KR102318621B1 - 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법 및 자세 제어시스템 - Google Patents

차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법 및 자세 제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법 및 자세 제어시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 차량과 원격무장시스템이 장착된 짐벌에 각각 자이로센서를 장착하고 각 자이로센서에서 송출되는 자세정보를 연산하여 원격무장시스템의 자세 및 조준위치를 자동으로 제어하는 효과가 있다.

Description

차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법 및 자세 제어시스템{Attitude control method and attitude control system for wehicle mounted remote control weapon system}
본 발명은 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법 및 자세 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량과 원격무장시스템이 장착된 짐벌에 각각 자이로센서를 장착하고 각 자이로센서에서 송출되는 자세정보를 연산하여 원격무장시스템의 자세 및 조준위치를 자동 제어할 수 있는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법 및 자세 제어시스템에 관한 것이다.
군사 작전이 도시환경이나 매복환경에서 수행될 때, 로켓 추진 수류탄(RPG)은 아주 가까운 거리에서 발사 될 수 있다. 이는 로켓 추진 수류탄(RPG)의 위치와 목표물까지의 도달시간이 아주 짧기 때문에 목표물에 대한 위협(threat)에 대응하여 위치를 찾아 요격하기 위해서는 아주 짧은 시간이 필요하다는 것을 의미한다.
폭발물 탄약(Explosive countermunition)은 빠르게 다가오는 위협(threat)에 대응하는데 사용될 수 있지만, 폭발물은 아군 피해의 위험을 증가시키는 주요한 원인이 될 수 있다. 몇 가지 능동방호시스템이 이 분야에서 다양하게 개발되고 있다. 이들은 경(輕)장갑차량에서 사용되는 러시아의 드로즈드(DROZD) 및 아레나(ARENA), 이스라엘의 트로피(Trophy), 독일의 딜 어위스(Diehl's AWiSS) 및 미국의 엔텝스(NTAPS) 에스리드(SLID) 뿐만 아니라 미육군 스트라이커(US Army Striker)가 있다.
이러한 시스템은 서로 다른 특성 및 장점과 단점이 있다. 드로즈드(DROZD)는 제한범위를 제공하여 고정관(fixed tubes)에서 발사하는 폭발 근접 보호시스템이다. 아레나(ARENA) 고정위치에서 발사하는 또 다른 근접 시스템으로 드로즈드(DROZD)보다 나은 범위를 제공하지만, 시스템 사이즈로 인해 고도의 시스템 통합이 큰 부담이 된다. 트로피(Trophy)는 빠르고, 작고, 짐벌(gimbal)을 가지고 있으며, 넓은 범위를 제공하고 있지만, 다중 발사가 불가능하며, 폭발은 표피가 얇은 경(輕)차량에 문제를 일으킬 수 있다.
딜의 시스템(Diehl's system)은 상당히 융통성이 없는 타이밍 구성으로 수류탄 파편을 사용한다. 엔텝스(NTAPS)는 근접한 로켓 추진 수류탄(RPG) 위협(threat)에 대해 너무 느린 토탈 타임 라인(total time line)으로 추적 레이더, 짐벌 발사기(gimbaled launcher) 및 로켓 역탐(rocket countermeasure)을 사용한다.
미 육군 스트라이커는 경(輕)장갑차량의 지붕 위에 탑재된 미사일을 포함한 멀티 무기시스템을 가지는 경(輕)장갑차량이다. 미사일의 충분한 무게와 높은 관성 때문에 미사일 장착되는 상단의 베이스-플레이트(base-plate)는 비교적 느린 회전 속도를 가지고 있다. 미 육군 스트라이커는 주로 개방 환경에서 수행되는 군사 작전에서 사용할 수 있으며, 주로 먼 거리에서 발사되는 위협(threat)이 있는 경우 느린 회전 속도가 허용될 수 있다.
미국특허번호 7,185,575호는 플랫폼에 부착되어 회전 가능하게 무기 스테이션 프레임(weapon station frame)과 상기 무기 스테이션 프레임에 부착되어 코멘드 발사 유닛(command launch unit)을 포함하는 플렛폼에서 목표물을 설정하고 발사를 유도하는 동안 전술 미사일 조립 방향의 원격 추적을 위한 시스템에 대해 설명하고 있다.
이러한 시스템은 매우 무겁고 미사일 조립은 적의 탱크와 같은 목표를 공격하기 위해 설계된 공격시스템으로 탱크와 같은 무거운 군용 차량에 적합하다.
미국특허번호 7,202,809호는 주로 미사일 위협(threat)에 대응하도록 설계되어 무거운 군용 차량에 대해 동적 보호 시스템의 결함을 극복하기 위해 제안된 것이다. 상기 7,202,809호는 근거리에서 발사된 로켓 추진 수류탄(RPG) 위협(threat)을 무산시키는 경(輕)군용차량을 위한 신속대응 역학적 방호시스템(fast-acting dynamic protection system)에 대해 설명하고 있다. 상기 시스템은 인근의 병력과 민간인에 대한 위험을 최소화한다. 상기 시스템은 위협(threat)을 찾는 다수의 수동형 센서를 사용하고 시스템을 초기화한다. 사용되는 방해탄약(countermunition)은 낮은 관성과 빠른 응답을 제공하고 감지된 위협(threat)을 손상 시키거나 파괴할 수 있어서 몇 가지 선택 사항 중 하나가 될 수 있다. 멀티 배럴(multi-barrel) 무반동의 총기는 선택의 무기이다. 발사장치는 방해탄약(countermunition) 및 추적 수단을 돕고 파괴하는데 사용된다. 탑재된 소프트웨어와 전자장치는 시스템을 제어하는 데 사용된다.
본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량과 원격무장시스템이 장착된 짐벌에 각각 자이로센서를 장착하고 각 자이로센서에서 송출되는 자세정보를 연산하여 원격무장시스템의 자세 및 조준위치를 자동 제어할 수 있는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법 및 자세 제어시스템을 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법에 관한 것으로, 자세 제어시스템에 입력된 정보를 초기화하는 자세 제어시스템 초기화 단계; 3축 가속도센서의 정상작동 여부를 확인하는 BIT신호 확인 단계; BIT 신호가 정상인 경우, 제1 3축 가속도센서를 통해 짐벌의 3차원 자세정보를 수집하는 짐벌 자세정보(Wqbl) 수집단계; 제2 3축 가속도센서를 통해 차량의 3차원 자세정보를 수집하는 차량 자세정보(Wvhc) 수집단계; 짐벌 자세정보에서 차량 자세정보를 차감하여 자세오차를 계산하는 자세오차(Werr) 계산 단계; 및 차량상태가 부하기동인 경우 차량 자세정보를 우선으로 적용하여 복합 자세정보(West) 값을 통해 자세 보정하고, 차량상태가 일반기동인 경우 짐벌 자세정보를 우선으로 적용하여 복합 자세정보(West) 값을 통해 자세 보정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 BIT 신호가 비정상인 경우, BIT 오류메세지를 차량의 디스플레이 화면에 팝업하는 BIT 오류메세지 팝업 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 차량상태가 부하기동인지 또는 일반기동인지 여부는 차량속도가 30km/h 이상인 경우는 부하기동으로 분류하고, 차량속도가 30km/h 미만인 경우는 일반기동으로 분류할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 차량속도가 30km/h 이상으로 부하기동인 경우, 차량이 사격하면서 기동 중인지 여부를 판단하는 사격 기동 판단단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 차량속도가 30km/h 미만으로 일반기동인 경우, 짐벌 자세정보를 우선 적용하는 것을 확인하는 짐벌 자세정보 우선 적용 확인단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 사격 기동 판단단계에서 사격 기동이 아닌 경우, 짐벌 자세정보를 우선 적용하는 것을 확인하는 짐벌 자세정보 우선 적용 확인단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 사격 기동 판단단계에서 사격 기동인 경우, 차량 자세정보를 우선 적용하는 것을 확인하는 차량 자세정보 우선 적용 확인단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 차량 자세정보 우선 적용이 확인된 경우, 자세오차가 0보다 큰지 여부를 판단하는 자세오차(Werr) 양수값 판단단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 자세오차 양수값 판단단계에서 양수인 경우, 차량 자세정보에서 자세오차를 차감하여 복합 자세정보를 계산하는 복합 자세정보(West) 계산단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 자세오차 양수값 판단단계에서 양수가 아닌 경우, 차량 자세정보에서 자세오차를 더하여 복합 자세정보를 계산하는 복합 자세정보(West) 계산단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 짐벌 자세정보 우선 적용이 확인된 경우, 자세오차가 0보다 큰지 여부를 판단하는 자세오차(Werr) 양수값 판단단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 자세오차 양수값 판단단계에서 양수인 경우, 짐벌 자세정보에서 자세오차를 차감하여 복합 자세정보를 계산하는 복합 자세정보(West) 계산단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 자세오차 양수값 판단단계에서 양수가 아닌 경우, 짐벌 자세정보에서 자세오차를 더하여 복합 자세정보를 계산하는 복합 자세정보(West) 계산단계;를 수행할 수 있다.
본 발명인 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어 시스템은, 차량; 차량에 배치되고, 원격무장시스템이 장착되며 원격무장시스템의 조준 방향을 제어하는 짐벌; 상기 짐벌에 장착되고, 짐벌의 3축 이동을 감지하는 제1 자이로센서; 상기 차량에 장착되고, 차량의 3축 이동을 감지하는 제2 자이로센서; 및 상기 차량 또는 외부 통제실에 배치되고, 상기 제1,2 자이로센서에서 송출되는 자세정보를 통해 상기 짐벌의 위치를 조종하는 통제시스템;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 차량과 원격무장시스템이 장착된 짐벌에 각각 자이로센서를 장착하고 각 자이로센서에서 송출되는 자세정보를 연산하여 짐벌의 움직임을 통해 원격무장시스템의 자세 및 조준위치를 자동으로 제어할 수 있다.
또한 차량의 기동상태, 즉 부하기동 또는 일반기동으로 구분하여 자세정보를 수집함으로써, 실제 기동상태 정보를 바탕으로 하여 짐벌의 위치 제어를 보다 정밀하게 할 수 있다.
이는 궁극적으로 원격무장시스템의 조준 정확도를 높이고, 전투에서 승리할 수 있는 결과를 도출할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명에서 차량과 짐벌에 각각 제1,2 자이로센서가 장착된 상태가 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에서 차량, 짐벌 및 통제시스템에서 제1,2 자이로센서로서 송출되는 자세정보로 짐벌의 위치를 조정하는 제어 구조를 나타낸 제어도.
도 3은 본 발명에서 제1,2 자이로센서에서 송출되는 자세정보를 수집하는 신호방식을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에서 차량과 짐벌에 장착된 제1,2 자이로센서에서 송출된 자세정보를 연산하여 짐벌의 위치를 조정하는 제어 구조를 나타낸 제어도.
도 5는 본 발명에서 자세 제어방법을 나타낸 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법 및 자세 제어시스템의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 1에는 본 발명에서 차량(10)과 짐벌(20)에 각각 제1,2 자이로센서(30,40)가 장착된 상태가 개시되어 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명인 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어 시스템은 차량(10), 짐벌(20), 제1 자이로센서(30), 제2 자이로센서(40) 및 통제시스템을 포함할 수 있다.
상기 차량(10)은 군사 목적으로 운용되는 전투 차량일 수 있다.
상기 짐벌(20)은 상기 차량(10)의 상부에 배치되고, 원격무장시스템이 장착될 수 있다. 상기 짐벌(20)은 3축 이동을 통해 3차원 움직임이 가능하여 원격조정무기가 표준을 조준할 수 있도록 한다.
상기 제1 자이로센서(30)는 상기 짐벌(20)에 장착되고, 짐벌(20)의 3축 이동을 감지할 수 있다. 상기 제2 자이로센서(40)는 상기 차량(10)에 장착되고, 차량(10)의 3축 이동을 감지할 수 있다. 상기 제1,2 자이로센서(30,40)는 일반적인 자이로센서일 수 있으며, 동일한 기능을 하는 다른 위치센서로 대체될 수 있다.
상기 통제시스템은 상기 차량(10) 또는 외부 통제실에 배치되고, 상기 제1,2 자이로센서(30,40)에서 송출되는 자세정보를 통해 상기 짐벌(20)의 위치를 조종하는 시스템일 수 있다. 그 밖에 상기 통제시스템은 다양한 제어를 수행할 수 있다.
도 2에는 본 발명에서 차량(10), 짐벌(20) 및 통제시스템에서 제1,2 자이로센서(30,40)로서 송출되는 자세정보로 짐벌(20)의 위치를 조정하는 제어 구조가 개시되어 있다.
도 2을 참고하면, 본 발명인 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어 시스템에서, 차량(10)의 내부에는 전원 장치가 배치될 수 있다. 상기 전원 장치는 28V 전원일 수 있으며, 짐벌(20) 및 제1 자이로센서(30)의 전원을 공급하는 장치일 수 있다. 상기 전원 장치는 커넥터 1을 통해 구동제어부와 연결될 수 있다.
그리고 차량(10)에는 제2 자이로센서(40)가 배치될 수 있다. 제2 자이로센서(40)는 전원 장치로 작동될 수 있는데, 5V 전원을 적용할 수 있다. 제2 자이로센서(40)는 커넥터 1을 통해 구동제어부의 라인드라이버(122;RS-422)에 신호적으로 연결될 수 있다.
다음 통제시스템은 격발상태모듈(101), 구동정보모듈(102), 상태정보모듈(103) 및 영상정보모듈(104)을 포함할 수 있다.
상기 격발상태모듈(101)은 원격무장시스템의 격발여부를 제어하는 모듈일 수 있다. 상기 격발상태모듈(101)은 커넥터 2를 통해 상태감시부의 라인드라이버(124;RS-232)에 신호적으로 연결될 수 있다.
상기 구동정보모듈(102)은 차량(10)의 구동정보모듈(102) 및 짐벌(20)의 구동정보모듈(102)을 수집하는 모듈일 수 있다. 상기 구동정보모듈(102)은 커넥터 2를 통해 상태감시부의 라인드라이버(124;RS-232)에 신호적으로 연결될 수 있다.
상기 상태정보모듈(103)은 차량(10) 및 짐벌(20)의 정상작동여부와 같은 상태 정보를 수집하는 모듈일 수 있다. 상기 상태정보모듈(103)은 커넥터 2를 통해 상태감시부의 라인드라이버(124;RS-232)에 신호적으로 연결될 수 있다.
상기 영상정보모듈(104)은 차량(10)의 내부 또는 외부 통제실의 디스플레이 화면에 영상으로 각종 정보를 송출하는 모듈일 수 있다. 상기 영상정보모듈(104)은 커넥터 2을 통해 AHD(Analog High Definition) 화질을 차량(10)의 내부 또는 외부 통제실의 디스플레이 화면으로 송출할 수 있다.
상기 통제시스템은 외부 인터페이스로 분류될 수 있다.
다음 상기 격발상태모듈(101)과 신호적으로 연결되는 격발장치(112)는 커넥터 3에 연결될 수 있다. 운용자는 격발장치(112)를 통해 원격무장시스템의 사격을 할 수 있다. 격발장치(112)의 ON/OFF는 구동제어부의 MCU_1(131)Micro Controller Unit)에서 제어할 수 있다. MCU_1(131)은 전반적으로 짐벌(20)의 구동, 장전, 격발 등을 제어하는 모듈일 수 있다.
상기 영상정보모듈(104)과 신호적으로 연결되는 영상장치(114)는 커넥터 5에 연결될 수 있다. 운용자가 커넥터 5에 영상장치(114)를 연결하면 차량(10) 및 짐벌(20)의 상태를 영상장치(114)를 통해 확인할 수 있다. 상기 영상장치(114)는 태블릿 PC, PDA, 노트북 등과 같은 단말기일 수 있다.
커넥터 4에는 장전장치(113)가 연결될 수 있으며, 운용자는 상기 장전장치(113)를 조작하여 원격무장시스템의 자동 장전을 실행할 수 있다. 장전장치(113)의 ON/OFF는 구동제어부의 MCU_1(131)에서 제어할 수 있다. MCU_1(131)은 전반적으로 짐벌(20)의 구동, 장전, 격발 등을 제어하는 모듈일 수 있다.
그리고 구동장치(111)는 짐벌(20)을 동작할 수 있는 장치일 수 있으며, 구동제어부의 라인드라이버(122;RS-422)에 신호적으로 연결될 수 있다.
다음 짐벌(20)의 내부에는 구동제어부(140), 상태감시부(150) 및 제2 자이로센서(40)가 배치될 수 있다.
상기 구동제어부(140)는 상기 제2 자이로센서(40)의 전원을 공급할 수 있으며, 이 경우 전원은 5V가 적용될 수 있다. 상기 제2 자이로센서(40)는 구동제어부의 라인드라이버(122;RS-422)에 신호적으로 연결될 수 있다.
상기 구동제어부(140)는 라인드라이버(121;RS-232), 라인드라이버(122;RS-422), 라인드라이버(123;SPI), MCU_1(131), MCU_2(132), ADC(141;Analog Digital converter) 및 DAC(142:Digital Analog converter)를 포함할 수 있다.
상기 MCU_2(132)는 짐벌(20)의 모터를 제어하는 모듈일 수 있다. 즉 짐벌(20)의 모터를 구동하여 원격무장시스템이 3축 이동이 가능하게 한다.
상기 ADC(141)는 아날로그 형태인 전류를 디지털 신호로 변환하는 기능을 하는 모듈일 수 있으며, 상기 DAC(142)는 디지털 신호를 아날로그 형태인 전류로 변환하는 기능을 하는 모듈일 수 있다.
그리고 상태감시부(150)는 라인드라이버(124;RS-232), 라인드라이버(125;SPI) 및 MCU_3(133)를 포함할 수 있다.
상기 구동제어부(140)의 라인드라이버(121;RS-232)와 상기 상태감시부(150)의 라인드라이버(124;RS-232)는 서로 신호적으로 연결될 수 있으며, 상기 구동제어부(140)의 라인드라이버(123;SPI)와 상기 상태감시부(150)의 라인드라이버(125;SPI)는 서로 신호적으로 연결될 수 있다. 이는 상호간에 상태정보, 격발상태 및 구동정보를 송수신할 수 있는 게이트의 기능을 할 수 있다.
즉 본 발명에서 전반적인 라인드라이버는 신호가 전달되는 게이트의 기능을 할 수 있다.
상기 MCU_3(133)는 상태감시부(150)에 배치된 부품들의 작동을 제어하는 모듈일 수 있다.
상술한 커넥터 1 내지 5 및 짐벌(20)의 구성요소들을 포함하여 내부 인터페이스로 분류할 수 있다.
도 3에는 본 발명에서 제1,2 자이로센서(30,40)에서 송출되는 자세정보를 수집하는 신호방식이 개시되어 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명인 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어 시스템은 제1,2 자이로센서(30,40)에서 송출되는 차량 및 짐벌의 자세 정보를 반복되는 타임마크(Time Mark)를 통해 교대로 규칙적으로 획득한다.
우선 단위 타임마크의 시작시, 즉 라이징 엣지 타이밍(Rising edge timing)에서는 짐벌에 배치된 제1 자이로센서(30)에서 송출되는 자세 정보를 펄스_1(Pulse_1)로 기록한다.
다음 단위 타임마크의 종료시, 즉 폴링 엣지 타이밍(Falling edge timing)에서는 차량에 배치된 제2 자이로센서(40)에서 송출되는 자세 정보를 펄스_2(Pulse_2)로 기록한다.
복수의 타임마크 동안 이러한 짐벌과 차량 자세정보를 교대로 규칙적으로 획득한다.
즉 어느 하나의 자세 정보만을 한번에 획득하는 것이 아니라, 짐벌의 자세 정보와 차량의 자세 정보를 교대로 규칙적으로 특정 타임마크 동안에 반복적으로 획득하므로, 보다 정확한 자세 정보를 획득할 수 있는 것이다.
도 4에는 본 발명에서 차량과 짐벌에 장착된 제1,2 자이로센서(30,40)에서 송출된 자세정보를 연산하여 짐벌의 위치를 조정하는 제어 구조가 개시되어 있다.
도 4을 참고하면, 본 발명인 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어 시스템에서는 짐벌에 장착된 제1 자이로센서(30)에서 짐벌의 자세정보(Wgbl)를 수집하고, 차량에 장착된 제2 자이로센서(40)에서 차량의 자세정보(Wvhc)를 수집한다. 수집된 자세 정보는 연산부(201)에서 연산하여 자세오차(Werr)를 계산한다. 계산식은 자세오차(Werr) = 짐벌 자세정보(Wgbl) - 차량 자세정보(Wvhc) 이다.
계산된 자세오차(Werr) 값은 복합 자세 평가부(202;Complex Position estimate)로 송출되고 복합 자세 평가부(202)에서는 복합 자세정보(West)를 연산하고, 복합 자세정보(West) 값을 연산기(203)으로 송출한다.
복합 자세정보(West) 값은 부하기동 시에는 계산식이 복합 자세정보(West) = 차량 자세정보(Wvhc) - 자세오차(Werr) (*Werr > 0 인 경우) 이다.
그리고, 복합 자세정보(West) 값은 일반기동 시에는 계산식이 복합 자세정보(West) = 짐벌 자세정보(Wgbl) - 자세오차(Werr) (*Werr > 0 인 경우) 이다.
자세한 설명은 도 5에서 설명하도록 한다.
다음으로, 연산기(203)에서는 복합 자세정보(West)와 모터 자세정보(Wmotor)의 연산하고 외란 평가부(204;Disturbance estimate)로 연산값을 송출한다. 외란 평가는 차량의 기동 또는 정차 간 사격 진행시, 차량 자체가 흔들리는 현상을 짐벌의 자세 보정에 반영하는 것을 말한다.
외란 평가값이 반영되면, 움직임 검출부(205;Moving Detection)로 외란 평가값이 송출되고, 이는 적분부(206;1/S)에서 적분 연산되고 연산기(207)로 적분된 값이 송출된다. 적분부(206)에서 연산기(207)로 송출되는 값은 외란에 의한 짐벌의 위치 오차값(θ)이다.
이때 속도전향보상부(210;Speed Feed forward)에서는 외란 평가값 중 외란 각속도는 실시간으로 추정하고, 외란 각속도 오차값을 계산한다. 외란 각속도 오차값은 연산기(209)로 오차를 선보상하기 위해 송출된다. 속도전향보상부(210)에서 연산기(209)로 송출되는 값은 외란에 의한 짐벌의 각속도 오차값(W)이다.
연산기(207)에서는 운용자의 입력 위치값(θm*), 엔코더(213;Encode)의 측정 위치값(θm)과 외란에 의한 짐벌의 위치 오차값을 연산하여 짐벌의 위치 오차(θerr)를 계산한다.
계산된 짐벌의 위치오차값(θerr)은 위치 PID 콘트롤러부(208;Position Proportional Integral Derivative controller)로 송출되고, 위치 PID 콘트롤러부(208)에서는 짐벌의 위치오차값(θerr)을 짐벌의 각속도값(Wm*)으로 변환 연산한다.
연산기(209)에서는 위치 PID 콘트롤러부(208)에서 변환 연산된 짐벌의 각속도값(Wm*), 속도검출부(211;Speed Observer)에서 검출된 짐벌의 각속도값(Wm) 및 속도전향보상부(210)에서 송출된 외란에 의한 짐벌의 각속도 오차값을 연산하여 짐벌의 각속도 오차값(Werr)을 계산한다.
짐벌의 각속도 오차값(Werr)은 속도 PID 콘트롤러(212;Speed Proportional Integral Derivative Controller)로 송출된다
속도 PID 콘트롤러(212)에서는 짐벌의 각속도 오차값(Werr)을 전류값(L*)로 변환 연산하고 모터(214)에 전류신호를 주어 모터(214)가 3축 구동을 하게 한다.
그리고, 엔코더(213)는 모터(214)의 3축 구동 데이터를 부호화하는 기능을 한다.
즉 본 발명은 제1,2 자이로센서(30,40)로부터 검출된 자세정보를 기초로 하여 차량의 외란 평가를 통해 외란에 의한 위치 오차값(θ) 및 각속도 오차값(W)을 선보상 반영하여 모터(214)의 정확한 3축 구동 움직임을 제어하는 것이다.
도 5에는 본 발명인 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법을 나타낸 순서도가 개시되어 있다.
도 5을 참고하면, 우선 운용자는 차량에 설치된 제어장치의 버튼 또는 스위치를 작동하여 차량에 탑재된 원격무장시스템에 대한 자세 안정화 제어 알고리즘을 시작 한다.
자세 안정화 제어 알고리즘이 시작되면, 처음으로는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어시스템에 입력된 정보값을 초기화하는 자세 제어시스템 초기화 단계(S1)를 수행하게 된다. 이는 기존 정보값이 정확한 자세 제어값 산출에 영향을 주는 것을 방지하기 위함이다.
다음 3축 가속도센서의 정상작동 여부를 확인하는 BIT(Built-In-Test)신호 확인 단계(S2)를 수행하게 된다. BIT신호는 특정 장치의 제기능 작동 여부를 확인하는 제어신호이다. 여기서 3축 가속도센서는 제1,2 자이로센서(30,40)를 포괄하는 개념일 수 있으며, 제1 3축 가속도센서는 제1 자이로센서(30)에 대응되고, 제2 3축 가속도센서는 제2 자이로센서(40)에 대응될 수 있다.
다음 BIT신호가 정상인지 여부를 확인하고(S3), 만약 BIT 신호가 비정상인 경우에는 3축 가속도센서에 오작동이 있는 것이므로, 차량의 디스플레이 화면에 BIT 오류메세지를 팝업하는 단계(S7)를 수행하게 된다. 이 경우 운용자는 3축 가속도센서의 고장여부를 확인 또는 보수할 수 있다. 그리고 다시 BIT 신호를 확인한다.
반대로 BIT 신호가 정상인 경우, 제1 3축 가속도센서를 통해 짐벌의 3차원 자세정보를 수집하는 짐벌 자세정보(Wqbl) 수집단계(S4)를 수행하게 된다. 제1 3축 가속도센서에서는 짐벌의 pitch, yaw 값을 획득한다. 짐벌의 roll 값은 획득이 필요없으며, 이는 차량의 roll 값으로 통합할 수 있다.
그 다음에는 제2 3축 가속도센서를 통해 차량의 3차원 자세정보를 수집하는 차량 자세정보(Wvhc) 수집단계(S5)를 수행하게 된다. 차량의 roll, pitch, yaw 값을 획득한다.
짐벌 자세정보(Wqbl) 및 차량 자세정보(Wvhc)가 각각 수집되면, 이제 짐벌 자세정보에서 차량 자세정보를 차감하여 자세오차를 계산하는 자세오차(Werr) 계산 단계(S6)를 수행하게 된다. 계산식은 Werr = Wqbl - Wvhc 이다. 여기서 짐벌(20)은 차량(20)의 상부에 탑재되므로, 짐벌 자세정보값이 차량 자세정보값보다 크다고 가정한다.
자세오차(Werr)가 계산되면, 이제 a)차량상태가 부하기동인 경우에는 차량 자세정보(Wvhc)를 우선으로 적용하여 복합 자세정보(West) 값을 통해 자세 보정하고, b)차량상태가 일반기동인 경우 짐벌 자세정보(Wvhc)를 우선으로 적용하여 복합 자세정보(West) 값을 통해 자세 보정하는 선별적인 단계를 수행하게 된다.
이때 본 발명에서는 차량상태가 부하기동인지 또는 일반기동인지 여부는 a)차량속도가 30km/h 이상인 경우는 부하기동으로 분류하고, b)차량속도가 30km/h 미만인 경우는 일반기동으로 분류하게 된다(S8).
만약, 차량속도가 30km/h 이상으로 부하기동인 경우(S8), 차량이 사격하면서 기동 중인지 여부를 판단하는 사격 기동 판단단계(S9)를 수행하게 된다.
여기서 사격 기동 판단단계에서 사격 기동인 경우(S9), 차량 자세정보를 우선 적용하는 것을 확인하는 차량 자세정보 우선 적용 확인단계(S10)를 수행하게 된다.
차량상태가 부하기동인 경우 차량의 기동간 진동이 더 크므로 원격무장시스템에 대한 외란이 큰 영향을 주게 된다. 특히 사격 기동인 경우 차량의 기동 및 사격에 의한 진동이 원격무장시스템에 대한 외란에 더 큰 영향을 미치게 된다. 때문에 차량 자세정보를 우선으로 적용하는 것이다.
다음 차량 자세정보 우선 적용이 확인된 경우, 자세오차가 0보다 큰지 여부를 판단하는 자세오차(Werr) 양수값 판단단계(S11)를 수행하게 된다.
여기서 자세오차 양수값 판단단계에서 양수인 경우, 차량 자세정보에서 자세오차를 차감하여 복합 자세정보를 계산하는 복합 자세정보(West) 계산단계(S12)를 수행하게 된다. 계산식은 West = Wvhc - Werr 이다.
반대로, 자세오차 양수값 판단단계에서 양수가 아닌 경우, 차량 자세정보에서 자세오차를 더하여 복합 자세정보를 계산하는 복합 자세정보(West) 계산단계(S13)를 수행하게 된다. 계산식은 West = Wvhc + Werr 이다.
즉 차량상태가 부하기동인 경우에는, 상술한 알고리즘을 수행하여 복합 자세정보(West)가 산출되고 이는 원격무장시스템의 자세 보정 매커니즘을 수행하는 입력값으로 활용된다. 그 입력 후 원격무장시스템의 자세 보정은 도 4의 매커니즘을 통해 확인할 수 있다.
만약, 차량속도가 30km/h 미만으로 일반기동인 경우(S8), 짐벌 자세정보를 우선 적용하는 것을 확인하는 짐벌 자세정보 우선 적용 확인단계(S14)를 수행하게 된다.
또한, 사격 기동 판단단계에서 사격 기동이 아닌 경우(S9)에도, 짐벌 자세정보를 우선 적용하는 것을 확인하는 짐벌 자세정보 우선 적용 확인단계(S14)를 수행하게 된다.
일반기동인 경우 원격무장시스템에 미치는 차량의 진동에 의한 외란은 적으므로, 짐벌 자세정보를 우선 적용하여도 무방하다.
상술한 S8,S9 단계에서 짐벌 자세정보 우선 적용이 확인된 경우(S14), 자세오차가 0보다 큰지 여부를 판단하는 자세오차(Werr) 양수값 판단단계(S15)를 수행하게 된다.
여기서 자세오차 양수값 판단단계에서 양수인 경우, 짐벌 자세정보에서 자세오차를 차감하여 복합 자세정보를 계산하는 복합 자세정보(West) 계산단계(S16)를 수행하게 된다. 계산식은 West = Wqbl - Werr 이다.
반대로, 자세오차 양수값 판단단계에서 양수가 아닌 경우, 짐벌 자세정보에서 자세오차를 더하여 복합 자세정보를 계산하는 복합 자세정보(West) 계산단계(S13)를 수행하게 된다. 계산식은 West = Wqbl + Werr 이다.
즉 차량상태가 일반기동인 경우에는, 상술한 알고리즘을 수행하여 복합 자세정보(West)가 산출되고 이는 원격무장시스템의 자세 보정 매커니즘을 수행하는 입력값으로 활용된다. 그 입력 후 원격무장시스템의 자세 보정은 도 4의 매커니즘을 통해 확인할 수 있다.
본 발명은 상술한 시스템 및 제어방법을 통해 자이로센서에서 송출되는 자세정보를 연산하여 짐벌의 움직임을 통해 원격무장시스템의 자세 및 조준위치를 자동으로 제어할 수 있게 된다. 또한 차량의 기동상태, 즉 부하기동 또는 일반기동으로 구분하여 자세정보를 수집함으로써, 실제 기동상태 정보를 바탕으로 하여 짐벌의 위치 제어를 보다 정밀하게 할 수 있다. 이는 궁극적으로 원격무장시스템의 조준 정확도를 높이고, 전투에서 승리할 수 있는 결과를 도출할 수 있게 하는 효과를 도출할 수 있다.
이상의 사항은 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법 및 자세 제어시스템의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.
따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
10:차량
20:짐벌
30:제1 자이로센서(제1 3축 가속도센서)
40:제2 자이로센서(제2 3축 가속도센서)
101:격발상태모듈 102:구동정보모듈
103:상태정보모듈 104:영상정보모듈
111:구동장치 112:격발장치
113:장전장치 114:영상장치

Claims (14)

  1. 자세 제어시스템에 입력된 정보를 초기화하는 자세 제어시스템 초기화 단계;
    3축 가속도센서의 정상작동 여부를 확인하는 BIT신호 확인 단계;
    BIT 신호가 정상인 경우, 제1 3축 가속도센서를 통해 짐벌의 3차원 자세정보를 수집하는 짐벌 자세정보(Wqbl) 수집단계;
    제2 3축 가속도센서를 통해 차량의 3차원 자세정보를 수집하는 차량 자세정보(Wvhc) 수집단계;
    짐벌 자세정보에서 차량 자세정보를 차감하여 자세오차를 계산하는 자세오차(Werr) 계산 단계; 및
    차량상태가 부하기동인 경우 차량 자세정보를 우선으로 적용하여 복합 자세정보(West) 값을 통해 자세 보정하고, 차량상태가 일반기동인 경우 짐벌 자세정보를 우선으로 적용하여 복합 자세정보(West) 값을 통해 자세 보정하고,
    차량상태가 부하기동인지 또는 일반기동인지 여부는 차량속도가 30km/h 이상인 경우는 부하기동으로 분류하고, 차량속도가 30km/h 미만인 경우는 일반기동으로 분류하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    BIT 신호가 비정상인 경우, BIT 오류메세지를 차량의 디스플레이 화면에 팝업하는 BIT 오류메세지 팝업 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    차량속도가 30km/h 이상으로 부하기동인 경우, 차량이 사격하면서 기동 중인지 여부를 판단하는 사격 기동 판단단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    차량속도가 30km/h 미만으로 일반기동인 경우, 짐벌 자세정보를 우선 적용하는 것을 확인하는 짐벌 자세정보 우선 적용 확인단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법.
  6. 제4항에 있어서,
    사격 기동 판단단계에서 사격 기동이 아닌 경우, 짐벌 자세정보를 우선 적용하는 것을 확인하는 짐벌 자세정보 우선 적용 확인단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법.
  7. 제4항에 있어서,
    사격 기동 판단단계에서 사격 기동인 경우, 차량 자세정보를 우선 적용하는 것을 확인하는 차량 자세정보 우선 적용 확인단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    차량 자세정보 우선 적용이 확인된 경우, 자세오차가 0보다 큰지 여부를 판단하는 자세오차(Werr) 양수값 판단단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    자세오차 양수값 판단단계에서 양수인 경우, 차량 자세정보에서 자세오차를 차감하여 복합 자세정보를 계산하는 복합 자세정보(West) 계산단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법.
  10. 제8항에 있어서,
    자세오차 양수값 판단단계에서 양수가 아닌 경우, 차량 자세정보에서 자세오차를 더하여 복합 자세정보를 계산하는 복합 자세정보(West) 계산단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법.
  11. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    짐벌 자세정보 우선 적용이 확인된 경우, 자세오차가 0보다 큰지 여부를 판단하는 자세오차(Werr) 양수값 판단단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    자세오차 양수값 판단단계에서 양수인 경우, 짐벌 자세정보에서 자세오차를 차감하여 복합 자세정보를 계산하는 복합 자세정보(West) 계산단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    자세오차 양수값 판단단계에서 양수가 아닌 경우, 짐벌 자세정보에서 자세오차를 더하여 복합 자세정보를 계산하는 복합 자세정보(West) 계산단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어방법.
  14. 차량;
    차량에 배치되고, 원격무장시스템이 장착되며 원격무장시스템의 조준 방향을 제어하는 짐벌;
    상기 짐벌에 장착되고, 짐벌의 3축 이동을 감지하는 제1 자이로센서;
    상기 차량에 장착되고, 차량의 3축 이동을 감지하는 제2 자이로센서; 및
    상기 차량 또는 외부 통제실에 배치되고, 상기 제1,2 자이로센서에서 송출되는 자세정보를 통해 상기 짐벌의 위치를 조종하는 통제시스템;를 포함하고,
    상기 짐벌의 내부에는 상호간에 신호적으로 연결된 구동제어부 및 상태감시부가 배치되고, 상기 구동제어부는 상기 제1,2 자이로센서와 각각 신호적으로 연결되며,
    상기 통제시스템은,
    상기 상태감시부와 신호적으로 연결되고, 원격무장시스템의 격발여부를 제어하는 격발상태모듈;
    상기 상태감시부와 신호적으로 연결되고, 차량 및 짐벌의 구동정보를 수집하는 구동정보모듈;
    상기 상태감시부와 신호적으로 연결되고, 차량 및 짐벌의 정상작동여부를 포함하는 상태 정보를 수집하는 상태정보모듈; 및,
    차량의 내부 또는 외부 통제실의 디스플레이 화면에 영상으로 각종 정보를 송출하는 영상정보모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 탑재형 원격무장시스템에 대한 자세 제어시스템.





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