KR102043175B1

KR102043175B1 - 야포 탄환 격추용 그물을 가지는 군사용 드론 및 그 군집 비행을 이용한 드론 방공망 시스템

Info

Publication number: KR102043175B1
Application number: KR1020180057360A
Authority: KR
Inventors: 이상인
Original assignee: 이상인
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2019-11-11

Abstract

야포 탄환 격추용 그물을 가지는 군사용 드론 및 그 군집 비행을 이용한 드론 방공망 시스템이 개시된다. 일 실시 예에 따른 군사용 드론은 포 탄환에 전기 충격과 하중에 의한 충격을 가하여 탄환을 격추하는 그물과, 그물 충격과 동시에 그물 변형에 의해 동작하여 탄환을 격추하는 폭탄과, 군사용 드론의 군집 비행을 제어하고 그물 및 폭탄을 이용한 탄환 격추를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

야포 탄환 격추용 그물을 가지는 군사용 드론 및 그 군집 비행을 이용한 드론 방공망 시스템 {Military drone equipped with a net for shooting shotgun bullets and drone air defense network system using a cluster flight of the military drones}

본 발명은 군사용 드론 및 그 군집 비행을 이용한 방공망 구축기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄환 신관에 전기 충격을 가함과 동시에 자폭을 통해 포탄을 격추시키는 그물의 구성 방법 및 포대 일제타격(TOT, Time On Target)시 이와 같은 그물을 탑재한 드론의 군집 비행을 통해 방공망을 구축하여 적 포격을 무력화하기 위한 방공망 시스템에 관한 것이다.

군사용 드론(무인항공기)은 대형화 및 고성능화로 유인기의 임무영역을 일부 대체하고 있으며, 현재 각국에서는 네트워크 중심전(Net Centric Warfare)에 입각한 유인·무인 전투기의 동시작전이 가능한 전투체계를 연구 중에 있다.

드론은 ①네트워크 기반 실시간 빅 데이터 수집, 활용에 따른 초연결성, ②인공지능 기반의 자율비행, 운영관리로 미래형 드론(Personal Air Vehicle: PAV) 등장 등의 초 기능성 및 ③다양한 수요에 대응하는 센서, 임무장비 등의 융·복합 특징을 가지며, 드론 관련 핵심기술은 항법, 제어 및 H/W 설계/제작기술에 기반한다.

항법 시스템은 무인기의 위치, 속도 및 자세를 내장된 관성센서 및 GPS 등을 통해 알아내며 다양한 센서 융합기술이 사용된다. 제어 시스템은 무인기의 위치, 속도 및 자세를 사용자의 요구에 따라 동작할 수 있게 하는 부분으로, 비행체에 따라 다르며, 항법 시스템의 피드백을 통해 동작한다.

군용 무인기의 경우 신뢰성이 높고 정밀한 시스템을 만들기 위해 전파방해(Jamming)를 비롯한 외부 위협 등에 대해 강인한 기술이 필요하다. 민간 무인기의 경우 다양한 응용으로의 적용을 위한 가격, 성능 등의 특성에 대한 유연한 알고리즘 개발이 필요하다. 즉, 장애물 회피 및 충돌방지, 통신 등의 시스템 연계 기술개발이 필요하다.

일 실시 예에 따라 탄환 격추를 위한 그물이 탑재된 드론의 군집 비행 제어 기술을 이용하여 중첩의 실시간 방공망을 구축함으로써 적 야포의 일제타격에 대응하기 위한 방공망 시스템을 제안한다.

일 실시 예에 따른 군사용 드론은 포 탄환에 전기 충격과 하중에 의한 충격을 가하여 탄환을 격추하는 그물과, 그물 충격과 동시에 그물 변형에 의해 동작하여 탄환을 격추하는 폭탄과, 군사용 드론의 군집 비행을 제어하고 그물 및 폭탄을 이용한 탄환 격추를 제어하는 제어부를 포함한다.

그물은, 포물선 탄도 탄환 격추를 위한 수직 그물과, 자유낙하 탄환 격추를 위한 수평 그물을 포함할 수 있다.

그물은, 다수의 수직 피아노 선 및 다수의 수평 피아노 선이 직교하는 격자 구조와, 격자 구조의 양 측면에 배치되어, 군사용 드론의 이륙 시 그물을 접어 올리기 위한 체인과, 격자 구조의 상하면에 배치되고 체인이 걸리는 걸쇠를 가지며 폭탄이 내장된 프레임과, 각 수직 피아노 선 및 수평 피아노 선이 직교하는 지점에 형성되어 그물을 고정하는 그물 고정 추를 포함할 수 있다.

