KR102317676B1 - 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

사격제원계산 시스템에 적용된 탄종과 정확히 매핑되지 않는 유사 탄종을 적용하여 사격하는 경우, 발생하는 탄도계산 오차를 제거하기 위해 탄도계산 모듈을 수정하거나 신규 개발하지 않고, 사격 결과를 토대로 탄도계산 보정계수를 산출하여 사격제원계산 시스템에 반영할 수 있도록 한 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 상기 시스템은, 기 설정된 사격 제원에 따라 임의 탄종의 실 사격을 수행하는 사격 제원 계산 시스템; 상기 사격 제원 계산 시스템을 통해 실 사격된 해당 탄종에 대한 사격 사거리별 오차값을 산출하는 사격 결과 관측부; 및 상기 사격 결과 관측부로부터 산출된 해당 탄종의 사거리별 오차값을 이용하여 오차 추정치를 산출하고, 산출된 오차 추정치를 기반으로 탄도 계산 보정계수를 추출한 후, 추출된 탄도 계산 보정 계수를 상기 사격 제원 계산 시스템에 제공하는 탄도 계산 오차 보정 계산부를 포함할 수 있다.

Description

실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템 및 그 방법{Correction method and system for live gunfire ballistic calculation error}
본 발명은 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 탄도 오차 보정계수를 적용하여 실 사격 탄도 계산 오차를 보정하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 사격제원계산 시스템에 적용된 탄종과 정확히 매핑되지 않는 유사 탄종을 적용하여 사격하는 경우, 발생하는 탄도계산 오차를 제거하기 위해 탄도계산 모듈을 수정하거나 신규 개발하지 않고, 사격 결과를 토대로 탄도계산 보정계수를 산출하여 사격제원계산 시스템에 반영할 수 있도록 한 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 함포 사격제원 계산을 위한 실시간 탄도계산을 위해서는 수정질점방식(Modified Point Mass Equations of Motion)의 탄도방정식을 수치해법으로 푸는 방식으로 곡사포탄의 항력계수 및 탄도계수 등의 표준 FCI(Fire Control Input)자료를 입력자료로 사용한다. 이는, 코리올리(Coriolis)영향, 지구 곡률(Curvature of Earth)의 영향, 기온, 기압, 풍향, 풍속 등을 고려한다.
탄의 마찰계수인 항력계수는 주요 FCI(Fire Control Input) 데이터중 하나이며 탄종에 따라 결정되는데 일반적으로 해당 탄종이 개발될 때 제작되는 사표(Range table)와 함께 제공되어야 한다. 이때 제공되는 항력계수 데이터를 적용하여 수치 적분 방식으로 탄도계산을 수행하여 사격제원을 산출한다.
산출된 사격제원으로 사격을 실시할 때 발생하는 탄의 거리오차는 예상 명중점 오차, 포 지향오차, 탄착 오차, 탄도계산 오차 등 여러가지 요인에 의해 발생한다.
예상 명중점 오차는 탄의 비행시간 이후의 표적 위치 예측하는데 발생하는 오차이며, 포 지향오차는 포 자체의 정렬오차, 설치오차, 구동 지연 등에 의해 발생하는 오차이며, 탄착 오차는 탄 자체의 분산도에 의해 발생하는 오차다.
탄도계산 오차는, 실시간 수치 적분 방식으로 계산하는 경우 부정확한 FCI(Fire control Input) 데이터에 의해 발생한다. 여러가지 요인에 의해 발생된 누적 오차는 실 사격시 탄과 표적간의 거리 오차에 반영되어 관측되며, 이 결과에 따라 운용수는 수동으로 탄착수정값을 입력하여 보정 사격을 실시한다.
실 사격 중 발생할 수 있는 오차 중에서 예상 명중점 오차, 포 지향오차, 탄착 오차는 부정확한 센서 데이터, 표적의 급격한 기동, 포 배열 오차, 탄 분산도 등 탄도계산 외적으로 발생하는 부분으로 탄도계산 내부에서 컨트롤 할 수 없는 영역에 해당한다.
그러나, 탄도계산 내부의 오차는 부정확한 FCI(Fire Control Input) 데이터에 의해 발생하는 부분으로 탄 제조사에서 제공하는 항력계수 및 사표 데이터가 오차를 포함하는 경우 탄도 계산 오차를 유발하여 사격제원 계산 결과에 오차를 초래할 수 있다.
이와 같은 탄도 계산 오차는 제공 FCI(Fire Control Input) 데이터 자체의 부정확도에서 발생하기도 하고, 개발 탄종과 다른 탄종을 실제 사격시에 적용하는 경우에도 발생한다. 즉, 실제 사격제원계산 시스템 개발시에 A탄종의 FCI(Fire Control Input) 데이터를 이용해서 제원을 계산하도록 반영하였으나, 실제 운용시에는 탄 수급이 원활하지 않아 타 제조사 유사 탄종인 B탄종을 확보하여 사격하는 경우에도 탄종간 FCI 데이터 불일치로 인해 탄도계산 오차가 발생한다.
이러한 경우, 운용자는 사격 결과 관측한 탄착 결과에 대해 탄착수정 보정치를 수동으로 입력하여야 하며, 이 보정치값은 사격거리에 따라 다른 경향성을 가지므로 일관적인 값을 적용할 수 없어 운용수에게는 상당한 부담으로 작용한다.
또한, 사거리가 변경될 때마다 관측되는 보정치를 변경하여 수동으로 입력하여야 한다.
이와 같이 부정확한 FCI(Fire Control Input) 데이터의 제공 또는 개발 탄종과 다른 탄종 적용으로 인해 탄도계산 자체의 오차가 발생하는 경우, 실 사격 결과를 바탕으로 사거리별 오차 추정치를 산출하고 보정 계수를 적용하여 탄도계산 오차를 제거하는 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 탄도 오차 보정계수를 적용하여 실 사격 탄도 계산 오차를 보정하는 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다. 즉, 본 발명은 사격제원계산 시스템에 적용된 탄종과 정확히 매핑되지 않는 유사 탄종을 적용하여 사격하는 경우, 발생하는 탄도계산 오차를 제거하기 위해 탄도계산 모듈을 수정하거나 신규 개발하지 않고, 사격 결과를 토대로 탄도계산 보정계수를 산출하여 사격제원계산 시스템에 반영하도록 한 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기된 바와 같은 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템은, 기 설정된 사격 제원에 따라 임의 탄종의 실 사격을 수행하는 사격 제원 계산 시스템; 상기 사격 제원 계산 시스템을 통해 실 사격된 해당 탄종에 대한 사격 사거리별 오차값을 산출하는 사격 결과 관측부; 및 상기 사격 결과 관측부에서 산출된 해당 탄종의 사거리별 오차값을 이용하여 오차 추정치를 산출하고, 산출된 오차 추정치를 기반으로 탄도 계산 보정계수를 추출한 후, 추출된 탄도 계산 보정 계수를 상기 사격 제원 계산 시스템에 제공하는 탄도 계산 오차 보정 계산부를 포함할 수 있다.
상기 사격 결과 관측부는, 영상 관측을 통해 해당 탄종의 사거리별 오차값을 운용자가 판단하여 해당 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부로 제공하거나, 자동 관측 시스템을 적용하여 해당 탄종의 실 사격에 대한 사거리별 오차를 산출하여 산출된 사거리별 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부로 제공할 수 있다.
상기 탄도 계산 오차 보정 계산부는, 상기 사격 결과 관측부로부터 산출된 사격 사거리별 오차값을 curvefiting하여 오차 추세선을 산출하는 탄착 거리 오차 추세선 산출부; 상기 탄착 거리 오차 추세선 산출부를 통해 산출된 오차 추세선과 가장 유사한 추세선을 가지는 동등 압력 보정계수(EPC)를 산출하는 동등 압력 보정계수 산출부; 및 탄도 형상 계수를 산출한 후, 산출된 탄도 형상 계수와 상기 산출된 동등 압력 보정계수를 상기 사격제원 계산 시스템으로 제공하는 탄도 형상 계수 산출부를 포함할 수 있다.
상기 오차 추세선 산출부는, 탄 자체의 분산도에 따라 과최적화되지 않도록 2차 다항식으로 curve fiting하여 계수를 산출한 후, 산출된 계수를 이용하여 오차 추세선을 산출할 수 있다.
