KR102150569B1 - 유도탄 위치 추정 방법 및 장치 - Google Patents

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류충호
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법은, 원뿔 및 원통이 접합된 형상을 가지는 유도탄을 모델링하는 단계와, 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 계측 벡터와 상기 유도탄의 이동 방향을 나타내는 이동 벡터 사이의 입사각을 산출하는 단계와, 상기 입사각의 크기에 기초하여, 상기 유도탄의 자세에 따른 상기 유도탄의 표면으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리 보상 값을 산출하는 단계와, 상기 거리 보상 값을 이용하여 상기 레이더를 통해 계측된 상기 레이더로부터 상기 유도탄의 표면까지의 거리 값을 보상하여, 상기 레이더로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리를 산출하는 단계와, 상기 레이더의 위치에 기초하여 상기 유도탄의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

유도탄 위치 추정 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING POSITION OF GUIDED MISSILE}
본 발명은 유도탄의 위치를 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
3차원 공간에서 유도탄의 시공간 위치 정보를 획득하고 비행 안전구역을 확보하기 위하여 계측 레이더가 사용된다. 계측 레이더는 모노펄스 레이더, 광대역 레이더, 도플러 레이더 등으로 분류된다.
모노펄스 레이더는 짧은 시간 동안 단일 주파수의 고출력 펄스 신호를 송신하고, 표적에 반사되어 돌아오는 신호를 수신하여 거리와 방위각/고각 정보를 획득한다. 광대역 레이더는 다중 주파수를 이용하여 선형주파수변조(Linear Frequency Modulation: LFM) 신호를 송수신하여 고분해능의 거리 정보를 획득한다. 도플러 레이더는 다중 주파수를 송신하여 이동 표적에 반사되어 돌아오는 도플러 신호를 이용하여 거리 정보를 획득하고, 다수의 배열 안테나에서 수신되는 도플러 신호의 위상차를 이용하여 방위각/고각 정보를 획득한다.
이러한 계측 레이더들은 유도탄의 표면에 반사되어 돌아오는 신호를 이용하여 거리 정보를 획득하기 때문에, 유도탄의 표면에서 원점(중심)까지의 거리는 유도탄의 위치 추정에 고려되지 않는다. 그러나, 유도탄의 위치를 보다 정밀하게 추정하기 위해서는 유도탄의 표면에서 원점까지의 거리 또한 고려되어야 할 필요가 있다.
한국등록특허 제10-1135984호 (2012년 04월 05일 등록)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 유도탄의 표면으로부터 원점까지의 거리를 고려함으로써, 보다 정밀하게 유도탄의 위치를 추정하는 유도탄 위치 추정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 바로 제한되지 않으며, 언급되지는 않았으나 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있는 목적을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법은, 원뿔 및 원통이 접합된 형상을 가지는 유도탄을 모델링하는 단계와, 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 계측 벡터와 상기 유도탄의 이동 방향을 나타내는 이동 벡터 사이의 입사각을 산출하는 단계와, 상기 입사각의 크기에 기초하여, 상기 유도탄의 자세에 따른 상기 유도탄의 표면으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리 보상 값을 산출하는 단계와, 상기 거리 보상 값을 이용하여 상기 레이더를 통해 계측된 상기 레이더로부터 상기 유도탄의 표면까지의 거리 값을 보상하여, 상기 레이더로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리를 산출하는 단계와, 상기 레이더의 위치에 기초하여 상기 유도탄의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유도탄을 모델링하는 단계는, 상기 유도탄의 전체 길이에 대해, 상기 유도탄의 꼭지점으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치가 상기 원뿔의 밑면이 되도록 하여 원뿔의 형상으로 모델링하는 단계와, 상기 원뿔의 형상으로 결정된 부분을 제외한 부분을 상기 원통의 형상으로 모델링하는 단계와, 상기 원뿔의 밑면과 상기 원통이 접하는 면적의 중심점을 상기 유도탄의 원점으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 거리 보상 값을 산출하는 단계는, 상기 입사각의 크기 범위 별 미리 결정된 수학식에 기초하여 상기 거리 보상 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 미리 결정된 수학식은, 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3, 수학식 4를 포함하고, 상기 수학식 1은
Figure 112019021065187-pat00001
(θ는 입사각, β는 상기 유도탄의 원점에서 상기 유도탄의 원뿔의 밑면 모서리까지의 각도, Rc는 상기 거리 보상 값, b는 상기 원뿔의 길이)이고, 상기 수학식 2는,
Figure 112019021065187-pat00002
(c는 상기 원점에서 상기 원뿔의 밑면 모서리까지의 대각선 길이)이고, 상기 수학식 3은,
Figure 112019021065187-pat00003
(α는 상기 원뿔의 꼭지점을 기준으로 상기 원뿔의 중심선으로부터 상기 원뿔의 표면까지 각도, r은 상기 원뿔의 밑면의 반지름)이고, 상기 수학식 4는,
Figure 112019021065187-pat00004
일 수 있다.
