KR101823517B1 - 공중폭발탄 신관 및 그 공중폭발탄의 기폭 제어 방법 - Google Patents

공중폭발탄 신관 및 그 공중폭발탄의 기폭 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공중폭발탄 신관 및 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 방법에 대한 것으로, 타이머와, 1축 지자기 센서를 포함하며, 상기 1축 지자기 센서로부터 측정된 지자기 검출 결과를 이진화한 결과로부터 상승 트리거(trigger) 및 하강 트리거를 검출하는 지면 감지 센서, 및, 상기 공중폭발탄이 발사되면, 상기 지면 감지 센서로부터 검출된 트리거가 상승 트리거인 경우에 한하여 상기 타이머가 구동되도록 제어 및, 상기 트리거가 상승 트리거인 경우에 상기 공중폭발탄의 회전수를 증가시키며, 상기 타이머에서 측정된 측정 시간이 상기 공중폭발탄에 기 입력된 기폭 시간의 절반에 도달하는 경우 및, 상기 증가된 회전수가 상기 공중폭발탄에 기 입력된 기폭 회전수에 도달하는 경우에, 상기 공중폭발탄을 기폭시키는 기폭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공중폭발탄 신관 및 그 공중폭발탄의 기폭 제어 방법{AIR BURST AMMUNITION FUZE AND METHOD FOR CONTROLLING INITIATION THEREOF}
본 발명은 공중폭발탄 신관 및 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 방법에 대한 것이다.
통상적으로 공중폭발탄(air burst ammunition)은 은폐 또는 엄폐하고 있는 적을 무력화하기 위한 것으로, 표적과 가장 가까운 거리의 상공에서 폭발하여 파편 또는 폭압으로 적을 제압하는 20㎜급 소총용 탄약이다. 이런 소총용 탄약의 신관은 크기가 작아야하고 사용할 수 있는 전력이 제한적이기 때문에 저전력으로 설계되어야 한다. 그리고 대량생산을 고려하여 저비용으로 제작할 수 있도록 설계되어야 한다.
한편 공중폭발탄이 표적과 가까운 거리의 상공에서 폭발되도록 하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. 일 예로 상기 공중폭발탄은, 발사기, 예를 들어 소총이, 상기 공중폭발탄을 발사 전에 조준경에 장착된 레이저 거리 측정기를 이용하여 측정된 표적까지의 거리에 근거하여 공중폭발탄이 폭발되도록 할 수 있다. 이러한 경우 상기 발사기는, 상기 측정된 표적까지의 거리를 공중폭발탄의 회전수로 변환하고, 유도코일로 공중폭발탄용 신관에 상기 회전수 정보를 장입한다. 이때, 소총의 총열 내에 있는 강선에 의해 회전하는 탄약은 발사 속도가 달라도 한 회전 당 비행하는 거리가 거의 동일하다. 그러므로 장약량의 편차와 총열 내의 온도 편차 등 발사 초기의 변수와 공력에 의한 드레그 등 발사 후 변수에 따라 크게 달라지는 속도에 비해 회전수로 거리를 계산하는 것이 더 정확하다.
종래 공중폭발탄용 신관은 회전수만 감지하여 표적과 가장 가까운 상공에서 폭발하여 적을 제압하였으나 파편 또는 폭압이 전방위로 퍼지기 때문에 표적으로 향하는 탄의 위력이 제한적이었다. 이러한 점을 개선시키기 위해서는 지상표적으로 탄의 위력을 집속시키는 기술의 필요하다. 지상으로 탄의 위력을 집속시키기 위해 먼저 지면방향을 감지하는 센서를 개발하는 것이 매우 중요하다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 상기 공중폭발탄이 지상 방향을 향하고 있을 때에 상기 공중폭발탄이 폭발되도록 함으로써, 상기 공중폭발탄의 폭발 위력을 지상 표적으로 집속시킬 수 있도록 하는 공중폭발탄 신관 및 그 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관은, 타이머와, 1축 지자기 센서를 포함하며, 상기 1축 지자기 센서로부터 측정된 지자기 검출 결과를 이진화한 결과로부터 상승 트리거(trigger) 및 하강 트리거를 검출하는 지면 감지 센서, 및, 상기 공중폭발탄이 발사되면, 상기 지면 감지 센서로부터 검출된 트리거가 상승 트리거인 경우에 한하여 상기 타이머가 구동되도록 제어 및, 상기 트리거가 상승 트리거인 경우에 상기 공중폭발탄의 회전수를 증가시키며, 상기 타이머에서 측정된 측정 시간이 상기 공중폭발탄에 기 입력된 기폭 시간의 절반에 도달하는 경우 및, 상기 증가된 회전수가 상기 공중폭발탄에 기 입력된 기폭 회전수에 도달하는 경우에, 상기 공중폭발탄을 기폭시키는 기폭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 충격을 감지하는 충격 센서를 더 포함하고, 상기 기폭 제어부는, 상기 충격 센서에 충격이 감지되는 경우, 상기 공중폭발탄을 기폭시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 지면 감지 센서는, 상기 공중 폭발탄에 작용하는 지자기를 검출하는 1축 지자기 센서와, 상기 지자기 검출 결과를 0 및 1의 값으로 이진화하여 출력하는 이진 변환부, 및, 상기 이진 변환부의 출력 결과, 상기 이진화된 값이 0에서 1로 변화되는 경우 상기 상승 트리거가 검출된 것으로 판단하고, 상기 이진화된 값이 1에서 0으로 변화되는 경우 상기 하강 트리거가 검출된 것으로 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 1축 지자기 센서는, 상기 지자기 검출 결과를 증폭시키는 증폭부, 및, 상기 증폭된 검출 결과로부터 잡음(noise)을 제거하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기폭 제어부는, 상기 공중폭발탄의 발사 전에 방위각 정보와 복각 정보가 더 입력되면, 상기 방위각 정보와 복각 정보에 근거하여 수직 편향각을 산출하고, 상기 수직 편향각에 대응하는 보상 시간을 산출 및, 산출된 보상 시간을 상기 타이머에서 측정된 측정 시간에 보상하여 상기 수직 편향각이 반영된 기폭 지연 시간을 산출하고, 산출된 기폭 지연 시간이 상기 기폭 시간의 절반에 도달하는 경우 및, 상기 증가된 회전수가 상기 기폭 회전수에 도달하는 경우에 상기 공중폭발탄을 기폭시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기폭 시간 정보, 상기 기폭 회전수 정보, 및 상기 방위각 정보와 복각 정보는, 상기 공중폭발탄의 발사 전에, 상기 공중폭발탄을 발사하는 발사기로부터 입력받으며, 상기 기폭 회전수 및 기폭 시간 정보는, 상기 발사기가, 표적까지의 거리를 측정한 결과에 따라 결정되며, 상기 방위각 정보와 복각 정보는, 상기 발사기가, 상기 발사기의 위치를 검출한 결과에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 방법은, 상기 공중폭발탄을 발사하는 발사기로부터 기폭 시간 정보와 기폭 회전수 정보 및, 방위각 정보와 복각 정보를 적어도 하나 입력받는 제1 단계와, 상기 공중폭발탄의 발사를 감지하는 제2 단계와, 상기 공중폭발탄에 작용하는 1축 방향의 지자기를 검출하는 제3 단계와, 상기 지자기 검출 결과를 이진화하고, 이진화된 검출 결과로부터 상승 트리거(triger) 또는 하강 트리거를 검출하는 제4 단계와, 상기 검출된 트리거가 상승 트리거인 경우에 한하여 타이머를 구동시키는 제5 단계와, 상기 검출된 트리거가 상승 트리거인 경우 상기 공중폭발탄의 회전수를 증가시키는 제6 단계와, 상기 증가된 회전수가 상기 기폭 회전수에 도달하였는지 및, 상기 타이머에서 측정된 시간이 상기 기폭 시간의 절반에 도달하였는지 여부를 판단하는 제7 단계, 및, 상기 제7 단계의 판단 결과에 따라 상기 공중폭발탄을 기폭시키거나, 또는 상기 제3 단계 내지 상기 제6 단계를 반복 수행하는 제8 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제4 단계는, 상기 검출된 트리거가 하강 트리거인 경우 상기 타이머를 정지시키는 제4-1 단계와, 상기 입력된 방위각 및 복각 정보가 유효한 경우 상기 방위각 및 복각에 근거하여 수직 편향각을 산출하는 제4-2 단계와, 상기 산출된 수직 편향각에 대응하는 보상 시간을 산출하는 제4-3 단계, 및, 상기 산출된 보상 시간을 상기 타이머에서 측정된 측정 시간에 보상하여 기폭 지연 시간을 산출하는 제4-4 단계를 더 포함하며, 상기 제7 단계는, 상기 증가된 회전수가 상기 기폭 회전수에 도달하였는지 및, 상기 산출된 기폭 지연 시간이, 상기 기폭 시간의 절반에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 단계는, 상기 입력된 기폭 회전수가 유효한지 여부를 판단하는 제2-1 단계와, 상기 제1-1 단계의 판단 결과, 상기 기폭 회전수가 유효하지 않은 경우 상기 기폭 시간 및 상기 공중폭발탄에 가해지는 충격 중 적어도 하나에 따라 상기 공중폭발탄을 기폭시키는 제2-2 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 단계 내지 제8 단계 중 어느 하나의 단계는, 상기 공중폭발탄에 가해지는 충격을 감지하는 제9-1 단계, 및, 상기 충격 감지 결과에 따라 상기 공중폭발탄을 기폭시키는 제9-2 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관 및 그 신관의 기폭 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 공중폭발탄이 지면 방향으로 회전할 때, 즉 지면 방향을 향하고 있을 때에 상기 공중폭발탄이 폭발되도록 함으로써, 상기 공중폭발탄의 파편 및 폭압이 지상 표적으로 집속되도록 할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 1축 지자기(지구 자기장) 센서만을 이용하여 수직편향각을 산출하고, 산출된 수직편향각을 반영하여 공중폭발탄이 지면을 향하는 시점을 검출하도록 함으로써, 보다 저렴한 비용으로 보다 정확하게 상기 공중폭발탄이 지면을 향하는 순간을 검출할 수 있도록 한다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 1축 지자기 센서만으로 공중폭발탄에서 지면이 향하는 방향을 정확하게 검출할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄이 기폭되는 3가지 방식을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄의 신관에 구비되는 지면 감지 센서의 구조를 보다 자세하게 도시한 블록도이다.
도 4의 (a),(b) 및 (c)는 공중폭발탄에 작용하는 지자기를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 실시 에에 따른 공중폭발탄 신관에서, 지자기 센서에서 측정된 결과를 도시한 예시도 및, 상기 지자기 센서의 측정 결과를 이진화한 결과를 도시한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관이 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7은, 기폭 회전수 정보가 유효하지 않은 경우에 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관이 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 8은, 기폭 회전수 및, 방위각과 복각 정보가 모두 유효한 경우에 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관이 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 9는, 도 8에서 방위각과 복각 정보에 근거하여 산출된 수직 편향각이 반영된 기폭 지연 시간을 산출하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 10은 기폭 회전수 정보가 유효하고, 방위각과 복각 정보가 유효하지 않은 경우에 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관이 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하도록 한다.
우선 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관의 구조를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관(100)은 기폭 제어부(150)와 상기 기폭 제어부(150)에 연결되는 충격 센서(110), 타이머(120) 그리고 지면 감지 센서(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 상기 기폭 제어부(150)는 연결된 충격 센서(110), 타이머(120), 그리고 지면 감지 센서(130)로부터 감지되는 정보에 근거하여 기폭 신호를 출력할 수 있으며, 상기 기폭 신호가 출력되면 공중폭발탄이 폭발하도록 형성될 수 있다.
여기서 충격 센서(110)는 상기 공중폭발탄이 표적 또는 장애물과 충돌하는 충격을 감지하기 위한 센서이다. 그리고 충격 센서(110)가 충격을 감지하면, 상기 기폭 제어부(150)는 기폭 신호를 바로 출력하여 공중폭발탄을 폭발시킬 수 있다.
한편 타이머(120)는 상기 공중폭발탄이 발사된 이후에 경과된 시간을 측정할 수 있다. 그리고 상기 공중폭발탄이 발상된 이후 기 설정된 기폭 시간을 경과하면, 이를 알리기 위한 신호를 상기 기폭 제어부(150)에 전송할 수 있다. 그러면 기폭 제어부(150)는 기폭 신호를 출력하여 공중폭발탄이 폭발하도록 함으로써, 상기 공중폭발탄이 상기 기폭 시간이 경과한 후에 자동으로 폭발하도록 할 수 있다.
그리고 지면 감지 센서(130)는 상기 공중폭발탄이 지면 방향을 향하고 있는지를 검출할 수 있다. 예를 들어 상기 지면 감지 센서(130)는, 각각 서로 다른 축 방향의 지자기를 검출할 수 있는 적어도 하나의 지자기 센서를 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 지자기 센서로부터 검출된 결과에 근거하여 공중폭발탄이 지면 방향을 향하고 있는지 여부를 검출할 수 있다. 여기서 상기 '공중폭발탄이 지면 방향을 향한다'는 의미는, 상기 롤(roll) 방향으로 회전하며 진행하는 공중폭발탄 옆면의 특정 부분이 지면 방향을 향하는 경우일 수 있다.
보다 바람직하게 상기 지면 감지 센서(130)는 지자기 센서를 하나만 포함하여, 상기 지자기 센서로부터 검출되는 특정 1축의 지자기 검출 결과로부터 상기 공중폭발탄이 지면 방향을 향하고 있는지 여부를 검출할 수 있다. 이러한 경우 상기 공중폭발탄 옆면의 특정 부분은, 지자기 센서의 측정축에 대응되는 부분일 수 있으며, 상기 특정 부분이 향하는 방향, 즉 상기 지자기 센서의 측정축에 따른 방향과, 지자기가 작용하는 방향이 일치하는 경우, 상기 공중폭발탄이 지면 방향을 향하는 것으로 이해될 수 있다.
또한 지면 감지 센서(130)는 상기 공중폭발탄이 지면 방향을 향할 때를 카운트함으로써, 상기 공중폭발탄의 회전을 검출할 수 있다. 즉, 상기 지면 감지 센서(130)는 롤 방향 회전하는 상기 공중폭발탄이, 지면 방향을 향할 때마다 회전수를 1씩 증가시키고, 카운트된 회전수를 상기 기폭 제어부(150)에 입력할 수 있다. 그러면 상기 기폭 제어부(150)는 상기 카운트된 회전수와 상기 공중폭발탄에 기 입력된 회전수를 비교하고, 비교 결과에 따라 기폭 신호를 출력하여 상기 공중폭발탄을 폭발시킬 수 있다.
도 2의 (a), (b) 및 (c)는 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 신관(100)을 장착한 공중폭발탄이 기폭되는 3가지 방식을 설명하기 위한 개념도들이다.
먼저 도 2의 (a)는 충격 센서(110)에 의한 충격 기폭의 예를 보이고 있는 것이다. 그리고 도 2의 (b)는 타이머(120)에 의한 시한 기폭의 예를 보이고 있으며, 도 2의 (c)는 지면 감지 센서(130)에 의한 근접 기폭의 예를 보이고 있는 것이다.
먼저 충격 기폭은, 도 2의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이, 공중폭발탄이 표적 또는 장애물에 직접 충돌하여 충격에 의해 기폭하는 것이다. 그리고 시한 기폭은 도 2의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이, 표적의 상공까지 공중폭발탄이 비행하는 시간을 기폭 시간으로 입력하여, 입력된 기폭 시간이 경과하게 되면 자동으로 상기 공중폭발탄이 폭발되도록 하는 것이다.
마지막으로 근접 기폭은, 도 2의 (c)에서 보이고 있는 바와 같이, 표적까지 측정된 거리를 비행하여 표적의 상공에서 공중폭발탄이 기폭되도록 하는 것이다. 이러한 경우 상술한 바와 같이, 지면 감지 센서(130)는 지자기를 측정하여 상기 공중폭발탄의 회전수를 카운트할 수 있다. 그리고 정해진 회전수에 도달하는 경우에 상기 공중폭발탄이 기폭되도록 할 수 있다. 또한 상기 지면 감지 센서(130)는 지자기 센서의 측정축과, 지자기 검출 결과에 근거하여 지면 방향을 정확하게 검출할 수 있다. 그리고 상기 공중폭발탄이 지면 방향을 향하고 있을 때에, 상기 공중폭발탄이 기폭되도록 함으로써, 상기 도 2의 (c)에서 보이고 있는 바와 같이, 탄의 폭발력이 지상 표적에 집속되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄의 신관에 구비되는 지면 감지 센서(130)의 구조를 보다 자세하게 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 지면 감지 센서(130)는 공중폭발탄이 지면 방향을 향하고 있는지 여부를 판단하는 판단부(300)와 상기 판단부(300)에 연결되는 지자기 감지부(310) 및 이진 변환부(320)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 지자기 감지부(310)는 복수의 지자기 센서, 예를 들어 X축, Y축, Z축 각각의 축에 대한 지자기 센서들을 포함할 수 있다. 이러한 경우 각각의 지자기 센서의 측정값으로부터 지자기 벡터들을 구할 수 있고, 구해진 지자기 벡터에 근거하여 수직 편향각을 구할 수 있다. 그리고 수직 편향각에 근거하여 정확한 지면 방향을 검출할 수 있다.
도 4의 (a),(b) 및 (c)는 공중폭발탄에 작용하는 지자기를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 4의 (a), (b) 및 (c)는 지자기 센서 모델을 설명하기 위해 정의한 것으로, 각각 서로 다른 방향에서 공중폭발탄을 정사영한 것이다. 공중폭발탄의 진행 방향을 X축으로 가정하고, 공중폭발탄의 수직 방향과 수평 방향을 각각 Z축과 Y축으로 설정한 경우에, 상기 공중폭발탄의 지자기(
Figure 112017071122724-pat00001
)과, 자북(
Figure 112017071122724-pat00002
), 상기 지자기(
Figure 112017071122724-pat00003
)과 자북() 사이의 복각(
Figure 112017071122724-pat00005
), 상기 자북(
Figure 112017071122724-pat00006
)과 공중폭발탄의 진행 방향(X) 사이의 방위각(
Figure 112017071122724-pat00007
), 지자기를 Y축과 Z축으로 이루어지는 평면(YZ 평면)에 정사영한 지자기 벡터(
Figure 112017071122724-pat00008
), 상기 YZ 평면 상에서, 상기 Z축과 상기 지자기 벡터(
Figure 112017071122724-pat00009
) 사이의 수직 편향각(
Figure 112017071122724-pat00010
), 그리고 상기 YZ 평면 상에서 지자기 센서(312)의 측정축(
Figure 112017071122724-pat00011
) 및, 상기 지자기 센서(312)의 측정축(
Figure 112017071122724-pat00012
)과 지자기 벡터(
Figure 112017071122724-pat00013
) 사이의 측정각(
Figure 112017071122724-pat00014
)을 도시한 것이다. 한편 상기 공중폭발탄의 진행 방향(X축), 수직 방향(Z축)과 수평 방향(Y축)은 각각 상기 공중폭발탄의 무게 중심(400)을 중심으로 나타낼 수 있다.
먼저 상기 지자기(
Figure 112017071122724-pat00015
)는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017071122724-pat00016
그리고 상기 수직 편향각(
Figure 112017071122724-pat00017
)와 상기 지자기(
Figure 112017071122724-pat00018
)의 관계는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017071122724-pat00019
그리고 도 4의 (a)에 의해 복각(
Figure 112017071122724-pat00020
)는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있으며, 이에 따라
Figure 112017071122724-pat00021
는 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017071122724-pat00022
Figure 112017071122724-pat00023
마찬가지로, 도 4의 (b)에 의해 방위각(
Figure 112017071122724-pat00024
)은 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있으며, 이에 따라
Figure 112017071122724-pat00025
는 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017071122724-pat00026
Figure 112017071122724-pat00027
한편 상기 수학식 1에, 상기 수학식 4와 수학식 6을 대입하면, 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있으므로,
Figure 112017071122724-pat00028
하기 수학식 8과 같이 수직 편향각(
Figure 112017071122724-pat00029
)는 복각(
Figure 112017071122724-pat00030
)과 방위각(
Figure 112017071122724-pat00031
)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112017071122724-pat00032
그러므로 만약 3축 지자기 센서를 이용하여 X축, Y축, Z축 각각의 지자기 값을 측정할 수 있다면, 상기 수학식 2를 이용하여 수직 편향각(
Figure 112017071122724-pat00033
)을 직접 구할 수 있다. 또는 상기 수학식 3과 수학식 5를 이용하여 복각과 방위각을 구한 뒤 상기 수학식 8에 따라 수직 편향각(
Figure 112017071122724-pat00034
)을 구할 수도 있다. 그리고 수직 편향각(
Figure 112017071122724-pat00035
)가 구해지면, 상기 공중폭발탄의 수직 방향 Z축에 상기 수직 편향각(
Figure 112017071122724-pat00036
)을 반영하여, 정확한 지면 방향을 검출할 수 있다.
그러나 지자기 센서는 오프셋이 존재하므로 이를 배제하기 위해서는 센서의 초기화(Calibration) 과정이 반드시 필요하다. 그러나 대량생산을 하는 공중폭발탄 신관을 생산하는 과정에서, 상기 공중폭발탄 신관을 일일이 초기화하기에는 어려움이 있으며, 발사 전에 초기화를 수행하고 발사하는 것도 신속한 발사를 필요로 하는 소총의 운용개념에 맞지 않는다는 문제가 있다. 또한 지자기 센서에 존재하는 노이즈에 의해서도 정확한 수직 편향각(
Figure 112017071122724-pat00037
)을 구하는데 어려움이 있다.
한편 이러한 어려움을 해결하기 위해 본 발명은 1축 지자기 센서만을 이용하여 수직 편향각(
Figure 112017071122724-pat00038
)을 구할 수도 있다. 이를 위해 상기 지면 감지 센서(130)는 이진 변환부(320)를 더 포함할 수 있다. 상기 이진 변환부(320)는 상기 1축의 지자기를 검출하는 지자기 센서(312)의 출력을 이진 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어 상기 지자기 센서(312)는 측정축(
Figure 112017071122724-pat00039
)이 지자기 벡터(
Figure 112017071122724-pat00040
)에 일치하는 때에는 최대 지자기 값을 검출하고, 상기 측정축이 상기 지자기 방향과 반대 방향에 위치할 때에는 최소의 지자기 값을 검출할 수 있다.
즉, 상기 도 4의 (c)에서 보이고 있는 바와 같이, 지자기 센서(312)에서 측정되는 지자기는 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017071122724-pat00041
한편 상기 공중폭발탄은 롤 방향으로 회전하면서 진행하는데, 이러한 공중폭발탄의 회전 진행에 의하여 상기 지자기 센서(312)의 측정축이 롤 방향으로 회전하게 된다. 이에 따라 도 5의 (a)에서 보이고 있는 것처럼, 지자기 센서(312) 또는 지자기 감지부(310)의 지자기 검출 결과는, 최대값과 최소값이 일정 주기로 반복되는 정현파(sine wave)의 형태를 가지게 된다.
상기 도 5의 (a)에서 알 수 있듯이 지자기 센서(312)에서 측정되는 값은 공중폭발탄의 회전에 따른 정현파이고, 최대가 되는 지점은 지자기 센서 측정축(
Figure 112017071122724-pat00042
)이 지자기 벡터(
Figure 112017071122724-pat00043
)가 일치하여 측정각(
Figure 112017071122724-pat00044
)이 0이 되는 지점이다. 그렇기 때문에 지자기 최대값이 발생하는 지점을 찾으면 지자기 방향을 알 수 있고, 장입된 복각과 방위각 정보를 이용하여, 상기 수학식 8에 따라 수직 편향각(
Figure 112017071122724-pat00045
)을 찾아 보상해 주면 정확한 지면 방향을 찾을 수 있다.
이를 위해 상기 이진 변환부(320)는 이처럼 정현파의 형태로 출력되는 지자기 센서(312)의 측정 결과, 즉 지자기 감지부(310)의 측정 결과를 이진 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어 상기 이진 변환부(320)는 상기 최대값과 최소값의 중간값을 기준으로, 상기 중간값보다 큰 값이 검출되는 경우는 1로, 상기 중간값보다 작은 값이 검출되는 경우는 0으로 변환할 수 있다. 즉, 상기 이진 변환부(320)는 상기 지자기 감지부(310)의 측정 결과를 1과 0의 이진 신호로 변환할 수 있으며, 변환된 이진 신호는, 도 5의 (b)에서 보이고 있는 것과 같이 구형파(square wave)의 형태를 가질 수 있다.
한편 판단부(300)는 상기 이진 변환부(320)의 변환 결과에 근거하여 상승 트리거 및 하강 트리거를 검출할 수 있다. 그러면 기폭 제어부(150)는 상기 판단부(300)의 검출 결과에 근거하여 공중폭발탄이 지면 방향을 향하고 있는지 여부를 판단할 수 있다.
정현파는 최댓값을 중심으로 좌우가 대칭이므로 구형파의 상승구간(0에서 1로 바뀌는 지점)과 하강구간(1에서 0으로 바뀌는 지점) 사이가 정현파의 최댓값 발생시점과 동일하게 된다. 따라서 상기 판단부(300)는 상기 이진 변환부(320)의 출력 결과, 즉 상기 구형파로부터 검출된 값이 1에서 0으로 바뀌는 시점을 하강 트리거(trigger)(520)로, 검출된 값이 0에서 1로 바뀌는 시점을 상승 트리거(510)로 검출할 수 있다. 그리고 정현파의 한 주기 동안 상승 트리거 또는 하강 트리거는 1번만 존재하므로 상승 트리거 또는 하강 트리거의 개수를 세면 회전수를 계산할 수 있다. 그리고 기폭 제어부(150)는 상기 판단부(300)의 검출 결과, 상승 트리거(510)가 검출되면 상기 공중폭발탄이 지면 방향으로 회전하고 있는 것으로, 하강 트리거(520)가 검출되면 상기 공중폭발탄이 지상 방향으로 회전하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
여기서 상기 상승 트리거(510)가 검출된 지점으로부터 상기 하강 트리거(520)가 검출된 지점 사이의 중간 지점(550)은, 도 5의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이, 지자기 검출 결과에 대응하는 정현파의 최대값이 검출된 지점(500), 즉 지자기 값이 최대인 지점일 수 있다. 즉, 상기 상승 트리거(510)로부터 상기 하강 트리거(520) 사이의 중간 지점(550)에 대응하는 방향이, 지면 방향일 수 있다.
한편 상기 지자기 감지부(310)는 상기 지자기 센서(312)의 출력을 증폭시키기 위한 증폭기(314), 노이즈(noise)를 제거하기 위한 필터(예 : 대역통과필터)(316)를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 상기 증폭기(314) 및 필터(316)를 더 구비하는 경우 보다 정확하게 상기 정현파의 최대값이 검출되는 지점을 찾을 수 있고, 이에 따라 보다 정확하게 지면 방향을 검출 및 공중폭발탄의 회전수를 검출할 수 있다.
한편 도 6은, 이처럼 지자기 센서를 이용하여 지면 방향을 검출 및 공중폭발탄의 회전수를 검출하는 공중폭발탄 신관의 기폭 제어부(150)가, 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관(100)의 기폭 제어부(150)는 공중폭발탄이 발사기, 예를 들어 소총에 장전되는 경우 전원이 공급되어 전원이 공급될 수 있다. 그러면 전원이 온(on) 되어 상기 도 6에서 보이고 있는 과정에 따라 공중폭발탄의 기폭을 제어할 수 있다.
먼저 상기 기폭 제어부(150)는 전원이 온 되는 경우, 발사기로부터 공중폭발탄의 기폭에 관련된 다양한 정보들을 입력받을 수 있다(S600). 보다 자세하게 상기 기폭에 관련된 정보들은 기폭 시간에 관련된 정보(기폭 시간 정보), 기폭 회전수에 관련된 정보(기폭 회전수 정보) 및 방위각 및 복각에 관련된 정보일 수 있다.
여기서 상기 기폭 시간 정보와 상기 기폭 회전수 정보는, 상기 발사기가 표적을 조준한 결과에 따라 결정될 수 있다. 일 예로 상기 발사기가 레이저 조준경 등을 통해 표적을 조준하는 경우, 상기 조준된 표적까지의 거리가 측정될 수 있다. 그리고 측정된 거리에 따라 상기 기폭 회전수 및 기폭 시간이 산출될 수 있으며, 산출된 기폭 회전수 및 기폭 시간 정보는 공중폭발탄에 입력될 수 있다.
반면 상기 발사기는 상기 방위각 및 복각의 정보를 측정할 수 있다. 예를 들어 상기 발사기는 현재 위치를 검출할 수 있으며, 검출된 현재 위치에 대응하는 방위각 및 복각을 상기 공중폭발탄에 입력할 수 있다. 또는 상기 방위각 및 복각은 사용자에 의해 미리 입력된 값을 입력할 수도 있음은 물론이다.
한편 상기 S600 단계에서 기폭에 관련된 다양한 정보들이 입력되면, 기폭 제어부(150)는 공중폭발탄이 발사되었는지 여부를 검출할 수 있다. 그리고 공중폭발탄이 발사된 경우, 상기 기폭 관련 정보들에 근거하여 공중폭발탄이 폭발하도록 상기 공중폭발탄의 기폭 제어를 시작할 수 있다(S602).
먼저 상기 기폭 제어부(150)는 현재 입력된 기폭 회전수 정보가 유효한지 여부를 판단할 수 있다(S604). 예를 들어 상기 기폭 제어부(150)는 기폭 회전수 정보가 입력되지 않았거나, 상기 기폭 회전수가 입력되었다고 할지라도 입력된 정보가 특정 회전수로 인식하기 어려운 경우, 상기 기폭 회전수 정보가 유효하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 그리고 상기 S604 단계의 판단 결과 상기 기폭 회전수 정보가 유효하지 않은 경우라면, 입력된 기폭 시간 및 충격 감지 결과에 따라 상기 공중폭발탄이 기폭되도록 제어할 수 있다(S608). 이하 이처럼 기폭 회전수가 유효하지 않은 경우에 상기 기폭 제어부(150)가 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 동작 과정을 하기 도 7을 통해 보다 자세하게 살펴보기로 한다.
그러나 상기 S604 단계의 판단 결과, 입력된 기폭 회전수가 유효한 경우라면, 기폭 제어부(150)는 현재 입력된 방위각 정보 및 복각 정보가 유효한지 여부를 판단할 수 있다(S606). 예를 들어 상기 기폭 제어부(150)는 상기 S606 단계에서 방위각 정보와 복각 정보 중 적어도 하나가 입력되지 않았거나, 상기 방위각 정보와 복각 정보가 모두 입력되었다고 할지라도, 입력된 정보가 인식하기 어려운 경우, 상기 방위각 정보와 복각 정보가 유효하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
그리고 상기 S606 단계의 판단 결과, 입력된 방위각 정보와 복각 정보가 모두 유효한 경우라면, 기폭 제어부(150)는 이진 변환부(320)의 변환 결과로부터 검출된 지자기 값이 최대인 지점으로부터, 상기 방위각 정보와 복각 정보에 따라 산출되는 수직 편향각을 보상하여 지면 방향을 검출할 수 있다. 그리고 검출된 지면 방향에 근거하여 상기 공중폭발탄의 기폭 시간 및 기폭 회전수를 산출하고, 산출된 결과에 따라 상기 공중폭발탄이 기폭되도록 제어할 수 있다(S610). 이하 이처럼 기폭 회전수 및 방위각 정보와 복각 정보가 모두 유효한 경우에, 상기 기폭 제어부(150)가 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 동작 과정을 하기 도 8을 통해 보다 자세하게 살펴보기로 한다.
그러나 상기 S606 단계의 판단 결과, 입력된 방위각 정보와 복각 정보가 모두 유효하지 않은 경우라면, 기폭 제어부(150)는 상기 수직 편향각의 보상 없이 상기 지자기 값이 최대인 지점에 근거하여 지면 방향을 검출할 수 있다. 그리고 검출된 지면 방향에 근거하여 상기 공중폭발탄의 기폭 시간 및 기폭 회전수를 산출하고, 산출된 결과에 따라 상기 공중폭발탄이 기폭되도록 제어할 수 있다(S612). 이하 이처럼 기폭 회전수 정보는 유효하지만, 방위각 정보와 복각 정보가 유효하지 않은 경우에, 상기 기폭 제어부(150)가 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 동작 과정을 하기 도 10을 통해 보다 자세하게 살펴보기로 한다.
먼저 도 7은, 기폭 회전수 정보가 유효하지 않은 경우에 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관(100)이 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관(100)의 기폭 제어부(150)는, 상기 도 6의 S604 단계에서, 공중폭발탄에 입력된 기폭 회전수 정보가 유효하지 않다고 판단되는 경우, 타이머(120)를 구동하여 상기 공중폭발탄이 발사된 이후의 경과된 시간을 측정할 수 있다(S700).
한편 기폭 제어부(150)는 상기 타이머(120)가 구동되는 상태에서, 공중폭발탄이 표적 또는 장애물에 충돌하였는지 여부를 검출할 수 있다(S702). 예를 들어 기폭 제어부(150)는 충격 센서(110)를 통해 공중폭발탄에 인가되는 충격을 감지할 수 있고, 상기 충격이 감지되면, 공중폭발탄이 표적 또는 장애물에 충돌한 것으로 판단할 수 있다.
상기 S702 단계의 감지 결과, 충격이 감지된 경우라면, 상기 기폭 제어부(150)는 상기 공중폭발탄을 기폭시킬 수 있다(S706). 그러나 상기 S702 단계의 감지 결과, 충격이 감지되지 않은 경우라면, 기폭 제어부(150)는 현재 타이머(120)에서 측정된 시간값을 기 입력된 기폭 시간과 비교할 수 있다(S704). 비교 결과, 상기 공중폭발탄이 발사된 이후에 경과된 시간이 상기 기폭 시간에 도달하는 경우라면, 상기 기폭 제어부(150)는 상기 S706 단계로 진행하여 상기 공중폭발탄을 기폭시킬 수 있다. 그러나 상기 공중폭발탄이 발사된 이후에 경과된 시간이 상기 기폭 시간에 도달하지 않은 경우라면, 다시 S702 단계로 진행하여, 상기 S702 단계와 S704 단계를 반복 수행할 수 있다. 즉, 공중폭발탄에 입력된 기폭 회전수가 유효하지 않은 경우, 기폭 제어부(150)는 입력된 기폭 시간 및 충돌 여부에 근거하여 상기 공중폭발탄을 기폭시킬 수 있다.
한편 도 8은, 기폭 회전수 및, 방위각과 복각 정보가 모두 유효한 경우에 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관(100)이 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관(100)의 기폭 제어부(150)는, 공중폭발탄에 입력된 기폭 회전수가 유효하고, 입력된 방위각 정보와 복각 정보가 모두 유효하다고 판단되는 경우, 지자기 센서(312)를 이용하여 공중폭발탄에 작용하는 지자기를 측정할 수 있다(S800). 이러한 경우 상기 지자기 센서(312)는 1축 지자기 센서일 수 있으며, 상기 S800 단계의 지자기 측정 결과는, 상기 도 5의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이 정현파의 형태가 될 수 있다.
상기 S800 단계에서 지자기가 측정되면, 기폭 제어부(150)는 이진 변환부(320)를 제어하여, 상기 측정된 지자기 결과를 이진화할 수 있다(S802). 그러면 이진화된 지자기 결과는, 상기 도 5의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이 구형파를 가질 수 있다. 그리고 기폭 제어부(150)는, 상기 지면 감지 센서(130)의 판단부(300) 검출 결과에 근거하여 상승 트리거(도 5의 (b)의 참조부호 510 참조) 또는 하강 트리거(도 5의 (b)의 참조부호 520 참조)를 검출할 수 있다.
한편 상기 S802 단계에서 상승 트리거 또는 하강 트리거가 검출되는 경우, 기폭 제어부(150)는 검출된 트리거에 따라 서로 다르게 동작할 수 있다(S804). 예를 들어 상기 S802 단계에서, 현재 검출된 트리거가 하강 트리거인 경우라면, 기폭 제어부(150)는 현재 공중폭발탄이 지면 방향을 향하고 있지 않은 것으로 판단할 수 있다. 그러면 기폭 제어부(150)는 타이머(120)를 정지시킬 수 있다(S816). 여기서 타이머(120)의 정지는, 일시적으로 시간 측정을 멈추는 상태를 의미할 수 있다.
한편 상기 S816 단계에서 타이머(120)가 정지되는 경우, 기폭 제어부(150)는 기폭 지연 시간을 산출할 수 있다(S818). 여기서 상기 기폭 지연 시간이란 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄의 신관(100)에서, 상기 타이머(120)가 측정하는 시간값에 따라 기폭이 지연되는 시간을 의미하는 것일 수 있다.
한편 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관(100)은 현재 입력된 방위각 정보 및 복각 정보가 유효한 경우, 상기 방위각 정보와 복각 정보에 근거하여 수직 편향각을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 수직 편향각에 대응하는 시간을 보상하여 상기 기폭 지연 시간을 산출할 수 있다. 예를 들어 상기 기폭 제어부(150)는 공중폭발탄이 1도 회전하는데 소요되는 시간을 산출하고, 상기 산출된 시간에 근거하여 상기 산출된 수직 편향각에 대응하는 시간을 산출 및, 산출된 시간을 상기 정지된 타이머(120)가 현재까지 측정한 시간에 반영하여, 상기 수직 편향각이 반영된 기폭 지연 시간을 산출할 수 있다. 이하 하기 도 9에서, 상기 S818 단계에서 수직 편향각이 반영된 기폭 지연 시간을 산출하는 과정을 보다 자세히 설명하기로 한다.
그리고 기폭 제어부(150)는 다시 S800 단계로 진행하여, 지자기 측정 및, 측정된 지자기로부터 트리거를 검출하는 S802 단계 및 S804 단계를 다시 수행할 수 있다. 이처럼 상기 S818 단계를 진행한 이후에 상기 S802 단계가 진행되는 경우, 상기 하강 트리거와 상승 트리거는 교차 반복되므로, 상기 S818 단계를 진행한 이후에 진행되는 S802 단계에서는 상승 트리거가 검출될 수 있다.
한편 상기 S802 단계에서, 검출된 트리거가 상승 트리거인 경우라면, 기폭 제어부(150)는 현재 공중폭발탄이 지면 방향을 향하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 그러면 기폭 제어부(150)는 타이머(120)가 진행되도록 할 수 있다(S806). 여기서 상기 타이머(120)의 진행은, 타이머(120)가 시간 측정을 재개하는 상태를 의미할 수 있다. 즉, 상기 타이머(120)가 정지된 상태인 경우라면, 상기 정지된 타이머(120)를 구동시켜 시간 측정을 계속하도록 상기 타이머(120)를 제어하는 것을 의미할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 공중폭발탄은 롤 방향, 즉 도 4의 X축 방향으로 회전하면서 진행하므로, 상기 지자기 센서(312)의 검출 결과는 정현파의 형태를 가진다. 그리고 상기 정현파는 1 주기에 하나의 상승 트리거와 하나의 하강 트리거를 가지므로, 상기 공중폭발탄의 회전에 따라 상승 트리거가 검출된 이후 하강 트리거가 검출되는 순서가 반복되게 된다. 따라서 기폭 제어부(150)는 상기 상승 트리거가 검출되는 경우 공중폭발탄의 회전수 카운터를 1 증가시킬 수 있다(S808). 그리고 상기 기폭 제어부(150)는 상기 S808 단계에서 회전수 카운터가 증가되는 경우, 현재까지 측정된 회전수와 기 입력된 기폭 회전수를 비교하여, 공중폭발탄이 상기 기폭 회전수 만큼 회전하였는지 여부를 판단할 수 있다(S810).
한편 상기 S810 단계의 판단 결과, 측정된 회전수가 기 입력된 기폭 회전수에 도달하지 않은 경우라면, 기폭 제어부(150)는 다시 S800 단계로 진행하여, 지자기 측정 및, 측정된 지자기로부터 트리거를 검출하는 S802 단계 및 S804 단계를 다시 수행할 수 있다.
반면 상기 S810 단계의 판단 결과, 측정된 회전수가 기 입력된 기폭 회전수에 도달한 경우라면, 기폭 제어부(150)는 현재까지 산출된 기폭 지연 시간이, 발사기로부터 입력된 기폭 시간의 절반에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다(S812). 여기서 상기 현재까지 산출된 기폭 지연 시간은, 현재 검출된 상승 트리거 이전에 검출된 하강 트리거에 의해, 상기 S818 단계에서 수행된 기폭 지연 시간일 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 지자기 센서(312)의 검출 결과는 상승 트리거와 반복 트리거가 교차 반복되므로, 상기 S806 단계 및 S816 단계가 서로 교차하면서 반복 수행될 수 있다. 따라서 타이머(120)는 하나의 트리거(예 : 하강 트리거)가 검출되면 다음 트리거(예 : 상승 트리거)가 검출될 때까지 시간 측정을 멈추었다가, 상기 다음 트리거(예 : 상승 트리거)가 검출되면 그 다음의 트리거(예 : 하강 트리거)가 검출될 때까지 시간을 측정하는 과정을 반복할 수 있다. 그러므로 본 발명의 실시 예에 따른 타이머(120)에서 측정되는 시간, 즉 기폭 지연 시간은 실제 공중폭발탄이 발사한 이후에 경과된 시간의 절반으로 줄어들 수 있다. 이는 상술한 바와 같이, 상기 S804 단계에서 하강 트리거가 검출되는 경우에 타이머(120)가 정지되기 때문이다.
한편 상기 S812 단계의 판단 결과 현재까지 산출된 기폭 지연 시간이, 발사기로부터 입력된 기폭 시간의 절반에 도달하지 않은 경우라면, 기폭 제어부(150)는 다시 S800 단계로 진행하여, 지자기 측정 및, 측정된 지자기로부터 트리거를 검출하는 S802 단계 및 S804 단계를 다시 수행할 수 있다. 그러나 현재까지 산출된 기폭 지연 시간이, 발사기로부터 입력된 기폭 시간의 절반에 도달한 경우라면, 기폭 제어부(150)는 공중폭발탄을 기폭 시킬 수 있다(S814).
한편 상기 S810 단계 또는 S812 단계에서 상기 S802 단계로 진행하는 경우, 상기 하강 트리거와 상승 트리거는 교차 반복되므로, 상기 S810 단계 또는 S812 단계에 의해 진행된 S802 단계에서는 하강 트리거가 검출될 수 있다. 그리고 검출된 트리거가 하강 트리거인 경우 기폭 제어부(150)는 S816 단계로 진행하여 타이머(120)를 정지시키고, S818 단계에서 수직 편향각이 반연된 기폭 지연 시간을 산출할 수 있다.
한편 상기 도 8의 설명에서는 충격 센서(110)에 의한 기폭을 설명하지는 않았으나, 상기 기폭 제어부(150)는 충격 센서(110)로부터 충격이 감지되는 경우 언제라도 공중폭발탄을 기폭시킬 수 있음은 물론이다. 즉, 상기 도 8의 어떤 단계이든지 상관없이, 공중폭발탄이 표적 또는 장애물에 충돌하는 경우 기폭 제어부(150)는 공중폭발탄을 폭발시킬 수 있다.
한편 상술한 설명에서는 기폭 시간 정보가 오류가 있는 경우에 대해서는 언급하지 않았으나, 상기 기폭 시간 정보에 오류가 있는 경우, 상기 기폭 제어부(150)는 상기 S810 단계의 판단 결과에 따라, 카운팅된 회전수가 기폭 회전수에 도달하는 때에 상기 공중폭발탄을 기폭시킬 수 있음은 물론이다.
한편 상기 도 8의 S816 단계에서 타이머(120)가 정지되는 경우, 기폭 제어부(150)는 기폭 지연 시간을 산출할 수 있다. 여기서 상기 기폭 제어부(150)는 유효한 방위각과 복각 정보가 입력된 경우, 상기 방위각과 복각에 근거하여 수직 편향각을 산출할 수 있다. 도 9는, 이처럼 유효한 방위각과 복각 정보에 근거하여 수직 편향각을 산출하고, 산출된 수직 편향각이 반영된 기폭 지연 시간을 산출하는 과정을 보다 자세하게 도시한 흐름도이다.
먼저 기폭 제어부(150)는 유효한 방위각과 복각 정보가 있는 경우, 이를 이용하여 수직 편향각을 산출할 수 있다(S900). 예를 들어 상기 S900 단계는 기 입력된 방위각과 복각 정보를 상기 수학식 8에 입력하여, 수직 편향각을 산출하는 단계일 수 있다. 여기서 상기 수직 편향각은 양(+)의 부호 또는 음(-)의 부호를 가질 수 있다. 그리고 상기 수직 편향각은 공중폭발탄이 회전하는 방향에 따라 그 부호가 양인지 음인지 결정될 수 있다. 예를 들어 도 4의 (c)의 경우, 공중폭발탄이 시계 방향으로 회전하는 경우라면, 상기 지자기 센서(312)의 측정축(
Figure 112017071122724-pat00046
)과 지자기 벡터(
Figure 112017071122724-pat00047
) 사이의 측정각(
Figure 112017071122724-pat00048
)는 지자기 벡터(
Figure 112017071122724-pat00049
)로부터 공중폭발탄이 회전하는 반대 방향에 위치하므로 음의 부호를 가질 수 있다. 반대로 공중폭발탄이 시계 반대 방향으로 회전하는 경우라면, 상기 측정각(
Figure 112017071122724-pat00050
)는 지자기 벡터(
Figure 112017071122724-pat00051
)로부터 공중폭발탄이 회전하는 방향에 위치하므로 양의 부호를 가질 수 있다.
한편 수직 편향각이 산출되면, 기폭 제어부(150)는 공중폭발탄이 180도 회전하는데 소요되는 시간을 측정할 수 있다(S902). 예를 들어 기폭 제어부(150)는 상승 트리거가 발생한 이후부터 하강 트리거가 발생할 때까지 상기 타이머(120)에서 측정된 시간을 상기 공중폭발탄이 180도 회전하는데 소요되는 시간으로 간주할 수 있다.
상기 공중폭발탄이 180도 회전하는데 소요되는 시간이 측정되면, 기폭 제어부(150)는 측정된 시간으로부터 공중폭발탄이 1도 회전하는데 소요된 시간을 산출할 수 있다(S904). 예를 들어 기폭 제어부(150)는 상기 S902 단계에서 산출된 시간을 180으로 나누어, 1도당 회전에 소요된 시간을 산출할 수 있다.
그리고 기폭 제어부(150)는 산출된 1도당 회전 소요 시간에 근거하여, 수직 편향각에 대응하는 회전 시간을 산출할 수 있다(S906). 여기서 산출된 회전 시간은 상기 수직 편향각이 가지고 있는 부호에 따라 양(+)의 값 또는 음(-)의 값을 가질 수 있다.
한편 상기 S906 단계에서 수직 편향각에 대응하는 회전 시간이 산출되면, 산출된 회전 시간과 현재까지 타이머(120)에서 측정된 시간을 합산하여, 상기 수직 편향각이 보상된 기폭 지연 시간을 산출할 수 있다(S908).
한편 도 10은 기폭 회전수 정보가 유효하고, 방위각과 복각 정보가 유효하지 않은 경우에 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관이 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 상기 도 10의 경우, 방위각 정보 및 복각 정보가 유효하지 않으므로, 수직 편향각을 보상하는 S818 단계만 다를 뿐, 상기 도 8의 각 단계들과 유사하게 진행될 수 있다.
도 10을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 공중폭발탄 신관(100)의 기폭 제어부(150)는, 공중폭발탄에 입력된 기폭 회전수가 유효하고, 입력된 방위각 정보와 복각 정보 중 적어도 하나가 유효하지 않다고 판단되는 경우, 지자기 센서(312)를 이용하여 공중폭발탄에 작용하는 지자기를 측정할 수 있다(S1000). 그리고 상기 S1000 단계에서 지자기가 측정되면, 기폭 제어부(150)는 이진 변환부(320)를 제어하여, 상기 측정된 지자기 결과를 이진화할 수 있다(S1002).
그리고 기폭 제어부(150)는 상기 이진화된 결과로부터 트리거를 검출할 수 있다(S1004). 상기 S1004 단계에서 검출된 트리거가 하강 트리거인 경우라면, 기폭 제어부(150)는 현재 공중폭발탄이 지면 방향을 향하고 있지 않은 것으로 판단할 수 있다. 그러면 기폭 제어부(150)는 타이머(120)를 정지시킬 수 있다(S1016). 여기서 타이머(120)의 정지는, 일시적으로 시간 측정을 멈추는 상태를 의미할 수 있다.
그리고 기폭 제어부(150)는 다시 S1000 단계로 진행하여, 지자기 측정 및, 측정된 지자기로부터 트리거를 검출하는 S1002 단계 및 S1004 단계를 다시 수행할 수 있다. 이처럼 상기 S1016 단계를 진행한 이후에 상기 S1002 단계가 진행되는 경우, 상기 하강 트리거와 상승 트리거는 교차 반복되므로, 상기 S1016 단계를 진행한 이후에 진행되는 S1002 단계에서는 상승 트리거가 검출될 수 있다.
한편 상기 S1002 단계에서, 검출된 트리거가 상승 트리거인 경우라면, 기폭 제어부(150)는 타이머(120)가 진행되도록 할 수 있다(S1006). 여기서 상기 타이머(120)의 진행은, 타이머(120)가 시간 측정을 재개하는 상태를 의미할 수 있다. 즉, 상기 타이머(120)가 정지된 상태인 경우라면, 상기 정지된 타이머(120)를 구동시켜 시간 측정을 계속하도록 상기 타이머(120)를 제어하는 것을 의미할 수 있다.
그리고 기폭 제어부(150)는 상기 상승 트리거가 검출되는 경우 공중폭발탄의 회전수 카운터를 1 증가시킬 수 있다(S1008). 그리고 상기 기폭 제어부(150)는 상기 S1008 단계에서 측정된 회전수와 기 입력된 기폭 회전수를 비교하여, 공중폭발탄이 상기 기폭 회전수 만큼 회전하였는지 여부를 판단할 수 있다(S1010).
한편 상기 S1010 단계의 판단 결과, 측정된 회전수가 기 입력된 기폭 회전수에 도달하지 않은 경우라면, 기폭 제어부(150)는 다시 S1000 단계로 진행하여, 지자기 측정 및, 측정된 지자기로부터 트리거를 검출하는 S1002 단계 및 S1004 단계를 다시 수행할 수 있다.
반면 상기 S1010 단계의 판단 결과, 측정된 회전수가 기 입력된 기폭 회전수에 도달한 경우라면, 기폭 제어부(150)는 현재까지 측정된 기폭 지연 시간이, 발사기로부터 입력된 기폭 시간의 절반에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다(S1012). 여기서 상기 기폭 지연 시간은, 현재까지 타이머(120)에서 측정된 시간일 수 있다.
한편 상기 S1012 단계의 판단 결과 현재까지 측정된 기폭 지연 시간이, 발사기로부터 입력된 기폭 시간의 절반에 도달하지 않은 경우라면, 기폭 제어부(150)는 다시 S1000 단계로 진행하여, 지자기 측정 및, 측정된 지자기로부터 트리거를 검출하는 S1002 단계 및 S1004 단계를 다시 수행할 수 있다. 그러나 현재까지 산출된 기폭 지연 시간이, 발사기로부터 입력된 기폭 시간의 절반에 도달한 경우라면, 기폭 제어부(150)는 공중폭발탄을 기폭 시킬 수 있다(S1014).
한편 상기 도 10의 설명에서는 충격 센서(110)에 의한 기폭을 설명하지는 않았으나, 상기 기폭 제어부(150)는 충격 센서(110)로부터 충격이 감지되는 경우 언제라도 공중폭발탄을 기폭시킬 수 있음은 물론이다. 즉, 상기 도 10의 어떤 단계이든지 상관없이, 공중폭발탄이 표적 또는 장애물에 충돌하는 경우 기폭 제어부(150)는 공중폭발탄을 폭발시킬 수 있다.
한편 상술한 설명에서는 기폭 시간 정보가 오류가 있는 경우에 대해서는 언급하지 않았으나, 상기 기폭 시간 정보에 오류가 있는 경우, 상기 기폭 제어부(150)는 상기 S1010 단계의 판단 결과에 따라, 카운팅된 회전수가 기폭 회전수에 도달하는 때에 상기 공중폭발탄을 기폭시킬 수 있음은 물론이다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 공중폭발탄 신관 110 : 충격 센서
120 : 타이머 130 : 지면 감지 센서
150: 기폭 제어부

Claims (10)

  1. 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 신관에 있어서,
    타이머;
    1축 지자기 센서를 포함하며, 상기 1축 지자기 센서로부터 측정된 지자기 검출 결과를 이진화한 결과로부터 상승 트리거(trigger) 및 하강 트리거를 검출하는 지면 감지 센서; 및,
    상기 공중폭발탄이 발사되면, 상기 지면 감지 센서로부터 검출된 트리거가 상승 트리거인 경우에 한하여 상기 타이머가 구동되도록 제어 및, 상기 트리거가 상승 트리거인 경우에 상기 공중폭발탄의 회전수를 증가시키며,
    상기 타이머에서 측정된 측정 시간이 상기 공중폭발탄에 기 입력된 기폭 시간의 절반에 도달하는 경우 및, 상기 증가된 회전수가 상기 공중폭발탄에 기 입력된 기폭 회전수에 도달하는 경우에, 상기 공중폭발탄을 기폭시키는 기폭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공중폭발탄 신관.
  2. 제1항에 있어서,
    충격을 감지하는 충격 센서를 더 포함하고,
    상기 기폭 제어부는,
    상기 충격 센서에 충격이 감지되는 경우, 상기 공중폭발탄을 기폭시키는 것을 특징으로 하는 공중폭발탄 신관.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지면 감지 센서는,
    상기 공중 폭발탄에 작용하는 지자기를 검출하는 1축 지자기 센서;
    상기 지자기 검출 결과를 0 및 1의 값으로 이진화하여 출력하는 이진 변환부; 및,
    상기 이진 변환부의 출력 결과, 상기 이진화된 값이 0에서 1로 변화되는 경우 상기 상승 트리거가 검출된 것으로 판단하고, 상기 이진화된 값이 1에서 0으로 변화되는 경우 상기 하강 트리거가 검출된 것으로 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공중폭발탄 신관.
  4. 제3항에 있어서, 상기 1축 지자기 센서는,
    상기 지자기 검출 결과를 증폭시키는 증폭부; 및,
    상기 증폭된 검출 결과로부터 잡음(noise)을 제거하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공중폭발탄 신관.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기폭 제어부는,
    상기 공중폭발탄의 발사 전에 방위각 정보와 복각 정보가 더 입력되면, 상기 방위각 정보와 복각 정보에 근거하여 수직 편향각을 산출하고,
    상기 수직 편향각에 대응하는 보상 시간을 산출 및, 산출된 보상 시간을 상기 타이머에서 측정된 측정 시간에 보상하여 상기 수직 편향각이 반영된 기폭 지연 시간을 산출하고, 산출된 기폭 지연 시간이 상기 기폭 시간의 절반에 도달하는 경우 및, 상기 증가된 회전수가 상기 기폭 회전수에 도달하는 경우에 상기 공중폭발탄을 기폭시키는 것을 특징으로 하는 공중폭발탄 신관.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기폭 시간 정보, 상기 기폭 회전수 정보, 및 상기 방위각 정보와 복각 정보는, 상기 공중폭발탄의 발사 전에, 상기 공중폭발탄을 발사하는 발사기로부터 입력받으며,
    상기 기폭 회전수 및 기폭 시간 정보는,
    상기 발사기가, 표적까지의 거리를 측정한 결과에 따라 결정되며,
    상기 방위각 정보와 복각 정보는,
    상기 발사기가, 상기 발사기의 위치를 검출한 결과에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 공중폭발탄 신관.
  7. 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 공중폭발탄을 발사하는 발사기로부터 기폭 시간 정보와 기폭 회전수 정보 및, 방위각 정보와 복각 정보를 적어도 하나 입력받는 제1 단계;
    상기 공중폭발탄의 발사를 감지하는 제2 단계;
    상기 공중폭발탄에 작용하는 1축 방향의 지자기를 검출하는 제3 단계;
    상기 지자기 검출 결과를 이진화하고, 이진화된 검출 결과로부터 상승 트리거(triger) 또는 하강 트리거를 검출하는 제4 단계;
    상기 검출된 트리거가 상승 트리거인 경우에 한하여 타이머를 구동시키는 제5 단계;
    상기 검출된 트리거가 상승 트리거인 경우 상기 공중폭발탄의 회전수를 증가시키는 제6 단계;
    상기 증가된 회전수가 상기 기폭 회전수에 도달하였는지 및, 상기 타이머에서 측정된 시간이 상기 기폭 시간의 절반에 도달하였는지 여부를 판단하는 제7 단계; 및,
    상기 제7 단계의 판단 결과에 따라 상기 공중폭발탄을 기폭시키거나, 또는 상기 제3 단계 내지 상기 제6 단계를 반복 수행하는 제8 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제4 단계는,
    상기 검출된 트리거가 하강 트리거인 경우 상기 타이머를 정지시키는 제4-1 단계;
    상기 입력된 방위각 및 복각 정보가 유효한 경우 상기 방위각 및 복각에 근거하여 수직 편향각을 산출하는 제4-2 단계;
    상기 산출된 수직 편향각에 대응하는 보상 시간을 산출하는 제4-3 단계; 및,
    상기 산출된 보상 시간을 상기 타이머에서 측정된 측정 시간에 보상하여 기폭 지연 시간을 산출하는 제4-4 단계를 더 포함하며,
    상기 제7 단계는,
    상기 증가된 회전수가 상기 기폭 회전수에 도달하였는지 및, 상기 산출된 기폭 지연 시간이, 상기 기폭 시간의 절반에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계임을 특징으로 하는 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제2 단계는,
    상기 입력된 기폭 회전수가 유효한지 여부를 판단하는 제2-1 단계;
    상기 제2-1 단계의 판단 결과, 상기 기폭 회전수가 유효하지 않은 경우 상기 기폭 시간 및 상기 공중폭발탄에 가해지는 충격 중 적어도 하나에 따라 상기 공중폭발탄을 기폭시키는 제2-2 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제2 단계 내지 제8 단계 중 어느 하나의 단계는,
    상기 공중폭발탄에 가해지는 충격을 감지하는 제9-1 단계; 및,
    상기 충격 감지 결과에 따라 상기 공중폭발탄을 기폭시키는 제9-2 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공중폭발탄의 기폭을 제어하는 방법.
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