KR102162387B1 - 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템 및 방법 - Google Patents

반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102162387B1
KR102162387B1 KR1020190146962A KR20190146962A KR102162387B1 KR 102162387 B1 KR102162387 B1 KR 102162387B1 KR 1020190146962 A KR1020190146962 A KR 1020190146962A KR 20190146962 A KR20190146962 A KR 20190146962A KR 102162387 B1 KR102162387 B1 KR 102162387B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
semi
detection device
laser detection
active laser
tracking angle
Prior art date
Application number
KR1020190146962A
Other languages
English (en)
Inventor
노정훈
전원보
이민석
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020190146962A priority Critical patent/KR102162387B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102162387B1 publication Critical patent/KR102162387B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C23/00—Combined instruments indicating more than one navigational value, e.g. for aircraft; Combined measuring devices for measuring two or more variables of movement, e.g. distance, speed or acceleration
    • G01C23/005—Flight directors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)

Abstract

일부 실시예에 따르면, 반능동 레이저 탐지 장치를 향해 세기를 변경해가면서 레이저를 조사하는 레이저 시준기, 반능동 레이저 탐지 장치 및 레이저 시준기 중 적어도 하나를 기 설정된 각도만큼씩 회전시킴으로써, 인접하는 포인트들 간에 일정한 각도 차이를 갖는 복수의 포인트들로부터 반능동 레이저 탐지 장치로 레이저가 조사되는 상황을 모사하는 회전 장치, 및 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기의 4개의 채널들 각각에 의해 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들을 획득하고, 보정함수를 이용하여 보정된 피크 값들에 기초하여 추적각을 예측하며, 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차를 최소화하기 위한 보정함수의 최적 파라미터를 결정하는 컨트롤러를 포함하는, 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템이 제공될 수 있다.

Description

반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템 및 방법{System and method for calibrating track angle error of semi-active laser detection device}
본 개시는 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반능동 레이저 탐지 장치는 레이저 방사 장치를 내부에 포함하지 않는 레이저 탐지 장치를 의미할 수 있다. 예를 들어, 반능동 레이저 탐지 장치 외부의 관측자가 표적을 향해 레이저를 방사하면, 반능동 레이저 탐지 장치는 표적으로부터 반사된 레이저를 수신하고, 수신된 레이저에 대응되는 펄스 신호들을 처리하여 표적까지의 거리 또는 각도에 대한 정보를 추정할 수 있다.
한편, 반능동 레이저 탐지 장치는 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기(Quadrature Detector)의 4개의 채널들 각각에 입사된 레이저 펄스를 증폭하고, 증폭된 레이저 펄스를 아날로그-디지털 컨버터(Analog Digital Converter; ADC)에 통과시킴으로써 레이저 펄스에 대응되는 피크 값을 측정할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 반능동 레이저 탐지 장치(10)는 사분할 검출기(110)를 포함할 수 있고, 사분할 검출기(110)의 4개의 채널들(A, B, C, D)을 통해, 표적에 의해 반사된 레이저를 수신할 수 있다. 또한, 반능동 레이저 탐지 장치(10)는 4개의 채널들(A, B, C, D) 각각에 대응되는 복수의 증폭기들(120a 내지 120d)를 포함할 수 있고, 복수의 증폭기들(120a 내지 120d) 각각은 수신된 레이저에 대응되는 펄스 신호를 증폭할 수 있다. 증폭된 펄스 신호가 ADC(130)를 통과함에 따라 피크 값이 측정될 수 있다.
사분할 검출기(110)에서 레이저가 조사되는 영역(115)의 면적 및 위치에 따라 4개의 채널들(A, B, C, D) 각각에 의해 획득되는 펄스 신호들의 세기가 상이해질 수 있고, 4개의 채널들(A, B, C, D) 각각에 의해 획득되는 펄스 신호들 간의 세기 차이에 기초하여 레이저가 조사되는 방향, 즉, 표적의 위치에 대응되는 추적각이 추정될 수 있다. 예를 들어, 반능동 레이저 탐지 장치(10)는 4개의 채널들(A, B, C, D) 각각에 의해 측정된 피크값들 및 다음과 같은 수학식 1을 이용하여 표적의 추적각을 예측할 수 있다.
Figure 112019117591075-pat00001
앞의 수학식 1에서 A, B, C 및 D은 4개의 채널들 각각에서 측정되는 전류 또는 전압의 피크 값을 나타내고, P는 비례상수를 나타낸다. 일 예에서, P는 반능동 레이저 탐지 장치(10)에 의해 탐지 가능한 추적각의 최대값으로 설정될 수 있다.
한편, 반능동 레이저 탐지 장치(10)가 유도비행체에 탑재되는 경우 또는 반능동 레이저 탐지 장치(10)와 운용 가능한 표적 간의 거리 범위가 넓을 경우, 세기가 아주 작은 신호부터 세기가 큰 신호까지 다양한 신호들에 대한 증폭이 요구되므로, 반능동 레이저 탐지 장치(10)는 다양한 증폭률을 갖는 증폭기를 구비해야 할 수 있다. 예를 들어, 반능동 레이저 탐지 장치(10)에 포함되는 복수의 증폭기들(120a 내지 120d) 중 하나인 증폭기(120a)는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 아날로그 증폭기들(210, 220 및 230)의 조합으로 구성될 수 있고, 복수의 아날로그 증폭기들(210, 220 및 230) 각각은 복수의 증폭률들 중 하나를 선택할 수 있는 선택기를 포함할 수 있다.
증폭기(120a)는 복수의 아날로그 증폭기들(210, 220 및 230)의 조합에 기초하여 다양한 증폭률들을 가질 수 있다. 증폭기(120a)에 의해 증폭된 펄스 신호의 피크 값이 ADC(130)의 입력 범위 내에 포함되도록, 다양한 증폭률들 중 적절한 증폭률이 선택될 수 있다. 한편, 4개의 채널들 각각에 대응되는 복수의 증폭기들(120a 내지 120d)은 서로 동일하게 구성되어야 하며, 레이저의 세기에 따른 증폭률의 변경 또한 4개의 채널들 모두에 대해 동일하게 적용되어야 한다.
