KR101862717B1 - 레이더 전시기의 좌표 변환 장치 및 방법 - Google Patents

레이더 전시기의 좌표 변환 장치 및 방법 Download PDF

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KR101862717B1 KR1020180024194A KR20180024194A KR101862717B1 KR 101862717 B1 KR101862717 B1 KR 101862717B1 KR 1020180024194 A KR1020180024194 A KR 1020180024194A KR 20180024194 A KR20180024194 A KR 20180024194A KR 101862717 B1 KR101862717 B1 KR 101862717B1
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 좌표 변환 장치는 기 설정된 기준에 따른 제1 좌표정보를 포함하는 전자지도를 입력받는 입력부, 상기 입력된 전자지도의 제1 좌표정보를 이용하여 3차원 공간에 따른 거리값으로 표현되는 제2 좌표정보로 나타내는 좌표지도를 생성하는 좌표계 변환부 및 상기 좌표지도의 기준점을 변경시킴으로써 상기 제2 좌표정보를 제3 좌표정보로 변환하고, 상기 제3 좌표정보 및 상기 제3 좌표정보 각각에 대한 방위각을 고려하여 상기 좌표지도의 배열을 변환하는 레이더 중심 위치정보 변환부를 포함할 수 있다.

Description

레이더 전시기의 좌표 변환 장치 및 방법 {Apparatus and method for coordinate conversion of radar displayer}
본 발명의 장거리 레이더를 기반으로 하는 좌표 변환 장치 및 방법에 관한 것이고, 특히 본 발명은 장거리에 위치하는 타겟에 대한 좌표지도의 배열 변환 장치 및 방법에 관한 것이다.
레이더의 PPI 전시기는 탐지자료를 거리 및 방위로 전시한다. 또한, PPI 전시기에 지도를 같이 전시하여 시인성을 증가시킨다. 이때, 지도에 일반적인 도법을 사용하는 평면지도를 적용하면 지도의 위치와 표적 전시 위치 간에 오프셋이 발생하게 된다.
또한, 장거리를 탐지하는 경우 지구 곡면을 평면으로 펼친 TM(Transverse Matrix) 좌표계 등을 사용하면 그 왜곡이 더욱 커지게 되는 문제가 있다.
종래에 이용되어 왔던 레이더 PPI 전시기에 전시되는 평면지도로 많이 사용하는 UTM(Universe Transverse Matrix) 방법에 따른 평면지도로서, 지구곡면을 펼쳤을 때 지사각형이 되도록 하여 거리를 상대적으로 쉽게 구하도록 하는 장점이 있으나, 레이더에서 이용하기에는 원점으로부터 멀리 떨어진 장거리 영역에서는 위치 오차가 크고 평면으로 변환하는 과정에서 진북(True North)와 지도 상의 북쪽(도북)이 차이가 발생하는 단점이 있다.
한국 등록 특허 제10-0493727호 (등록)
상기 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 장거리에 위치하는 타겟을 보다 정확하게 탐지하기 위해서 장거리 레이더 장치 또는 장거리 레이더 비행체에 표시되는 지도에 있어서, 상기 지도의 왜곡을 최소화할 수 있도록 하는 장거리 레이더를 기반으로 하는 좌표 변환 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 좌표 변환 장치는, 제1 좌표계에 따라 레이더 비디오 신호에 포함되는 객체에 대한 특징점들의 위치를 결정하는 제1 위치 정보를 입력받는 입력부, 상기 제1 위치 정보를 상기 제1 좌표계와는 다른 제2 좌표계 상의 제2 위치 정보로 변환하는 좌표계 변환부 및 상기 레이더 비디오 신호를 획득한 레이더를 중심으로 상기 특징점들의 위치를 정의하기 위하여 상기 제2 위치 정보를 변환하여 레이더 중심 위치 정보를 생성하는 레이더 중심 위치정보 변환부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 좌표계는 위도, 경도 및 고도에 따라 위치를 결정하는 위경도(LLH, Latitude-Longitude-Height) 좌표계이고, 상기 제2 좌표계는 직교(rectangular) 좌표계일 수 있다.
또한, 상기 레이더 중심 위치정보 변환부는, 상기 제2 좌표계의 중심좌표를 상기 레이더가 위치하는 지점으로 평행 이동시키고, 기 저장된 행렬을 이용하여 상기 중심좌표가 평행 이동된 상기 제2 좌표계를 회전 변환함으로써 상기 레이더 중심 위치 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 레이더 중심 위치 정보를 고각 정보를 제외한 거리 및 방위에 대한 정보를 고려하여 평면 상의 좌표에 매핑시키는 매핑부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 매핑부에 의해 평면 상의 좌표에 매핑된 상기 레이더 중심 위치 정보를 상기 제1 좌표계의 오차를 보정하는 오차 보정 지도로서 화면에 전시하는 지도 전시부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 좌표계 변환부는 상기 제1 위치정보를 위도정보, 경도정보, 지구의 장반경 및 지구의 이심율을 고려하여 상기 제2 위치정보로 변환할 수 있다.
