KR101957662B1

KR101957662B1 - 표적 정보 산출 장치, 그 방법 및 이를 포함하는 비행 제어 시스템

Info

Publication number: KR101957662B1
Application number: KR1020170008842A
Authority: KR
Inventors: 정윤식; 김진환
Original assignee: 국방기술품질원
Priority date: 2017-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2037-01-18
Also published as: KR20180085300A

Abstract

본 출원은 표적 정보 산출 장치에 관한 것으로서, 본 출원의 일 측면에 따르면, 서로 다른 두 시점에서의 비행체 위치와 표적의 각도만으로도 비행체와 표적 사이의 상대거리를 정확히 산출할 수 있고, 이에 따라, 상기 산출된 상대 거리로부터 표적의 크기 추정이 가능할 수 있어, 상기 장치에 의해 제어되는 비행체는 표적 추적 기능이 향상될 수 있다.

Description

표적 정보 산출 장치, 그 방법 및 이를 포함하는 비행 제어 시스템{APPARATUS FOR CALCULATING TARGET INFORMATION, METHOD THEREOF AND FLIGHT CONTROL SYSTEM COMPRISING THE SAME}

본 출원은 표적 정보 산출 장치, 그 방법 및 이를 포함하는 비행 제어 시스템에 관한 것이다.

유도탄(Missile)은 표적을 격추시키는 비행체로서, 상기 유도탄은 표적을 정확히 추적하는 기능이 필히 확보되어야 한다. 일반적으로 유도탄은 표적 추적 시 상기 유도탄에 부착된 영상 탐색기에서 촬영되는 영상 표적의 크기를 고려하는 공지된 알고리즘을 사용할 수 있다. 그러나 이와 같은 알고리즘의 대부분은 실시간으로 동작하기 어렵다. 예를 들면, 영상 표적의 크기를 고려하는 대표적인 알고리즘 DOG(Difference of Gaussian)는 실시간으로 동작하기 위해 성능이 제한된다.

한편, 표적 추적을 위해 유도탄에 사용되는 영상 탐색기는 다양한 주파수(Hz)를 사용할 수 있으나, 일반적으로 카메라에서 자주 사용되는 30Hz나 60Hz 등을 사용한다. 또한 탑재 가능량이 제한되어 있는 유도탄의 표적 추적 하드웨어는 오작동을 사전에 방지하기 위해 성능이 검증된 제품을 사용하기 때문에, 시중에서 사용되는 PC보다 성능이 낮은 것으로 선택되는 경우가 많다.

이와 같은 이유들로 인해 영상 탐색기를 사용하는 유도탄에서도 표적 추적을 위해 공지된 다양한 알고리즘을 사용할 수 있으나, 유도탄의 특성상 일반적으로 사용하는 컴퓨터와 같은 고성능의 하드웨어를 무조건 사용할 수는 없다. 따라서 한정된 시스템에서 실시간으로 동작할 수 있는 알고리즘이 요구된다.

앞서 설명한 바와 같이, 유도탄은 표적을 추적하기 위해 영상 표적의 크기를 고려하는 알고리즘을 사용할 수 있다. 이는 유도탄의 영상 표적은 유도탄의 속도에 비례하여 빠르게 변화하여, 영상 표적의 크기를 고려하지 않을 경우 표적에 대한 정확한 추적이 어렵기 때문이다. 이때 영상 표적의 크기는 표적과의 상대 거리를 통해 정확하게 추정될 수 있다.

이와 관련된 종래 기술로는 RF 센서(Radio frequency sensor) 또는 레이저 센서(Laser sensor)와 같은 능동(Active) 센서를 통해 상대 거리를 측정하여 영상 표적의 크기를 추정하는 기술이 공지된 바 있다. 그러나 상기 능동(Acitve) 센서는 비용 측면에서 고가이고, 능동 센서의 사용으로 표적이 유도탄의 발사 유무를 확인할 수 있어 유도탄의 요격률에 부정적인 영향을 미친다.

한편, 적외선 영상 센서(Infrared image sensor) 또는 CCD 영상 센서(Charge-coupled device image sensor)와 같은 수동(Passive) 센서는 상기 능동 센서를 사용하는 경우 발생되는 문제는 해결될 수 있으나, 단순하게 영상 표적의 크기가 증가함을 감지하여 표적을 추적할 수 있는 기능만 보유하고 있어, 상대 거리를 측정하기 어렵고, 따라서, 공지된 알고리즘을 이용하여 표적의 크기를 정확히 추정할 수 없기 때문에 유도탄의 추적 기능이 저하되는 문제가 존재한다.