한편, 사분할 검출기(110)의 4개의 채널들 각각의 특성 및 4개의 채널들 각각에 대응되는 다양한 증폭기들의 조합의 특성이 서로 동일하고, 반능동 레이저 탐지 장치(10)가 표적을 지향하는 각도가 일정한 경우라면, 입사되는 레이저의 세기가 변하더라도 앞의 수학식 1에 의해 추정되는 추적각이 동일해야 한다. 그러나, 현실적으로 사분할 검출기(110)의 4개의 채널들에는 레이저의 세기에 따라 전기적인 에너지로 변환되는 비율, 민감도 등의 차이에 의한 오차가 존재할 수밖에 없다. 또한, 4개의 채널들 각각에 포함되는 아날로그 증폭기들과 저항, 커패시터 등의 수동 소자들의 특성도 서로 완전히 동일할 수는 없고, 오차를 포함하게 된다. 따라서, 4개의 채널들 각각의 증폭률 및 오프셋은 서로 달라지게 된다. 또한, 모든 방향에서 동일한 수차를 갖는 렌즈를 만들기 어려우며, 기계적으로 정밀한 공차 관리를 통해 렌즈와 사분할 검출기(110)가 정밀하게 정렬되도록 배치하는 것이 현실적으로 어려우므로, 전술한 전자적인 오차에 더해 기계적인 오차도 존재하게 된다.
이러한 오차들에 의해 4개의 채널들을 이용하여 최종적으로 추정된 레이저 펄스의 피크 값과 실제 값 간에는 차이가 발생되며, 앞의 수학식 1에 의해 추정되는 추적각 또한 정확하지 않을 수 있다. 최종적으로 추정되는 추적각은 레이저의 세기에 따라 균일한 값을 유지하지 못하고, 불균일한 오차를 갖게 된다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 사분할 검출기(110)의 원점(0,0)에 대응되는 위치 및 원점으로부터 45°의 각도로 5만큼 이격된 (3.54, 3.54)의 위치 각각에 세기가 점진적으로 증가되는 레이저가 조사되었을 때, 추정되는 추적각의 크기(
Figure 112019117591075-pat00002
)에 대한 결과가 도 4 및 도 5에 도시되어 있다(도 4 및 도 5에서 x축은 레이저의 세기를 나타냄). 레이저의 세기가 증가됨에 따라 큰 증폭률을 갖는 증폭기들의 조합에서 점차 작은 증폭률을 갖는 증폭기의 조합으로 변경되고, 이는 증폭구간의 변경에 대응될 수 있다. 예를 들어, G5가 가장 큰 증폭률을 갖는 증폭구간 5에 대응되고, G0는 가장 작은 증폭률을 갖는 증폭구간 0에 대응될 수 있다. 증폭구간은 반능동 레이저 탐지 장치(10)의 설계 단계에서 레이저의 세기 또는 표적의 거리에 따른 증폭률을 고려하여 미리 설정될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, G5에서 G0까지 단계별로 증폭구간이 변경되는 순간마다 추정된 추적각의 값이 크게 변화됨을 알 수 있다. 이러한 추적각 오차의 양상은 일정하지 않고, 모든 수평각 및 수직각의 조합에 따라 달라지므로, 모든 경우를 고려하여 추적각 오차를 정확하게 보정하기는 어려울 수 있다.
한편, 종래에는 반능동 레이저 탐지 장치(10)의 추적각 오차를 보정하기 위해, 수신기의 제조 과정에서 사분할 검출기(110), 복수의 증폭기들(120a 내지 120d) 등에 대한 보정이 개별적으로 이루어졌다. 예를 들어, 복수의 증폭기들(120a 내지 120d) 각각의 모든 아날로그 증폭기들의 조합에 미세한 전류 신호를 인가하는 방식으로 보정이 수행되어야 했다. 또한, 기계적인 오차를 감소시키기 위해 많은 비용이 소요되는 정밀한 공차 관리 설계가 요구되었으며, 모든 방향에서 균일한 수차를 갖는 고가의 렌즈의 사용이 요구되었다. 이렇게 많은 시간과 비용을 소모하여 오차의 보정이 수행되더라도, 각 요소에 대해 개별적으로 이루어진 보정으로 인해 최종 추적각의 정확도를 높이는데 한계가 있었다.
다양한 실시예들은 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템 및 방법을 제공하는데 있다. 본 개시가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 일 측면에 따른 반능동 레이저(Semi-active laser) 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템은, 상기 반능동 레이저 탐지 장치를 향해 세기를 변경해가면서 레이저를 조사하는 레이저 시준기(laser collimator); 상기 반능동 레이저 탐지 장치 및 상기 레이저 시준기 중 적어도 하나를 기 설정된 각도만큼씩 회전시킴으로써, 인접하는 포인트들 간에 일정한 각도 차이를 갖는 복수의 포인트들로부터 상기 반능동 레이저 탐지 장치로 상기 레이저가 조사되는 상황을 모사하는 회전 장치; 및 상기 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기의 4개의 채널들 각각에 의해 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들을 획득하고, 보정함수를 이용하여 보정된 상기 피크 값들에 기초하여 추적각을 예측하며, 상기 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차를 최소화하기 위한 상기 보정함수의 최적 파라미터를 결정하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 레이저 시준기는, 상기 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 상기 사분할 검출기에서 탐지 가능한 최소의 세기부터 최대의 세기까지 상기 레이저의 세기를 점진적으로 증가시킬 수 있다.
상기 복수의 포인트들은 원점(
Figure 112019117591075-pat00003
) 및 인접하는 포인트들 간에
Figure 112019117591075-pat00004
의 각도 차이를 갖는 K개의 포인트들(
Figure 112019117591075-pat00005
)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 반능동 레이저 탐지 장치는 상기 반능동 레이저 탐지 장치로 조사되는 상기 레이저의 세기가 증가됨에 따라 상기 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 복수의 증폭기들의 조합을 변경함으로써, 점차 작은 증폭률을 갖는 증폭구간으로 변경되고, 상기 반능동 레이저 탐지 장치가 N개의 증폭구간들을 갖는다고 할 때, k번째 각도에서 상기 반능동 레이저 탐지 장치로 상기 레이저가 조사되는 경우 증폭구간 n에서 상기 사분할 검출기의 4개의 채널들(A, B, C, D)에 의해 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들에 대응되는 데이터 쌍들의 집합
Figure 112019117591075-pat00006
는 다음의 수학식
Figure 112019117591075-pat00007
에 따라 정의될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 증폭구간 n에 따른 파라미터
Figure 112019117591075-pat00008
을 갖는 보정함수
Figure 112019117591075-pat00009
를 이용하여, 보정된 데이터 쌍들의 집합
Figure 112019117591075-pat00010
을 다음과 같은 수학식
Figure 112019117591075-pat00011
에 따라 획득할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 보정된 데이터 쌍들의 집합
Figure 112019117591075-pat00012
및 다음과 같은 수학식
Figure 112019117591075-pat00013
(P는 비례상수로서, 상기 반능동 레이저 탐지 장치에 의해 탐지 가능한 추적각의 최대값에 대응됨)을 이용하여, 상기 추적각을
Figure 112019117591075-pat00014
로 예측할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 상기 컨트롤러는, 상기 실제 추적각이
Figure 112019117591075-pat00015
이고, 상기
Figure 112019117591075-pat00016
의 데이터 개수를
Figure 112019117591075-pat00017
라고 할 때, 다음과 같은 오차함수
Figure 112019117591075-pat00018
를 이용하여, 상기 예측된 추적각과 상기 실제 추적각 간의 오차를 계산할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 컨트롤러는, 상기 실제 추적각에 대응되는 평균 추적각
Figure 112019117591075-pat00019
가 다음과 같은 수학식
Figure 112019117591075-pat00020
에 따라 결정되고, 상기
Figure 112019117591075-pat00021
의 데이터 개수를
Figure 112019117591075-pat00022
라고 할 때, 다음과 같은 오차함수
Figure 112019117591075-pat00023
를 이용하여, 상기 예측된 추적각과 상기 실제 추적각 간의 오차를 계산할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 모든 포인트들 및 증폭구간들에 대한 오차의 총합인 종합 오차
Figure 112019117591075-pat00024
를 다음과 같은 수학식
Figure 112019117591075-pat00025
에 따라 획득할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 다음과 같은 수학식
Figure 112019117591075-pat00026
에 따라, 상기 종합 오차
Figure 112019117591075-pat00027
를 최소화하기 위한 상기 보정함수의 최적 파라미터 g를 결정할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, Gradient Descent 알고리즘, 뉴턴법(Newton's method), 가우스-뉴턴법 및 LM(levenberg-Marquardt) 방법 중 적어도 하나를 이용하여 g를 반복적으로 업데이트함으로써, 상기 보정함수의 최적 파라미터를 결정할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 결정된 최적 파라미터를 갖는 보정함수를 상기 반능동 레이저 탐지 장치에 적용할 수 있다.