프레임은, 평소에 체인을 걸쇠로 걸고, 군사용 드론의 임무 수행 시에 고정 축을 중심으로 회전운동하여 걸쇠에 걸려 있던 체인을 풀어 그물을 펼쳐지게 할 수 있다. 프레임은, 수직 피아노 선 양끝에 구비되어, 포 탄환 접촉에 따른 그물 인장력에 의해 기폭장치에 충격을 주어 폭탄이 폭발하게 하는 안전판과, 군사용 드론의 임무 수행 전에는 안전판에 의해 오프되고, 군사용 드론의 임무 수행 지점 도달 시 온 되어 안전판이 동작하도록 하는 마그네틱 스위치와, 폭탄을 폭발시키는 기폭장치와, 기폭장치에 의해 폭발하는 폭탄을 포함하며, 포탄이 그물에 충격을 가하게 되면 그물 고정 추 또는 수평 피아노 선이 포탄 방향으로 이동하여 합선에 의한 고전력을 발생시켜 포탄 신관에 전기 충격을 주며, 이와 동시에 그물 인장에 의한 안전판이 기폭장치에 충격을 주어 폭탄이 폭발하게 될 수 있다.

군사용 드론은, 군사용 전용 주파수를 사용하여 지휘 통제기 및 지상 제어 시스템과 실시간으로 무선통신하여 정보를 송수신하는 무선 송수신기와, 군사용 드론의 군집 비행 및 이를 통한 드론 방공망 구축을 위한 좌표 정보를 수신하여 제어부로 전달하는 정밀 GPS와, 군사용 드론의 3차원 좌표 데이터를 생성하여 제어부로 전송하는 정밀 측위 모듈과, 군사용 드론 및 그 주변환경을 센싱하여 제어부의 군집 비행 제어를 보조 및 보정하며 센싱 데이터는 정밀 GPS 및 정밀 측위 모듈의 위치 데이터와 통합 처리되어 3차원 위치 측정의 정밀도를 높이는 보조센서를 더 포함할 수 있다.

군사용 드론은, 군사용 드론 또는 그물의 충격을 감지하는 충돌감지센서와, 충돌감지센서에 의해 충격이 감지되면 그물 내부의 폭탄을 기폭 시키며 그물 프레임 내부 안전판의 오동작 시 자폭을 위한 보조수단으로 사용되는 기폭장치를 더 포함할 수 있다.

제어부는, 군사용 드론 및 그 주변에서 감지된 센싱정보를 수신하여 이를 제어부의 군집 비행 제어를 보조 및 보정하기 위한 보정 데이터로 처리하는 보정 데이터 처리부와, 지상 제어 시스템과 임무수행에 따라 송수신되는 작전 데이터를 처리하고 보정 데이터 처리부로부터 수신한 데이터와 지상 제어 시스템으로부터 수신된 작전 명령을 처리하며 충돌감지센서를 통해 감지된 충돌 감지 데이터를 분석하여 그물을 제어하기 위한 명령을 생성하고 이를 그물에 전송하는 데이터 통합 처리부와, 군사용 드론의 비행을 제어하는 비행 제어부와, 군사용 드론의 위치를 제어하는 위치 제어부와, 군사용 드론의 자세를 제어하는 자세 제어부와, 데이터 통합 처리부로부터 수신된 데이터를 처리하여 제어명령을 생성하고 이를 비행 제어부, 위치 제어부 및 자세 제어부로 송신하는 임무 제어부를 포함할 수 있다.

임무 제어부는, 앵커-태그 또는 태그-태그 간 거리를 측정하고 보정을 통한 드론 간 시계 오차를 제거하고 칼만 필터를 이용하여 거리 데이터 잡음을 제거하며 다변 측량 기법 및 및 자승법을 이용하여 군사용 드론의 3차원 위치를 추정하며 GPS 정보 및 센서에 의한 보정 데이터 통합 처리에 따른 3차원 임무 좌표를 생성할 수 있다.

다른 실시 예에 따른 드론 방공망 시스템은, 그물을 통해 포 탄환에 전기 충격과 하중에 의한 충격을 가하여 탄환을 격추하며 그물 충격과 동시에 그물 변형에 의해 폭탄이 동작하여 탄환을 격추하는 군사용 드론과, 군사용 드론의 군집 비행을 이용하여 군사용 드론들로 구성된 드론 방공망을 구성하는 지휘 통제기와, 각 지휘 통제기와 무선통신하여 정보를 공유하고 군사용 드론을 중앙 제어하면서 방공망 구성형상 및 그물 동작에 관한 방공작전을 통해 드론 방공망을 운영하며, 포탄의 폭발 반경을 기준으로 포격 형태, 규모 및 위수 지역의 특성에 따라 중첩 구조를 포함한 자유로운 형태의 드론 방공망을 운영하고, 군사용 드론의 그물 형태를 이용한 단일 또는 다중 형상의 방공망을 운영하는 지상 제어 시스템을 포함한다.

군사용 드론의 군집 비행은 태그-태그 간 또는 앵커-태그 간 측위 데이터와 정밀 GPS 데이터가 통합된 3차원 위치 데이터를 기반으로 이루어지고, 군집 비행 제어는 지상 제어 시스템을 중심으로 하는 중앙제어방식과 각각의 군사용 드론이 정보를 공유하여 스스로 비행하는 분산제어방식 중 적어도 하나의 제어방식에 의해 이루어지며, 제어방식은 방공 작전에 따른 임무 특성에 따라 종속될 수 있다.

지상 제어 시스템은, 위성 전군방공경보체계로부터 전장 감시정찰 데이터를, 대포병 레이더로부터 탄도 데이터 및 탄착 데이터를, 군사용 드론으로부터 비행 데이터를 각각 수신하여 처리하는 수신 데이터 처리부와, 수신 데이터 처리부를 통해 수신된 데이터를 이용하여 방공망 구성형상 및 그물 동작에 관한 작전 명령을 생성하여 이를 군사용 드론에 실시간 무선 전송하는 데이터 송수신부를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 방공망 시스템은 포격 규모, 종류 등에 따라 적게는 수백 대, 많게는 수천 대 드론을 이용하여 중첩의 방공망을 구축함으로써 이를 무력화시킬 수 있다. 또한, 군사용 드론에 제독제, 작용제를 그물과 함께 탑재하여 인구밀집 지역에서의 화학/생화학탄 공격에 대비할 수 있으며, 이를 통해 상대국을 대적할 전쟁 억지력을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 군사용 드론을 이용한 드론 방공망 운용의 개념을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 그물을 장착한 군사용 드론의 형상을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수평 그물을 장착한 군사용 드론의 형상을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 그물 또는 수평 그물이 탑재된 군사용 드론의 군집 비행을 이용한 방공망 구성의 개념을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 군사용 드론에 장착되는 수직 그물의 세부구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 그물의 투망 개념을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 그물의 상하 프레임 내부에 장착된 소형 폭탄의 동작 개념을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포탄에 전기 충격을 가하기 위한 수직 그물 내 그물 고정 추의 구조를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 그물을 이용한 야포 탄환의 격추 모습을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수평 그물의 구성을 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방공망 구축을 위한 폭발 반경의 개념을 도시한 도면,
도 12 및 도 13은 도 11의 폭발 반경을 기반으로 구축된 드론 방공망의 형상을 도시한 도면,
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 군사용 드론의 구성을 도시한 도면,
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 드론 방공망 구성을 위한 지상 제어 시스템 및 군사용 드론의 드론 제어부의 세부 구성을 도시한 도면,
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 군사용 드론의 군집 비행을 위한 3차원 측위 알고리즘의 절차를 도시한 도면,
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이와 같은 3차원 알고리즘을 통해 실시간으로 생성된 좌표 데이터를 기반으로 하는 군집 비행의 개념을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.

이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.

그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 군사용 드론을 이용한 드론 방공망 운용의 개념을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 드론 방공망 시스템(1)은 그물(26)이 탑재된 군사용 드론(10), 지휘 통제기(60), 지상 제어 시스템(Ground Control System: GCS)(70), 드론 방공망(80), 대포병 레이더(Counter-Battery Radar)(95), 군사위성(96), 무인정찰기(97) 및 위성 전군방공경보체계(Satellite Air-defence Warning System)(98)을 포함한다.

다량의 화포를 집결시켜 결정적인 방향에 집중적으로 포격하여 전황을 유리하게 이끌기 위한 포병 전력은 현대전에서도 중요시되고 있으며, 이러한 일제타격에 따른 야포 탄환들의 명확한 요격 방법은 없는 것으로 알려져 있다. 일 실시 예에 따른 그물(26)이 탑재된 군사용 드론(10)의 군집 비행 또는 편대 비행을 이용하여 드론 방공망(80)을 구축한다. 이때, 드론 방공망(80)은 다수의 군사용 드론(10)으로 구성되며, 서로 다른 반경을 가지고 중첩 가능하다. 드론 방공망(80)은 기관포, 레이저 무기 등으로도 요격이 어려운 야포 탄환을 격추 시키며, 이를 통해 적 포격을 무력화할 수 있다. 군사용 드론(10)의 그물(26)은 포 탄환에 전기 충격과 함께 하중에 의한 충격을 줄 수 있는 구조를 가지며, 충격과 동시에 그물 변형에 의해 동작하는 폭탄이 내장되어 있다. 그물(26)은 포물선 탄도 탄환 격추용 수직 그물과 자유낙하 탄환 격추를 위한 수평 그물로 구분될 수 있으며, 다양한 화포 공격에 따른 방공체계 구축이 가능하다. 야포는 자주포, 방사포와 같은 장사정포를 포함한다.

드론 방공망(80)은 탄도 추적에 따른 대포병 레이더(95)와의 작전 명령에 따라 지휘 통제기(60)에 의해 구축되며, 포격 형태, 규모 및 위수(탄착) 지역의 특징에 따라 자유로운 형상의 중첩 구조를 가진다. 드론 방공망(80) 운용은 지상 제어 시스템(70)에 의해 이루어진다. 지휘 통제기(60)는 이동 가능하며, 군사용 드론(10)과의 통신을 통해 군사용 드론(10)의 3차원 위치 추적을 위한 고정된 앵커(anchor)로서 기능할 수 있다. 지상 제어 시스템(70)은 지상 관제소에 마련될 수 있다. 지휘 통제기(60)는 대대/중대급일 수 있고, 지상 제어 시스템(70)은 각 지휘 통제기(60)를 통괄하는 군단/사단 급일 수 있다. 지휘 통제기(60)는 다수 개일 수 있다. 지휘 통제기(60)와 지상 제어 시스템(70)은 도 1에 도시된 바와 같이 지상에 위치할 수 있다.

일 실시 예에 따른 군사용 드론(10)에 장착되는 그물(26)은 포탄 신관(Bombes fuze)에 ①하중에 의한 충격과 ②전기 충격을 주기 위한 구조를 가지며, ③그물 자체 폭발에 따른 탄환 격추용 소형 폭탄이 장착되어 있다. 이와 같은 그물의 3중 기능은 거의 동시에 이루어져 탄환 격추를 위한 임무 수행의 정확성과 신뢰도를 높이게 된다. 그물은 전방으로부터 포물선을 그리며 날아오는 탄환에 대응하기 위한 수직 그물(40)과, 위에서 아래로 자유낙하 하는 탄환에 대응하기 위한 수평 그물의 2가지 형상을 가진다.

격추 그물을 탑재한 군사용 드론(10)을 이용한 드론 방공망(80)은 포탄의 살상 반경(또는 폭발 반경)을 기준으로 포격 규모, 위수 지역(탄착 지역 또는 목표물) 특성에 따라 저고도(3km 이하) 군집 비행을 통해 구축되며, 지상 제어 시스템(70)의 방공 작전에 따라 중첩(nested) 구조도 가질 수 있다. 또한, 수직 그물(40) 또는 수평 그물을 이용한 단일 형상의 방공망뿐만 아니라 수평, 수직 그물이 혼합된다면 다중 형상의 방공망 구축이 가능하여 다양한 방공망을 구축할 수 있다.

군사용 드론(10)의 군집 비행은 태그(드론)(10)-태그(드론)(10) 간 또는 앵커(지휘 통제기)(60)-태그(드론)(10) 간 측위 데이터와 정밀 GPS 데이터가 통합된 3차원 위치 데이터를 기반으로 이루어지게 된다. 군집 비행 제어는 지상 제어 시스템(70)을 중심으로 하는 중앙제어방식과 각각의 군사용 드론(10)이 필요한 정보를 공유하여 스스로 비행하는 분산제어방식 및 이 두 가지 방식이 혼합된 복합제어방식으로 구분되며, 제어방식은 방공 작전에 따른 임무 특성 등에 종속된다.

지상 제어 시스템(70)은 지휘 통제기(60)와 무선통신하여 정보를 공유하고 방공망 구성형상 및 그물 동작에 관한 방공작전을 통해 드론 방공망(80)을 운영한다. 예를 들어, 포탄의 폭발 반경을 기준으로 포격 형태, 규모 및 위수 지역의 특성에 따라 중첩 구조를 포함한 자유로운 형태의 드론 방공망(80)을 운영한다. 또는 군사용 드론(10)의 그물 형태를 이용한 단일 또는 다중 형상의 방공망(80)을 운영한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 그물을 장착한 군사용 드론의 형상을 도시한 도면이다.

보다 세부적으로, 도 2의 (a)는 수직 그물(40)을 장착한 군사용 드론(10)의 정면 모습을, (b)는 측면 모습을 각각 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 군사용 드론(10)에 장착되는 수직 그물(40)은, 포물선을 그리며 군사용 드론(10)의 정면으로 날아오는 포탄을 격추 시킨다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수평 그물을 장착한 군사용 드론의 형상을 도시한 도면이다.

보다 세부적으로, 도 3의 (a)는 수평 그물(50)을 장착한 군사용 드론(10)의 평면 모습을, (b)는 측면 모습을 각각 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 군사용 드론(10)에 장착되는 수평 그물(50)은, 위에서 아래로 자유낙하 하는 포탄을 격추 시킨다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 그물 또는 수평 그물이 탑재된 군사용 드론의 군집 비행을 이용한 방공망 구성의 개념을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 드론 방공망(80)은 수직 그물(40)을 가진 군사용 드론(10y1,10y2,…,10yn)과 수평 그물(50)을 가진 군사용 드론(10x1,10x2,…,10xn)으로 구성되며, 지휘 통제기(60a,60b)의 제어에 의해 구축된다. 각 지휘 통제기(60a,60b)는 서로 통신하면서 방공망(9) 구성정보를 공유할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 군사용 드론에 장착되는 수직 그물의 세부구성을 도시한 도면이다.

보다 구체적으로, 도 5의 (a)는 수직 그물(40)의 정면을, (b)는 수직 그물(40)의 측면을, (c)는 접어 올려진 수직 그물(40)의 측면을 각각 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, 수직 그물(40)의 상부 프레임(41a)과 하부 프레임(41b) 내부에는 소형 폭탄이 내장되어 있으며, 군사용 드론 이륙 시 수직 그물(40)을 접어 올리기 위한 체인(42a,42b)이 좌우 2개 배치된다. 이와 같은 구조는 드론 이륙 시 바람 등의 저항을 최소화하기 위함이다. 상부 프레임(41a)과 하부 프레임(41b)은 파이프 구조일 수 있다.

일 실시 예에 따른 수직 그물(40)은 수직 피아노 선(43)과 수평 피아노 선(44)이 그물 고정 추(45)에 연결되어 격자형상을 가진다. 수직 그물(40)을 탑재한 군사용 드론이 임무수행 지점에 도착하게 되면, 그물 상부 프레임(41a) 동작에 의해 수직 그물(40)이 하향으로 펼쳐지며, 수직 그물(40)의 펼침 동작은 군사용 드론의 제어부(도 14의 30) 명령에 따라 수행된다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 그물의 투망 개념을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 수직 그물(40)의 상부 프레임(41a)에는 체인(421)이 걸리는 걸쇠(48)를 가진다. 평소에 체인(421)은 걸쇠(48)에 걸려 있고, 군사용 드론의 임무 수행 시에 상부 프레임(41a)은 고정 축을 중심으로 회전운동하게 되며, 이때 걸쇠(48)에 걸려 있던 체인(421)이 풀려 수직 그물(40)이 하향으로 펼쳐지게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 그물의 상하 프레임 내부에 장착된 소형 폭탄의 동작 개념을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 수직 피아노 선(43) 양끝에는 기폭장치(48)에 충격을 주기 위한 안전판(46)이 연결되어 있으며, 포 탄환 접촉에 따른 그물 인장력에 의해 동작하게 된다. 군사용 드론의 임무 수행 전에는 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 마그네틱 스위치(47)에 의해 안전판(46)이 오프되며(동작하지 않으며), 임무 수행 지점 도달 시 제어부(도 14의 30)의 명령에 따라 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 마그네틱 스위치(47)가 온 되어(열려) 안전판(46)이 동작하도록 하여 폭탄(49)이 동작 준비 상태에 이르게 된다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포탄에 전기 충격을 가하기 위한 수직 그물 내 그물 고정 추의 구조를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 수직 그물(40)의 그물 고정 추(45)에는 (+)극성을 가지는 수직 피아노 선(43)과 (-)극성을 가지는 수평 피아노 선(44)이 동작 간격(91, 92)을 가지고 연결되어 있다. 포탄이 그물에 충격을 가하게 되면 그물 고정 추(45) 또는 수평 피아노 선(44)이 포탄 방향으로 이동하여 합선에 의한 고전력(3kV 이상, 10mA 이하)을 발생시켜 포탄 신관에 전기 충격을 주게 된다. 이와 동시에 그물 인장에 의한 안전판(46)이 기폭장치(48)에 충격을 주어 폭탄(49)이 폭발하게 된다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 그물을 이용한 야포 탄환의 격추 모습을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 수직 그물(50)은 체인에 의해 접혀 있다가 포 탄환이 오면 체인이 풀리고, 포 탄환에 전기 충격과 하중에 의한 충격을 가하여 탄환을 격추한다. 이때, 그물 충격과 동시에 그물 변형에 의해 폭탄이 동작하여 탄환을 격추할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수평 그물의 구성을 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 수평 그물(50)은 수직 그물(40)과 동일한 구조를 가진다. 다만, 그물 고정 추(45) 및 수직 피아노 선(53)이 수직 그물(40)과는 달리 하향으로 동작하게 된다. 한편, 포탄 신관에 전기 충격을 가하기 위한 전력은 군사용 드론의 전력 생성기(도 14의 24)를 통해 공급받게 된다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방공망 구축을 위한 폭발 반경의 개념을 도시한 도면이고, 도 12 및 도 13은 도 11의 폭발 반경을 기반으로 구축된 드론 방공망의 형상을 도시한 도면이다.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 야포 탄환은 폭발 시 일정한 반경(90)을 가지며, 일 실시 예에 따른 드론 방공망(80)은 이와 같은 폭발 반경 및 탄도 오차를 기반으로 구축된다. 드론 방공망(80)은 폭발 반경(90)을 기준으로 중첩으로 구성(80a, 80b, … , 80n)될 수 있으며, 군사위성의 GPS 정보와 지휘 통제기(60)의 제어에 의해 구축된다.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 군사용 드론의 구성을 도시한 도면이다.

도 14를 참조하면, 군사용 드론(10)은 무선 송수신기(11), 정밀 GPS(12), 충돌감지센서(16), 정밀 측위 모듈(17), 이중 관성센서(18), 프로펠러(19), 방수모터(20), ESC(21), 비행기록장치(22), 배터리(23), 전력 생성기(24), 보조센서(25) 및 제어부(30)를 포함한다.

군사용 드론(10)은 제어부(30)를 중심으로 각종 주변장치들이 연결된다. 제어부(30)는 비행 제어 컴퓨터(Flight Control Computer: FCC)일 수 있다.