또한, 상기 레이더 중심 위치정보 변환부는 상기 레이더 중심 위치 정보, 상기 좌표계 변환부에 의해 변환된 제2 좌표계의 중심 좌표, 상기 레이더가 위치하는 지점을 상기 제2 좌표계로 나타낸 제2 위치 정보, 상기 중심좌표가 상기 레이더가 위치하는 지점으로 평행 이동된 제2 위치정보로부터 상기 레이더 중심 위치 정보를 생성하기 위해 사용되는 상기 행렬을 이용하여, 상기 레이더 중심 위치정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 매핑부는 아래 수학식을 통해 상기 레이더 중심 위치 정보를 상기 평면 상의 좌표에 매핑시키는 매핑시킬 수 있다. 수학식
Figure 112018020567283-pat00001
상기 x''', y'''는 상기 평면 상의 좌표이고, 상기, x'', y'', z''는 레이더 중심 위치 정보에 따른 좌표이며, φ는 방위각으로서, 상기 방위각은
Figure 112018020567283-pat00002
로 산출될 수 있다.
또한, 상기 오차 보정 지도에 표시된 객체들 중 제1 객체에 대한 위치정보와 실제 측정한 상기 제1 객체의 실제위치정보를 비교하여 정확도를 판단하고, 비교 결과 상기 오차 보정 지도에 표시된 위치정보와 실제 측정한 위치정보에 대해 오차값이 발생한다면, 상기 오차값이 기 설정된 기준오차범위 내에 해당되는지 여부를 판단하고, 상기 오차값이 상기 기준오차범위 이상의 값을 가지면 상기 오차값을 저장하는 오차값 저장부를 더 포함하고, 상기 레이더 중심 위치정보 변환부는 상기 저장된 오차값을 고려하여 상기 레이더 중심 위치정보를 보정할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 장거리 레이더를 기반으로 하는 좌표 변환 장치는, 장거리용 레이더 비디오 신호를 외부로 송수신하는 레이더, 제1 좌표계에 따라 상기 레이더로부터 레이더 비디오 신호를 전달 받음으로써, 상기 레이더 비디오 신호에 포함되는 객체에 대한 특징점들의 위치를 결정하는 제1 위치 정보를 입력받는 입력부, 상기 제1 위치 정보를 상기 제1 좌표계와는 다른 제2 좌표계 상의 제2 위치 정보로 변환하는 좌표계 변환부 및 상기 레이더 비디오 신호를 획득한 레이더를 중심으로 상기 특징점들의 위치를 정의하기 위하여 상기 제2 위치 정보를 변환하여 레이더 중심 위치 정보를 생성하는 레이더 중심 위치정보 변환부;를 포함하되, 상기 레이더 중심 위치정보 변환부는 상기 제2 좌표계의 중심좌표를 상기 레이더가 위치하는 지점으로 평행 이동시키고, 기 저장된 행렬을 이용하여 상기 중심좌표가 평행 이동된 상기 제2 좌표계를 회전 변환함으로써 상기 레이더 중심 위치 정보를 생성할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 좌표 변환 방법은 제1 좌표계에 따라 레이더 비디오 신호에 포함되는 객체에 대한 특징점들의 위치를 결정하는 제1 위치 정보를 입력받는 단계, 상기 제1 위치 정보를 상기 제1 좌표계와는 다른 제2 좌표계 상의 제2 위치 정보로 변환하는 단계 및 상기 레이더 비디오 신호를 획득한 레이더를 중심으로 상기 특징점들의 위치를 정의하기 위하여 상기 제2 위치 정보를 변환하여 레이더 중심 위치 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 좌표계는 위도, 경도 및 고도에 따라 위치를 결정하는 위경도(LLH, Latitude-Longitude-Height) 좌표계이고, 상기 제2 좌표계는 직교(rectangular) 좌표계이며, 상기 레이더 중심 위치정보 변환 단계는, 상기 제2 좌표계의 중심좌표를 상기 레이더가 위치하는 지점으로 평행 이동시키고, 기 저장된 행렬을 이용하여 상기 중심좌표가 평행 이동된 상기 제2 좌표계를 회전 변환함으로써 상기 레이더 중심 위치 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 레이더 중심 위치 정보를 고각 정보를 제외한 거리 및 방위에 대한 정보를 고려하여 평면 상의 좌표에 매핑시키는 단계, 상기 평면 상의 좌표에 매핑된 상기 레이더 중심 위치 정보를 상기 제1 좌표계의 오차를 보정하는 오차 보정 지도로서 화면에 전시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 좌표계 변환 단계는 상기 제1 위치정보를 위도정보, 경도정보, 지구의 장반경 및 지구의 이심율을 고려하여 상기 제2 위치정보로 변환할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 좌표 변환 방법이 컴퓨터에서 수행하기 위한 컴퓨터에서 판독 가능한 프로그램이 기록된 저장 매체를 제공한다.
본 발명의 장거리 레이더를 기반으로 하는 좌표 변환 장치 및 방법은 장거리에 위치하는 타겟을 보다 정확하게 탐지하기 위해서 레이더 장치 또는 레이더 비행체에 표시되는 지도의 왜곡을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 변환 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 중심 위치정보 변환부가 좌표지도의 배열을 변환하는 방법을 설명하기 위해 참고하여 설명할 수 있도록 도시한 참고도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 중심 위치정보 변환부가 좌표지도의 배열을 변환하는 방법을 설명하기 위해 참고하여 설명할 수 있도록 도시한 참고도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 중심 위치정보 변환부가 좌표지도의 배열을 변환하는 방법을 설명하기 위해 참고하여 설명할 수 있도록 도시한 참고도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 변환 장치에 전시되는 지도과 기존에 이용되어 왔던 UTM(Universe Transverse Matrix) 방법에 따른 지도를 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 변환 방법을 시간의 흐름에 따라 도시한 흐름도이다.
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 관계 없는 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 결합으로구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 발명은 장거리용 레이더 분석 및 예측 기술에 관한 것으로, 예컨대, 200 내지 400km 이상의 장거리, 특히 약 300km 이상의 거리에 위치하는 타겟을 탐지하기 위한 레이더 분석 및 예측 기술이다. 즉, 장거리에 위치하는 타겟을 보다 정확하게 탐지하기 위해서 레이더 장치 또는 레이더 비행체에 표시되는 지도에 있어서, 상기 지도의 왜곡을 최소화할 수 있도록 지도상의 좌표를 변환하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 장거리 레이더를 기반으로 하는 좌표 변환 장치 및 방법의 구성을 관련된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 변환 장치는 레이더 장치 또는 비행체 내부에 탑재되어 레이더 장치 또는 비행체에서 송수신하는 레이더 비디오 신호로부터 수집되는 타겟과 관련된 좌표지도에 따른 위치정보를 변환할 수 있고, 또 다른 예로 상기 레이더 장치 또는 비행체와 분리되어 지상에 마련되어 상기 레이더 장치 또는 비행체가 송수신하는 레이더 비디오 신호를 전달 받아 상기 타겟과 관련된 좌표지도의 위치정보를 변환할 수 있다. 즉, 본 발명의 좌표 변환 장치는 비행체 내부에 마련되도록 구현될 수도 있지만, 별도로 마련되어 타겟과 관련된 위치정보를 입력 받도록 구현될 수도 있다. 이하에서는, 본 발명의 좌표 변환 장치가 레이더 장치 내부에 마련되어 좌표를 변환하는 것으로 가정하여 설명하도록 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 변환 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 좌표 변환 장치는 입력부(100), 좌표계 변환부(200) 및 레이더 중심 위치정보 변환부(300)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 입력부(100)는 제1 좌표계에 따라 레이더 비디오 신호에 포함되는 객체에 대한 특징점들의 위치를 결정하는 제1 위치 정보를 입력 받을 수 있다. 예컨대, 레이더 장치는 일정한 주기로 레이더 비디오 신호를 외부로 송신하고, 그에 따라 외부에 존재하는 객체들에 반사되는 레이더 비디오 신호들을 수신한다. 여기서, 외부의 객체란 타겟을 포함한 지형 및 구름 등을 모두 포함하는 것일 수 있으며, 외부의 객체에 의해 반사되는 반사신호는 타겟 반사 신호 및 타 레이더 잡음에 의한 클러터 신호를 포함할 수 있다. 또한, 상기 특징점은 좌표를 의미하고, 상기 제1 위치 정보는 위도, 경도, 고도에 따른 정보를 의미한다.
상기 레이더 장치가 송수신한 레이더 비디오 신호를 본 발명의 좌표 변환 장치로 전달하여, 본 발명의 좌표 변환 장치는 상기 레이더 장치로부터 레이더 비디오 신호를 입력 받는다. 보다 상세하게는, 본 발명의 좌표 변환 장치는 상기 레이더 비디오 신호에 의한 위도정보, 경도정보 및 고도정보에 따른 위경도 제1 좌표계의 제1 위치정보를 입력 받을 수 있다. 여기서, 상기 제1 좌표계는 위도 및 경도에 따른 제1 위치정보를 포함하는 위경도(Latitude-Longitude-Height) 좌표계로 표현될 수 있다.
본 발명의 좌표 변환 장치는 상기 입력된 제1 위치정보에 따른 제1 좌표계를 레이더 장치의 레이더 중심 좌표에 따른 좌표계로 변환하는 것을 목적으로 하며, 여기서 레이더 위치 정보는 미리 저장되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 좌표계 변환부(200)는 레이더 장치로부터 입력된 제1 위치 정보를 제1 좌표계와는 다른 제2 좌표계 상의 제2 위치 정보로 변환할 수 있다. 여기서, 상기 제2 좌표계는 직교(rectangular) 좌표계이고, 제2 위치 정보는 직교 좌표계의 x, y, z 값일 수 있다.
즉, 일 실시예에 따르면, 본 발명의 좌표계 변환부(200)는 위도정보, 경도정보, 지구의 장반경 및 지구의 이심율을 고려하여 제1 위치정보를 직교좌표계의 x, y, z 좌표에 따른 제2 위치정보로 변환할 수 있다..
좌표계 변환부(200)로부터 변환되는 제2 좌표계의 제2 위치 정보(x, y, z)는 아래 <수학식1>을 통해 산출될 수 있다.
Figure 112018020567283-pat00003
상기 x는 제2 좌표계의 x축을 나타내고, y는 제2 좌표계의 y축을 나타내며, z는 제2 좌표계의 z축을 나타내고 φ는 위도, λ는 경도, h는 고도를 나타내고, e는 지구의 이심율(WGS84 좌표계의 경우 0.081819190842622)를 나타내며, Rn은 아래 <수학식2>를 통해 산출될 수 있다.
Figure 112018020567283-pat00004
여기서, a는 지구의 장반경(WGS84 좌표계의 경우 6378137)을 의미하고, e는 지구의 이심률, 그리고 φ는 위도를 의미한다.
이렇게, 본 발명의 좌표계 변환부(200)는 입력부에 입력된 위도 및 경도 정보를 이용하여 제2 좌표계로 변경함으로써 제1 위치정보를 제2 위치정보로 변환한다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 중심 위치정보 변환부(300)는 레이더 비디오 신호를 획득한 레이더를 중심으로 제2 좌표계를 구성하는 각 좌표들의 위치를 정의하기 위하여 제2 위치 정보를 변환하여 레이더 중심 위치정보를 생성할 수 있다. 도2 내지 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 중심 위치정보 변환부(300)가 좌표지도의 배열을 변환하는 방법을 설명하기 위해 참고하여 설명할 수 있도록 도시한 참고도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 중심 위치정보 변환부의 기준점 변경부가 좌표계 변환부로부터 생성된 좌표지도의 본래 기준점을 변경시키는 것을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 일 실시예에 따른 도2를 참고하면, 도2에 도시된 제1 중심 좌표는 좌표계 변환부(200)가 변환한 제2 좌표계의 중심좌표이고, 제2 중심 좌표는 레이더 중심 위치정보 변환부(300)가 상기 제2 좌표계 상에서의 중심 좌표를 변경시키고자 하는 지점이다. 보다 상세하게는, 제2 중심 좌표는 레이더가 위치하는 지점에 따른 좌표이다. 즉, 기준점 변경부는 제2 좌표계의 중심 좌표를 제1 중심 좌표에서 제2 중심 좌표로 평행 이동시킨다.
여기서, 상기 제2 중심 좌표는 레이더 장치의 레이더 비디오 신호를 송수신하는 레이더를 중심으로 하는 지점이며, 즉 지도 상에서 레이더 장치가 위치하는 지점을 기준점으로 하는 지점일 수 있다.
도2에 도시된 타겟 지점은 예를 들어 제2 좌표계 상에서 탐지하고자 하는 타겟이 위치하는 지점일 수 있고, 좌표지도의 중심 좌표가 변경됨에 따라 타겟 지점이 제2 좌표계 상에 표시되는 위치가 재정렬됨으로써 변경될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 중심 위치정보 변환부는 기 저장된 행렬을 이용하여 제2 중심좌표가 평행 이동된 제2 좌표계를 회전 변환시킬 수 있다. 상술한 바와 같은 중심 좌표의 이동에 따라 제2 좌표계의 배열을 변환하는 방법은 아래 <수학식3>을 통해 도출할 수 있다.
Figure 112018020567283-pat00005
여기서, Pradar은 생성하고자 하는 레이더 중심 위치정보를 의미하고, Pxyz는 좌표계 변환부로부터 변환된 제2 좌표계이며, Pxyz, radar는 상기 제2 좌표계에서 레이더가 위치하는 지점에 따른 좌표이고, R은 상기 중심 좌표가 상기 레이더가 위치하는 지점(Pxyz, radar)으로 평행 이동된 제2 위치 정보로부터 상기 제2 좌표계를 회전 변환하기 위한 회전 변환 행렬을 의미한다. <수학식3>의 R행렬은 다음 <수학식4>와 같다.
Figure 112018020567283-pat00006
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 <수학식3>과 <수학식4>를 통해 좌표지도의 변환된 좌표를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도3을 참고하면, 도2에서 좌표(x, y, z)를 제2 중심 좌표(레이더 시점)에 따라 변경된 좌표(x', y', z')를 기하학적인 지구표면에 직교하는 평면 상의 좌표(x'', y'', z'')로 변경할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 매핑부는 상기 레이더 중심 위치 정보를 고각 정보를 제외한 거리 및 방위에 대한 정보를 고려하여 평면 상의 좌표에 매핑시킬 수 있다. 즉, 도4에 도시된 바와 같이 본 발명의 매핑부는 생성된 레이더 중심 위치 정보(x'', y'', z'')를 평면 상의 좌표(x''', y''')로 변환하여 매핑시킨다. 이때, 3차원 좌표를 2차원 평면에 전시하기 위한 변환식은 다음 <수학식5>와 같다.
Figure 112018020567283-pat00007
상기 x''', y'''는 평면 좌표를 의미하는 것으로서, 평면 좌표 x''', y'''는 레이더 중심 위치 정보(x'', y'', z'')와 방위각(φ,
Figure 112018020567283-pat00008
을 이용하여 산출할 수 있다. 상술한 바와 같은 동작 원리에 따른 본 발명의 좌표 변환 장치는 위도 및 경도 상의 점을 x, y 평면에 방위와 거리 성분을 유지할 수 있는 효과가 있다. 보다 상세하게는, 상기 방위각을 이용함에 따라 거리값과 관련된 정보를 유지할 수 있다.
이렇게, 산출된 좌표(x''', y''')를 통해 본 발명의 전시부는 평면 상의 좌표에 매핑된 레이더 중심 위치 정보를 제1 좌표계의 오차를 보정하는 오차 보정 지도로서 화면에 전시할 수 있도록 출력하거나 화면에 전시할 수 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 매핑부는 아래 <수학식6>을 통해 생성된 레이더 중심 위치 정보(x'', y'', z'')를 평면 상의 좌표(x''', y''')로 변환하여 매핑시키도록 구현될 수도 있다.
Figure 112018020567283-pat00009
여기서, 상기 x''', y'''는 평면 좌표를 의미하는 것으로서, 평면 좌표 x''', y'''는 레이더 중심 위치 정보(x'', y'', z'')와 방위각(φ,
Figure 112018020567283-pat00010
그리고 고각(θ,
Figure 112018020567283-pat00011
을 이용하여 산출할 수 있다. 상기 <수학식6>은 지구 곡률에 의해 원거리 지형이 아닌 장거리 레이더 비디오 신호를 송수신하는 안테나의 평면과 고도차이에 의한 고각을 고려하여 매핑하는 방법이다.
다음으로, 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 변환 장치에 전시되는 지도과 기존에 이용되어 왔던 UTM 방법에 따른 지도를 도시한 도면이다. 도5에서는 항공기를 타겟으로 하는 경우 종래의 UTM 방법에 의한 지도와 본 발명에 따라 전시되는 지도를 비교하여 도시하였다.
도5의 (a)는 종래에 이용되어 왔던 레이더 PPI 전시기에 전시되는 평면지도로 많이 사용하는 UTM(Universe Transverse Matrix) 방법에 따른 평면지도로서, 지구곡면을 펼쳤을 때 지사각형이 되도록 하여 거리를 상대적으로 쉽게 구하도록 하는 장점이 있으나, 레이더에서 이용하기에는 원점으로부터 멀리 떨어진 장거리 영역에서는 위치 오차가 크고 평면으로 변환하는 과정에서 진북(True North)와 지도 상의 북쪽(도북)이 차이가 발생하는 문제가 있다. 그 결과 도5 (a)에서는 항공기(타겟)의 착륙지점이 해상에 위치하고 있다.
반면, 도5의 (b)에 도시된 바와 같은 본 발명의 좌표 변환 장치를 이용한 좌표 변환 방법에 의해 지도를 평면에 전시하면 항공기(타겟)의 지점이 실제 위치인 육상으로 전시됨을 확인할 수 있다.
또 다른 일 예로, 본 발명의 좌표 변환 장치는 장거리 레이더에 탐지된 탄도탄과 같은 고고도 표적과 아래 지형에 대해서도 장거리 레이더로부터 거리와 방위에 대한 매칭이 가능한 전시를 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 본 발명의 좌표 변환 장치는 레이더 체계에서 특정 영역에 있어서 고정적으로 존재하는 클러터를 제거하기 위해 레이더 비디오 신호를 송수신하는 레이더의 설치 위치에서 상기 특정 영역에 대한 좌표가 변환된 클러터 모델을 생성할 수 있다. 일 예로, 좌표 변환 장치는 레이더로부터 외부의 객체에 대한 레이더 비디오 신호를 입력 받아, 입력된 레이더 비디오 신호 각각을 기 설정된 거리 및 방위각에 따라 복수개의 트랙(track)들로 구획할 수 있고, 그에 따라 입력된 레이더 비디오 신호 각각에서 구획된 트랙들에 해당하는 적어도 한번 이상의 스캔횟수(외부 객체에 반사된 레이더 비디오 신호를 수신하는 횟수)에 따른 신호들의 세기를 이용하여 합산 평균하여 복수의 데이터들을 산출하고, 그 중 하나의 데이터를 기준 데이터로 결정하여, 상기 결정된 기준 데이터를 이용하여 구획된 각 트랙에서의 클러터 신호 강도 지표들을 산출할 수 있다. 그리고, 복수의 각 트랙에 따른 클러터 신호 강도 지표들을 기 설정된 거리 및 방위각에 따른 위치정보를 포함하는 클러터 모델을 생성한다. 이에, 본 발명의 좌표계 변환부는 거리(R) 및 방위(θ)에 따른 위치정보를 제2 좌표계(직교 좌표계)로 변환하고, 상술한 바와 같은 동작 원리에 따라 레이더 중심 위치정보 변환부는 상기 클러터에 대한 레이더 중심 위치정보를 생성함으로써 특정 영역에 대한 고정적인 클러터 모델에 따른 좌표를 변환할 수 있다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 변환 방법을 시간의 흐름에 따라 도시한 흐름도이다.
먼저, S60 단계에서 본 발명의 입력부(100)는 제1 좌표계에 따라 레이더 비디오 신호에 포함되는 객체에 대한 특징점들의 위치를 결정하는 제1 위치 정보를 입력 받는다. 보다 구체적인 일 예에 따르면, 본 발명의 입력부는 상기 레이더 비디오 신호에 의한 위도정보, 경도정보 및 고도정보에 따른 위경도 제1 좌표계의 제1 위치정보를 입력 받을 수 있다. 여기서, 상기 제1 좌표계는 위도 및 경도에 따른 제1 위치정보를 포함하는 위경도(Latitude-Longitude-Height) 좌표계로 표현될 수 있다.
다음으로, S61 단계에서 본 발명의 좌표계 변환부(200)는 레이더 장치로부터 입력된 제1 위치 정보를 제1 좌표계와는 다른 제2 좌표계 상의 제2 위치 정보로 변환할 수 있다. 여기서, 상기 제2 좌표계는 직교(rectangular) 좌표계이고, 제2 위치 정보는 직교 좌표계의 x, y, z 값일 수 있다. 여기서, 제1 좌표계에 따른 제1 위치 정보를 제2 좌표계에 따른 제2 위치 정보로 변환하는 방법은 위에서 상세하게 설명한 바 여기서는 생략하도록 한다.
다음으로 S62 단계에서, 본 발명의 레이더 중심 위치정보 변환부는 상기 제2 좌표계 상에서의 중심 좌표를 레이더가 위치하는 지점으로 평행 이동 시킴으로써 중심 좌표를 변경한다.
그리고 S63 단계에서, 본 발명의 레이더 중심 위치정보 변환부는 기 저장된 행렬을 이용하여 제2 중심좌표가 평행 이동된 제2 좌표계를 회전 변환시킬 수 있다.
이에 따라, S64 단계에서 본 발명의 레이더 중심 위치정보 변환부는 회전 변환된 제2 좌표계의 제2 위치 정보를 이용하여 레이더 중심 위치 정보를 생성한다. S62 내지 S64 단계에 해당하는 레이더 중심 위치정보 변환부에 의해 레이더 중심 위치 정보 생성 방법 역시 위에서 구체적으로 설명한 바 이하 생략한다.
다음으로, S65 단계에서 본 발명의 매핑부는 상기 레이더 중심 위치 정보를 고각 정보를 제외한 거리 및 방위에 대한 정보를 고려하여 평면 상의 좌표에 매핑시킨다.
마지막으로, S66 단계에서 본 발명의 전시부는 평면 상의 좌표에 매핑된 레이더 중심 위치 정보를 제1 좌표계의 오차를 보정하는 오차 보정 지도로서 화면에 전시할 수 있도록 출력하거나 화면에 전시할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 좌표 변환 장치는 상술한 바와 같이 최종적으로 제2 좌표계에 따른 평면 상 좌표로 보정된 지도에 포함된 제1 객체에 대한 위치정보와 실제 측정한 상기 제1 객체의 실제위치정보를 비교하여 정확도를 판단하고, 본 발명의 좌표 변환 장치에 의해 결정된 상기 위치정보와 실제위치정보의 좌표값에 대해 오차값이 발생한다면, 상기 오차값이 기 설정된 기준오차범위 내에 해당되는지 여부를 판단하여, 상기 기준오차범위 이상의 값을 가진다면, 상기 발생된 오차값을 고려하여 좌표를 변환할 수 있도록 구현될 수 있다.
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 등이 포함될 수 있다.
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 (15)

  1. 제1 좌표계에 따라 레이더 비디오 신호에 포함되는 객체에 대한 특징점들의 위치를 결정하는 제1 위치 정보를 입력받는 입력부;
    상기 제1 위치 정보를 상기 제1 좌표계와는 다른 제2 좌표계 상의 제2 위치 정보로 변환하는 좌표계 변환부;
    상기 레이더 비디오 신호를 획득한 레이더를 중심으로 상기 특징점들의 위치를 정의하기 위하여 상기 제2 위치 정보를 변환하여 레이더 중심 위치 정보를 생성하는 레이더 중심 위치정보 변환부;
    상기 객체에 대한 레이더 중심 위치 정보를 상기 객체와 상기 레이더 사이의 거리, 방위각 정보 및 고각 정보를 고려하여 평면 좌표에 매핑시키는 매핑부; 및
    상기 제1 위치 정보에 따른 오차가 보정된 오차 보정 지도로서 상기 평면 좌표에 매핑된 레이더 중심 위치 정보를 화면에 전시하는 지도 전시부;를 포함하되,
    상기 매핑부는 상기 고각 정보를 이용하여 상기 레이더의 중심 위치를 상기 오차 보정 지도상에 표시되는 평면 상에 사영(projection)시키고, 상기 사영된 레이더의 중심 위치에 따른 중심 위치 정보를 상기 객체와 상기 레이더 사이의 거리, 방위각 정보 및 고각 정보를 고려하여 평면 좌표에 매핑시키는 것을 특징으로 하는 레이더 전시기의 좌표 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 좌표계는 위도, 경도 및 고도에 따라 위치를 결정하는 위경도(LLH, Latitude-Longitude-Height) 좌표계이고, 상기 제2 좌표계는 직교(rectangular) 좌표계인 것을 특징으로 하는 레이더 전시기의 좌표 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이더 중심 위치정보 변환부는,
    상기 제2 좌표계의 중심좌표를 상기 레이더가 위치하는 지점으로 평행 이동시키고, 기 저장된 행렬을 이용하여 상기 중심좌표가 평행 이동된 상기 제2 좌표계를 회전 변환함으로써 상기 레이더 중심 위치 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이더 전시기의 좌표 변환 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 좌표계 변환부는 상기 제1 위치정보를 위도정보, 경도정보, 지구의 장반경 및 지구의 이심율을 고려하여 상기 제2 위치정보로 변환하는 것을 특징으로 하는 레이더 전시기의 좌표 변환 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 레이더 중심 위치정보 변환부는 상기 레이더 중심 위치 정보, 상기 좌표계 변환부에 의해 변환된 제2 좌표계의 중심 좌표, 상기 레이더가 위치하는 지점을 상기 제2 좌표계로 나타낸 제2 위치 정보, 상기 중심좌표가 상기 레이더가 위치하는 지점으로 평행 이동된 제2 위치정보로부터 상기 레이더 중심 위치 정보를 생성하기 위해 사용되는 상기 행렬을 이용하여, 상기 레이더 중심 위치정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 것을 더 포함하는 레이더 전시기의 좌표 변환 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 오차 보정 지도에 표시된 객체들 중 제1 객체에 대한 위치정보와 실제 측정한 상기 제1 객체의 실제위치정보를 비교하여 정확도를 판단하고, 비교 결과 상기 오차 보정 지도에 표시된 위치정보와 실제 측정한 위치정보에 대해 오차값이 발생한다면, 상기 오차값이 기 설정된 기준오차범위 내에 해당되는지 여부를 판단하고, 상기 오차값이 상기 기준오차범위 이상의 값을 가지면 상기 오차값을 저장하는 오차값 저장부를 더 포함하고,
    상기 레이더 중심 위치정보 변환부는 상기 저장된 오차값을 고려하여 상기 레이더 중심 위치정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 레이더 전시기의 좌표 변환 장치.
  10. 장거리용 레이더 비디오 신호를 외부로 송수신하는 레이더;
    제1 좌표계에 따라 상기 레이더로부터 레이더 비디오 신호를 전달 받음으로써, 상기 레이더 비디오 신호에 포함되는 객체에 대한 특징점들의 위치를 결정하는 제1 위치 정보를 입력받는 입력부;
    상기 제1 위치 정보를 상기 제1 좌표계와는 다른 제2 좌표계 상의 제2 위치 정보로 변환하는 좌표계 변환부; 및
    상기 레이더 비디오 신호를 획득한 레이더를 중심으로 상기 특징점들의 위치를 정의하기 위하여 상기 제2 위치 정보를 변환하여 레이더 중심 위치 정보를 생성하는 레이더 중심 위치정보 변환부;
    상기 객체에 대한 레이더 중심 위치 정보를 상기 객체와 상기 레이더 사이의 거리, 방위각 정보 및 고각 정보를 고려하여 평면 좌표에 매핑시키는 매핑부; 및
    상기 제1 위치 정보에 따른 오차가 보정된 오차 보정 지도로서 상기 평면 좌표에 매핑된 레이더 중심 위치 정보를 화면에 전시하는 지도 전시부;를 포함하되,
    상기 레이더 중심 위치정보 변환부는 상기 제2 좌표계의 중심좌표를 상기 레이더가 위치하는 지점으로 평행 이동시키고, 기 저장된 행렬을 이용하여 상기 중심좌표가 평행 이동된 상기 제2 좌표계를 회전 변환함으로써 상기 레이더 중심 위치 정보를 생성하며,
    상기 매핑부는 상기 고각 정보를 이용하여 상기 레이더의 중심 위치를 상기 오차 보정 지도상에 표시되는 평면 상에 사영(projection)시키고, 상기 사영된 레이더의 중심 위치에 따른 중심 위치 정보를 상기 객체와 상기 레이더 사이의 거리, 방위각 정보 및 고각 정보를 고려하여 평면 좌표에 매핑시키는 것을 특징으로 하는 레이더 전시기의 좌표 변환 장치.
  11. 제1 좌표계에 따라 레이더 비디오 신호에 포함되는 객체에 대한 특징점들의 위치를 결정하는 제1 위치 정보를 입력받는 단계;
    상기 제1 위치 정보를 상기 제1 좌표계와는 다른 제2 좌표계 상의 제2 위치 정보로 변환하는 단계;
    상기 레이더 비디오 신호를 획득한 레이더를 중심으로 상기 특징점들의 위치를 정의하기 위하여 상기 제2 위치 정보를 변환하여 레이더 중심 위치 정보를 생성하는 단계;
    상기 객체에 대한 레이더 중심 위치 정보를 상기 객체와 상기 레이더 사이의 거리, 방위각 정보 및 고각 정보를 고려하여 평면 좌표에 매핑시키는 단계; 및
    상기 제1 위치 정보에 따른 오차가 보정된 오차 보정 지도로서 상기 평면 좌표에 매핑된 레이더 중심 위치 정보를 화면에 전시하는 단계;를 포함하되,
    상기 평면 좌표에 매핑시키는 단계는, 상기 고각 정보를 이용하여 상기 레이더의 중심 위치를 상기 오차 보정 지도상에 표시되는 평면 상에 사영(projection)시키고, 상기 사영된 레이더의 중심 위치에 따른 중심 위치 정보를 상기 객체와 상기 레이더 사이의 거리, 방위각 정보 및 고각 정보를 고려하여 평면 좌표에 매핑시키는 것을 특징으로 하는 좌표 변환 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 좌표계는 위도, 경도 및 고도에 따라 위치를 결정하는 위경도(LLH, Latitude-Longitude-Height) 좌표계이고, 상기 제2 좌표계는 직교(rectangular) 좌표계이며,
    상기 레이더 중심 위치정보 변환 단계는, 상기 제2 좌표계의 중심좌표를 상기 레이더가 위치하는 지점으로 평행 이동시키고, 기 저장된 행렬을 이용하여 상기 중심좌표가 평행 이동된 상기 제2 좌표계를 회전 변환함으로써 상기 레이더 중심 위치 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 좌표 변환 방법.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 좌표계 변환 단계는 상기 제1 위치정보를 위도정보, 경도정보, 지구의 장반경 및 지구의 이심율을 고려하여 상기 제2 위치정보로 변환하는 것을 특징으로 하는 좌표 변환 방법.
  15. 제11항 내지 제12항 및 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법을 위한 분석 방법을 컴퓨터에서 수행하기 위한 컴퓨터에서 판독 가능한 프로그램이 기록된 저장 매체.
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