또한, 다른 측면에 따른 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 방법은, 레이저 시준기를 이용하여 상기 반능동 레이저 탐지 장치를 향해 세기를 변경해가면서 레이저를 조사하는 단계; 상기 반능동 레이저 탐지 장치 및 상기 레이저 시준기 중 적어도 하나를 기 설정된 각도만큼씩 회전시킴으로써, 인접하는 포인트들 간에 일정한 각도 차이를 갖는 복수의 포인트들로부터 상기 반능동 레이저 탐지 장치로 상기 레이저가 조사되는 상황을 모사하는 단계; 상기 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기의 4개의 채널들 각각에서 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들을 획득하는 단계; 보정함수를 이용하여 보정된 상기 피크 값들에 기초하여 추적각을 예측하는 단계; 및 상기 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차를 최소화하기 위한 상기 보정함수의 최적 파라미터를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 또 다른 측면에 따른 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 상술한 방법들을 실행하는 명령어들을 포함하는 하나 이상의 프로그램이 기록된 기록매체를 포함할 수 있다.
본 개시는 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다. 구체적으로, 본 개시에 따른 시스템은 반능동 레이저 탐지 장치를 향해 세기를 변경해가면서 레이저를 조사하는 레이저 시준기를 포함하는바, 특정한 세기의 레이저만을 고려한 보정을 수행하는 것이 아니라, 반능동 레이저 탐지 장치에서 탐지 가능한 모든 세기의 레이저를 고려한 보정을 수행할 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 시스템은, 반능동 레이저 탐지 장치 및 레이저 시준기 중 적어도 하나를 기 설정된 각도만큼씩 회전시킴으로써, 인접하는 포인트들 간에 일정한 각도 차이를 갖는 복수의 포인트들로부터 반능동 레이저 탐지 장치로 레이저가 조사되는 상황을 모사하는 회전 장치를 포함할 수 있다. 이와 같이, 본 개시에 따른 시스템은 특정 방향에서 조사되는 레이저만을 고려한 보정이 아니라, 다양한 방향들에서 조사되는 레이저들을 고려한 균형 있는 보정을 수행할 수 있다.
본 개시에 따른 시스템은 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기의 4개의 채널들 각각에 의해 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들을 획득하고, 보정함수를 이용하여 보정된 피크 값들에 기초하여 추적각을 예측하며, 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차를 최소화하기 위한 보정함수의 최적 파라미터를 결정하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 이와 같이, 본 개시에 따른 시스템은 최종적으로 조립이 다 이루어진 반능동 레이저 탐지 장치로부터 획득되는 데이터를 이용하여 보정을 수행할 수 있다.
본 개시에 따른 시스템은 다양한 각도, 반능동 레이저 탐지 장치가 탐지 가능한 모든 세기의 레이저, 및 반능동 레이저 탐지 장치의 모든 증폭구간들에 대해 획득된 피크 값들에 기초하여 보정을 수행하는바, 모든 요소를 고려한 종합적인 보정을 한번에 수행할 수 있다. 이에 따라, 시간과 비용이 상당히 절감되면서도, 추적각 오차에 대한 보다 정확한 보정이 수행될 수 있다.
도 1은 반능동 레이저 탐지 장치가 레이저 빔 펄스들의 피크 값을 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 반능동 레이저 탐지 장치에 구비되는 복수의 증폭기들의 조합의 예시를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 반능동 레이저 탐지 장치의 증폭구간이 변경됨에 따라 추적각 오차의 양상이 변경됨을 보여주기 위한 실험 도면이다.
도 6은 일부 실시예에 따른, 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 일부 실시예에 따른, 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템의 예시를 나타내는 도면이다.
도 8은 복수의 포인트들의 예시를 나타내는 도면이다.
도 9는 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기의 4개의 채널들 각각에서 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들에 대응되는 데이터 쌍들의 집합의 예시를 도식화한 도면이다.
도 10 및 도 11은 일부 실시예에 따른, 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템에 의해 결정된 최적 파라미터를 갖는 보정함수가 반능동 레이저 탐지 장치에 적용됨에 따른 효과를 보여주는 실험 결과 도면이다.
도 12는 일부 실시예에 따른, 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 당해 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 실시예들은 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 6은 일부 실시예에 따른, 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템(60)은 레이저 시준기(610), 회전 장치(620) 및 컨트롤러(630)를 포함할 수 있다. 한편, 도 6에 도시된 시스템(60)에는 본 실시예와 관련된 구성들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 6에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 시스템(60)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
시스템(60)은 최종적으로 조립이 다 이루어진 상태의 반능동 레이저 탐지 장치에 대한 실험을 통해 데이터를 획득하고, 획득된 데이터를 이용하여 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차에 대한 보정을 수행할 수 있다. 이하 도 7을 참조하여 시스템(60)이 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 방법을 설명한다.
도 7은 일부 실시예에 따른, 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템의 예시를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 레이저 시준기(610)가 회전 장치(620) 상에 배치된 반능동 레이저 탐지 장치(10)를 향해 레이저를 조사하고, 반능동 레이저 탐지 장치(10)로부터 획득되는 데이터가 컨트롤러(630)로 전달되며, 컨트롤러(630)가 반능동 레이저 탐지 장치(10)로부터 획득되는 데이터를 모두 고려하여 종합적인 보정을 수행하는 상황이 도시되어 있다.
