 추적기의 지향 방향의 정중앙에 위치한다면, (c)와 같이 4개의 센서(sr)에 감지되는 표적의 적외선은 균등한 시간 간격으로 검출된다. 그러나 표적이 표적위치 추적기의 지향 방향과 오차를 갖는다면, 이는 추적 오차로서, (d)에 도시된 바와 같이, 4개의 센서(sr)에 감지되는 표적의 적외선의 시간 간격에 차이가 발생한다.
도6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적위치 추적기의 오차 보정 시스템을 나타낸다.
도6 에서 표적위치 추적기의 오차 측정 시스템은 추적기 거치부(100), 모의표적 발생부(200) 및 오차 측정부(300)를 포함한다.
추적기 거치부(100)는 추적기 동체(1)와 추적부(2)가 결합되어 조립 완료된 표적위치 추적기가 거치되도록 구성된다. 모의표적 발생부(200)는 오차 측정을 위해 표적위치 추적기가 검출할 수 있는 모의표적을 생성한다. 그리고 오차 측정부(300)는 추적기 거치부(100)에 거치된 표적위치 추적기와 추적기 거치부(100), 모의표적 발생부(200)를 제어하여 위치 조절하고, 표적위치 추적기가 모의표적 발생부(200)에서 생성한 모의표적을 검출한 신호를 수신하고, 분석하여 축 정렬 오차를 측정하고, 측정된 오차를 보정하기 위한 보정값을 계산한다.
도7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 따른 표적위치 추적기의 오차 보정 방법을 나타낸다.
도6 를 참조하여 도7 의 표적위치 추적기의 오차 측정 방법을 설명하면, 우선 오차 측정부(300)는 표적위치 추적기가 추적기 거치부(100)에 거치되고, 표적위치 추적기가 제어 가능하도록 전기적으로 연결되는지 판별한다(S10). 즉 표적위치 추적기의 신호 처리부(3)와 접속되는지 판별한다.
그리고 오차 측정부(300)는 표적위치 추적기가 거치된 추적기 거치부(100)를 제어하여 코일 조립체(40)의 요축이 기지정된 방향을 향하도록 표적위치 추적기를 회전시켜 정렬한다(S20).
상기한 바와 같이 코일 조립체(40)는 2축 짐벌(20)에 고정되므로, 코일 조립체(40)의 요축은 2축 짐벌(20)의 요축과 동일하다.
코일 조립체(40)가 정렬되면, 오차 측정부(300)는 모의표적 발생부(200)를 제어하여 모의표적을 발생한다. 표적위치 추적기가 발생된 모의표적을 감지하도록 제어하고, 표적위치 추적기가 감지한 모의표적의 위치가 표적위치 추적기의 정중앙이 되도록 모의표적의 위치를 조절하여, 표적위치 추적기와 모의표적의 위치를 정렬한다(S30).
모의표적이 위치가 표적위치 추적기의 정중앙에 배치되는지 여부는 도5 의(c)에 도시된 바와 같이 모의표적에 대한 적외선 검출 신호가 균등하게 감지되는지 분석하여 판별할 수 있다. 모의표적을 요축 방향으로 이동하고 표적위치 추적기의 2축 짐벌(20)을 같은 방향으로 이동하였을 경우 검출신호가 균등한지 확인하고 균등하지 않을 경우 추적기 거치부(100)의 롤 축을 회전하여 균등하도록 조정한다.
표적위치 추적기와 모의표적이 정렬되면, 오차 측정부(300)는 모의표적 발생부(200)를 제어하여 생성된 모의표적의 위치를 피치축 및 요축 방향으로 각각 이동한다(S40). 그리고 이동되는 모의표적에 대해 표적위치 추적기가 검출하는 표적의 위치를 신호 처리부(3)로부터 인가받아 분석하여 롤축 오차를 측정한다(S50).
여기서 모의표적의 위치를 피치축 및 요축으로 각각 이동시키면서, 검출된 표적의 위치를 분석하는 것은 검출기(30)가 2축 짐벌(20)에 롤축 방향에서 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전하여 배치되는 축 정렬 오차가 발생할 수 있기 때문이다. 표적위치 추적기를 조립할 때, 검출기(30)와 2축 짐벌(20)의 롤축 방향 회전 오차가 최소화 되도록 조립함에도 실제 조립 완료된 표적위치 추적기에서 검출기(30)와 2축 짐벌(20)의 롤축 방향 회전 오차는 -10 ~ 10도 범위 이내의 미소 오차가 발생한다.
그리고 롤축 방향 회전 오차가 0가 아닌 경우, 표적이 피치축 방향으로만 이동하거나, 표적이 요축 방향으로만 이동하는 경우에도 검출기는 표적이 피치축 및 요축 방향으로 모두로 이동한 것으로 판단하게 되는 문제가 있다. 즉 피치축 방향의 이동임에도 요축 위치값의 변화가 발생하거나, 요축 방향의 이동임에도 피치축 위치값의 변화가 발생한다. 롤축 방향 회전 오차가 존재하는 경우, 위치값의 변화는 모의표적의 이동에 따라 선형 그래프의 형태로 나타나게 되며, 이는 각도로 측정될 수 있다.
이에 오차 측정부(300)는 모의표적의 위치를 피치축 방향으로 이동할 때, 표적위치 추적기가 감지한 표적의 요축 방향 변화 및 모의표적의 위치를 요축 방향으로 이동할 때, 표적위치 추적기가 감지한 표적의 피치축 방향 변화를 분석하여 표적위치 추적기의 롤축 오차를 측정한다.
그리고 오차 측정부(300)는 측정된 롤축 오차에 대한 보정값을 계산한다(S60). 상기한 바와 같이 롤축 오차는 각도값으로 측정될 수 있으며, 표적의 이동 방향이 피치축 방향일 때, 검출기의 중심을 원점으로 요축 방향에서 감지되는 표적 위치에 대한 각도로 검출될 수 있다. 따라서 오차 측정부(300)는 검출된 롤축 오차를 상쇄하기 위한 각도를 계산함으로써, 롤축 오차에 대한 보정값을 획득할 수 있다.
상기한 바와 같이 롤축 오차는 2축 짐벌(20)과 검출기(30) 사이의 롤축 방향 회전 오차이지만, 2축 짐벌(20)은 추적기 동체(10)에 고정되며, 코일 조립체(40) 또한 2축 짐벌(20)에 고정되므로, 결과적으로 롤축 오차에 대한 보정값은 2축 짐벌(20), 검출기(30) 및 코일 조립체(40)의 롤축 방향 회전 오차를 보정하기 위한 값으로 사용될 수 있다.
한편, 오차 측정부(300)는 롤축 방향 오차 보정값이 계산되면, 계산된 롤축 방향 오차 보정값을 표적위치 추적기의 신호 처리부(3)로 전송하여, 신호 처리부(3)가 롤축 방향 오차 보정값을 적용하여 표적을 탐지하도록 하고, 다시 모의표적을 피치축 방향 또는 요축 방향으로 이동하여 표적위치 추적기에 롤축 방향 오차가 발생하는지 분석함으로써, 롤축 오차 보정값을 검증한다(S70).
롤축 오차 보정값이 검증되면, 오차 측정부(300)는 추적기 거치부(100)를 제어하여 추적기 동체(1)를 회전시키고 표적위치 추적기가 고정된 모의표적을 추적하도록 한다(S80). 그리고 오차 측정부(300)는 표적위치 추적기가 고정된 모의표적을 추적한 위치값으로부터 오프셋 오차를 측정한다(S90).
검출기(30)가 2축 짐벌(20)에 배치될 때, 검출기(30)의 중심과 2축 짐벌(20)의 중심이 동일하게 롤축 상에 배치되지 않을 수 있다. 만일 검출기(30)의 중심과 2축 짐벌(20)의 중심이 동일하게 롤축 상에 배치되지 않으면, 표적위치 추적기는 표적이 지향 방향의 정면 중앙에 위치하는 경우에도, 표적이 지향 방향과 다른 위치에 존재하는 것으로 판별하게 되는 오프셋 오차가 발생한다.
표적위치 추적기의 신호 처리부(3)가 XY 평면으로 나타나는 좌표값으로 표적의 위치를 인식할 때, 표적이 정면 중앙에 배치된 경우, 표적의 위치는 원점의 좌표인 (0, 0)위치에 배치되어야 하나, 오프셋 오차가 존재하는 경우 원점이 아닌 다른 위치(예를 들면, (x1, y1))로 나타나게 된다.
이에 오차 측정부(300)는 오프셋 오차 보정값을 계산하고, 계산된 오프셋 오차 보정값을 신호 처리부(3)로 전송한다(S100). 여기서 오프셋 오차 보정값은 오프셋 위치를 원점으로 회기시키기 위한 벡터값으로 계산될 수 있다.
이후 오차 측정부(300)는 오프셋 오차 보정값이 계산되면, 계산된 오프셋 오차 보정값을 표적위치 추적기의 신호 처리부(3)로 전송하여, 신호 처리부(3)가 오프셋 오차 보정값을 적용하여 표적을 탐지하도록 하고, 다시 추적기 동체를 회전시켜 오차가 발생하는지 분석함으로써, 오프셋 오차 보정값을 검증한다(S110).
상기한 바와 같이 2축 짐벌(20)은 추적기 동체(10)에 고정되므로, 오프셋 오차 보정값은 2축 짐벌(20), 검출기(30) 및 추적기 동체(10)의 오프셋 오차를 보정하기 위한 값으로 사용될 수 있다.
그리고 오프셋 오차 보정값이 검증되면, 검증된 롤축 방향 오차 보정값과 오프셋 오차 보정값을 신호 처리부(3)로 전송하여 저장한다(S120). 이에 롤축 방향 오차 보정값과 오프셋 오차 보정값이 저장된 신호 처리부는 실제 표적위치 추적기의 운용 시에 롤축 방향 오차 보정값과 오프셋 오차 보정값을 적용하여 오차를 보정함으로써, 표적의 위치를 정확하게 판별할 수 있다.
도8 은 본 발명의 표적위치 추적기의 오차 보정 방법을 이용하여 오차를 보정한 결과를 비교하기 위한 도면이다.
도8 은 표적위치 추적기의 정면 중앙에 표적이 배치된 경우에 검출되는 신호를 나타낸 것으로써, 왼쪽의 보정 전 검출기에서 검출되는 신호와 오른쪽 보정 후 검출되는 신호를 비교하면, 보정전 신호는 고정된 위치의 표적을 검출함에도 파형의 변화가 크게 나타나서 표적의 위치를 안정적으로 획득할 수 없는 반면, 보정후 신호 파형은 변화가 크게 줄어들게 됨에 따라 정확한 표적의 이치를 획득할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 추적기 거치부, 모의표적 발생부 및 오차 측정부를 구비하는 표적위치 추적기의 오차 보정 시스템을 이용한 표적위치 추적기의 오차 보정 방법에 있어서,
    상기 오차 측정부가 상기 추적기 거치부에 거치된 상기 표적위치 추적기를 기지정된 방향으로 회전시켜 정렬하는 단계;
    상기 오차 측정부가 상기 모의표적 발생부를 제어하여 모의표적을 생성하고, 생성된 상기 모의표적과 상기 표적위치 추적기의 위치를 정렬하는 단계;
    상기 오차 측정부가 상기 모의표적 발생부를 제어하여, 상기 모의표적의 위치를 요축 방향 또는 피치축 방향 중 하나 방향으로 이동시키고, 상기 표적위치 추적기가 감지하는 상기 모의표적의 위치 변화를 인가받아 분석하여 롤축 방향 오차를 측정하여 롤축 방향 오차 보정값을 계산하는 단계;
    상기 오차 측정부가 상기 추적기 거치부를 제어하여 상기 표적위치 추적기를 회전시키면서, 상기 표적위치 추적기가 고정된 위치의 상기 모의표적을 감지한 모의표적 위치를 인가받아 분석하여 오프셋 오차를 측정하고, 오프셋 오차 보정값을 계산하는 단계; 및
    상기 오차 측정부가 계산된 상기 롤축 방향 오차 보정값과 상기 오프셋 오차 보정값을 상기 표적위치 추적기에 저장하는 단계; 를 포함하는 표적위치 추적기의 오차 보정 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 표적위치 추적기는
    추적기 동체 내에 추적부 및 신호 처리부가 조립된 상태로 상기 추적기 거치대에 거치되며, 상기 추적부는 표적 영상을 집속하는 회전 광학계, 상기 회전 광학계의 지향 방향을 조절하는 지향 조절부인 2축 짐벌, 상기 2축 짐벌에 고정되고 상기 회전 광학계가 집속한 영상이 결상되어 상기 표적 영상을 획득하는 검출기 및 상기 회전 광학계을 고속 회전시키기 위해 자기장을 생성하는 코일 조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 표적위치 추적기의 오차 보정 방법.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 회전시켜 정렬하는 단계는
    상기 코일 조립체의 요축 방향에 미리 표시된 마킹을 감지하여, 상기 코일 조립체의 요축이 지정된 방향을 향하도록 상기 추적기 거치부를 제어하여 상기 표적위치 추적기를 회전시키는 것을 특징으로 하는 표적위치 추적기의 오차 보정 방법.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 모의표적과 상기 표적위치 추적기의 위치를 정렬하는 단계는
    상기 모의표적 발생부가 상기 오차 측정부의 제어에 따라 지정된 위치에 상기 모의표적을 생성하는 단계; 및
    상기 오차 측정부가 상기 표적위치 추적기를 제어하여 상기 생성된 모의표적을 감지하도록 하는 단계;
    상기 오차 측정부가 상기 표적위치 추적기에서 감지한 상기 모의표적의 위치를 인가받아 분석하는 단계; 및
    상기 표적위치 추적기의 지향 방향과 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치 차이인 표적 오차가 0이 되도록, 상기 오차 측정부가 상기 모의표적 발생부를 제어하여 상기 모의표적의 위치를 조절하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적위치 추적기의 오차 보정 방법.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 롤축 방향 오차 보정값을 계산하는 단계는
    상기 오차 측정부가 상기 모의표적 발생부를 제어하여, 상기 모의표적의 위치를 상기 요축 방향 또는 상기 피치축 방향 중 하나의 방향으로 이동시키는 단계;
    상기 오차 측정부가 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치 변화를 인가받는 단계;
    상기 오차 측정부가 상기 모의표적의 이동 방향과 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치 변화 사이의 각도차를 상기 롤축 방향 오차로 측정하는 단계; 및
    상기 오차 측정부가 상기 롤축 방향 오차를 상쇄하기 위한 상기 롤축 방향 오차 보정값을 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적위치 추적기의 오차 보정 방법.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 표적위치 추적기의 오차 보정 방법은
    상기 롤축 방향 오차 보정값을 계산하는 단계 이후, 상기 오차 측정부가 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치 변화에 상기 롤축 방향 오차 보정값을 적용하여, 상기 모의표적의 위치 변화와 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치 변화가 일치하는지 판별하는 롤축 방향 오차 보정값 검증 단계; 를 더 포함하는 것을 측징으로 하는 표적위치 추적기의 오차 보정 방법.
  7. 제2 항에 있어서, 상기 오프셋 오차 보정값을 계산하는 단계는
    상기 오차 측정부가 상기 모의표적 발생부를 제어하여, 상기 모의표적의 위치를 상기 표적위치 추적기의 위치를 정렬하는 단계에서 지정된 위치에 고정하는 단계;
    상기 오차 측정부가 상기 추적기 거치대를 제어하여 상기 추적기 동체를 회전시키는 단계;
    상기 오차 측정부가 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치를 인가받는 단계;
    상기 오차 측정부가 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치로부터 오프셋 오차를 측정하는 단계; 및
    상기 오차 측정부가 상기 오프셋 오차를 상쇄하기 위한 상기 오프셋 오차 보정값을 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적위치 추적기의 오차 보정 방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 표적위치 추적기의 오차 보정 방법은
    상기 오프셋 오차 보정값을 계산하는 단계 이후, 상기 오차 측정부가 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치에 상기 오프셋 오차 보정값을 적용하여, 상기 표적위치 추적기가 감지한 상기 모의표적의 위치가 상기 표적위치 추적기의 지향방향 중앙에 위치하는지 판별하는 오프셋 오차 보정값 검증 단계; 를 더 포함하는 것을 측징으로 하는 표적위치 추적기의 오차 보정 방법.
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