무선 송수신기(11)는 지휘 통제기(60) 및 지상 제어 시스템(70)와의 실시간 무선통신 기능을 제공하며, 군사용 전용 주파수를 사용한다. 정밀 GPS(12)는 군사용 드론(10)의 군집 비행 및 이를 통한 드론 방공망 구축에 필요한 좌표 정보를 수신하여 제어부(30)로 전달한다.

보조센서(25)는 군사용 드론(10) 및 군사용 드론(10)의 주변환경을 센싱하여 제어부(30)를 통한 군사용 드론(10)의 군집 비행 제어를 보조 및 보정한다. 보조센서(25)는 영상센서(13), 음향센서(14) 및 거리센서(15) 등일 수 있다. 센싱 데이터는 정밀 GPS(12) 및 정밀 측위 모듈(17)의 위치 데이터와 통합 처리되어 3차원 위치 측정의 정밀도를 높인다. 영상센서(13)는 폭발 불꽃감지, 야간 임무수행 등에 따른 PTZ 카메라, IR 카메라, 어안(Fish Eye) 카메라 등으로 구성될 수 있다. 음향센서(14)는 복수 개의 지향성 마이크로 구성될 수 있으며, 거리센서(15)는 초음파 또는 레이저 거리센서 및 라이다(LiDAR) 등으로 구성될 수 있다.

충돌감지센서(16)는 군사용 드론(10) 또는 그물(26)의 충격을 감지하며, 이를 통해 그물(26) 내부 소형폭탄의 기폭장치(48)를 동작시킨다. 이와 같은 충돌감지센서(16)는 그물 프레임 내부 안전판(46)의 오동작 시 자폭을 위한 보조수단이다.

정밀 측위 모듈(17)은 군사용 드론(10)의 3차원 좌표 데이터를 생성하여 제어부(30)로 전송하며, 3차원 좌표 데이터는 군사용 드론(10)의 군집 비행 제어를 위한 기본 데이터로 사용된다. 이와 같은 3차원 좌표 데이터는 고정앵커-이동태그 구조를 기반으로 하는 절대좌표 방식과, 이동태그-이동태그 구조를 기반으로 하는 상대좌표 방식으로 구분되며, 드론 방공망 구성에 따라 각각 다르게 적용할 수 있다.

관성센서(Inertial Measurement Unit: IMU)는 각속도계(3축), 가속도계(3축), 지자기 센서(3축) 및 기압계로 구성된 핵심 센서이다. 일 실시 예에 따른 군사용 드론(10)에는 이를 이중화한 이중 관성센서(18)를 구성하여 호버링(hovering) 등의 비행 정밀도를 높인다. 군사용 드론(10)의 기체는 악천후를 대비한 방수 기체를 적용하며, 충분한 임무장비(payload) 탑재를 위한 복수 개(예를 들어, 6개 이상)의 프로펠러(19), 방수모터(20) 및 ESC(21)로 구성된다. 비행기록장치(22)는 일반 항공기에서와 같이 군사용 드론(10)의 주요 비행 데이터가 저장되며, 회수 이후 데이터 분석에 의한 임무수행 성능 향상/보정 등의 기능을 제공한다. 전력 생성기(24)는 배터리(23)와 연결되어 군사용 드론(10)의 비행에 필요한 전원 및 격추 그물 동작에 필요한 전력을 공급한다.

도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 드론 방공망 구성을 위한 지상 제어 시스템 및 군사용 드론의 드론 제어부의 세부 구성을 도시한 도면이다.

도 1 및 도 15를 참조하면, 지상 제어 시스템(70)은 군단/사단 지위통제소의 일부 기능으로 구현된다.

수신 데이터 처리부(72)는 위성 전군방공경보체계로부터는 전장(포대) 감시정찰 데이터를, 대포병 레이더(95)로부터는 탄도 데이터 및 탄착 데이터 등을, 군사용 드론(10)으로부터는 비행 데이터 등을 수신 처리하여 송신명령 생성부(73)로 전송한다. 송신명령 생성부(73)는 수신 데이터 처리부(72)로부터 수신된 데이터를 이용하여 방공망 구성형상 및 그물 동작 등에 관한 작전 명령을 생성하여 이를 데이터 송수신부(71)를 통해 군사용 드론(10)으로 실시간 무선 전송한다.

군사용 드론(10)의 제어부(30)는 크게 데이터 통합 처리부(31)와 임무 제어부(33)로 구성되며, 군사용 드론(10)에 연결된 주변기기들을 실시간으로 제어한다. 보정 데이터 처리부(32)는 영상센서(13), 음향센서(14), 거리센서(15) 등으로부터 감지된 센싱정보를 수신하여 이를 제어부(30)의 군집 비행 제어를 보조 및 보정하기 위한 보정 데이터로 처리한다. 비행 제어부(34)는 군사용 드론(10)의 비행을 제어하고, 위치 제어부(35)는 군사용 드론(10)의 위치를 제어하며, 자세 제어부(36)는 군사용 드론(10)의 자세를 제어한다.

데이터 통합 처리부(31)는 지상 제어 시스템(70)과 임무수행에 따른 작전 데이터를 송수신하며, 보정 데이터 처리부(32)로부터 수신한 데이터와 지상 제어 시스템(70)으로부터 수신된 명령을 처리하여 이를 임무 제어부(33)로 송신한다. 또한 충돌감지센서(16)를 통해 감지된 충돌 감지 데이터를 분석하여 그물(26)을 제어하기 위한 명령을 생성하고 이를 그물(26)에 전송한다.

임무 제어부(33)는 제어부(30)의 핵심 기능블록으로, 데이터 통합 처리부(31), 이중관성센서(18) 등으로부터 수신된 데이터를 처리하여 제어명령을 생성하고 이를 비행 제어부(34), 위치 제어부(35) 및 자세 제어부(36)로 송신한다. 믹서(37)는 이와 같은 제어 기능블록들(34,35,36)로부터 수신된 데이터를 통합하여 ESC(21)로 전송한다.

도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 군사용 드론의 군집 비행을 위한 3차원 측위 알고리즘의 절차를 도시한 도면이다.

도 16을 참조하면, 3차원 정밀 측위 알고리즘은 도 15의 임무 제어부(33)에 탑재되어 그 기능을 수행한다. 임무 제어부(33)는 앵커-태그 또는 태그-태그 간 거리를 측정한다(1600). 이어서, 보정(calibration)을 통한 드론 간 시계 오차를 제거(1610)하고 칼만 필터를 이용하여 거리 데이터 잡음을 제거한다(1620). 이어서, 다변 측량 기법 및 및 자승법을 이용하여 군사용 드론의 3차원 위치를 추정(1630)하며, GPS 정보 및 센서에 의한 보정 데이터 통합 처리에 따른 3차원 임무 좌표를 생성한다(1640).

도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이와 같은 3차원 알고리즘을 통해 실시간으로 생성된 좌표 데이터를 기반으로 하는 군집 비행의 개념을 도시한 도면이다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 고정 앵커(지휘 통제기)-이동 태그(군사용 드론) 간 구조를 기반으로 하는 절대좌표 방식(도 17)과, 이동태그(군사용 드론)-이동태그(군사용 드론) 간 구조를 기반으로 하는 상대좌표 방식(도 18)으로 획득된 3차원 위치 좌표를 이용하여 드론 방공망을 구성한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

포 탄환에 전기 충격과 하중에 의한 충격을 가하여 탄환을 격추하되, 포물선 탄도 탄환 격추를 위한 수직 그물과 자유낙하 탄환 격추를 위한 수평 그물을 포함하는 그물;
그물 충격과 동시에 그물 변형에 의해 동작하여 탄환을 격추하는 폭탄; 및
군사용 드론의 군집 비행을 제어하고 그물 및 폭탄을 이용한 탄환 격추를 제어하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 군사용 드론.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 그물은
다수의 수직 피아노 선 및 다수의 수평 피아노 선이 직교하는 격자 구조;
격자 구조의 양 측면에 배치되어, 군사용 드론의 이륙 시 그물을 접어 올리기 위한 체인;
격자 구조의 상하면에 배치되고 체인이 걸리는 걸쇠를 가지며 폭탄이 내장된 프레임; 및
각 수직 피아노 선 및 수평 피아노 선이 직교하는 지점에 형성되어 그물을 고정하는 그물 고정 추;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 군사용 드론.
제 3 항에 있어서, 상기 프레임은
평소에 체인을 걸쇠로 걸고, 군사용 드론의 임무 수행 시에 고정 축을 중심으로 회전운동하여 걸쇠에 걸려 있던 체인을 풀어 그물을 펼쳐지게 하는 것을 특징으로 하는 군사용 드론.
제 3 항에 있어서, 상기 프레임은
수직 피아노 선 양끝에 구비되어, 포 탄환 접촉에 따른 그물 인장력에 의해 기폭장치에 충격을 주어 폭탄이 폭발하게 하는 안전판;
군사용 드론의 임무 수행 전에는 안전판에 의해 오프되고, 군사용 드론의 임무 수행 지점 도달 시 온 되어 안전판이 동작하도록 하는 마그네틱 스위치;
폭탄을 폭발시키는 기폭장치; 및
기폭장치에 의해 폭발하는 폭탄; 을 포함하며,
포탄이 그물에 충격을 가하게 되면 그물 고정 추 또는 수평 피아노 선이 포탄 방향으로 이동하여 합선에 의한 고전력을 발생시켜 포탄 신관에 전기 충격을 주며, 이와 동시에 그물 인장에 의한 안전판이 기폭장치에 충격을 주어 폭탄이 폭발하게 되는 것을 특징으로 하는 군사용 드론.
제 1 항에 있어서, 상기 군사용 드론은
군사용 전용 주파수를 사용하여 지휘 통제기 및 지상 제어 시스템과 실시간으로 무선통신하여 정보를 송수신하는 무선 송수신기;
군사용 드론의 군집 비행 및 이를 통한 드론 방공망 구축을 위한 좌표 정보를 수신하여 제어부로 전달하는 정밀 GPS;
군사용 드론의 3차원 좌표 데이터를 생성하여 제어부로 전송하는 정밀 측위 모듈;
군사용 드론 및 그 주변환경을 센싱하여 제어부의 군집 비행 제어를 보조 및 보정하며, 센싱 데이터는 정밀 GPS 및 정밀 측위 모듈의 위치 데이터와 통합 처리되어 3차원 위치 측정의 정밀도를 높이는 보조센서;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 군사용 드론.
제 1 항에 있어서, 상기 군사용 드론은
군사용 드론 또는 그물의 충격을 감지하는 충돌감지센서; 및
충돌감지센서에 의해 충격이 감지되면 그물 내부의 폭탄을 기폭 시키며, 그물 프레임 내부 안전판의 오동작 시 자폭을 위한 보조수단으로 사용되는 기폭장치;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 군사용 드론.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
군사용 드론 및 그 주변에서 감지된 센싱정보를 수신하여 이를 제어부의 군집 비행 제어를 보조 및 보정하기 위한 보정 데이터로 처리하는 보정 데이터 처리부;
지상 제어 시스템과 임무수행에 따라 송수신되는 작전 데이터를 처리하고, 보정 데이터 처리부로부터 수신한 데이터와 지상 제어 시스템으로부터 수신된 작전 명령을 처리하며, 충돌감지센서를 통해 감지된 충돌 감지 데이터를 분석하여 그물을 제어하기 위한 명령을 생성하고 이를 그물에 전송하는 데이터 통합 처리부;
군사용 드론의 비행을 제어하는 비행 제어부;
군사용 드론의 위치를 제어하는 위치 제어부;
군사용 드론의 자세를 제어하는 자세 제어부; 및
데이터 통합 처리부로부터 수신된 데이터를 처리하여 제어명령을 생성하고 이를 비행 제어부, 위치 제어부 및 자세 제어부로 송신하는 임무 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 군사용 드론.
제 8 항에 있어서, 상기 임무 제어부는
앵커-태그 또는 태그-태그 간 거리를 측정하고 보정을 통한 드론 간 시계 오차를 제거하고 칼만 필터를 이용하여 거리 데이터 잡음을 제거하며 다변 측량 기법 및 및 자승법을 이용하여 군사용 드론의 3차원 위치를 추정하며 GPS 정보 및 센서에 의한 보정 데이터 통합 처리에 따른 3차원 임무 좌표를 생성하는 것을 특징으로 하는 군사용 드론.
그물을 통해 포 탄환에 전기 충격과 하중에 의한 충격을 가하여 탄환을 격추하며 그물 충격과 동시에 그물 변형에 의해 폭탄이 동작하여 탄환을 격추하되, 포물선 탄도 탄환 격추를 위한 수직 그물과 자유낙하 탄환 격추를 위한 수평 그물을 포함하는 군사용 드론;
군사용 드론의 군집 비행을 이용하여 군사용 드론들로 구성된 드론 방공망을 구성하는 지휘 통제기; 및
각 지휘 통제기와 무선통신하여 정보를 공유하고 군사용 드론을 중앙 제어하면서 방공망 구성형상 및 그물 동작에 관한 방공작전을 통해 드론 방공망을 운영하며, 포탄의 폭발 반경을 기준으로 포격 형태, 규모 및 위수 지역의 특성에 따라 중첩 구조를 포함한 자유로운 형태의 드론 방공망을 운영하고, 군사용 드론의 그물 형태를 이용한 단일 또는 다중 형상의 방공망을 운영하는 지상 제어 시스템;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 방공망 시스템.
제 10 항에 있어서,
군사용 드론의 군집 비행은 태그-태그 간 또는 앵커-태그 간 측위 데이터와 정밀 GPS 데이터가 통합된 3차원 위치 데이터를 기반으로 이루어지고,
군집 비행 제어는 지상 제어 시스템을 중심으로 하는 중앙제어방식과 각각의 군사용 드론이 정보를 공유하여 스스로 비행하는 분산제어방식 중 적어도 하나의 제어방식에 의해 이루어지며, 제어방식은 방공 작전에 따른 임무 특성에 따라 종속되는 것을 특징으로 하는 드론 방공망 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 지상 제어 시스템은
위성 전군방공경보체계로부터 전장 감시정찰 데이터를, 대포병 레이더로부터 탄도 데이터 및 탄착 데이터를, 군사용 드론으로부터 비행 데이터를 각각 수신하여 처리하는 수신 데이터 처리부; 및
수신 데이터 처리부를 통해 수신된 데이터를 이용하여 방공망 구성형상 및 그물 동작에 관한 작전 명령을 생성하여 이를 군사용 드론에 실시간 무선 전송하는 데이터 송수신부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 방공망 시스템.