다만, 도 7의 시스템(60)은 하나의 예시에 불과할 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 반능동 레이저 탐지 장치(10) 대신 레이저 시준기(610)가 회전 장치(620) 상에 배치될 수 있고, 레이저 시준기(610)의 회전에 의해 레이저 시준기(610) 및 반능동 레이저 탐지 장치(10) 간의 상대적인 움직임이 모사될 수 있다.
또한, 도 7에서 컨트롤러(630)는 노트북 형상으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐이다. 컨트롤러(630)는 데이터를 처리할 수 있는 임의의 적절한 장치에 해당할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(630)는 스마트폰, 태블릿, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 스마트 TV, PC(Personal Computer) 및 디지털 방송 수신기 등에 해당할 수 있다.
다시 도 6으로 돌아와서, 레이저 시준기(610)는 특정한 지점을 향해 레이저를 방사하는 광학 장치를 의미할 수 있다. 레이저 시준기(610)는 반능동 레이저 탐지 장치를 향해 세기를 변경해가면서 레이저를 조사할 수 있다. 예를 들어, 레이저 시준기(610)는 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기에서 탐지 가능한 최소의 세기부터 최대의 세기까지 레이저의 세기를 점진적으로 증가시킬 수 있다.
반능동 레이저 탐지 장치는 반능동 레이저 탐지 장치로 조사되는 레이저의 세기가 증가됨에 따라 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 복수의 증폭기들의 조합을 변경함으로써, 점차 작은 증폭률을 갖는 증폭구간으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 특정 증폭구간에서 획득된 레이저 펄스 신호의 피크 값의 크기가 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 아날로그-디지털 컨버터의 변환 범위의 상한에 근접하는 경우, 반능동 레이저 탐지 장치는 더 작은 증폭률을 갖는 증폭구간으로 변경될 수 있다. 이에 따라, 증폭된 레이저의 상대적인 세기가 아날로그-디지털 컨버터의 변환 범위 내에 항상 포함되도록 제어될 수 있다.
회전 장치(620)는 반능동 레이저 탐지 장치 및 레이저 시준기(610) 중 적어도 하나를 회전시킬 수 있는 기계 장치를 의미할 수 있다. 회전 장치(620)는 반능동 레이저 탐지 장치 및 레이저 시준기(610) 중 적어도 하나를 기 설정된 각도만큼씩 회전시킴으로써, 인접하는 포인트들 간에 일정한 각도 차이를 갖는 복수의 포인트들로부터 반능동 레이저 탐지 장치로 레이저가 조사되는 상황을 모사할 수 있다. 이하 도 8을 함께 참조하여 회전 장치(620)에 의해 모사되는 복수의 포인트들에 대해 설명한다.
도 8은 복수의 포인트들의 예시를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 복수의 포인트들은 원점(
Figure 112019117591075-pat00028
) 및 인접하는 포인트들 간에
Figure 112019117591075-pat00029
의 각도 차이를 갖는 K개의 포인트들(
Figure 112019117591075-pat00030
)을 포함할 수 있다.
Figure 112019117591075-pat00031
에서
Figure 112019117591075-pat00032
는 수평각을 의미하고,
Figure 112019117591075-pat00033
는 수직각을 의미한다. 도 8의 예시에서 R=5이며, K는 8에 해당하므로, K개의 포인트들 중 서로 인접하는 두 포인트들은 45°만큼의 각도 차이를 갖는다. 다만, 도 8은 예시에 불과한바, K는 8이 아닌 다양한 값을 가질 수 있다. K값이 클수록 보다 다양한 각도에 대한 데이터를 획득할 수 있고, 이에 따라, 보정 결과의 신뢰도가 증가할 수 있다. 다만, 데이터를 획득하기 위해 소요되는 시간 및 보정 파라미터를 결정하기 위해 소요되는 시간도 고려해야 하므로, 적절한 범위의 K값이 설정되어야 한다.
컨트롤러(630)는 시스템(60)을 제어하기 위한 전반적인 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(630)는 레이저 시준기(610) 및 회전 장치(620)의 동작을 제어할 수 있다. 한편, 컨트롤러(630)는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다.
컨트롤러(630)는 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기의 4개의 채널들 각각에 의해 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들을 획득할 수 있다. 반능동 레이저 탐지 장치는 사분할 검출기의 4개의 채널들 각각을 이용하여 빔 펄스들의 피크 값들을 측정할 수 있고, 이를 컨트롤러(630)에 전송할 수 있다. 컨트롤러(630)는 반능동 레이저 탐지 장치로부터 빔 펄스들의 피크 값들을 전달 받을 수 있다.
예를 들어, 반능동 레이저 탐지 장치가 N개의 증폭구간들을 갖는다고 할 때, k번째 각도에서 반능동 레이저 탐지 장치로 레이저가 조사되는 경우 증폭구간 n에서 사분할 검출기의 4개의 채널들(A, B, C, D)에 의해 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들에 대응되는 데이터 쌍들의 집합
Figure 112019117591075-pat00034
는 다음의 수학식 2에 따라 정의될 수 있다.
Figure 112019117591075-pat00035
앞의 수학식 2에 따른 데이터 쌍들의 집합
Figure 112019117591075-pat00036
은 모든 증폭구간들에 대한 데이터를 포함하는바, 사분할 검출기의 4개의 채널들(A, B, C, D)이 탐지 가능한 최소의 세기부터 최대의 세기까지의 모든 세기의 레이저를 고려한 보정이 수행됨을 알 수 있다. 이하 도 9를 참조하여 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기의 4개의 채널들 각각에서 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들에 대응되는 데이터 쌍들의 집합의 예시를 보다 상세히 설명한다.
도 9는 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기의 4개의 채널들 각각에서 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들에 대응되는 데이터 쌍들의 집합의 예시를 도식화한 도면이다.
도 9를 참조하면, N=6인 모든 증폭구간들에 대해
Figure 112019117591075-pat00037
에서 획득되는 데이터 쌍들의 집합
Figure 112019117591075-pat00038
의 예시가 도시되어 있다. 레이저의 세기가 점진적으로 증가될수록, 4개의 채널들에서 측정된 레이저 펄스의 피크 값도 계속 증가된다. 가장 큰 피크 값을 획득하는 D채널에서 12비트의 ADC로 표현 가능한 최대값인 4095에 근접한 피크 값이 획득되는 경우, 반능동 레이저 탐지 장치는 더 낮은 증폭률을 갖는 증폭구간으로 변경된다. 도 9에서
Figure 112019117591075-pat00039
의 일부분을 추출한 데이터는 다음과 같은 표 1에 대응될 수 있다.
