KR102006464B1 - 비동기 필터를 이용한 시선각 속도 추정방법 - Google Patents

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Abstract

비동기 필터를 이용한 시선각 속도 추정방법을 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정 방법은 지향각 정보 및 자세 정보를 획득하는 정보 획득단계; 상기 지향각 정보 및 상기 자세 정보를 기반으로 측정치(zl)를 산출하는 측정치 산출 단계; 상기 측정치(zl)를 획득하고, 상기 측정치(zl)를 이용하여 기 설정된 주기에 마다 비동기 필터 동작을 처리하는 비동기 필터 처리단계; 및 상기 비동기 필터 동작에 따라 비행체의 시선각 속도 추정값을 산출하는 시선각 속도 추정단계를 포함할 수 있다.

Description

비동기 필터를 이용한 시선각 속도 추정방법{Method for Estimating Line of Sight Rate Using Asynchronous Filter}
본 발명은 비동기 필터를 이용하여 비행체의 시선각 속도를 추정하는 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
스트랩다운 탐색기(이하, 탐색기로 기재함)를 장착한 유도 비행체의 경우 김발 탐색기와는 달리 지향각 정보만을 측정한다. 일반적으로 탐색기에서 표적을 포착하고 표적 요격까지 수행하는 종말유도 단계에서는 PNG(Proportional Navigation Guidance)를 많이 사용한다.
PNG를 사용하기 위해서는 시선각 속도(LOSR, Line of Sight Rate) 정보가 필요하기 때문에 스트랩다운 탐색기를 장착한 유도탄의 경우 탐색기 측정 정보(지향각 정보)와 유도 비행체의 자세 정보를 이용하여 시선각 속도 추정을 수행한다. 시선각 속도 추정은 유도 필터(Guidance Filter)를 통해 이루어 진다. 유도 필터는 시선각 속도를 추정함에 있어서, 탐색기의 시간지연, 탐색기 측정치의 시점과 자세 정보 시점의 불일치 등으로 인해 유도 비행체의 불안정성이 커지게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하고자, 현재 시간에 가장 근접한 시선각 속도를 추정 하는 것이 유도필터의 목적이며, 이러한 유도 필터 기술은 한국등록특허 제10-1823774호에 기재되어 있다.
종래의 유도 필터 기술은 표적 속도 대비 유도 비행체의 속도가 크고, 등가속도 운동을 한다는 가정하에서 시간지연 요소를 고려하여 시선각 속도 추정하지만, 유도명령을 만들어 내기 위해 사용되는 시선각 속도 정보가 유도 필터의 업데이트 시점이 아닌 전달(Propagation) 시점인 경우 이전 시점의 전달(Propagation) 정보를 출력하여 시선각 속도 정보의 정확도가 떨어지게 된다.
본 발명은 시선각 속도를 추정함에 있어서 비동기 필터를 적용하여 시간 지연, 필터 동작 시점과 탐색기 정보 제공 시점의 차이 등에 따른 시선각 속도 추정의 불안정성 문제를 해결하고, 시선각 속도의 추정 성능을 향상시키기 위한 비동기 필터를 이용한 시선각 속도 추정방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 시선각 속도 추정 방법은 지향각 정보 및 자세 정보를 획득하는 정보 획득단계; 상기 지향각 정보 및 상기 자세 정보를 기반으로 측정치(zl)를 산출하는 측정치 산출 단계; 상기 측정치(zl)를 획득하고, 상기 측정치(zl)를 이용하여 기 설정된 주기에 마다 비동기 필터 동작을 처리하는 비동기 필터 처리단계; 및 상기 비동기 필터 동작에 따라 비행체의 시선각 속도 추정값을 산출하는 시선각 속도 추정단계를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 비동기 필터를 적용하여 시선각 속도를 추정함으로써, 시선각 속도 추정에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정에 사용되는 좌표계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 측정치 산출부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정방식과 종래의 시선각 속도 추정방식을 나타낸 예시도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명에서 제안하는 비동기 필터를 이용한 시선각 속도 추정방법에 대해 자세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 시선각 속도 추정장치는 지향각 정보 및 자세 정보를 기반으로 시선각 속도를 추정하는 모든 유도 비행체 제어 분야에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정시스템은 시선각 속도 추정장치(100), 탐색기(110) 및 레이트 자이로(Rate Gyro, 120)를 포함한다. 도 1의 시선각 속도 추정시스템은 일 실시예에 따른 것으로서, 도 1에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 시선각 속도 추정시스템에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
시선각 속도 추정장치(100)는 유도 비행체의 시선각 속도를 산출하는 장치로써, 유도 필터(Guidance Filter)로 구현될 수 있다. 여기서, 유도 비행체는 유도 무기인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 공중에서 이동 가능한 공중 이동체일 수도 있다.
시선각 속도 추정장치(100)는 탐색기(110)로부터 지향각 정보
Figure 112018113803111-pat00001
와 레이트 자이로(120)로부터 유도 비행체의 자세 정보를 획득하고, 지향각 정보 및 자세 정보를 이용하여 유도 비행체의 시선각 속도 정보를 추정한다.
탐색기(110)는 표적 대상체와 유도 비행체 사이의 시선각을 피치 축과 요축에 대하여 계산한 지향각 정보를 생성한다. 여기서, 탐색기(110)는 스트랩다운 탐색기(Strapdown Seeker)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
레이트 자이로(120)는 유도 비행체의 각속도 즉, 단위시간당 각의 변화를 측정하는 센서로써, 센싱된 각속도값을 적분 처리한 자세 정보를 시선각 속도 추정장치(100)로 전송한다.
시선각 속도 추정장치(100)는 레이트 자이로(120)로부터 자세 정보를 제공받는 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, IMU(Inertial Measurement Unit)를 사용하는 INS(Inertial Navigation System)로부터 자세 정보를 제공받을 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 시선각 속도 추정장치(100)는 측정치 산출부(210) 및 시선각 속도 추정부(220)를 포함한다. 도 2의 시선각 속도 추정장치(100)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 2에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 시선각 속도 추정장치(100)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
측정치 산출부(210)는 탐색기(110)의 지향각 정보와 유도 비행체의 자세 정보를 획득하고, 지향각 정보 및 자세 정보를 기반으로 측정치를 산출한다.
측정치 산출부(210)는 획득된 지향각 정보 및 자세 정보를 저장하고, 지향각 정보 및 자세 정보의 주기에 따라 소정의 주기를 갖는 데이터 세트를 구성한다. 측정치 산출부(210)는 구성된 데이터 세트를 단위 벡터 형태로 변형한 측정치를 산출한다. 측정치 산출부(210)는 측정치를 시선각 속도 추정부(220)로 전달하여 시선각 속도가 산출되도록 한다. 측정치 산출부(210)에 대한 자세한 설명은 도 4에 기재하도록 한다.
시선각 속도 추정부(220)는 측정치 산출부(210)로부터 측정치를 획득하고, 측정치를 이용하여 유도 비행체의 시선각 속도 추정값을 산출하는 동작을 수행한다. 시선각 속도 추정부(220)는 측정치를 비동기 필터 동작 처리하여 시선각 속도 추정값을 산출한다. 여기서, 비동기 필터 동작은 기 설정된 주기마다 비동기 필터 동작을 처리하며, 기 설정된 주기는 탐색기(110)의 주기와 시선각 속도 추정장치(100)의 추정 주기에 따라 설정된 주기를 의미한다. 시선각 속도 추정부(220)에 대한 자세한 설명은 도 5에 기재하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정에 사용되는 좌표계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a)는 3차원 교전 기하를 표시한 것으로서, M은 유도 비행체, T는 표적 대상체를 의미한다. 또한, I는 관성 좌표계를 의미하고, λ는 시선각, ^ 표시는 단위 벡터를 의미한다. 즉, 도 3의 (a)는 관성 좌표계 상에서 표현된 유도 비행체와 표적 대상체의 기하이며, 시선각은 관성 좌표계에서 표현된 유도 대상체에서 표적 대상체로의 벡터의 각도를 의미한다.
도 3의 (b)는 유도 비행체의 중심에 고정되어 있는 좌표계를 표시한 것으로서, B는 동체 좌표계를 의미한다. 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 지향각 정보
Figure 112018113803111-pat00002
는 정의될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 측정치 산출부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a)는 시선각 속도 추정장치(100)에 포함된 측정치 산출부(210)를 나타낸 블록도이고, 도 4의 (b)는 측정치 산출부(210)의 데이터 세트의 구성 동작을 설명하기 위한 예시도를 나타낸다.
본 실시예에 따른 측정치 산출부(210)는 탐색기(110)의 지향각 정보와 유도 비행체의 자세 정보를 획득하고, 지향각 정보 및 자세 정보를 기반으로 측정치(z)를 산출한다.
측정치 산출부(210)는 획득된 지향각 정보 및 자세 정보를 저장하고, 지향각 정보 및 자세 정보의 주기에 따라 소정의 주기를 갖는 데이터 세트를 구성하며, 데이터 세트를 기반으로 측정치(z)를 산출한다.
측정치 산출부(210)는 탐색기(110)의 지연시간(Latency Time)을 고려하여 데이터 세트를 구성한다. 여기서, 지연시간은 탐색기(110)의 신호 처리에 의해 발생되는 시간을 의미한다.
측정치 산출부(210)는 탐색기(110)의 지향각 정보와 실제 지향각 간에 발생하는 탐색기 지연시간을 고려하여, 탐색기 지향각 정보와 탐색기 지연시간을 고려한 자세 정보를 하나의 데이터 세트로 구성한다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 측정치 산출부(210)는 지연시간이 고려된 지향각 정보와 지향각 정보의 시점과 가장 근접한 시간의 자세 정보를 하나의 데이터 세트로 구성할 수 있다. 여기서, 근접한 시간은 동시간 또는 유사 시간을 의미한다.
측정치 산출부(210)에서 구성된 데이터 세트는 소정의 주기를 갖는 형태로 구성되며, 소정의 주기는 지향각 정보의 제공 주기 또는 자세 정보의 제공 주기에 근거하여 결정될 수 있다.
측정치 산출부(210)는 데이터 세트에 포함된 정보를 유도 비행체에서 표적 대상체 방향으로의 단위 벡터 형태로 변형하여 측정치(z)를 산출한다. 측정치(z)는 [수학식 1]을 이용하여 산출될 수 있다.
Figure 112018113803111-pat00003
측정치(z)는 지향각 정보
Figure 112018113803111-pat00004
및 자세 정보(φ, θ, ψ)를 기반으로 변형된 형태이다. 측정치 산출부(210)는 측정치(z)를 시선각 속도 추정부(220)로 전달하여 시선각 속도가 산출되도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a)는 시선각 속도 추정장치(100)에 포함된 시선각 속도 추정부(220)를 나타낸 블록도이고, 도 5의 (b)는 시선각 속도 추정부(220)의 유도 필터 처리 동작을 설명하기 위한 예시도를 나타낸다.
본 실시예에 따른 시선각 속도 추정부(220)는 측정치 산출부(210)로부터 획득한 측정치(z)를 이용하여 유도 필터 동작을 처리하여 유도 비행체의 시선각 속도 추정값을 산출한다. 여기서, 유도 필터 동작은 비동기 필터를 이용하여 시선각 속도를 산출하는 동작을 의미한다.
시선각 속도 추정부(220)는 기 설정된 주기마다 별개의 비동기 필터 동작을 처리한다. 시선각 속도 추정부(220)의 비동기 필터 동작 각각은 측정치(zl)를 기반으로 전달(Propagation) 처리 및 업데이트(Update) 처리를 수행하며 각각의 주기마다 서로 다른 시선각 속도 정보를 산출한다. 여기서 도 5(b)의 측정치 zl은 k1 ~ kn까지의 추정에 사용되고, 측정치 zl+1은 k1+1 ~ kn+1 까지 사용한다.
시선각 속도 추정부(220)는 시스템 모델의 상태 변수를 이용하는 비동기 필터에서 전달 처리 및 업데이트 처리를 함께 수행한다. 여기서, 비동기 필터는 상태 변수로 유도 비행체와 표적 대상체의 단위 벡터(
Figure 112018113803111-pat00005
)와 단위 벡터의 미분값을 사용하는 필터일 수 있다. 상태 변수를 갖는 시스템 모델은 [수학식 2]에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112018113803111-pat00006
(
Figure 112018113803111-pat00007
: 상태 변수를 갖는 시스템 모델,
Figure 112018113803111-pat00008
: 유도 비행체와 표적 대상체의 단위 벡터의 1차 미분,
Figure 112018113803111-pat00009
: 유도 비행체와 표적 대상체의 단위 벡터의 2차 미분,
Figure 112018113803111-pat00010
: 시스템 모델 잡음 벡터)
여기서, w는 잡음으로서, 평균이 0이고 공분산이 Q이다.
시선각 속도 추정부(220)에서 상태변수를 사용하는 이유는 아래의 [수학식 3]의 관계를 이용하여 시선각 속도의 계산이 가능하기 때문이다.
Figure 112018113803111-pat00011
여기서, 시선각 속도 추정부(220)에서 사용되는 유도 필터는 비동기로 동작하는 칼만 필터(Kalman Filter)일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
시선각 속도 추정부(220)는 [수학식 4]을 통해 상태변수와 측정치 산출부(210)로부터 획득한 측정치(z)와의 관계를 정의할 수 있다.
Figure 112018113803111-pat00012
(
Figure 112018113803111-pat00013
: 측정치 모델 잡음 벡터,
Figure 112018113803111-pat00014
:상태 변수)
여기서, v는 잡음으로서, 평균이 0이고 공분산이 R이다.
시선각 속도 추정부(220)는 [수학식 5]와 같이 정의된 비동기 필터 동작을 수행할 수 있다. 도 5의 (b)을 참고하여, l 시점에서 상태변수와 측정치(zl)의 관계는 [수학식 5]와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112018113803111-pat00015
(
Figure 112018113803111-pat00016
: ㅣ시점의 측정치 모델,
Figure 112018113803111-pat00017
:상태 변수,
Figure 112018113803111-pat00018
: l시점의 시각,
Figure 112018113803111-pat00019
: ㅣ시점의 측정치 잡음 벡터)
시선각 속도 추정부(220)는 l 시점을 kn 시점(n은 0 < n 인 자연수)으로 변환하면 [수학식 6]과 같이 표현할 수 있다. [수학식 6]에서 Ф 는 전이행렬(Transition Matrix)을 의미한다.
Figure 112018113803111-pat00020
(
Figure 112018113803111-pat00021
: l 시점의 측정치 모델,
Figure 112018113803111-pat00022
: kn 시점의 측정치 공분산 행렬,
Figure 112018113803111-pat00023
: tl에서 tk_n 까지의 전이행렬(Transition matrix))
[수학식 6]에서
Figure 112018113803111-pat00024
에는 시스템 모델의 잡음이 포함되어 있다. 이에 따라
Figure 112018113803111-pat00025
를 이용하여 필터를 구성하면 상관관계(Correlation)가 형성된다. 시선각 속도 추정부(220)는
Figure 112018113803111-pat00026
를 이용한 상관관계(Correlation)를 [수학식 7]를 통해 계산할 수 있다.
Figure 112018113803111-pat00027
(
Figure 112018113803111-pat00028
: 시스템 잡음과 측정치 잡음의 상관관계(Correlation), E: 평균(Expectation),
Figure 112018113803111-pat00029
:kn, l시점의 시각,
Figure 112018113803111-pat00030
:l부터 kn 시점까지 적분에 사용되는 변수로 시각을 의미,
Figure 112018113803111-pat00031
:k-1부터 kn 시점까지 적분에 사용되는 변수로 시각을 의미)
본 실시예에따른 시선각 속도 추정부(220)는 이전 시점(kn-1)에서 전달 처리된 이후의 측정치(zl)를 이용하여 시점(kn)의 업데이트 처리를 수행한다. 이후, 시선각 속도 추정부(220)는 시점(kn)에서 전달 처리를 수행하고, 전달 처리된 이후의 측정치((zl+1)를 이용하여 시점(kn+1)의 업데이트 처리가 수행되도록 한다.
시선각 속도 추정부(220)에서 제1 비동기 필터, 제2 비동기 필터, … 제n 비동기 필터가 동작하는 경우, 각각의 비동기 필터의 동작 수학식은 다음과 같이 정의될 수 있다.
제1 비동기 필터의 동작은 [수학식 8] 및 [수학식 9]에 의해 정의될 수 있다. 시선각 속도 추정부(220)는 상관관계(Correlation)를 적용한 제1 비동기 필터의 식을 정리하면 다음과 같다.
Figure 112018113803111-pat00032
(P: 상태 변수 공분산 행렬, k1|k1-1: k1시점의 priori 추정치(필터 Update 이전 추정치))
Figure 112018113803111-pat00033
제1 비동기 필터에서 [수학식 8]은 전달(Propagation) 처리 단계에서 상태변수 및 공분산을 정의하고, [수학식 9]은 업데이트(Update) 처리 단계에서 상태변수 및 공분산을 정의한다.
한편, 제2 비동기 필터의 동작은 [수학식 10] 및 [수학식 11]에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112018113803111-pat00034
Figure 112018113803111-pat00035
제2 비동기 필터에서 [수학식 10]은 전달(Propagation) 처리 단계에서 상태변수 및 공분산을 정의하고, [수학식 11]은 업데이트(Update) 처리 단계에서 상태변수 및 공분산을 정의한다.
한편, 제n 비동기 필터의 동작은 [수학식 12] 및 [수학식 13]에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112018113803111-pat00036
Figure 112018113803111-pat00037
제n 비동기 필터에서 [수학식 12]는 전달(Propagation) 처리 단계에서 상태변수 및 공분산을 정의하고, [수학식 13]은 업데이트(Update) 처리 단계에서 상태변수 및 공분산을 정의한다.
시선각 속도 추정부(220)는 기 설정된 일정 주기마다 재산출된 측정치(zl)를 측정치 산출부(210)로부터 획득한다. 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 재산출된 측정치(zl)는 신규 측정치(zl+1)로 정의될 수 있다.
시선각 속도 추정부(220)는 재산출된 신규 측정치(zl+1)가 획득될 때까지 비동기 필터 동작을 수행한다. 다시 말해, 시선각 속도 추정부(220)는 신규 측정치(zl+1)가 획득될 때까지 기 설정된 주기마다 전달(Propagation) 처리 및 업데이트(Update) 처리를 수행하여 시선각 속도 정보를 산출한다.
본 실시예에 따른 시선각 속도 추정부(220)에서 측정치(z)의 획득 주기는 탐색기(210)의 정보 제공 주기와 동일하고, 유도루프(유도필터 동작 및 유도명령 생성 루프)는 탐색기(210)의 정보 제공 주기보다 빠르다. 예를 들어 탐색기 주기가 50 Hz이고, 유도루프 주기가 200 Hz이면, 4 개의 비동기 필터를 구성하여 시선각 속도를 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정방식과 종래의 시선각 속도 추정방식을 나타낸 예시도이다.
도 6의 (a)는 종래의 시선각 속도 추정장치를 나타내고, 도 6의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정장치(100)를 나타낸다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 시선각 속도 추정장치의 경우 측정치(zl)가 획득되면, 유도 필터의 업데이트(Update) 처리를 수행하고, 신규 측정치(zl+1)가 획득되기 전까지 전달(Propagation) 처리만을 수행한다.
이와 같이, 종래의 시선각 속도 추정장치에서는 유도 비행체의 유도명령을 생성하기 위해 사용되는 시선각 속도 추정값이 유도 필터의 업데이트 처리 시점이 아닌 전달 처리 시점에서 출력되는 경우 시선각 속도 추정값의 정확도가 저하된다.
본 발명의 시선각 속도 추정장치(100)는 기 설정된 주기마다 비동기 필터에서 업데이트(Update) 처리를 수행하여 시선각 속도 추정값을 출력한다.
도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 시선각 속도 추정장치(100)의 제1 비동기 필터(Async. Filter 1)는 k1 시점에서 전달(Propagation) 처리 및 업데이트(Update) 처리를 수행하여 시선각 속도 추정값을 출력한다. 제1 비동기 필터(Async. Filter 1)는 k1-1 시점에서 전달(Propagation) 처리된 후의 측정치 데이터(zl)를 이용하여 업데이트(Update) 처리를 수행한다.
시선각 속도 추정장치(100)의 제2 비동기 필터(Async. Filter 2)는 k2 시점에서 전달(Propagation) 처리 및 업데이트(Update) 처리를 수행하여 시선각 속도 추정값을 출력한다. 제2 비동기 필터(Async. Filter 2)는 k2-1 시점에서 전달(Propagation) 처리된 후의 측정치 데이터(zl)를 이용하여 업데이트(Update) 처리를 수행한다.
시선각 속도 추정장치(100)의 제n 비동기 필터(Async. Filter n)까지 반복하여 전달(Propagation) 처리 및 업데이트(Update) 처리를 수행한 결과값으로 시선각 속도 추정값을 출력한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 시선각 속도 추정방법을 나타낸 순서도이다.
도 7a는 시선각 속도 추정장치(100)에 포함된 측정치 산출부(210)의 측정치 산출 방법을 나타내며, 도 7b는 시선각 속도 추정장치(100)에 포함된 시선각 속도 추정부(220)의 시선각 속도 추정방법을 나타낸다.
측정치 산출부(210)는 지향각 정보 및 자세 정보를 실시간으로 획득하고 이를 저장한다(S710, 720).
여기서, 지향각 정보는 탐색기(110)로부터 획득된 정보를 의미하고, 자세 정보는 레이트 자이로(120) 또는 INS(Inertial Navigation Systme)로부터 획득된 정보를 의미한다.
측정치 산출부(210)는 획득된 지향각 정보 및 자세 정보를 저장하고, 지향각 정보 및 자세 정보의 주기에 따라 소정의 주기를 갖는 데이터 세트를 구성한다(S730).
측정치 산출부(210)는 탐색기(110)의 지연시간(Latency Time)을 고려하여 데이터 세트를 구성한다. 측정치 산출부(210)는 탐색기(110)의 지향각 정보와 실제 지향각 간에 발생하는 탐색기 지연시간을 고려하여, 탐색기 지향각 정보와 탐색기 지연시간을 고려한 자세 정보를 하나의 데이터 세트로 구성한다. 여기서, 측정치 산출부(210)는 지연시간이 고려된 지향각 정보와 지향각 정보의 시점과 가장 근접한 시간의 자세 정보를 하나의 데이터 세트로 구성할 수 있다.
측정치 산출부(210)는 구성된 데이터 세트를 기반으로 측정치(z)를 산출하고(S740), 산출된 측정치(z)를 시선각 속도 추정부(220)로 전달한다(S750). 측정치 산출부(210)는 데이터 세트에 포함된 정보를 유도 비행체에서 표적 대상체 방향으로의 단위 벡터 형태로 변형하여 측정치(z)를 산출한다.
시선각 속도 추정부(220)는 측정치 산출부(210)로부터 측정치(z)를 획득한다(S760).
시선각 속도 추정부(220)는 측정치(z)를 이용하여 기 설정된 주기마다 비동기 필터 동작을 수행하여 시선각 속도를 산출한다(S770). 시선각 속도 추정부(220)는 l 시점에서의 측정치(zl)를 이용하여 적어도 하나의 비동기 필터 동작을 수행한다. 여기서, 시선각 속도 추정부(220)는 l+1 시점에서의 신규 측정치(zl+1)가 획득될 때까지 적어도 하나의 비동기 필터 동작을 수행한다.
예를 들어, 시선각 속도 추정부(220)는 획득한 측정치(z)를 이용하여 제1 비동기 필터로부터 제n 비동기 필터까지 순차적으로 동작하여 시선각 속도를 산출한다. 구체적으로, 시선각 속도 추정부(220)는 측정치(z) 획득 후 첫 유도루프 동작 시점에는 제1 비동기 필터를 동작하고, 다음 유도루프 동작 시점에는 제2 비동기 필터를 동작하며 다음 측정치(z)가 획득될 때까지 비동기 필터를 동작시켜 시선각 속도를 산출한다.