상기 사격 제원 계산 시스템은, 상기 탄도 형상 계수 산출부로부터 제공되는 동등 압력 보정 계수와 탄도 형상 계수를 반영하여 해당 탄종에 대한 탄도 계산 오차를 보정할 수 있다.
상기 탄도 형상 계수 산출부는, 상기 오차 추세선과 평균 제곱근 오차가 최소화되는 탄도 형상 계수를 산출할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 실 사격 탄도 계산 오차 보정 방법은, 사격 제원 계산 시스템에서, 기 설정된 사격 제원에 따라 임의 탄종의 실 사격을 수행하는 단계; 사격 결과 관측부에서, 상기 사격 제원 계산 시스템을 통해 실 사격된 해당 탄종에 대한 사격 사거리별 오차값을 산출하는 단계; 및 탄도 계산 오차 보정 계산부에서, 상기 산출된 해당 탄종의 사거리별 오차값을 이용하여 오차 추정치를 산출하고, 산출된 오차 추정치를 기반으로 탄도 계산 보정계수를 추출한 후, 추출된 탄도 계산 보정 계수를 상기 사격 제원 계산 시스템에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 오차값을 산출하는 단계는, 영상 관측을 통해 해당 탄종의 사거리별 오차값을 운용자가 판단하여 해당 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부로 제공하거나, 자동 관측 시스템을 적용하여 해당 탄종의 실 사격에 대한 사거리별 오차를 산출하여 산출된 사거리별 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부로 제공할 수 있다.
상기 사격 제원 계산 시스템에 제공하는 단계는, 상기 산출된 사격 사거리별 오차값을 curvefiting하여 오차 추세선을 산출하는 단계; 상기 산출된 오차 추세선과 가장 유사한 추세선을 가지는 동등 압력 보정계수(EPC)를 산출하는 단계; 및 탄도 형상 계수를 산출한 후, 산출된 탄도 형상 계수와 상기 산출된 동등 압력 보정계수를 상기 사격제원 계산 시스템으로 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 오차 추세선을 산출하는 단계는, 탄 자체의 분산도에 따라 과최적화되지 않도록 2차 다항식으로 curvrfiting하여 계수를 산출한 후, 산출된 계수를 이용하여 오차 추세선을 산출할 수 있다.
상기 사격 제원 계산 시스템은, 상기 동등 압력 보정 계수와 산출된 탄도 형상 계수를 반영하여 해당 탄종에 대한 탄도 계산 오차를 보정할 수 있다.
상기 탄도 형상 계수를 산출하는 단계는, 상기 오차 추세선과 평균 제곱근 오차가 최소화되는 탄도 형상 계수를 산출할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 사격제원 계산 시스템에 적용된 탄종과 정확히 매핑되지 않는 유사 탄종을 적용하여 사격하는 경우, 발생하는 탄도계산 오차를 제거하기 위해 탄도계산 모듈을 수정하거나 신규 개발하지 않고, 사격 결과를 토대로 탄도계산 보정계수를 산출하여 사격제원계산 시스템에 반영하는 것이다.
따라서, 부정확한 FCI 데이터의 제공으로 인해 사격시 탄도계산 자체의 오류가 발생하는 경우 실 사격 결과를 반영하여 오차 추정치를 산출하고 이를 토대로 탄도계산 보정계수를 추출 및 반영하여 사격 오차를 최소화함으로써 탄착 수정에 대한 운용수 부담을 최소화하고 사격 명중률을 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템에 대한 블록 구성을 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 탄도 계산 오차 보정 계산부에 대한 상세 블록 구성을 나타낸 도면.
도 3은 도 2에 도시된 탄착오차 추세선 산출부에서 산출되는 탄착 오차 추세선에 대한 그래프의 일 예를 나타낸 도면.
도 4은 도 2에 도시된 동등 압력 보정계수(EPC) 산출부에서 산출된 보정계수와 탄착오차 추세선 산출부에서 산출된 추세선의 경향을 비교하는 그래프의 일 예를 나타낸 도면.
도 5a는 탄착 오차 추세선과 탄착 오차를 최소화하는 형상 계수 산출 결과를 반영하기 전의 오차 추세선 화면의 일 예를 나타낸 도면, 도 5b는 탄착 오차 추세선과 탄착 오차를 최소화하는 형상 계수 산출 결과를 반영한 후의 오차 추세선 화면의 일 예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 실 사격 탄도 계산 오차 보정 방법에 대한 동작 플로우챠트를 나타낸 도면.