Figure 112019117591075-pat00040
Figure 112019117591075-pat00041
Figure 112019117591075-pat00042
Figure 112019117591075-pat00043
52 85 195 354
17 134 180 470
61 192 245 579
85 262 336 669
77 321 359 821
107 356 413 982
152 479 520 1152
204 564 605 1430
205 660 712 1586
264 754 793 1912
291 908 918 2233
331 1109 1118 2656
368 1135 1172 2837
컨트롤러(630)는 보정함수를 이용하여 보정된 피크 값들에 기초하여 추적각을 예측할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(630)는 증폭구간 n에 따른 파라미터
Figure 112019117591075-pat00044
을 갖는 보정함수
Figure 112019117591075-pat00045
를 이용하여, 보정된 데이터 쌍들의 집합
Figure 112019117591075-pat00046
을 다음과 같은 수학식 3에 따라 획득할 수 있다.
Figure 112019117591075-pat00047
보정함수
Figure 112019117591075-pat00048
는 1차 이상의 다항식 함수일 수 있고, 로그 또는 다른 형식의 비선형 함수일 수도 있다. 예를 들어, 보정함수
Figure 112019117591075-pat00049
가 1차 다항식이라고 할 때, 파라미터
Figure 112019117591075-pat00050
은 다음과 같은 수학식 4와 같이, 4개의 채널들에 대한 1차 다항식
Figure 112019117591075-pat00051
의 계수인
Figure 112019117591075-pat00052
쌍들의 집합이 될 수 있다.
Figure 112019117591075-pat00053
한편, 사분할 검출기의 채널들 각각마다, 그리고 증폭구간들 각각마다 보정함수가 다르게 정의될 수 있다. 다만, 추적 각도 k에 따라서는 보정함수가 다르게 정의되지 않을 수 있다. 추적 각도 k에 따라 보정함수가 달라질 경우 보정함수의 최적 파라미터를 결정하기가 매우 어려울 수 있기 때문이다.
일 예에서, 보정함수
Figure 112019117591075-pat00054
가 1차 다항식이고 증폭구간 5에서의 4개의 채널들의 보정 파라미터
Figure 112019117591075-pat00055
이
Figure 112019117591075-pat00056
라고 하면, 모든 각도에 대해 증폭구간 5에서 4개의 채널들 각각에 의해 획득된 피크 값들은 1차 보정함수
Figure 112019117591075-pat00057
,
Figure 112019117591075-pat00058
,
Figure 112019117591075-pat00059
및
Figure 112019117591075-pat00060
에 따라 보정될 수 있다. 전술한 예시에 따른 보정함수에 의해
Figure 112019117591075-pat00061
가 보정된
Figure 112019117591075-pat00062
에 대응되는 데이터는 다음과 같은 표 2에 대응될 수 있다.
Figure 112019117591075-pat00063
Figure 112019117591075-pat00064
Figure 112019117591075-pat00065
Figure 112019117591075-pat00066
51.8 90.75 210 391.7
20.3 137.3 195 513.5
59.9 192.4 260 627.95
81.5 258.9 351 722.45
74.3 314.95 374 882.05
101.3 348.2 428 1051.1
141.8 465.05 535 1229.6
188.6 545.8 620 1521.5
189.5 637 727 1685.3
242.6 726.3 808 2027.6
266.9 872.6 933 2364.65
302.9 1063.55 1133 2808.8
336.2 1088.25 1187 2998.85
컨트롤러(630)는
Figure 112019117591075-pat00067
뿐만 아니라 증폭구간 5에서의 다른 각도에 대응되는
Figure 112019117591075-pat00068
도 보정 파라미터
Figure 112019117591075-pat00069
를 갖는 보정함수를 이용하여 보정할 수 있다. 컨트롤러(630)는 보정된 데이터 쌍들의 집합
Figure 112019117591075-pat00070
및 앞의 수학식 1을 이용하여, 추적각을
Figure 112019117591075-pat00071
로 예측할 수 있다.
또한, 컨트롤러(630)는 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차에 비례하는 값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(630)는 예측된 추적각과 실제 추적각
Figure 112019117591075-pat00072
간에 얼마나 오차가 존재하는지를 나타내기 위해 오차함수를 정의할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 컨트롤러(630)는 실제 추적각이
Figure 112019117591075-pat00073
이고,
Figure 112019117591075-pat00074
의 데이터 개수를
Figure 112019117591075-pat00075
라고 할 때(예를 들어, 앞의 표 1 및 표 2에서
Figure 112019117591075-pat00076
의 데이터 개수
Figure 112019117591075-pat00077
는 13이다.), 다음과 같은 수학식 5에 따른 오차함수를 이용하여, 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차를 계산할 수 있다.
Figure 112019117591075-pat00078
앞의 수학식 5에서
Figure 112019117591075-pat00079
는 증폭구간 n과 각도 k에서의 모든 추적각 데이터의 제곱 오차의 합을 의미할 수 있다. 한편, 앞의 수학식 5에서는 오차함수로서 평균 제곱 오차가 사용되었으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니고, 다양한 오차함수가 이용될 수 있다.
컨트롤러(630)는 모든 포인트들 및 증폭구간들에 대한 오차의 총합인 종합 오차
Figure 112019117591075-pat00080
를 다음과 같은 수학식 6에 따라 획득할 수 있다.
Figure 112019117591075-pat00081
한편, 데이터를 획득하는 과정에서 여러 실험 오차들로 인해, 의도한
Figure 112019117591075-pat00082
에 대응되는 위치에 레이저가 정확하게 조사되지 않을 가능성이 있다. 예를 들어,
Figure 112019117591075-pat00083
으로 설정하고 레이저를 조사하였다고 하더라도, 실제로는 미세한 오차로 인해 원점에서 약간 벗어난 지점에 레이저가 조사될 수 있다. 또한, 앞의 수학식 1은 이론적으로 최대 추적각의 1/2을 넘는 추적각에 대해서는 비선형성 오차를 갖는다. 예를 들어, 앞의 수학식 1에서 P가 8°라고 할 때, 추적각이 4°이하인 경우에는 앞의 수학식 1을 통해 추정된 추적각과 실제 추적각 간의 오차가 크지 않을 수 있다. 그러나, 추적각이 4°를 초과하는 경우에는 앞의 수학식 1을 통해 추정된 추적각과 실제 추적각 간의 오차가 커질 수 있다. 예를 들어, 앞의 수학식 1을 통해 추정된 추적각이 4.5°이더라도 실제 추적각은 5°가 될 수 있으며, 앞의 수학식 1을 통해 추정된 추적각이 5°이더라도 실제 추적각은 6°가 될 수 있다. 이와 같은 비선형성에 따른 오차는 고차다항식을 통해 쉽게 보정 가능하지만, 본 개시에 따른 컨트롤러(630)는 고차다항식을 통한 보정을 수행하는 대신, 앞의 수학식 5의 실제 추적각
Figure 112019117591075-pat00084
를 다음의 수학식 7과 같은, 실제 추적각에 대응되는 평균 추적각
Figure 112019117591075-pat00085
로 대체할 수 있다.