또한, 상기 레이더는, 제1 지점에 위치된 제1 레이더, 제2 지점에 위치된 제2 레이더, 제3 지점에 위치된 제3 레이더를 포함하고, 상기 계측 벡터는 상기 제1 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 제1 계측 벡터, 상기 제2 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 제2 계측 벡터, 상기 제3 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 제3 계측 벡터를 포함하고, 상기 입사각을 산출하는 단계는, 상기 이동 벡터와 상기 계측 벡터 각각 사이의 입사각을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 거리 보상 값을 산출하는 단계는, 상기 레이더 각각과 관련된 입사각에 기초하여, 상기 레이더 별 상기 유도탄의 자세에 따른 거리 보상 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 원점까지의 거리를 산출하는 단계는, 상기 레이더 각각에 대한 거리 보상 값을 이용하여 상기 레이더 각각을 통해 계측된 상기 레이더 각각으로부터 상기 유도탄의 표면까지의 거리 값을 보상하여, 상기 레이더 각각으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유도탄의 위치를 추정하는 단계는, 상기 레이더 각각의 위치 및 상기 레이더 각각으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리에 기초하여, 상기 유도탄의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 장치는, 원뿔 및 원통이 접합된 형상을 가지는 유도탄을 모델링하는 모델링부와, 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 계측 벡터와 상기 유도탄의 이동 방향을 나타내는 이동 벡터 사이의 입사각을 산출하는 입사각 산출부와, 상기 입사각의 크기에 기초하여, 상기 유도탄의 자세에 따른 상기 유도탄의 표면으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리 보상 값을 산출하는 거리 보상 값 산출부와, 상기 거리 보상 값을 이용하여 상기 레이더를 통해 계측된 상기 레이더로부터 상기 유도탄의 표면까지의 거리 값을 보상하여, 상기 레이더로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리를 산출하는 원점 산출부와, 상기 레이더의 위치에 기초하여 상기 유도탄의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모델링부는, 상기 유도탄의 전체 길이에 대해, 상기 유도탄의 꼭지점으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치가 상기 원뿔의 밑면이 되도록 하여 원뿔의 형상으로 모델링하고, 상기 원뿔의 형상으로 결정된 부분을 제외한 부분을 상기 원통의 형상으로 모델링하고, 상기 원뿔의 밑면과 상기 원통이 접하는 면적의 중심점을 상기 유도탄의 원점으로 결정할 수 있다.
또한, 상기 거리 보상 값 산출부는, 상기 입사각의 크기 범위 별 미리 결정된 수학식에 기초하여 상기 거리 보상 값을 산출할 수 있다.
또한, 상기 미리 결정된 수학식은, 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3, 수학식 4를 포함하고, 상기 수학식 1은,
Figure 112019021065187-pat00005
(θ는 입사각, β는 상기 유도탄의 원점에서 상기 유도탄의 원뿔의 밑면 모서리까지의 각도, Rc는 상기 거리 보상 값, b는 상기 원뿔의 길이)이고, 상기 수학식 2는,
Figure 112019021065187-pat00006
(c는 상기 원점에서 상기 원뿔의 밑면 모서리까지의 대각선 길이)이고, 상기 수학식 3은,
Figure 112019021065187-pat00007
(α는 상기 원뿔의 꼭지점을 기준으로 상기 원뿔의 중심선으로부터 상기 원뿔의 표면까지 각도, r은 상기 원뿔의 밑면의 반지름)이고, 상기 수학식 4는,
Figure 112019021065187-pat00008
일 수 있다.
또한, 상기 레이더는, 제1 지점에 위치된 제1 레이더, 제2 지점에 위치된 제2 레이더, 제3 지점에 위치된 제3 레이더를 포함하고, 상기 계측 벡터는 상기 제1 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 제1 계측 벡터, 상기 제2 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 제2 계측 벡터, 상기 제3 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 제3 계측 벡터를 포함하고, 상기 입사각 산출부는, 상기 이동 벡터와 상기 계측 벡터 각각 사이의 입사각을 산출할 수 있다.
또한, 상기 거리 보상 값 산출부는, 상기 레이더 각각과 관련된 입사각에 기초하여, 상기 레이더 별 상기 유도탄의 자세에 따른 거리 보상 값을 산출할 수 있다.
또한, 상기 원점 산출부는, 상기 레이더 각각에 대한 거리 보상 값을 이용하여 상기 레이더 각각을 통해 계측된 상기 레이더 각각으로부터 상기 유도탄의 표면까지의 거리 값을 보상하여, 상기 레이더 각각으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리를 산출할 수 있다.
또한, 상기 위치 추정부는, 상기 레이더 각각의 위치 및 상기 레이더 각각으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리에 기초하여, 상기 유도탄의 위치를 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법은, 유도탄의 표면으로부터 원점까지의 거리를 산출하여 유도탄의 위치 추정에 이용함으로써, 보다 정확하게 유도탄의 위치를 추정할 수 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 장치의 기능 블록도의 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법에서 모델링된 유도탄의 예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법에서 유도탄의 레이더에 대한 입사각의 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법에서 유도탄의 자세에 따른 거리 보상 값의 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법에서 복수의 레이더를 이용한 유도탄의 위치 추정의 개념도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법의 각 단계의 흐름도를 도시한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 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.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로서 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 장치의 기능 블록도의 예를 도시한다. 이하 사용되는 '…부'등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 유도탄 위치 추정 장치(100)는 모델링부(110), 입사각 산출부(120), 거리 보상 값 산출부(130), 원점 산출부(140), 위치 추정부(150)를 포함할 수 있다. 모델링부(110)는 마이크로프로세서(microprocessor)를 포함하는 연산 장치에 의해 구현될 수 있으며, 이는 후술할 입사각 산출부(120), 거리 보상 값 산출부(130), 원점 산출부(140), 위치 추정부(150)에 있어서도 같다.
모델링부(110)는, 원뿔 및 원통이 접합된 형상을 가지도록 유도탄을 모델링할 수 있다. 모델링된 유도탄의 구체적인 예는 도 2를 참조할 수 있다.
입사각 산출부(120)는 레이더로부터 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 계측 벡터와 유도탄의 이동 방향을 나타내는 이동 벡터 사이의 입사각을 산출할 수 있다. 유도탄은 미리 지정된 표적 지점을 향하여 이동하는 것일 수 있고, 이동 벡터는 이러한 유도탄의 이동 방향을 나타내는 벡터일 수 있다. 계측 벡터는 지상의 특정 위치에 위치된 레이더로부터 유도탄을 향하는 벡터일 수 있다.
이러한 이동 벡터와 계측 벡터는 유도탄을 중심으로 한점에서 만날 수 있고, 입사각 산출부(120)는 이에 기초하여 입사각을 산출할 수 있다. 입사각과 관련된 구체적인 예는 도 3을 참조할 수 있다.
거리 보상 값 산출부(130)는 유도탄의 자세를 고려하여, 유도탄의 표면으로부터 유도탄의 원점까지의 거리 보상 값을 산출할 수 있다. 유도탄의 자세 별 산출되는 거리 보상 값의 구체적인 예는 도 4를 참조할 수 있다.
원점 산출부(140)는 레이더로부터 유도탄의 원점까지의 거리를 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 원점 산출부(140)는 거리 보상 값을 이용하여 레이더를 통해 계측된 레이더로부터 유도탄의 표면까지의 거리 값을 보상하여, 레이더로부터 유도탄의 원점까지의 거리를 산출할 수 있다. 예를 들어, 레이더를 통해 추정된 레이더로부터 유도탄까지의 거리에 거리 보상 값을 더하여 레이더로부터 유도탄의 원점까지의 거리를 산출할 수 있다.
위치 추정부(150)는 레이더의 위치에 기초하여 유도탄의 위치를 추정할 수 있다. 한편, 유도탄 위치 추정 장치(100)는 유도탄의 위치 추정을 위해 복수(예를 들면, 3개)의 레이더를 이용할 수 있다. 복수의 레이더 각각은 서로 다른 위치에 있을 수 있고, 위치 추정부(150)는 각각의 레이더로부터 유도탄까지의 거리에 기초하여 유도탄의 위치를 추정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법에서 모델링된 유도탄의 예를 도시한다.
참조번호 1a는 유도탄을 3차원 좌표 상에서 도시하며, 참조번호 1b는 유도탄의 xz 단면을 나타낸다. 유도탄은 도시된 바와 같이 몸통이 원뿔(11)과 원통(12)이 접합된 형상을 가질 수 있다. 한편, 유도탄은 날개(13)를 포함할 수 있는데, 날개(13)는 모델링되지 않고 원뿔(11)과 원통(12)만 모델링될 수 있다.
이러한 원뿔(11)과 원통(12)은 예를 들어, 유도탄의 꼭지점으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치가 원뿔(11)의 밑면이 되도록 하여 원뿔(11)의 형상이 결정되고, 원뿔(11)의 형상으로 결정된 부분을 제외한 나머지 부분이 원통(12)의 형상으로 결정됨에 기초하여 모델링될 수 있다.
참조번호 1b에서, a는 원뿔(11)의 길이, b는 원통(12)의 길이를 나타내며, r은 원뿔(11)의 밑면의 반지름 및 원통(12)의 반지름을 나타낸다. O는 유도탄의 원점을 나타내며, 원뿔(11)의 밑면과 원통(12) 접하는 면의 중심점일 수 있다.
한편, 경우에 따라, 실제 유도탄의 몸통 부분은 도시된 원통(12)처럼 윗면과 아랫면의 반지름이 일정한 형태가 아닐 수 있다. 즉 윗면의 반지름이 아랫면의 반지름보다 작거나 클 수 있다. 그러나, 이러한 경우에도 유도탄의 몸통은 원통(12)형으로 모델링될 수 있다. 예를 들어, 윗면의 반지름으로, 또는 아랫면의 반지름으로 몸통이 원통(12)의 형상을 가지도록 모델링될 수 있다. 다른 예를 들면, 윗면의 반지름과 아랫면의 반지름의 평균 값을 가지는 반지름으로 몸통이 원통(12)의 형상을 가지도록 모델링될 수 있다.
참조번호 1c는 모델링된 유도탄을 보다 구체적으로 나타낸다. 참조번호 1c에서, α는 원뿔(11)의 중심선과 원뿔(11)의 표면이 이루는 각도이며, 하기의 수학식 1을 통해 산출될 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00009
β는 유도탄의 원점(O)에서 유도탄의 원뿔(11)의 밑면 모서리까지의 각도이며, 하기의 수학식 2를 통해 산출될 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00010
c는 원점(O)에서 원뿔(11)의 밑면 모서리까지의 대각선 길이로 하기의 수학식 3을 통해 산출될 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00011
d는 원점(O)에서 원뿔(11) 표면까지의 직선 거리로 하기의 수학식 4를 통해 산출될 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00012
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법에서 유도탄의 레이더에 대한 입사각의 예를 도시한다. 이하에서는 도 1의 입사각 산출부(120)에 의해 산출되는 입사각의 정의 및 입사각의 산출 방법을 설명하겠다.
도 3을 참조하면, 유도탄(10)이 현재 mt2의 위치인 경우 과거 mt1의 위치에 위치되었을 수 있다. 즉, 유도탄(10)은 mt1의 위치에서 mt2의 위치로 이동한 것일 수 있고, 이러한 유도탄(10)의 이동을 나타내는 벡터가 이동 벡터(
Figure 112019021065187-pat00013
)일 수 있다.
레이더(20)는 특정 위치(ra)에 위치되어 유도탄(10)을 추적할 수 있고, 레이더(20)로부터 유도탄(10)을 향하는 벡터가 계측 벡터(
Figure 112019021065187-pat00014
)일 수 있다.
이동 벡터(
Figure 112019021065187-pat00015
)와 계측 벡터(
Figure 112019021065187-pat00016
) 사이의 각이 입사각(θ)일 수 있다.
이동 중인 유도탄에 대하여, 시간 t1에서 mt1의 3차원 상에서 좌표가 [xt1, yt1, zt1]이고, 시간 t2에서 mt2의 3차원 상에서 좌표가 [xt2, yt2, zt2]인 경우, 이동 벡터(
Figure 112019021065187-pat00017
)은 하기의 수학식 5와 같이 나타날 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00018
한편, mt2의 3차원 상에서 좌표, 즉 현재 유도탄(10)의 위치에 대한 좌표는 최종적으로 유도탄 위치 추정 장치(100)가 추정하고자 하는 값으로, 입사각 계산 단계에서는 이를 알 수 없다.
이와 관련하여, 레이더(20)와 유도탄(10) 사이의 거리가 유도탄(10)의 이동 거리, mt1에서 mt2까지의 거리보다 매우 크기 때문에, mt1을 향하는 계측 벡터와 이동 벡터 사이의 입사각과 mt2를 향하는 계측 벡터와 이동 벡터 사이의 입사각의 차이는 매우 미미할 수 있다. 이에 따라, mt1에 대한 입사각과 mt2에 대한 입사각이 동일하다고 가정할 수 있다.
즉, mt1의 좌표를 mt2의 좌표라 가정하고, mt1의 좌표를 이용하여 레이더가 위치된 ra의 좌표가 [xr, yr, zr]인 경우, 계측 벡터(
Figure 112019021065187-pat00019
)를 하기의 수학식 6과 같이 나타날 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00020
이를 기초로, 입사각(θ)은 벡터의 내적 공식에 기초하여, 하기의 수학식 7과 같이 나타날 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00021
한편, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 유도탄 위치 추정을 위해 서로 다른 위치에 위치된 복수의 레이더가 이용될 수 있고, 이에 따라 입사각 산출부(120)는 도 3을 통해 상술한 방식에 기초하여 복수의 레이더 각각의 위치에서의 입사각을 산출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법에서 유도탄의 자세에 따른 거리 보상 값의 예를 도시한다. 이하에서는 도 1의 거리 보상 값 산출부(130)에 의해 산출되는 거리 보상 값의 정의 및 그 산출 방법을 설명하겠다.
도 4를 참조하면, 유도탄(10)은 다양한 자세로 존재할 수 있고, 이에 따라, 거리 보상 값(Rc)이 달라질 수 있다. 여기서, 거리 보상 값(Rc)은 유도탄(10)의 자세에 따라 유도탄(10)의 표면으로부터 유도탄(10)의 원점까지의 거리일 수 있다.
보다 구체적으로, 레이더(20)는 레이더(20)로부터 유도탄(10)의 표면까지의 거리를 측정할 수 있으며, 이 때 거리 측정에 이용되는 유도탄(10)의 표면이란 레이더(20)로부터 방사된 신호가 유도탄(10)과 최초로 접하는 표면일 수 있다. 따라서, 유도탄(10)의 자세에 따라 거리 측정에 이용되는 표면은 상이할 수 있고, 이에 기초하여 거리 보상 값(Rc)도 유도탄(10)의 자세에 따라 달라질 수 있다.
한편, 입사각(θ)은 이러한 유도탄(10)의 자세를 반영한 값으로서, 거리 보상 값 산출부(130)는 입사각(θ)을 이용하여 유도탄(10)의 자세에 따른 거리 보상 값(Rc)을 산출할 수 있다.
입사각(θ)의 범위가,
Figure 112019021065187-pat00022
인 경우, 거리 보상 값(Rc)은 하기의 수학식 8을 통해 산출할 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00023
입사각(θ)의 범위가,
Figure 112019021065187-pat00024
인 경우, 거리 보상 값(Rc)은 하기의 수학식 9를 통해 산출할 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00025
입사각(θ)의 범위가,
Figure 112019021065187-pat00026
인 경우, 거리 보상 값(Rc)은 하기의 수학식 10을 통해 산출할 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00027
입사각(θ)의 범위가,
Figure 112019021065187-pat00028
인 경우, 거리 보상 값(Rc)은 하기의 수학식 11을 통해 산출할 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00029
한편, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 유도탄 위치 추정을 위해 서로 다른 위치에 위치된 복수의 레이더가 이용될 수 있고, 이에 따라 거리 보상 값 산출부(130)는 도 4을 통해 상술한 방식에 기초하여 복수의 레이더 각각으로부터 산출되는 거리를 보상할 거리 보상 값을 산출할 수 있다. 즉, 복수의 레이더가 3개인 경우, 3개의 레이더 각각으로부터 유도탄(10)까지의 거리를 산출하고, 산출된 각각의 거리를 보상할 거리 보상 값을 3개의 레이더 각각에 대해 산출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법에서 복수의 레이더를 이용한 유도탄의 위치 추정의 개념도를 도시한다.
도 5를 참조하면, 유도탄(10)의 위치 추정을 위해 서로 다른 위치에 위치하는 복수의 레이더가 이용될 수 있다. 즉, 복수의 레이더는 제1 레이더(21), 제2 레이더(22), 제3 레이더(23)를 포함할 수 있고, 각각의 위치는 서로 상이할 수 있다.
원점 산출부(140)는 복수의 레이더 각각으로부터 추정된 유도탄(10)의 표면까지의 거리 값을 획득할 수 있다. 유도탄(10)의 표면까지의 거리 값은 레이더(21) 자체의 기능에 의해 계측되는 값일 수 있다.
원점 산출부(140)는 유도탄(10)의 표면까지의 거리 값에 거리 보상 값을 더하여 복수의 레이더 각각으로부터 유도탄(10)까지의 거리, 구체적으로 복수의 레이더 각각으로부터 유도탄(10)의 원점까지의 거리를 산출할 수 있다.
이하에서는, 이렇게 산출된 제1 레이더(21)로부터 유도탄(10)까지의 거리는 R1, 제2 레이더(22)로부터 유도탄(10)까지의 거리는 R2, 제3 레이더(23)로부터 유도탄(10)까지의 거리는 R3라 가정하고, 구하고자하는 유도탄(10)의 3차원 공간 상에서의 위치는 [x, y, z]라 가정하겠다.
제1 레이더(21)의 위치를 [xr1, yr1, zr1]라 하면, R1은 하기의 수학식 12를 통해 산출될 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00030
제2 레이더(22)의 위치를 [xr2, yr2, zr2]라 하면, R2는 하기의 수학식 13을 통해 산출될 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00031
제3 레이더(23)의 위치를 [xr3, yr3, zr3]라 하면, R3는 하기의 수학식 14를 통해 산출될 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00032
수학식 12과 수학식 13의 차, 즉 R1과 R2의 차를 이용하여, 하기의 수학식 15가 도출될 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00033
여기서, A는
Figure 112019021065187-pat00034
을 간략히 표현한 것일수 있고, B는
Figure 112019021065187-pat00035
을 간략히 표현한 것일 수 있다.
수학식 13과 수학식 14의 차를 이용하여, 하기의 수학식 16이 도출될 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00036
여기서, C는
Figure 112019021065187-pat00037
을 간략히 표현한 것일 수 있다.
수학식 15와 수학식 16은 동일하기 때문에 이를 정리하면, 하기의 수학식 17과 같이 나타날 수 있다.
Figure 112019021065187-pat00038
여기서, Y1은
Figure 112019021065187-pat00039
를, Z1은
Figure 112019021065187-pat00040
를 간략히 표현한 것일 수 있다.
한편, R1, R2, R3는 레이더 각각으로부터 추정된 유도탄(10)까지의 거리에 레이더 각각의 거리 보상 값을 합하여 구해진 상수일 수 있고, 복수의 레이더 각각의 위치 또한 미리 지정된 값으로 상수일 수 있다. 이에 따라, 상술한 A, B, C, Y1, Z1 각각은 상수로 표현될 수 있다.
이에 기초하여, 수학식 12의 x에 수학식 15를 대입하고, 수학식 12의 y에 수학식 17을 대입하여 유도탄(10)의 위치 중 z 좌표 값을 추정할 수 있다. 추정된 z 좌표 값을 수학식 15에 대입하면 x가 추정될 수 있고, 수학식 17에 대입하면 y가 추정될 수 있다. 즉, 최종적으로 유도탄(10)의 3차원 공간 상에서의 위치를 나타내는 좌표 값이 추정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법의 각 단계의 흐름도를 도시한다. 또한, 도 6에 도시된 방법의 각 단계는 경우에 따라 도면에 도시된 바와 그 순서를 달리하여 수행될 수 있음은 물론이다.
모델링부(110)는 원뿔 및 원통이 접합된 형상을 가지는 유도탄(10)을 모델링할 수 있다(S110).
입사각 산출부(120)는 레이더(20)로부터 유도탄(10)을 향하는 방향을 나타내는 계측 벡터와 유도탄(10)의 이동 방향을 나타내는 이동 벡터 사이의 입사각을 산출할 수 있다(S120). 만약 레이더가 복수인 경우, 입사각 산출부(120)는 각각의 레이더에 대해 계측 벡터와 이동 벡터 사이의 입사각을 산출할 수 있다.
거리 보상 값 산출부(130)는 입사각의 크기에 기초하여, 유도탄(10)의 자세에 따른 유도탄(10)의 표면으로부터 유도탄(10)의 원점까지의 거리를 의미하는 거리 보상 값을 산출할 수 있다. 만약 레이더가 복수인 경우, 거리 보상 값 산출부(130)는 레이더 별 입사각의 크기를 고려하여, 레이더 별 유도탄(10)의 표면으로부터 원점까지의 거리 보상 값을 산출할 수 있다.
원점 산출부(140)는 거리 보상 값을 이용하여 레이더를 통해 계측된 레이더로부터 유도탄(10)의 표면까지의 거리 값을 보상하여, 레이더로부터 유도탄(10)의 원점까지의 거리를 산출할 수 있다(S140). 구체적으로, 원점 산출부(140)는 레이더로부터 추정된 유도탄(10)의 표면까지의 거리에 거리 보상 값을 더하여 레이더로부터 유도탄(10)의 원점까지의 거리를 산출할 수 있다.
만약 레이더가 복수인 경우, 원점 산출부(140)는 레이더 각각으로부터 추정된 유도탄(10)의 표면까지의 거리에, 각각의 거리 보상 값을 더하여 레이더 각각으로부터 유도탄(10)의 원점까지의 거리를 산출할 수 있다.
위치 추정부(150)는 레이더의 위치에 기초하여 유도탄(10)의 위치를 추정할 수 있다(S150). 구체적으로, 위치 추정부(150)는 복수의 레이더 각각의 위치, 복수의 레이더로부터 유도탄(10)까지의 거리에 기초하여 유도탄(10)의 위치를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 위치 추정 방법 및 장치는, 복수의 레이더 각각으로부터 유도탄(10)의 원점까지의 거리에 기초하여 유도탄(10)의 위치를 추정함으로써, 유도탄(10)의 위치 추정의 오차를 최소화하여, 보다 정확하게 유도탄(10)의 위치를 추정할 수 있다.
본 명세서에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 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 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 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 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 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 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 유도탄 위치 추정 장치
110: 모델링부
120: 입사각 산출부
130: 거리 보상 값 산출부
140: 원점 산출부
150: 위치 추정부

Claims (16)

  1. 원뿔 및 원통이 접합된 형상을 가지는 유도탄을 모델링하는 단계와,
    레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 계측 벡터와 상기 유도탄의 이동 방향을 나타내는 이동 벡터 사이의 입사각을 산출하는 단계와,
    상기 입사각의 크기에 기초하여, 상기 유도탄의 자세에 따른 상기 유도탄의 표면으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리 보상 값을 산출하는 단계와,
    상기 거리 보상 값을 이용하여 상기 레이더를 통해 계측된 상기 레이더로부터 상기 유도탄의 표면까지의 거리 값을 보상하여, 상기 레이더로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리를 산출하는 단계와,
    상기 레이더의 위치에 기초하여 상기 유도탄의 위치를 추정하는 단계를 포함하는
    유도탄 위치 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유도탄을 모델링하는 단계는,
    상기 유도탄의 전체 길이에 대해, 상기 유도탄의 꼭지점으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치가 상기 원뿔의 밑면이 되도록 하여 원뿔의 형상으로 모델링하는 단계와,
    상기 원뿔의 형상으로 결정된 부분을 제외한 부분을 상기 원통의 형상으로 모델링하는 단계와,
    상기 원뿔의 밑면과 상기 원통이 접하는 면의 중심점을 상기 유도탄의 원점으로 결정하는 단계를 포함하는
    유도탄 위치 추정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 거리 보상 값을 산출하는 단계는,
    상기 입사각의 크기 범위 별 미리 결정된 수학식에 기초하여 상기 거리 보상 값을 산출하는 단계를 포함하는
    유도탄 위치 추정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미리 결정된 수학식은,
    수학식 1, 수학식 2, 수학식 3, 수학식 4를 포함하고,
    상기 수학식 1은,
    Figure 112019021065187-pat00041

    (θ는 입사각, β는 상기 유도탄의 원점에서 상기 유도탄의 원뿔의 밑면 모서리까지의 각도, Rc는 상기 거리 보상 값, b는 상기 원뿔의 길이)이고,
    상기 수학식 2는,
    Figure 112019021065187-pat00042

    (c는 상기 원점에서 상기 원뿔의 밑면 모서리까지의 대각선 길이)이고,
    상기 수학식 3은,
    Figure 112019021065187-pat00043

    (α는 상기 원뿔의 중심선과 상기 원뿔의 표면의 각도, r은 상기 원뿔의 밑면의 반지름)이고,
    상기 수학식 4는,
    Figure 112019021065187-pat00044
    인
    유도탄 위치 추정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이더는,
    제1 지점에 위치된 제1 레이더, 제2 지점에 위치된 제2 레이더, 제3 지점에 위치된 제3 레이더를 포함하고,
    상기 계측 벡터는 상기 제1 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 제1 계측 벡터, 상기 제2 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 제2 계측 벡터, 상기 제3 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 제3 계측 벡터를 포함하고,
    상기 입사각을 산출하는 단계는,
    상기 이동 벡터와 상기 계측 벡터 각각 사이의 입사각을 산출하는 단계를 포함하는
    유도탄 위치 추정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 거리 보상 값을 산출하는 단계는,
    상기 레이더 각각과 관련된 입사각에 기초하여, 상기 레이더 별 상기 유도탄의 자세에 따른 거리 보상 값을 산출하는 단계를 포함하는
    유도탄 위치 추정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 원점까지의 거리를 산출하는 단계는,
    상기 레이더 각각에 대한 거리 보상 값을 이용하여 상기 레이더 각각을 통해 계측된 상기 레이더 각각으로부터 상기 유도탄의 표면까지의 거리 값을 보상하여, 상기 레이더 각각으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리를 산출하는 단계를 포함하는
    유도탄 위치 추정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유도탄의 위치를 추정하는 단계는,
    상기 레이더 각각의 위치 및 상기 레이더 각각으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리에 기초하여, 상기 유도탄의 위치를 추정하는 단계를 포함하는
    유도탄 위치 추정 방법.
  9. 원뿔 및 원통이 접합된 형상을 가지는 유도탄을 모델링하는 모델링부와,
    레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 계측 벡터와 상기 유도탄의 이동 방향을 나타내는 이동 벡터 사이의 입사각을 산출하는 입사각 산출부와,
    상기 입사각의 크기에 기초하여, 상기 유도탄의 자세에 따른 상기 유도탄의 표면으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리 보상 값을 산출하는 거리 보상 값 산출부와,
    상기 거리 보상 값을 이용하여 상기 레이더를 통해 계측된 상기 레이더로부터 상기 유도탄의 표면까지의 거리 값을 보상하여, 상기 레이더로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리를 산출하는 원점 산출부와,
    상기 레이더의 위치에 기초하여 상기 유도탄의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는
    유도탄 위치 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모델링부는,
    상기 유도탄의 전체 길이에 대해, 상기 유도탄의 꼭지점으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치가 상기 원뿔의 밑면이 되도록 하여 원뿔의 형상으로 모델링하고,
    상기 원뿔의 형상으로 결정된 부분을 제외한 부분을 상기 원통의 형상으로 모델링하고,
    상기 원뿔의 밑면과 상기 원통이 접하는 면의 중심점을 상기 유도탄의 원점으로 결정하는
    유도탄 위치 추정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 거리 보상 값 산출부는,
    상기 입사각의 크기 범위 별 미리 결정된 수학식에 기초하여 상기 거리 보상 값을 산출하는
    유도탄 위치 추정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 미리 결정된 수학식은,
    수학식 1, 수학식 2, 수학식 3, 수학식 4를 포함하고,
    상기 수학식 1은,
    Figure 112019021065187-pat00045

    (θ는 입사각, β는 상기 유도탄의 원점에서 상기 유도탄의 원뿔의 밑면 모서리까지의 각도, Rc는 상기 거리 보상 값, b는 상기 원뿔의 길이)이고,
    상기 수학식 2는,
    Figure 112019021065187-pat00046

    (c는 상기 원점에서 상기 원뿔의 밑면 모서리까지의 대각선 길이)이고,
    상기 수학식 3은,
    Figure 112019021065187-pat00047

    (α는 상기 원뿔의 꼭지점을 기준으로 상기 원뿔의 중심선으로부터 상기 원뿔의 표면까지 각도, r은 상기 원뿔의 밑면의 반지름)이고,
    상기 수학식 4는,
    Figure 112019021065187-pat00048
    인
    유도탄 위치 추정 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 레이더는,
    제1 지점에 위치된 제1 레이더, 제2 지점에 위치된 제2 레이더, 제3 지점에 위치된 제3 레이더를 포함하고,
    상기 계측 벡터는 상기 제1 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 제1 계측 벡터, 상기 제2 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 제2 계측 벡터, 상기 제3 레이더로부터 상기 유도탄을 향하는 방향을 나타내는 제3 계측 벡터를 포함하고,
    상기 입사각 산출부는,
    상기 이동 벡터와 상기 계측 벡터 각각 사이의 입사각을 산출하는
    유도탄 위치 추정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 거리 보상 값 산출부는,
    상기 레이더 각각과 관련된 입사각에 기초하여, 상기 레이더 별 상기 유도탄의 자세에 따른 거리 보상 값을 산출하는
    유도탄 위치 추정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 원점 산출부는,
    상기 레이더 각각에 대한 거리 보상 값을 이용하여 상기 레이더 각각을 통해 계측된 상기 레이더 각각으로부터 상기 유도탄의 표면까지의 거리 값을 보상하여, 상기 레이더 각각으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리를 산출하는
    유도탄 위치 추정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 위치 추정부는,
    상기 레이더 각각의 위치 및 상기 레이더 각각으로부터 상기 유도탄의 원점까지의 거리에 기초하여, 상기 유도탄의 위치를 추정하는
    유도탄 위치 추정 장치.
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