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 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템 및 그 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 도 1은 본 발명에 따른 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템에 대한 블록 구성을 나타낸 도면이다.
도 1를 참조하면, 본 발명에 따른 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템은 사격 제원 계산 시스템(100), 사격 결과 관측부(200) 및 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)를 포함할 수 있다.
먼저, 사격 제원 계산 시스템(100)은 기 설정된 사격 제원에 따라 해당 탄종의 실 사격을 수행한다.
사격 결과 관측부(200)는 상기 사격 제원 계산 시스템(100)에 설정된 해당 탄종의 사격 제원에 따라 실 사격이 이루어진 경우, 해당 탄종에 대한 사격 사거리별 오차값을 산출하여 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)로 제공한다. 여기서, 상기 사격 결과 관측부(200)는 영상 관측을 통해 해당 탄종의 사거리별 오차값을 운용자가 판단하여 해당 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)로 제공할 수 있고, 자동 관측 시스템을 적용하여 해당 탄종의 실 사격에 대한 사거리별 오차를 산출하여 산출된 사거리별 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)로 자동 제공할 수도 있음을 이해해야 할 것이다.
탄도 계산 오차 보정 계산부(300)는 상기 사격 결과 관측부(200)로부터 입력되는 해당 탄종의 사거리별 오차값을 이용하여 해당 탄종의 사거리별 탄착 오차 추세선을 산출한다.
그리고, 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)는 상기 산출된 탄착 오차 추세선에 오차를 최소화하는 동등 압력 보정계수 (EPC: Equivalent Air Pressure Correction) 값 산출한다.
한편, 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)는 상기 오차 추세선과 탄도 형상 계수(Ballistic Form factor)를 최적화한 후, 상기 산출한 동등 압력 보정계수(EPC)와 탄도 형상 계수(Ballistic Form factor)를 사격 제원 계산 시스템(100)으로 제공하여 이후 사격에 제원값으로 반영하는 것이다.
상기 도 1에 도시된 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)에 대한 상세 구성과 각 구성에 대한 상세 동작에 대하여 살펴보자.
도 2는 도 1에 도시된 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)에 대한 상세 블록 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)는 탄착 거리 오차 추세선 산출부(310), 동등 압력 보정 계수(EPC) 산출부(320) 및 탄도 형상 계수 산출부(330)를 포함할 수 있다.
먼저, 사격 제원 계산 시스템(100)에서 해당 탄종에 대해 기 설정된 제원에 따라 실 사격을 수행한 경우, 사격 결과 관측부(200)에서 해당 실 사격된 탄종의 사거리별 오차값을 산출한 후, 산출된 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)의 탄착거리 오차 추세선 산출부(310)로 제공된다.
탄착거리 오차 추세선 산출부(310)는 상기 사격 결과 관측부(200)로부터 제공되는 실 사격된 해당 탄종의 사거리별 오차값을 이용하여 사거리별 실 사격 오차를 측정하고 Curve fitting을 통하여 도 3과 같은 탄착 오차 추세선을 산출한다. 여기서, 도 3은 도 2에 도시된 탄착거리 오차 추세선 산출부에서 산출되는 탄착 오차의 추세선을 나타낸 그래프이다.
도 3에 도시된 탄착 오차 추세선 그래프에서, X축은 사거리, Y축은 사거리별 관측 탄착 거리 오차이며, 탄 자체의 분산도가 있기 때문에 과최적화(Overfitting) 되지 않도록 아래의 수학식 1과 같은 2차 다항식으로 curvefitting하여 계수를 산출한다.
[수학식 1]
y=a2x2+a1x+a0
동등 압력 보정 계수(EPC) 산출부(320)는, 상기 탄착거리 오차 추세선 산출부(310)에서 산출된 오차 추세선과 오차가 최소화되는 EPC값을 산출하는 것이다.
이때, 탄과 함께 제공되는 사표데이터에는 기본 탄종에 대한 사표데이터가 있고, 적용가능한 다양한 탄종에 대해 압력 보정계수(EPC)를 제공하여 탄종 간 오차를 보정할 수 있다. 해당 탄종에 대한 EPC값이 존재하지 않거나, 실 사격 결과와 일치하지 않는 부정확한 데이터인 경우이다.