Figure 112019117591075-pat00086
예를 들어, 컨트롤러(630)는 다음의 수학식 8에 따른 오차함수를 이용하여, 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차를 계산할 수 있다.
Figure 112019117591075-pat00087
앞의 수학식 7에서
Figure 112019117591075-pat00088
는
Figure 112019117591075-pat00089
의 평균, 즉, k 번째 각도와 증폭구간 n에서의 평균 추적각을 의미할 수 있다. 명세서 전체에서 평균을 의미하는
Figure 112019117591075-pat00090
와 오차함수
Figure 112019117591075-pat00091
는 각각 대괄호와 소괄호를 사용하는 점에서 서로 구별될 수 있다. 한편, 앞의 수학식 7과 같이 각각의 증폭구간에 대응되는 평균 추적각에 다시 평균을 적용하는 것은 각각의 증폭구간마다 상이한 데이터 개수에 따른 편차의 영향을 최소화하기 위한 것이다. 예를 들어, 모든 증폭구간들은 동일한 개수의 데이터를 포함하지 않고, 도 4, 도 5 및 도 9에 도시된 것처럼 G4에서는 데이터의 개수가 적은 반면, G0에서는 데이터 개수가 많을 수 있다. 이와 같이, 증폭구간마다 데이터 개수가 상이한 상황에서 전체 추적각의 평균을 적용하면, 데이터 개수가 많은 G0의 영향력이 가장 큰바, 전체 추적각의 평균은 G0에서의 평균값에 가깝게 결정될 것이다. 이 때, 증폭구간 G0에 대응되는 아날로그 증폭기들의 조합에서의 불균일성이 가장 크다면, 보정이 수행되더라도 오차의 감소가 크지 않을 수 있다.
한편, 컨트롤러(630)는 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차를 최소화하기 위한 보정함수의 최적 파라미터를 결정할 수 있다. 예를 들어, 전술한 데이터 쌍의 집합, 보정함수, 오차함수 등에 의해 다음의 수학식 9와 같은 최적화 문제가 도출될 수 있다.
Figure 112019117591075-pat00092
앞의 수학식 9는 다양한 각도에서 레이저의 세기가 변경되면서 조사되는 상황에서도, 변이가 가장 적은 추적각 값이 추정되도록 보정함수의 최적 파라미터를 결정하는 최적화 문제에 대응될 수 있다. 컨트롤러(630)는 앞의 수학식 9에 따라, 종합 오차
Figure 112019117591075-pat00093
를 최소화하기 위한 보정함수의 최적 파라미터 g를 결정할 수 있다.
한편, 최적화 문제는 단순한 수식 계산을 통해 해결될 수 없는바, 컨트롤러(630)는 Gradient Descent 알고리즘, 뉴턴법(Newton's method), 가우스-뉴턴법 및 LM(levenberg-Marquardt) 방법 중 적어도 하나를 이용하여 g를 반복적으로 업데이트함으로써, 보정함수의 최적 파라미터를 결정할 수 있다. 최적화 문제를 풀이하는데 소요되는 시간을 감소시키거나, 극소점(local minimum)에 도달하지 않도록 g에 적절한 제약조건을 설정하는 등의 다양한 최적화 문제 풀이 방법이 적용될 수 있다. 본 개시에서는 어느 특정한 방법으로 최적화 문제의 풀이 방법을 제한하지 않는다.
컨트롤러(630)는 결정된 최적 파라미터를 갖는 보정함수를 반능동 레이저 탐지 장치에 적용할 수 있다. 최적 파라미터를 갖는 보정함수가 반능동 레이저 탐지 장치에 적용됨에 따라, 반능동 레이저 탐지 장치가 표적을 추적하는데 있어 발생되는 추적각 오차가 감소될 수 있다. 이하 도 10 및 도 11을 참조하여 본 개시에 따른 추적각 오차를 보정하는 방법에 따른 효과를 상세히 설명한다.
도 10 및 도 11은 일부 실시예에 따른, 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템에 의해 결정된 최적 파라미터를 갖는 보정함수가 반능동 레이저 탐지 장치에 적용됨에 따른 효과를 보여주는 실험 결과 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 개시에 따른 추적각 오차 보정 방법을 적용하기 전에 비해, 본 개시에 따른 추적각 오차 보정 방법을 적용한 이후 추적각 오차가 상당히 감소했음을 확인할 수 있다. 도 10 및 도 11에서 x축은 레이저의 세기를 나타내는 인덱스(index)에 대응될 수 있다.
본 개시에 따른 시스템(60)은 다양한 각도, 반능동 레이저 탐지 장치가 탐지 가능한 모든 세기의 레이저, 및 반능동 레이저 탐지 장치의 모든 증폭구간들에 대해 획득된 피크 값들에 기초하여 보정을 수행하는바, 모든 요소를 고려한 종합적인 보정을 한번에 수행할 수 있다. 이에 따라, 시간과 비용이 상당히 절감되면서도, 추적각 오차에 대한 보다 정확한 보정이 수행될 수 있다.
도 12는 일부 실시예에 따른, 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 시스템이 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 방법은 도 6에 도시된 시스템(60)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라고 하더라도 시스템(60)에 관하여 위에서 도 6 내지 도 11을 참조하여 서술된 내용은 도 12의 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
단계 1210에서, 시스템은 레이저 시준기를 이용하여 반능동 레이저 탐지 장치를 향해 세기를 변경해가면서 레이저를 조사할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기에서 탐지 가능한 최소의 세기부터 최대의 세기까지 레이저의 세기를 점진적으로 증가시킬 수 있다.
단계 1220에서, 시스템은 반능동 레이저 탐지 장치 및 레이저 시준기 중 적어도 하나를 기 설정된 각도만큼씩 회전시킴으로써, 인접하는 포인트들 간에 일정한 각도 차이를 갖는 복수의 포인트들로부터 반능동 레이저 탐지 장치로 레이저가 조사되는 상황을 모사할 수 있다. 일 예에서, 복수의 포인트들은 원점(
Figure 112019117591075-pat00094
) 및 인접하는 포인트들 간에
Figure 112019117591075-pat00095
의 각도 차이를 갖는 K개의 포인트들(
Figure 112019117591075-pat00096
)을 포함할 수 있다.
단계 1230에서, 시스템은 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기의 4개의 채널들 각각에서 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들을 획득할 수 있다.