본 실시예에 따른 시선각 속도 추정부(220)에서 측정치(z)의 획득 주기는 탐색기(210)의 정보 제공 주기와 동일하고, 유도루프(유도필터 동작 및 유도명령 생성 루프)는 탐색기(210)의 정보 제공 주기보다 빠르다. 예를 들어 탐색기 주기가 50 Hz이고, 유도루프 주기가 200 Hz이면, 4 개의 비동기 필터를 구성하여 시선각 속도를 산출할 수 있다.
시선각 속도 추정부(220)는 산출된 시선각 속도를 외부모듈로 전달한다(S780). 여기서, 외부모듈은 유도 비행체의 유도 명령을 생성하는 모듈일 수 있다.
도 7a 및 도 7b에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 7a 및 도 7b에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 7a 및 도 7b는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 7에 기재된 본 실시예에 따른 시선각 속도 추정방법은 애플리케이션(또는 프로그램)으로 구현되고 단말장치(또는 컴퓨터)로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 시선각 속도 추정방법을 구현하기 위한 애플리케이션(또는 프로그램)이 기록되고 단말장치(또는 컴퓨터)가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨팅 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치 또는 매체를 포함한다.
이상의 설명은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 시선각 속도 추정장치
110: 탐색기 120: 레이트 자이로
210: 측정치 산출부 220: 시선각 속도 추정부

Claims (8)

  1. 비동기 필터를 이용하여 시선각 속도를 추정하는 방법에 있어서,
    지향각 정보 및 자세 정보를 획득하는 정보 획득단계;
    상기 지향각 정보 및 상기 자세 정보를 기반으로 측정치(zl)를 산출하는 측정치 산출 단계;
    상기 측정치(zl)를 획득하고, 상기 측정치(zl)를 이용하여 기 설정된 주기에 마다 비동기 필터 동작을 처리하는 비동기 필터 처리단계; 및
    상기 비동기 필터 동작에 따라 비행체의 시선각 속도 추정값을 산출하는 시선각 속도 추정단계를 포함하되,
    상기 측정치 산출 단계는, 상기 지향각 정보 및 상기 자세 정보를 이용하여 데이터 세트를 구성하고, 상기 데이터 세트를 기반으로 상기 측정치(zl)를 산출하는 것을 특징으로 하는 시선각 속도 추정방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측정치 산출 단계는,
    탐색기 지연시간(Latency Time)을 고려하여 상기 데이터 세트를 구성하되,
    상기 탐색기 지연시간이 고려된 지향각 정보와 상기 지향각 정보의 시점과 가장 근접한 시간의 상기 자세 정보를 상기 데이터 세트로 구성하는 것을 특징으로 하는 시선각 속도 추정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 측정치 산출 단계는,
    상기 데이터 세트에 포함된 정보를 상기 비행체에서 표적 대상체 방향으로의 단위 벡터 형태로 변형하여 상기 측정치(zl)를 산출하는 것을 특징으로 하는 시선각 속도 추정방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비동기 필터 처리단계는,
    상기 주기의 각 시점(kn, n은 0 < n 인 자연수)에서 서로 다른 비동기 필터 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 시선각 속도 추정방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비동기 필터 처리단계는,
    상기 비동기 필터 동작 각각에서 상기 측정치(zl)를 기반으로 전달(Propagation) 처리 및 업데이트(Update) 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 시선각 속도 추정방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비동기 필터 처리단계는,
    이전 시점(kn-1)에서 전달 처리된 이후의 측정치(zl)를 이용하여 상기 시점(kn)의 업데이트 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 시선각 속도 추정방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 측정치 산출 단계는,
    기 설정된 일정 주기마다 상기 측정치(zl)를 재산출하고, 상기 비동기 필터 처리단계는 상기 측정치 산출 단계에서 재산출된 신규 측정치(zl+1)가 획득될 때까지 상기 비동기 필터 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 시선각 속도 추정방법.
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