따라서, 동등 압력 보정 계수(EPC) 산출부(320)는, EPC를 변경 적용하여 상기 탄착거리 오차 추세선 산출부(310)에서 산출된 오차 추세선과 가장 유사한 경향을 나타내는 EPC를 산출한다. 산출된 EPC값은 FCI입력 데이터 중 압력 데이터에 EPC를 적용하여 탄도계산시 항력계산에 반영한다.
그리고, 상기 동등 압력 보정 계수(EPC) 산출부(320)는, 수치적분 방식으로 탄도계산을 수행하기 위해 탄의 운동방정식의 구성요소인 항력(Drag force)계산식에 의해 산출된 EPC값을 적용하여 P값을 계산하고 적용할 수 있는데, 이는 아래의 수학식 2와 3에 의해 수행될 수 있다.
[수학식 2]
P = P + P*EPC, EPC(%)
[수학식 3]
DragForce = -1/2 * K * A * i * CD * P * (V/Vs)^2 / M
여기서, 상기 i는 형상계수(Form factor), K는 비열율(the ratio of the specific heat (1.4)), A는 단면적(Cross Sectional Area)(= pi*d^2/4, d=diameter), CD는 항력계수(Drag Constant), P는 공기압력(Air Pressure), V/Vs는 MachNum, M은 탄 질량(Projectile Mass)일 수 있다.
이와 같이, 탄착거리 오차 추세선 산출부(310)에서 산출된 오차 추세선과 동등 압력 보정 계수(EPC) 산출부(320)에서 산출된 압력 보정계수(EPC) 적용시 거리 오차는 도 4와 같이 사거리별 평균 제곱근 오차(RMSE)가 최소화되는 값으로 산출한다. 즉, 도 4는 사거리별 다양한 EPC값 적용시 탄착 오차 A, B, C, D와 관측한 탄착 오차 추세선(curvefit)의 결과로서, A는 EPC=0을 적용한 결과이고, EPC=D를 적용했을 때 평균 제곱근 오차(RMSE)가 최소화되어 추세선 결과와 가장 유사한 결과를 나타낸다.
탄도 형상 계수 산출부(330)는 추세선과 오차가 최소화되는 탄도 형상 계수를 산출한다. 여기서, 탄도 형상 계수는 아래의 수학식 4를 이용하여 산출될 수 있다.
[수학식 4]
i = 1/(A0+A1*ALFA+A2*ALFA2), ALFA : Angle of elevation in mil
즉, 상기 동등 압력 보정 계수(EPC) 산출부(320)에서 산출된 압력 보정 계수값과 기본 탄도 형상 계수(초기 설정된 값)를 반영시에는 도 5a에 도시된 바와 같이 사거리에 따라 추세선과 오차가 발생하게 된다.
따라서, 상기 수학식 4를 통해 산출된 탄도 형상 계수 A0, A1, A2를 변경하여 추세선과 평균 제곱근 오차(RMSE)가 최소화되는 A0, A1, A2를 산출하는 것이다.
이어, 탄도 형상 계수 산출부(330)는 상기 동등 압력 보정 계수 산출부(320)에서 산출된 압력 보정계수(EPC)와 상기 산출된 탄도형상계수(formfactor) A0, A1, A2를 도 1에 도시된 사격 제원 계산 시스템(100)에 도 5b와 같이 적용하여 해당 탄종에 대한 탄도계산 오차를 보정하는 것이다.
따라서, 사격 제원 계산 시스템(100)은 보정된 탄도 계산 오차값의 반영에 따라 이후 실 사격을 수행하게 되는 것이다.
이하, 상기 본 발명에 따른 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템의 동작과 상응하는 본 발명에 따른 실 사격 탄도 계산 오차 보정 방법에 대하여 도 6을 참조하여 단계적으로 설명해 보기로 하자.
도 6은 본 발명에 따른 실 사격 탄도 계산 오차 보정 방법에 대한 동작 플로우챠트를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 먼저 사격 제원 계산 시스템(100)에서 해당 탄종에 대해 기 설정된 제원에 따라 실 사격을 수행한다(S610).
상기 S610 단계를 통해 해당 탄종의 실 사격이 이루어지면, 도 1의 사격 결과 관측부(200)에서 해당 실 사격된 탄종의 사거리별 오차값을 산출한 후, 산출된 오차값을 도 1에 도시된 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)의 탄착거리 오차 추세선 산출부(310)로 제공된다(S620). 여기서, 상기 사격 결과은 영상 관측을 통해 해당 탄종의 사거리별 오차값을 운용자가 판단하여 해당 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)로 제공할 수도 있고, 자동 관측 시스템을 적용하여 해당 탄종의 실 사격에 대한 사거리별 오차를 산출하여 산출된 사거리별 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)로 자동 제공할 수도 있음을 이해해야 할 것이다.
이어, 도 1에 도시된 탄착거리 오차 추세선 산출부(310)는 상기 사격 결과 관측부(200)로부터 제공되는 실 사격된 해당 탄종의 사거리별 오차값을 이용하여 사거리별 실 사격 오차를 측정하고 Curve fitting을 통하여 도 3과 같은 탄착 오차 추세선을 산출한다(S630).
도 3에 도시된 탄착 오차 추세선 그래프에서, X축은 사거리, Y축은 사거리별 관측 탄착 거리 오차이며, 탄 자체의 분산도가 있기 때문에 과최적화(Overfitting) 되지 않도록 상기 수학식 1과 같은 2차 다항식으로 curvefitting하여 계수를 산출한다.
이어, 상기 S630단계를 통해 산출된 오차 추세선과 오차가 최소화되는 EPC값을 도 1에 도시된 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)에서 산출한다(S640).
이때, 탄과 함께 제공되는 사표데이터에는 기본 탄종에 대한 사표데이터가 있고, 적용가능한 다양한 탄종에 대해 압력 보정계수(EPC)를 제공하여 탄종 간 오차를 보정할 수 있다. 해당 탄종에 대한 EPC값이 존재하지 않거나, 실 사격 결과와 일치하지 않는 부정확한 데이터인 경우이다.
따라서, 상기 S640단계에서는, EPC를 변경 적용하여 상기 탄착거리 오차 추세선 산출부(310)에서 산출된 오차 추세선과 가장 유사한 경향을 나타내는 EPC를 산출한다. 산출된 EPC값은 FCI입력 데이터 중 압력 데이터에 EPC를 적용하여 탄도계산시 항력계산에 반영한다.
그리고, 상기 S640단계에서는, 수치적분 방식으로 탄도계산을 수행하기 위해 탄의 운동방정식의 구성요소인 항력(Drag force)계산식에 의해 산출된 EPC값을 적용하여 P값을 계산하고 적용할 수 있는데, 이는 상기 수학식 2와 3에 의해 수행될 수 있다.
이어, 상기 S630단계를 통해 산출된 오차 추세선과 상기 S640단계를 통해 산출된 압력 보정계수(EPC) 적용시 거리 오차는 도 4와 같이 사거리별 평균 제곱근 오차(RMSE) 가 최소화되는 값으로 산출한다. 즉, 도 4는 사거리별 다양한 EPC값 적용시 탄착 오차 A, B, C, D와 관측한 탄착 오차 추세선(curvefit)의 결과로서, A는 EPC=0을 적용한 결과이고, EPC=D를 적용했을 때 평균 제곱근 오차(RMSE)가 최소화되어 추세선 결과와 가장 유사한 결과를 나타낸다.
이어, 도 1에 도시된 탄도 계산 오차 보정 계산부(300)에서는 추세선과 오차가 최소화되는 탄도 형상 계수를 산출한다(S650). 여기서, 탄도 형상 계수는 상기 수학식 4를 이용하여 산출될 수 있다. 즉, 상기 S640단계를 통해 산출된 압력 보정 계수값과 기본 탄도 형상 계수(초기 설정된 값)를 반영시에는 도 5a에 도시된 바와 같이 사거리에 따라 추세선과 오차가 발생하게 된다.
따라서, 상기 수학식 4를 통해 산출된 탄도 형상 계수 A0, A1, A2를 변경하여 추세선과 평균 제곱근 오차(RMSE)가 최소화되는 A0, A1, A2를 산출하는 것이다(S650).
이어, 탄도 형상 계수 산출부(330)는 상기 동등 압력 보정 계수 산출부(320)에서 산출된 압력 보정계수(EPC)와 상기 산출된 탄도형상계수(formfactor) A0, A1, A2를 도 1에 도시된 사격 제원 계산 시스템(100)에 도 5b와 같이 적용하여 해당 탄종에 대한 탄도계산 오차를 보정하는 것이다(S660).
따라서, 사격 제원 계산 시스템(100)은 보정된 탄도 계산 오차값의 반영에 따라 이후 실 사격을 수행하게 되는 것이다.
결국, 본 발명은 사격제원계산 시스템에 적용된 탄종과 정확히 매핑되지 않는 유사 탄종을 적용하여 사격하는 경우, 발생하는 탄도계산 오차를 제거하기 위해 탄도계산 모듈을 수정하거나 신규 개발하지 않고, 사격 결과를 토대로 탄도계산 보정계수를 산출하여 사격제원계산 시스템에 반영하도록 한 것이다.
즉, 본 발명에 따른 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템 및 그 방법은, 부정확한 FCI 데이터의 제공으로 인해 사격시 탄도계산 자체의 오류가 발생하는 경우 실 사격 결과를 반영하여 오차 추정치를 산출하고 이를 토대로 탄도계산 보정계수를 추출 및 반영하여 사격 오차를 최소화함으로써 탄착 수정에 대한 운용수 부담을 최소화하고 사격 명중률을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
이상에서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 실 사격 탄도 계산 오차 보정방법은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 실행되기 위해 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현되어 매체에 저장될 수 있다.
상기 전술한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, Ruby, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.
상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 사격 제원 계산 시스템
200 : 사격 결과 관측부
300 : 탄도 계산 오차 보정 계산부
310 : 탄착 거리 오차 추세선 산출부
320 : 동등 압력 보정 계수 산출부
330 : 탄도 형상 계수 산출부

Claims (16)

  1. 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템에 있어서,
    기 설정된 사격 제원에 따라 임의 탄종의 실 사격을 수행하는 사격 제원 계산 시스템;
    상기 사격 제원 계산 시스템을 통해 실 사격된 해당 탄종에 대한 사격 사거리별 오차값을 산출하는 사격 결과 관측부; 및
    상기 사격 결과 관측부로부터 산출된 해당 탄종의 사거리별 오차값을 이용하여 오차 추정치를 산출하고, 산출된 오차 추정치를 기반으로 탄도 계산 보정계수를 추출한 후, 추출된 탄도 계산 보정 계수를 상기 사격 제원 계산 시스템에 제공하는 탄도 계산 오차 보정 계산부를 포함하고,
    상기 탄도 계산 오차 보정 계산부는,
    상기 사격 결과 관측부로부터 제공되는 사격 사거리별 오차값을 curvefiting하여 오차 추세선을 산출하는 탄착 거리 오차 추세선 산출부;
    상기 탄착 거리 오차 추세선 산출부를 통해 산출된 오차 추세선과 가장 유사한 추세선을 가지는 동등 압력 보정계수(EPC)를 산출하는 동등 압력 보정계수 산출부; 및
    탄도 형상 계수를 산출한 후, 산출된 탄도 형상 계수와 상기 산출된 동등 압력 보정계수를 상기 사격제원 계산 시스템으로 제공하는 탄도 형상 계수 산출부를 포함하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사격 결과 관측부는,
    영상 관측을 통해 해당 탄종의 사거리별 오차값을 운용자가 판단하여 해당 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부로 제공하거나, 자동 관측 시스템을 적용하여 해당 탄종의 실 사격에 대한 사거리별 오차를 산출하여 산출된 사거리별 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부로 제공하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오차 추세선 산출부는, 탄 자체의 분산도에 따라 과최적화되지 않도록 2차 다항식으로 curve fiting하여 계수를 산출한 후, 산출된 계수를 이용하여 오차 추세선을 산출하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 동등 압력 보정계수 산출부는,
    아래 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 동등 압력 보정계수를 산출하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템.
    [수학식 1]
    P = P + P*EPC, EPC(%)
    [수학식 2]
    DragForce = -1/2 * K * A * i * CD * P * (V/Vs)^2 / M
    여기서, 상기 i는 형상계수(Form factor), K는 비열율(the ratio of the specific heat (1.4)), A는 단면적(Cross Sectional Area)(= pi*d^2/4, d=diameter), CD는 항력계수(Drag Constant), P는 공기압력(Air Pressure), V/Vs는 MachNum, M은 탄 질량(Projectile Mass)이다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 사격 제원 계산 시스템은, 상기 탄도 형상 계수 산출부로부터 제공되는 동등 압력 보정 계수와 탄도 형상 계수를 반영하여 해당 탄종에 대한 탄도 계산 오차를 보정하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄도 형상 계수 산출부는, 상기 오차 추세선과 평균 제곱근 오차가 최소화되는 탄도 형상 계수를 산출하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탄도 형상 계수는, 아래의 수학식을 이용하여 계산하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 시스템.
    [수학식]
    i = 1/(A0+A1*ALFA+A2*ALFA2), ALFA:Angle of elevation in mil
  9. 실 사격 탄도 계산 오차 보정 방법에 있어서,
    사격 제원 계산 시스템에서, 기 설정된 사격 제원에 따라 임의 탄종의 실 사격을 수행하는 단계;
    사격 결과 관측부에서, 상기 사격 제원 계산 시스템을 통해 실 사격된 해당 탄종에 대한 사격 사거리별 오차값을 산출하는 단계; 및
    탄도 계산 오차 보정 계산부에서, 상기 산출된 해당 탄종의 사거리별 오차값을 이용하여 오차 추정치를 산출하고, 산출된 오차 추정치를 기반으로 탄도 계산 보정계수를 추출한 후, 추출된 탄도 계산 보정 계수를 상기 사격 제원 계산 시스템에 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 사격 제원 계산 시스템에 제공하는 단계는,
    상기 산출된 사격 사거리별 오차값을 curvefiting하여 오차 추세선을 산출하는 단계;
    상기 산출된 오차 추세선과 가장 유사한 추세선을 가지는 동등 압력 보정계수(EPC)를 산출하는 단계; 및
    탄도 형상 계수를 산출한 후, 산출된 탄도 형상 계수와 상기 산출된 동등 압력 보정계수를 상기 사격제원 계산 시스템으로 제공하는 단계를 포함하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 오차값을 산출하는 단계는,
    영상 관측을 통해 해당 탄종의 사거리별 오차값을 운용자가 판단하여 해당 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부로 제공하거나, 자동 관측 시스템을 적용하여 해당 탄종의 실 사격에 대한 사거리별 오차를 산출하여 산출된 사거리별 오차값을 탄도 계산 오차 보정 계산부로 제공하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 방법.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 오차 추세선을 산출하는 단계는, 탄 자체의 분산도에 따라 과최적화되지 않도록 2차 다항식으로 curve fiting하여 계수를 산출한 후, 산출된 계수를 이용하여 오차 추세선을 산출하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 동등 압력 보정계수를 산출하는 단계는,
    아래 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 동등 압력 보정계수를 산출하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 방법.
    [수학식 1]
    P = P + P*EPC, EPC(%)
    [수학식 2]
    DragForce = -1/2 * K * A * i * CD * P * (V/Vs)^2 / M
    여기서, 상기 i는 형상계수(Form factor), K는 비열율(the ratio of the specific heat (1.4)), A는 단면적(Cross Sectional Area)(= pi*d^2/4, d=diameter), CD는 항력계수(Drag Constant), P는 공기압력(Air Pressure), V/Vs는 MachNum, M은 탄 질량(Projectile Mass)이다.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 사격 제원 계산 시스템은, 상기 동등 압력 보정 계수와 산출된 탄도 형상 계수를 반영하여 해당 탄종에 대한 탄도 계산 오차를 보정하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 탄도 형상 계수를 산출하는 단계는, 상기 오차 추세선과 평균 제곱근 오차가 최소화되는 탄도 형상 계수를 산출하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 탄도 형상 계수는, 아래의 수학식을 이용하여 계산하는 것인 실 사격 탄도 계산 오차 보정 방법.
    [수학식]
    i = 1/(A0+A1*ALFA+A2*ALFA2), ALFA : Angle of elevation in mil
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KR102488429B1 (ko) * 2022-09-01 2023-01-13 한화시스템(주) 딥러닝 기반의 함포 사격 제원 제공 시스템 및 방법

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