반능동 레이저 탐지 장치는 반능동 레이저 탐지 장치로 조사되는 레이저의 세기가 증가됨에 따라 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 복수의 증폭기들의 조합을 변경함으로써, 점차 작은 증폭률을 갖는 증폭구간으로 변경될 수 있다. 반능동 레이저 탐지 장치가 N개의 증폭구간들을 갖는다고 할 때, k번째 각도에서 반능동 레이저 탐지 장치로 레이저가 조사되는 경우 증폭구간 n에서 사분할 검출기의 4개의 채널들(A, B, C, D)에 의해 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들에 대응되는 데이터 쌍들의 집합
Figure 112019117591075-pat00097
는 다음의 수학식
Figure 112019117591075-pat00098
에 따라 정의될 수 있다.
단계 1240에서, 시스템은 보정함수를 이용하여 보정된 피크 값들에 기초하여 추적각을 예측할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 증폭구간 n에 따른 파라미터
Figure 112019117591075-pat00099
을 갖는 보정함수
Figure 112019117591075-pat00100
를 이용하여, 보정된 데이터 쌍들의 집합
Figure 112019117591075-pat00101
을 다음과 같은 수학식
Figure 112019117591075-pat00102
에 따라 획득할 수 있다.
또한, 시스템은 보정된 데이터 쌍들의 집합
Figure 112019117591075-pat00103
및 다음과 같은 수학식
Figure 112019117591075-pat00104
(P는 비례상수로서, 반능동 레이저 탐지 장치에 의해 탐지 가능한 추적각의 최대값에 대응됨)을 이용하여, 추적각을
Figure 112019117591075-pat00105
로 예측할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 시스템은 실제 추적각이
Figure 112019117591075-pat00106
이고,
Figure 112019117591075-pat00107
의 데이터 개수를
Figure 112019117591075-pat00108
라고 할 때, 다음과 같은 오차함수
Figure 112019117591075-pat00109
를 이용하여, 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차를 계산할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 시스템은 실제 추적각에 대응되는 평균 추적각
Figure 112019117591075-pat00110
가 다음과 같은 수학식
Figure 112019117591075-pat00111
에 따라 결정되고,
Figure 112019117591075-pat00112
의 데이터 개수를
Figure 112019117591075-pat00113
라고 할 때, 다음과 같은 오차함수
Figure 112019117591075-pat00114
를 이용하여, 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차를 계산할 수도 있다.
시스템은 모든 포인트들 및 증폭구간들에 대한 오차의 총합인 종합 오차 다음과 같은 수학식
Figure 112019117591075-pat00115
에 따라 획득할 수 있다.
단계 1250에서, 시스템은 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차를 최소화하기 위한 보정함수의 최적 파라미터를 결정할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 다음과 같은 수학식
Figure 112019117591075-pat00116
에 따라, 종합 오차
Figure 112019117591075-pat00117
를 최소화하기 위한 보정함수의 최적 파라미터 g를 결정할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 Gradient Descent 알고리즘, 뉴턴법, 가우스-뉴턴법 및 LM 방법 중 적어도 하나를 이용하여 g를 반복적으로 업데이트함으로써, 보정함수의 최적 파라미터를 결정할 수 있다. 다만, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
시스템은 결정된 최적 파라미터를 갖는 보정함수를 반능동 레이저 탐지 장치에 적용함으로써, 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정할 수 있다. 본 개시에 따른 방법은 다양한 각도, 반능동 레이저 탐지 장치가 탐지 가능한 모든 세기의 레이저, 및 반능동 레이저 탐지 장치의 모든 증폭구간들에 대해 획득된 피크 값들에 기초하여 보정을 수행하는바, 모든 요소를 고려한 종합적인 보정을 한번에 수행할 수 있다. 이에 따라, 시간과 비용이 상당히 절감되면서도, 추적각 오차에 대한 보다 정확한 보정이 수행될 수 있다.
한편, 전술한 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 방법은 그 방법을 실행하는 명령어들을 포함하는 하나 이상의 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 반능동 레이저(Semi-active laser) 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템에 있어서,
    상기 반능동 레이저 탐지 장치를 향해 세기를 변경해가면서 레이저를 조사하는 레이저 시준기(laser collimator);
    상기 반능동 레이저 탐지 장치 및 상기 레이저 시준기 중 적어도 하나를 기 설정된 각도만큼씩 회전시킴으로써, 인접하는 포인트들 간에 일정한 각도 차이를 갖는 복수의 포인트들로부터 상기 반능동 레이저 탐지 장치로 상기 레이저가 조사되는 상황을 모사하는 회전 장치; 및
    상기 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기(quadrature detector)의 4개의 채널들 각각에 의해 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들을 획득하고, 보정함수를 이용하여 보정된 상기 피크 값들에 기초하여 추적각을 예측하며, 상기 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차를 최소화하기 위한 상기 보정함수의 최적 파라미터를 결정하는 컨트롤러를 포함하는, 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 시준기는,
    상기 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 상기 사분할 검출기에서 탐지 가능한 최소의 세기부터 최대의 세기까지 상기 레이저의 세기를 점진적으로 증가시키는, 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 포인트들은 원점(
    Figure 112019117591075-pat00118
    ) 및 인접하는 포인트들 간에
    Figure 112019117591075-pat00119
    의 각도 차이를 갖는 K개의 포인트들(
    Figure 112019117591075-pat00120
    )을 포함하는, 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 반능동 레이저 탐지 장치는 상기 반능동 레이저 탐지 장치로 조사되는 상기 레이저의 세기가 증가됨에 따라 상기 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 복수의 증폭기들의 조합을 변경함으로써, 점차 작은 증폭률을 갖는 증폭구간으로 변경되고,
    상기 반능동 레이저 탐지 장치가 N개의 증폭구간들을 갖는다고 할 때, k번째 각도에서 상기 반능동 레이저 탐지 장치로 상기 레이저가 조사되는 경우 증폭구간 n에서 상기 사분할 검출기의 4개의 채널들(A, B, C, D)에 의해 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들에 대응되는 데이터 쌍들의 집합
    Figure 112019117591075-pat00121
    는 다음의 수학식
    Figure 112019117591075-pat00122
    에 따라 정의되는, 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    증폭구간 n에 따른 파라미터
    Figure 112019117591075-pat00123
    을 갖는 보정함수
    Figure 112019117591075-pat00124
    를 이용하여, 보정된 데이터 쌍들의 집합
    Figure 112019117591075-pat00125
    을 다음과 같은 수학식
    Figure 112019117591075-pat00126
    에 따라 획득하는, 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 보정된 데이터 쌍들의 집합
    Figure 112019117591075-pat00127
    및 다음과 같은 수학식
    Figure 112019117591075-pat00128
    (P는 비례상수로서, 상기 반능동 레이저 탐지 장치에 의해 탐지 가능한 추적각의 최대값에 대응됨)을 이용하여, 상기 추적각을
    Figure 112019117591075-pat00129
    로 예측하는, 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 실제 추적각이