따라서, 수동(Passive) 센서를 사용하면서 표적과의 상대 거리를 정확하게 산출하여 유도탄의 추적 기능을 향상시킬 수 있는 기술이 필요하다.

본 출원은 비행체 위치 및 표적의 각도를 기반으로 하여, 비행체와 표적의 상대거리를 정확히 산출하고, 이로써 표적의 크기를 정확히 추정할 수 있는 표적 정보 산출 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. 또한, 상기 정보를 제공받음으로써, 비행체의 추적 기능이 향상되는 비행을 제어할 수 있는 비행 제어 시스템을 제공하기 위한 것이다.

표적을 포착하기 위하여 비행체에 마련되는 센서부와, 상기 센서부로부터 비행체 및 포착된 표적의 위치를 수신하는 수신부와, 상기 수신된 위치를 영상으로 표시하는 표시부와, 제1 시점, 상기 제1 시점의 전 시점인 제2 시점에서의 비행체 위치 및 표적의 각도를 기반으로 하여, 제1 시점에서의 비행체와 표적의 상대거리를 산출하는 표적 정보 산출 장치가 제공된다.

본 출원의 일 실시예와 관련된 표적 정보 산출 장치는, 비행체 위치 및 표적의 각도를 기반으로 하여, 비행체와 표적의 상대거리를 산출함으로써, 상기 산출된 정보를 기반으로 제어되는 비행체는 주변 환경과 표적을 정확히 식별함으로써, 표적만을 정확히 요격할 수 있다.

도 1은, 본 출원에 따른 예시적인 표적 정보 산출 장치의 구성도이다.
도 2는, 본 출원에 따른 예시적인 표적 정보 산출 방법의 흐름도이다.
도 3은, 일반적인 삼각 측정법 알고리즘을 나타내는 개념도이다.
도 4는, 본 출원에 따른 표적 정보 산출 장치의 산출부에 있어서, 삼각 측정법 알고리즘의 적용을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 하나의 실시예로서, 본 출원에 따른 표적 정보 산출 장치의 성능을 검증하기 위한 시뮬레이션을 나타내는 도면이다.
도 6 및 7은, 시뮬레이션의 표적이 좌향일 때, 각각 220 및 270 프레임에서의 영상에 표시된 결과이다.
도 8 및 9는, 시뮬레이션의 표적이 후향일 때, 각각 220 및 270 프레임에서의 영상에 표시된 결과이다.

본 출원은 표적 정보 산출 장치에 관한 것이다. 예시적인 본 출원의 표적 정보 산출 장치는, 비행체 위치와 표적의 각도만으로도, 거리 및 크기 정보를 획득할 수 있어, 상기 장치에 의해 제어되는 비행체는 표적 추적 기능이 향상되어, 표적을 정확히 요격할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 출원의 실시예에 대하여 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 출원은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계 없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1은, 본 출원의 표적 정보 산출 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 상기 표적 정보 산출 장치는 센서부(10), 수신부(20), 표시부(30) 및 산출부(40)를 포함한다.

본 출원의 일 구현예에 따른 표적 정보 산출 장치는 표적을 포착하기 위하여 비행체에 마련되는 센서부(10)와, 상기 센서부(10)로부터 비행체 및 포착된 표적의 위치를 수신하는 수신부(20)와, 상기 수신된 위치를 영상으로 표시하는 표시부(30)와, 제1 시점, 상기 제1 시점의 전 시점인 제2 시점에서의 비행체 위치 및 표적의 각도를 기반으로 하여, 제1 시점에서의 비행체와 표적의 상대거리를 산출하는 산출부(40)를 포함한다.

상기 비행체는 표적을 추적하는 기능이 필요한 비행체일 수 있고, 예를 들어, 군사용 미사일, 무인 탐사 시스템 등일 수 있으며, 구체적으로는, 유도탄일 수 있다. 또한, 상기 표적은 비행체가 추적하고자 하는 대상물일 수 있으며, 예를 들어, 상기 표적은 움직임이 정지된 대상물일 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 센서부(10)는 표적을 포착하기 위하여 비행체에 마련될 수 있다. 일 례로, 상기 센서부(10)는 포착된 표적의 위치를 실시간으로 수신부(20)로 전송할 수 있다. 상기 위치는 예를 들어, 경도, 위도, 고도 등일 수 있다. 상기 위치는 후술하는 표시부(30)에 의해 영상으로 표시될 수 있고, 후술하는 수학식을 통해 상대거리 또는 크기 정보로 변환이 가능하며, 상기 변환된 정보를 제공받는 비행체는 표적과 주변환경의 정확한 식별이 가능하여 추적 기능이 개선될 수 있다. 또한, 상기 센서부(10)는 센서부로부터 비행체의 위치 및 포착된 표적의 위치가 연속적으로 쇄신(update)되기 때문에, 상기 위치로부터 산출된 상대거리 값에 대한 신뢰성이 우수할 수 있다.

상시 센서부(10)는 예를 들어, 수동센서일 수 있으며, 구체적으로, 적외선 영상 센서(Infrared image sensor) 또는 CCD 영상 센서(Charge-coupled device image sensor)일 수 있다. 상기 수동센서는 능동센서에 비하여 저가이면서, 본 출원에 따른 장치와 연계되어 능동센서와 비슷한 표적 추적 기능이 구현될 수 있다.

상기 수신부(20)는 상기 센서부(10)로부터 비행체 및 포착된 표적의 위치를 실시간으로 수신할 수 있다. 상기 수신부(20)는 위치가 연속적으로 쇄신(update)되기 때문에, 후술하는 산출부(40)에서 산출된 상대거리 값에 대한 신뢰성이 우수할 수 있다.

또 하나의 예시에서, 표시부(30)는 상기 수신된 위치를 영상으로 표시할 수 있다. 예를 들어, 상기 표시부(30)는 비행체의 x축 좌표, y축 좌표, 비행체의 고도, 표적의 x축 좌표, 표적의 y축 좌표, 표적의 고도를 영상으로 표시할 수 있다.

본 출원에서 용어 「제1 시점」은 비행체와 표적의 상대거리를 산출하고자 하는 시점을 의미하고, 용어 「제2 시점」은 상기 제1 시점의 이전 시점을 의미하고, 상기 제1 및 제2 시점은 특정 시점에 한정된 것은 아니며, 연속적인 시점을 나타내기 위한 임의의 시점을 의미하는 것이다.

본 출원에서, 상기 산출부(40)는 삼각측정법 알고리즘을 이용해 비행체와 표적의 상대거리를 산출할 수 있다.

도 3은, 일반적인 삼각 측정법 알고리즘을 나타내는 개념도이다.

도 3을 참조하면, 상기 삼각측정법 알고리즘은 일반적으로, 천문관측이나 거리측정, 위치확인 등에 주로 응용되는 알고리즘으로 두 개의 관측위치의 좌표와 각 관측위치에서 확인된 물체의 각도를 사용하여 특정위치로부터 물체간의 거리를 구하는 알고리즘이고, 구체적으로, 도 3을 참조하면, 삼각측정법 알고리즘은 두 개의 관측 위치(A, B)와, 각각의 관측 위치를 기준으로 물체의 위치(C)에 대한 각도인 α 및 β를 사용하여 특정 위치(H)를 기준으로 물체와의 거리인

를 구하는 알고리즘이다.

예를 들어, 상기 산출부(40)는 상기 영상에 표시된 비행체의 x축 좌표, y축 좌표, 비행체의 고도, 표적의 x축 좌표, 표적의 y축 좌표, 표적의 고도를 상기 삼각 측정법 알고리즘에 적용하여 상대 거리를 산출할 수 있다.

일 구체예에서, 상기 산출부(40)는 비행체 및 표적의 위치를 기반으로 하여, 상기 비행체와 표적이 이루는 각도를 산출하고, 상기 산출된 각도로부터 제1 시점에서의 비행체와 표적의 상대거리를 산출할 수 있다.

예를 들어, 상기 산출부(40)는 하기 수학식 1에 의해 상대 거리(r)를 산출할 수 있다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서, M, T, t, t-1은 각각 비행체, 표적, 제1시점, 제2 시점을 나타내고,

는 표적 각도을 나타내며,

는 제2 비행체 각도를 나타낸다.

도 4는, 본 출원에 따른 표적 정보 산출 장치의 산출부에 있어서, 삼각 측정법 알고리즘의 적용을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 수학식 1에서,

는 제1 시점에서의 비행체와 표적의 위치를 직선으로 연결한 거리를 나타내고,

는 제1 시점에서의 비행체와 제2 시점에서의 비행체의 위치를 직선으로 연결한 거리를 나타낸다. 또한, 표적 각도(

)는 제1 시점에서의 비행체 위치, 제2 시점에서의 비행체 위치 및 표적 위치를 직선으로 연결하여 이루는 삼각형에 대해서, 표적의 위치가 중심이 되는 내각을 나타내고, 제1 비행체 각도(

)는 상기 삼각형에 대해서, 제1 시점에서의 비행체의 위치가 중심이 되는 내각을 나타낸다.

상기와 같이, 본 출원에 따른 표적 정보 산출 장치는, 상기 수학식 1을 이용하여 서로 다른 두 시점에서의 비행체 및 표적의 위치, 각도만으로도 상대 거리를 정확하게 산출할 수 있고, 공지된 아크탄젠트 및 칼만필터 알고리즘을 통해 상기 산출된 상대거리로부터 표적 크기의 정확한 추정이 가능하여, 상기 장치에 의해 제어되는 비행체는 우수한 표적 추적 기능이 구현될 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 산출부(40)는 제1 및 제2 시점에서의 비행체 고도를 비교하여, 제1 비행체 각도(

), 제2 비행체 각도(

) 및 표적 각도(

)를 산출할 수 있다.

예를 들어, 상기 산출부(40)는 상기 산출부(40)는 제1 시점에서의 비행체 고도가 제2 시점에서의 비행체 고도보다 높은 경우, 하기 수학식 2 및 3에 의해 제1 비행체 각도(

) 및 표적 각도(

)을 산출할 수 있다.

[수학식 2]

[수학식 3]

상기 수학식 2에서,

는 제1 산출각을 나타내고,

는 제2 산출각을 나타내며, α는 비행체의 제1 좌표 설정값을 나타낸다.

상기 제1 산출각은 영상에 표시된 제1 시점에서의 비행체 위치에 대한 표적의 위치를 각도로 환산한 후, 표적 측으로 기울어진 제1 시점에서의 비행체 자세각을 가산하여 산출한 각도이며, 제2 산출각은 영상에 표시된 제2 시점에서의 비행체 위치에 대한 표적의 위치를 각도로 환산한 후, 표적 측으로 기울어진 제2 시점에서의 비행체 자세각을 가산하여 산출한 각도이다.

하나의 예시에서, 상기 비행체의 제1 좌표 설정값(α)은 하기 수학식 4에 의해 결정될 수 있다.

[수학식 4]

상기 수학식 4에서,

는 제2 시점에서의 비행체의 x축 좌표를 나타내고,

는 제1 시점에서의 비행체의 y축 좌표를 나타낸다.

다른 예시에서, 상기 산출부(40)는 제1 시점에서의 비행체 고도가 제2 시점에서의 비행체 고도보다 낮은 경우, 하기 수학식 5 및 6에 의해 제1 비행체 각도(

) 및 표적 각도(

)을 산출할 수 있다.

[수학식 5]

[수학식 6]

상기 수학식 5에서,

는 제1 산출각을 나타내고,

는 제2 산출각을 나타내며,

는 비행체의 제2 좌표 설정값을 나타낸다. 상기 비행체의 제2 좌표 설정값(

)은, 예를 들어, 하기 수학식 7에 의해 결정될 수 있다.

[수학식 7]

상기 수학식 7에서,

는 제1 시점에서의 비행체의 x축 좌표를 나타내고,

는 제2 시점에서의 비행체의 y축 좌표를 나타낸다.

하나의 예시에서, 상기 표적 정보 산출 장치는 추정부(50)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 추정부(50)는 상기 산출된 상대거리를 기반으로 하여, 후술하는 아크탄젠트 및 칼만필터 알고리즘을 이용하여 표적의 크기를 정확하게 추정할 수 있다.

또 하나의 예시에서, 상기 표적 정보 산출 장치는 제어부(60)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 제어부(60)는 비행체를 제어할 수 있고, 예를 들어, 상기 산출된 상대 거리 및 추정된 표적의 크기를 기반으로 비행체가 주변 환경과 표적을 식별하여 표적만을 정확히 요격시킬 수 있도록 제어할 수 있다.

상기와 같이, 본 출원에 따른 표적 정보 산출 장치는 서로 다른 두 시점에서의 위치, 각도 정보만으로도 비행체와 표적 사이의 상대 거리를 정확하고 빠르게 산출할 수 있어, 상대적으로 비용이 저렴하지만 상대 거리 측정 기능이 제한되는 수동 센서가 탑재된 비행체에 적용되어 상기 비행체의 표적 추적 기능을 개선할 수 있다.

본 출원은 표적 정보 산출 방법에 관한 것이다. 상기 산출 방법은 전술한 산출 장치를 이용하여 수행될 수 있으며, 따라서, 전술한 내용과 중복되는 내용은 생략하기로 한다.

도 2는, 본 출원에 따른 예시적인 표적 정보 산출 방법의 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 예시적인 표적 정보 산출 방법은 비행체 및 표적 위치를 수신하는 수신 단계와, 상기 수신된 위치를 영상으로 표시하는 표시 단계와, 제1 시점, 상기 제1 시점의 전 시점인 제2 시점에서의 비행체 위치 및 표적의 각도를 기반으로 하여, 제1 시점에서의 비행체와 표적의 상대거리를 산출하는 산출 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 방법은 후술하는 아크탄젠트 및 칼만필터 알고리즘을 이용하여, 상기 산출된 상대 거리로부터 표적의 크기를 추정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 출원은 또한, 비행 제어 시스템에 관한 것이다.

예시적인 비행 제어 시스템은 비행체와, 전술한 표적 정보 산출 장치를 포함한다. 상기 시스템은 전술한 표적 정보 산출 장치를 이용해 비행체를 제어할 수 있으므로, 따라서, 상기 표적 정보 산출 장치에서 설명한 내용과 중복되는 부분의 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는, 아크탄젠트 및 칼만필터 알고리즘을 이용하여 본 출원의 표정 정보 산출 장치의 성능을 검증하였다.

상기 아크탄젠트 알고리즘은 전술한 상대거리를 영상 화면 상의 픽셀(Pixel) 정보로 전환하는 알고리즘이며, 상기 칼만필터 알고리즘은 상기 픽셀 정보를 검증하고, 검증된 픽셀 정보를 기반으로 다음 시간의 표적의 크기를 연속적으로 추정하는 알고리즘이다. 본 출원에서는 상기 두 가지 알고리즘을 결합하여 표적 정보 산출 장치의 검증 신뢰성을 높였다.

구체적으로, 상기 아크탄젠트(arc-tangent) 알고리즘은 하기 수학식 9와 같은 함수 관계를 나타낸다.

[수학식 9]

여기서,

은 영상 표적의 크기(픽셀 단위)를 의미하고,

은 영상의 총 픽셀의 크기를 의미한다. 또한

은 영상을 촬영하는 카메라의 총 각도를 의미하고, a는 표적의 실제 크기를 의미하며, r은 전술한 수학식 1에 의해 산출되는 상대 거리를 의미한다.

상기 영상을 촬여하는 카메라는 전술한 센서부(10)를 의미하며, 예를 들어, 적외선 센서를 의미한다. 또한, 영상 표적의 크기는 표시부(30)에 의해 영상에 표시된 표적의 최외각 사각형(MBR: Minimum Boundary Ractangular)을 기준으로 측정될 수 있다.

수학식 9에서

및

은 상수이므로 하기 수학식 10로부터 유도할 수 있다.

[수학식 10]

여기서,

은 영상 표적의 크기(각도 단위)를 의미한다.

이와 같은 함수 관계에, 최소 자승법(method of least squares)으로 산출된 표적의 실제 크기(a)를 대입시킬 수 있다.

구체적으로, 다음의 수학식 11과 같이 표적의 실제 크기가 산출될 수 있다.

[수학식 11]

여기서, i는 영상 표적이 촬영된 시점을 의미하고,

는 i시점에서의 표적까지의 거리를 의미하며,

는 i시점에서의 영상 표적의 크기(각도 단위)를 의미한다.

또한, 상기 수학식 11에 의해 산출되는 영상 표적의 크기 정보(a)를 아크탄젠트 모델의 기울기에 반영하고, 또한, 하기 수학식 12로 표시되는 칼만필터 알고리즘을 이용하여 추정된 거리 정보를 아크탄젠트 모델에 반영함으로써 표적의 크기를 추정할 수 있다.

[수학식 12]

상기 수학식 12에서,

는 제1 시점에서 추정된 거리값을 나타내고,

는 제2 시점에서 쇄신(update)된 거리값을 나타내며,

는 제1 시점에서 추정된 오차 분포에 대한 공분산 행렬을 나타내고,

는 제2 시점에서 쇄신된 오차 분포에 대한 공분산 행렬 나타내며,

는 상태천이 행렬의 천이행렬을 나타내고,

는 제2 시점에서 프로세스 노이즈 분산값을 나타내고,

는 상태천이 행렬을 나타낸다.

상기 칼만 필터 알고리즘은 측정치의 존재 여부에 따라, 하기 수학식 13 또는 수학식 14에 의해 쇄신(update)되며, 상기 측정치의 존재 여부는 하기 수학식 15에 의해 계산되는 측정치가 존재하는 확률영역의 계산된 유효 측정 영역에 따라 판정한다.

[수학식 13]

상기 수학식 13에서,

는 제1 시점에서 상태 행렬을 나타내고,

는 제1 시점에서 전술한 삼각측량법 알고리즘에 의해 산출된 상대 거리를 나타내며,

는 비행체에 의해 측정된 속도를 나타내고,

는 초당 영상생성개수(frame per second)를 나타낸다.

[수학식 14]

상기 수학식 14에서,

는 제1 시점에서 구한 칼만계수를 나타내고,

는 관측행렬을 나타내며,

는 제1 시점에서의 측정잡음 공분산 행렬을 나타내고,

는 제1 시점에서 전술한 삼각측량법에 의해 산출된 상대거리를 나타낸다.

[수학식 15]

상기 수학식 15에서,

는 최대거리 오차값을 나타내고,

는 최소거리 오차값을 나타내며,

는 유효한 표적으로 판단하기 위한 최대 오차크기를 나타내며,

는 제1 시점에서의

의 1행 1열값을 나타내고,

는 제1 시점에서의

의 1행 1열값을 나타낸다.

구체적으로, 상기 수학식 15에서,

의 값이 9일 때, 산출된 r_max, r_min 값 사이에 측정치가 존재하지 않는 경우, 상기 수학식 13에 따라 칼만 필터 알고리즘이 쇄신된다. 반대로, 측정치가 존재하는 경우, 상기 수학식 14에 의해 칼만 필터 알고리즘이 쇄신된다.

하나의 실시예에서, 본 출원에 따른 표적 정보 산출 장치의 성능을 검증하기 위하여 상기 아크탄젠트 알고리즘 및 칼만필터 알고리즘을 결합하고, 도 5와 같이 시뮬레이션을 구성하였다. 도 5을 참조하면, 상기 시뮬레이션은 표적이 정지하도록 하였으며 정확한 정지 표적의 크기 추정 성능을 분석 및 비교하기 위하여, 표적 주변이나 비행체의 이동경로에는 어떠한 장애물도 없는 이상적인 환경을 구성하였다. 상기 시뮬레이션에서 사용한 표적은 전차이고, 상기 전차는 포신을 제외하고 가로 약 10m, 세로 8m, 높이 6m 크기로 설정하였다. 따라서, 좌우로 긴 형상이기 때문에 후향 및 좌향으로 향해 있을 때의 표적에 대한 크기 추정 여부를 확인하여 성능 확인이 가능하다.

도 6 및 7은, 시뮬레이션의 표적이 좌향일 때, 각각 220 및 270 프레임에서의 영상에 표시된 결과이다.

도 8 및 9는, 시뮬레이션의 표적이 후향일 때, 각각 220 및 270 프레임에서의 영상에 표시된 결과이다.

상기 시뮬레이션을 수행하고, 270 프레임에서의 영상에 표시된 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

성능비교 지표	좌향	후향
표적이 관심영역 내 존재하는 표적의 비율	98%	100%
관심영역 내 표적의 MBR외 픽셀의 비율	18.3%	0%
MBR(Minimum Boundary Ractangular): 물체를 둘러쌀 수 있는 최외각 사각형

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 좌향의 경우 표적 추적 필터에서 사용하는 물체의 픽셀 에러로 인하여 물체가 관심영역 내 일정 수준 벗어나 98% 존재하며, 후향의 경우 100% 존재하는 것으로 확인되었다. 또한, MBR을 사용하여 물체의 복잡한 형상을 단순 사각형으로 보았을 때 MBR을 제외한 관심영역 내 물체가 아닌 픽셀의 비율은 각각 18.3%, 0%로 확인되었다. 상기 두가지 데이터를 사용하여 종합적으로 분석하여 보면 표적의 대부분이 표적 크기 추정 알고리즘에 의한 관심영역 내에 포함되며 물체의 복잡한 형상에 의한 오차외 표적 크기 추정의 오차는 20% 이하로 매우 적은 것으로 보여진다. 따라서, 삼각측량법을 이용하여 상대거리를 산출하는 본 출원의 표적 정보 산출 장치는 물체 크기 추정에 적합함을 보여준다.

이상과 같이, 본 출원은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 출원은 이것에 의해 한정되지 않으며, 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있다.

10: 센서부
20: 수신부
30: 표시부
40: 산출부
50: 추정부
60: 제어부

Claims

표적을 포착하기 위하여 비행체에 마련되는 센서부;
상기 센서부로부터 비행체 및 포착된 표적의 위치를 수신하는 수신부;
상기 수신된 위치를 영상으로 표시하는 표시부; 및
제1 시점, 상기 제1 시점의 전 시점인 제2 시점에서의 비행체 위치 및 표적의 각도를 기반으로 하여, 제1 시점에서의 비행체와 표적의 상대거리를 산출하는 산출부를 포함하고,
상기 산출부는 제1 및 제2 시점에서의 비행체 고도를 비교하여, 제1 비행체 각도(
), 제2 비행체 각도(
) 및 표적 각도(
)를 산출하며,
상기 산출부는 제1 시점에서의 비행체 고도가 제2 시점에서의 비행체 고도보다 높은 경우, 하기 수학식 2 및 3에 의해 제1 비행체 각도(
) 및 표적 각도(
)를 산출하고,
제1 시점에서의 비행체 고도가 제2 시점에서의 비행체 고도보다 낮은 경우, 하기 수학식 5 및 6에 의해 의해 제1 비행체 각도(
) 및 표적 각도(
)을 산출하는 표적 정보 산출 장치:
[수학식 2]

[수학식 3]

[수학식 5]

[수학식 6]

상기 수학식 2에서,
는 제1 산출각을 나타내고,
는 제2 산출각을 나타내며, α는 비행체의 제1 좌표 설정값을 나타내며,
상기 수학식 5에서,
는 제1 산출각을 나타내고,
는 제2 산출각을 나타내며,
는 비행체의 제2 좌표 설정값을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 산출부는 하기 수학식 1에 의해 상대 거리를 산출하는 표적 정보 산출 장치:
[수학식 1]

상기 수학식 1에서, M, T, t, t-1은 각각 비행체, 표적, 제1시점, 제2 시점을 나타내고,
는 표적 각도을 나타내며,
는 제2 비행체 각도를 나타낸다.
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제 1 항에 있어서,
상기 비행체의 제1 좌표 설정값(
)은, 하기 수학식 4에 의해 결정되는 표적 정보 산출 장치:
[수학식 4]

상기 수학식 4에서,
는 제2 시점에서의 비행체의 x축 좌표를 나타내고,
는 제1 시점에서의 비행체의 y축 좌표를 나타낸다.
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제 1 항에 있어서, 상기 비행체의 제2 좌표 설정값(
)은, 하기 수학식 7에 의해 결정되는 표적 정보 산출 장치:
[수학식 7]

상기 수학식 7에서,
는 제1 시점에서의 비행체의 x축 좌표를 나타내고,
는 제2 시점에서의 비행체의 y축 좌표를 나타낸다.
제 1 항의 표적 정보 산출 장치를 이용하는 표적 정보 산출 방법으로서,
비행체 및 표적 위치를 수신하는 수신 단계;
상기 수신된 위치를 영상으로 표시하는 표시 단계; 및
제1 시점, 상기 제1 시점의 전 시점인 제2 시점에서의 비행체 위치 및 표적의 각도를 기반으로 하여, 제1 시점에서의 비행체와 표적의 상대 거리를 산출하는 산출 단계를 포함하는 표적 정보 산출 방법.
비행체; 및
상기 비행체를 제어하는 제 1 항에 따른 표적 정보 산출 장치를 포함하는 비행 제어 시스템.