    Figure 112019117591075-pat00130
    이고, 상기
    Figure 112019117591075-pat00131
    의 데이터 개수를
    Figure 112019117591075-pat00132
    라고 할 때, 다음과 같은 오차함수
    Figure 112019117591075-pat00133
    를 이용하여, 상기 예측된 추적각과 상기 실제 추적각 간의 오차를 계산하는, 시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 실제 추적각에 대응되는 평균 추적각
    Figure 112019117591075-pat00134
    가 다음과 같은 수학식
    Figure 112019117591075-pat00135

    에 따라 결정되고, 상기
    Figure 112019117591075-pat00136
    의 데이터 개수를
    Figure 112019117591075-pat00137
    라고 할 때, 다음과 같은 오차함수
    Figure 112019117591075-pat00138
    를 이용하여, 상기 예측된 추적각과 상기 실제 추적각 간의 오차를 계산하는, 시스템.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    모든 포인트들 및 증폭구간들에 대한 오차의 총합인 종합 오차
    Figure 112019117591075-pat00139
    를 다음과 같은 수학식
    Figure 112019117591075-pat00140
    에 따라 획득하는, 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    다음과 같은 수학식
    Figure 112019117591075-pat00141
    에 따라, 상기 종합 오차
    Figure 112019117591075-pat00142
    를 최소화하기 위한 상기 보정함수의 최적 파라미터 g를 결정하는, 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    Gradient Descent 알고리즘, 뉴턴법(Newton's method), 가우스-뉴턴법 및 LM(levenberg-Marquardt) 방법 중 적어도 하나를 이용하여 g를 반복적으로 업데이트함으로써, 상기 보정함수의 최적 파라미터를 결정하는, 시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 결정된 최적 파라미터를 갖는 보정함수를 상기 반능동 레이저 탐지 장치에 적용하는, 시스템.
  13. 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 방법에 있어서,
    레이저 시준기를 이용하여 상기 반능동 레이저 탐지 장치를 향해 세기를 변경해가면서 레이저를 조사하는 단계;
    상기 반능동 레이저 탐지 장치 및 상기 레이저 시준기 중 적어도 하나를 기 설정된 각도만큼씩 회전시킴으로써, 인접하는 포인트들 간에 일정한 각도 차이를 갖는 복수의 포인트들로부터 상기 반능동 레이저 탐지 장치로 상기 레이저가 조사되는 상황을 모사하는 단계;
    상기 반능동 레이저 탐지 장치에 구비된 사분할 검출기의 4개의 채널들 각각에서 측정되는 빔 펄스들의 피크 값들을 획득하는 단계;
    보정함수를 이용하여 보정된 상기 피크 값들에 기초하여 추적각을 예측하는 단계; 및
    상기 예측된 추적각과 실제 추적각 간의 오차를 최소화하기 위한 상기 보정함수의 최적 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제 13항의 방법을 실행하는 명령어들을 포함하는 하나 이상의 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
KR1020190146962A 2019-11-15 2019-11-15 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템 및 방법 KR102162387B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190146962A KR102162387B1 (ko) 2019-11-15 2019-11-15 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190146962A KR102162387B1 (ko) 2019-11-15 2019-11-15 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102162387B1 true KR102162387B1 (ko) 2020-10-06

Family

ID=72826181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190146962A KR102162387B1 (ko) 2019-11-15 2019-11-15 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102162387B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100227202B1 (ko) * 1996-09-30 1999-10-15 니시무로 타이죠 옵셋 검출장치 및 그를 이용한 비상체 유도시스템
KR101529512B1 (ko) * 2014-01-28 2015-06-18 국방과학연구소 레이저 송신 및 수신 장치
JP6344845B2 (ja) * 2014-04-14 2018-06-20 リコーインダストリアルソリューションズ株式会社 レーザ測距装置
JP2019117191A (ja) * 2017-12-26 2019-07-18 シナノケンシ株式会社 三次元レーザー光走査装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100227202B1 (ko) * 1996-09-30 1999-10-15 니시무로 타이죠 옵셋 검출장치 및 그를 이용한 비상체 유도시스템
KR101529512B1 (ko) * 2014-01-28 2015-06-18 국방과학연구소 레이저 송신 및 수신 장치
JP6344845B2 (ja) * 2014-04-14 2018-06-20 リコーインダストリアルソリューションズ株式会社 レーザ測距装置
JP2019117191A (ja) * 2017-12-26 2019-07-18 シナノケンシ株式会社 三次元レーザー光走査装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5406551B2 (ja) 荷電粒子ビーム描画方法および荷電粒子ビーム描画装置
JP5123730B2 (ja) 偏向アンプのセトリング時間検査方法及び偏向アンプの故障判定方法
JPS63153456A (ja) 光デイスクテストシステム
KR20160106908A (ko) 먼지 센서의 출력 보정 방법
Budgell et al. Daily monitoring of linear accelerator beam parameters using an amorphous silicon EPID
CN108507672B (zh) 一种自动校正视轴误差的远场激光能量探测方法
CN110824449A (zh) 一种多频点雷达导引头自动标定测试方法
KR102154534B1 (ko) 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자 빔 묘화 방법
Zhang et al. A calibration and correction method for the measurement system based on four-quadrant detector
JPS5862508A (ja) 放射線利用の厚さゲージ
CN112985775A (zh) 基于精密测角的光斑跟踪器光轴校准装置
KR102162387B1 (ko) 반능동 레이저 탐지 장치의 추적각 오차를 보정하는 시스템 및 방법
CN104953971A (zh) 增益校准
CN110836634B (zh) 可适应多种光束的四象限探测器标定方法
US20030090656A1 (en) Particle diameter distribution measurement apparatus and method of calibration
US10914844B2 (en) Signal processing device for X-ray analysis and adjustment method for a signal processing device for X-ray analysis
US7411532B2 (en) Method for determining minimization factor for improving linearity of an analog-to-digital converter
KR20200088273A (ko) 핵 계측 격리된 출력 신호 스케일링 방법 및 이를 이용한 시스템
US20230017555A1 (en) Over the air calibration of an advanced antenna system
CN108021037B (zh) 三元组目标阵列近场效应修正方法
Noh Optimization-based calibration process for position-sensitive detector systems
JPS62195504A (ja) 面位置検出装置
Zhang et al. The effect of lens distortion in angle measurement based on four-quadrant detector
US9116044B2 (en) System and method for determining size and location of minimum beam spot
JP6888905B2 (ja) 検出信号におけるａ／ｄコンバータの雑音を低減した厚み計装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant