KR102337300B1 - 화포용 유도 비행체 및 그것을 위한 무선 주파수 방향 탐색기 - Google Patents

화포용 유도 비행체 및 그것을 위한 무선 주파수 방향 탐색기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비행 탄체, 상기 비행 탄체의 선단부에 유선형으로 형성되는 레이돔, 상기 레이돔 내에 탑재되어, 상기 비행 탄체의 유도 비행을 제어하는 항법 유도 제어 장치 및 상기 레이돔 내에 탑재되어, RF 신호를 수신하여 GPS 재머(GPS jammer)의 위치를 추적하기 위한 무선 주파수 방향 탐색기를 포함하는 화포용 유도 비행체로서, 본 발명에 의하면, GPS 재머 표적을 정밀 추적하여 유도 비행 가능하게 한다.

Description

화포용 유도 비행체 및 그것을 위한 무선 주파수 방향 탐색기{CANNON LAUNCHED GUIDED PROJECTILE AND RF DIRECTION FINDER THEREFOR}
본 발명은 화포용의 비교적 소형의 유도 비행체와, 그것에 탑재된 무선 주파수 방향 탐색기에 관한 것이다.
GPS 재머(GPS jammer)는 GPS 주파수 대역(L1 중심주파수 1,575.42 MHz, L2 중심주파수 1,227.6MHz)의 신호를 교란하여 GPS 수신 신호를 기반으로 운항하는 항공기, 선박, 자동차 등에 큰 피해를 줄 수 있으며, GPS 기반 정밀유도무기, 함정, 전차, 감시정찰장비 및 사격통제장비의 성능에 치명적인 영향을 미칠 수 있는 중대한 위협 요소이다. 다양한 GPS 항재밍 기술이 연구되고 있으나, 강력한 신호 교란에는 항재밍 수준에 한계가 있어서, GPS 재밍에 대한 근본적인 해결에는 어려움이 있다.
GPS 전파 교란에 대응하는 가장 좋은 방법은 GPS 재밍(Jamming) 전파 방사원(放射原)(GPS 재머)의 위치를 빠른 시간에 탐색하여 정밀 타격으로 신속하게 파괴하는 방법이며, GPS 재머 위치를 신속하게 탐색할 수 있는 RF 방향 탐색기 기술과 GPS 재머 표적의 정밀 추적이 가능한 유도 비행체 기술이 필요하다.
본 발명은 이를 위한 화포용 유도 비행체에 관한 것으로서, 유도 비행체가 GPS 재머 표적을 정밀 추적하여 유도 비행 가능하게 하기 위한 것이다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
유럽등록특허 제3156756호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 GPS 재머 표적을 정밀 추적하여 유도 비행 가능하게 하기 위한 화포용 유도 비행체 및 그것을 위한 무선 주파수 방향 탐색기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 화포용 유도 비행체는, 비행 탄체, 상기 비행 탄체의 선단부에 유선형으로 형성되는 레이돔, 상기 레이돔 내에 탑재되어, 상기 비행 탄체의 유도 비행을 제어하는 항법 유도 제어 장치 및 상기 레이돔 내에 탑재되어, RF 신호를 수신하여 GPS 재머(GPS jammer)의 위치를 추적하기 위한 무선 주파수 방향 탐색기를 포함한다.
그리고, 상기 무선 주파수 방향 탐색기는 상기 항법 유도 제어 장치의 전방에 탑재되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 무선 주파수 방향 탐색기는, RF 신호를 처리하기 위한 RF 신호처리부, 상기 RF 신호의 전단부에 형성되는 안테나 결합부 및 상기 안테나 결합부에 장착되는 패치 안테나를 포함한다.
한편, 상기 패치 안테나는 둘 이상 장착되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 둘 이상의 상기 패치 안테나는 상기 안테나 결합부의 중심축을 기준으로 축대칭(axial symmetry)을 이루며 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 둘 이상의 상기 패치 안테나는 등간격으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 안테나 결합부는 원뿔 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 RF 신호처리부는 원뿔대 형상인 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 RF 신호처리부와 상기 안테나 결합부의 동심축을 기준으로 한 상기 RF 신호처리부의 옆면의 각도와 상기 안테나 결합부의 옆면의 각도는 상이한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 동심축을 기준으로 한 상기 RF 신호처리부의 옆면의 경사도보다 상기 안테나 결합부의 옆면의 경사도가 더 완만한 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 화포용 유도 비행체용 무선 주파수 방향 탐색기는, 화포용 유도 비행체의 레이돔 내에 탑재되며, GPS 재머(GPS jammer)의 위치를 추적하기 위해 수신된 RF 신호를 처리하는 RF 신호처리부, 상기 RF 신호의 전단부에 형성되는 안테나 결합부 및 상기 안테나 결합부에 장착되는 패치 안테나를 포함한다.
그리고, 상기 패치 안테나는 둘 이상 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 둘 이상의 상기 패치 안테나는 상기 안테나 결합부의 중심축을 기준으로 축대칭(axial symmetry)을 이루며 배치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 둘 이상의 상기 패치 안테나는 등간격으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 안테나 결합부는 원뿔 형상이며, 상기 RF 신호처리부는 원뿔대 형상인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 RF 신호처리부와 상기 안테나 결합부의 동심축을 기준으로 한 상기 RF 신호처리부의 옆면의 경사도보다 상기 안테나 결합부의 옆면의 경사도가 더 완만한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 GPS 재머를 신속하게 탐색 및 추적하여 정밀 타격할 수 있는 RF 방향 탐색기 탑재 유도 비행체 기술이다. GPS 재머는 GPS 주파수 대역의 신호를 교란하여 GPS 기반으로 운항하는 항공기, 선박, 자동차 등의 운송 분야와 GPS 기반 정밀유도무기, 함정, 전차, 감시정찰장비, 사격통제장비 등의 군사분야에 큰 피해를 줄 수 있는 중대한 잠재 위협 요소이다. GPS 재밍 위협에 대응하기 위해 다양한 항재밍 기술이 연구되고 있으나, 강력한 신호 교란에는 항재밍 수준에 한계가 있어서 근본적인 해결에는 많은 어려움이 있다. RF 방향 탐색기 탑재 유도 비행체 기술은 상대적 저가의 화포 발사 유도 비행체를 이용하여 GPS 재머를 정밀 타격으로 신속하게 파괴하여 근본적으로 제거하는 가장 효과적인 기술이며, 항공기, 선박, 자동차 등 일반 운송수단의 안정적 운영과 GPS 기반 무기체계의 운용 효율성 증대에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 화포용 유도 비행체의 개략적 측단면 형상을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 무선 주파수 방향 탐색기의 측단면 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 우측면, 즉 유도탄 정면에서 본 형상을 도시한 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 화포용 유도탄의 개략적 측단면 형상을 도시한 것이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 무선 주파수 방향 탐색기의 측단면 형상을 개략적으로 도시한 것이며, 도 3은 도 2의 우측면, 즉 유도탄 정면에서 본 형상을 도시한 것이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 화포용 유도 비행체 및 그것을 위한 무선 주파수 방향 탐색기를 설명하기로 한다.
본 발명은 GPS(Global Positioning System) 재머(Jammer)의 방향 탐지 및 추적을 위한 화포용 유도 비행체로서, 비행 중에 RF 방향 탐색기가 GPS 재머의 위치를 탐색하고, 유도 비행체가 GPS 재머 표적을 정밀 추적하여 파괴하기 위한 기술이다.
이를 위해 본 발명의 화포용 유도 비행체는 비행 탄체(110), 레이돔(120, radome), 접이식 꼬리날개(131), 접이식 조종날개(132), 무선 주파수 방향 탐색기(140), 항법 유도 제어 장치(150) 및 구동장치(160)를 포함한다.
비행 탄체(110)의 선단부(先端部)에 유선형의 레이돔(120)이 구성되고, 무선 주파수 방향 탐색기(140), 항법 유도 제어 장치(150) 및 구동장치(160)가 레이돔(120) 내에 탑재되며, 후미에 장착되는 접이식 꼬리날개(131)와 레이돔(120) 측면에 장착되는 접이식 조종날개(132)는 유도 비행체가 화포 발사 후 비행 중에 구속이 해제되어 전개되어 유도 제어에 따라 비행하게 된다.
즉, 본 발명은 GPS 재머 위치를 신속 탐색 및 정밀 추적하기 위해 무선 주파수 방향 탐색기(140)가 선단부(先端部) 내지 탄두부(彈頭部)에 해당하는 레이돔(120)에 탑재되고, 무선 주파수 방향 탐색기(140)의 안테나가 무선 주파수 방향 탐색기의 전방(前方)에 배치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 도시와 같이 무선 주파수 방향 탐색기(140)는 레이돔(120) 내의 선단부에 배치되며, 후방으로 순차적으로 항법 유도 제어 장치(150) 및 구동장치(160)가 탑재됨으로써, 무선 주파수 방향 탐색기(140)가 안정적으로 지지될 수 있게 구성된다.
항법 유도 제어 장치(150)는 항법 장치 및 유도 제어 장치로서 기능하여, 유도 비행체의 유도 비행을 제어하며, 구동장치(160)는 이들 구성을 구동시킨다.
무선 주파수 방향 탐색기(140)는 RF 신호처리부(141), 안테나 결합부(142) 및 패치 안테나(143)로 구성된다.
RF 신호처리부(141)는 안테나에 의해 수신되는 무선 주파수 신호를 처리하기 위한 것으로서, 도시와 같이 원뿔대 형상의 장치로 마련된다.
그리고, RF 신호처리부(141)의 전단부에 원뿔 형상의 안테나 결합부(142)가 형성된다.
도시와 같이 RF 신호처리부(141)와 안테나 결합부(142)의 동심축을 기준으로 한 RF 신호처리부(141)의 옆면의 각도와 안테나 결합부(142)의 옆면의 각도는 상이하다. 나아가, RF 신호처리부(141)와 안테나 결합부(142)의 동심축을 기준으로 RF 신호처리부(141)의 옆면의 경사도보다 안테나 결합부(142)의 옆면의 경사도가 보다 완만한 것이 구조적 안정성을 위해 바람직하다.
고충격 하중에 강건할 수 있도록 패치 안테나(143)는 안테나 결합부(142)의 상면에 장착됨으로써 비행 중 충격에도 안전하게 지지된다.
패치 안테나(143)는 둘 이상 장착되는 것이 바람직하다.
또한, 둘 이상의 패치 안테나(143)는 안테나 결합부(142)의 중심축을 기준으로 축대칭(axial symmetry)을 이루며 배치되는 것이 바람직하고, 등간격으로 배열되는 것이 바람직하다.
이하 보다 구체적인 구성 및 작동 관계를 설명한다.
도시에서와 같이 비행 중 GPS 재머에서 방사(放射)되는 GPS 재밍 전파 수신에 용이하도록 무선 주파수 방향 탐색기(140) 전방에 2개(또는 4개)의 패치 안테나(143)가 0°에서 90° 구간의 특정한 각도로 조립된다. 무선 주파수 방향 탐색기(140)는 2개(또는 4개)의 패치 안테나(143)에 입사되는 전파의 진폭과 위상을 비교하여 방향 각도를 추정하며, 수신 전파의 신호처리 및 방향 각도 연산(演算)은 RF 신호처리부(141)에서 수행한다. 신호처리 알고리즘은 표적탐지 알고리즘과 방향탐지 알고리즘으로 구성된다. 표적탐지 알고리즘은 각 채널에서 입사되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 푸리에(Fourier) 변환하여 주파수 신호를 생성한 후에 누적적분을 통해 신호 대 잡음비를 높인 다음 임계치 이상인 신호를 탐지한다. 방향탐지 알고리즘은 각 수신채널에서 입사된 신호를 합성하여 합/차 신호를 생성하고, 합/차 신호의 크기 비교를 수행하여 방향 각도를 추정한다.
RF 방향 탐색기 탑재 유도 비행체가 화포에서 발사되면 구속이 해제된 접이식 꼬리날개(131)가 전개되어 비행체의 비행안정성을 유지하게 되고, 접이식 조종날개(132)는 탄도 정점(頂點) 부근에서 전개되어 유도비행 모드로 전환된다. 무선 주파수 방향 탐색기(140), 항법 유도 제어 장치(150), 구동장치(160)는 화포 발사 후 유도 비행체 내부 전원으로 활성화되며, 무선 주파수 방향 탐색기(140)는 탄도 정점(頂點) 이후부터 GPS 재머 표적을 탐색한다. 유도 비행체는 항법 유도 제어 장치(150), 접이식 조종날개(132) 및 구동장치(160)를 이용하여 비행탄도를 유도제어하며, 무선 주파수 방향 탐색기(140)가 GPS 재머 표적을 용이하게 탐색할 수 있도록 저속 회전 또는 비(非)회전 상태로 비행한다.
무선 주파수 방향 탐색기(140)는 2개(또는 4개)의 패치 안테나(143)에서 수신되는 전파 신호를 중첩(重疊)하여 방향 각도를 추정하고, 항법장치에서 산출되는 유도 비행체의 비행 중 회전각과 비행 자세각을 조합하여 GPS 재머 표적 추적 유도제어 기능을 수행한다. 화포 발사 비행체의 포물선(抛物線)형 비행 탄도를 고려하여 비행 중에 GPS 재머 방사 전파 수신이 용이하도록 무선 주파수 방향 탐색기(140)의 패치 안테나(143)는 무선 주파수 방향 탐색기(140) 전방(前方) 평면과 0°에서 90° 구간의 특정한 각도로 무선 주파수 방향 탐색기(140) 전방(前方)에 조립되며, 고충격 하중에 강건한 패치 안테나(143) 2개(또는 4개)를 180°(또는 90°)의 방사선(放射線) 방향으로 배치되는 형상을 갖는다. 2개(또는 4개)의 패치 안테나(143)를 이용하여 GPS 재머 표적에서 방사되는 전파를 수신하며, 수신 전파의 신호처리 및 방향 각도 추정 연산(演算)은 RF 신호처리부(141)에서 수행한다.
이와 같이 화포용 유도 비행체 내에 RF 방향 탐색기는 공간이 충분한 유도 무기와 달리, 그리고 GPS, 레이저 신호와는 달리, 소형화를 통해 내부에 탑재되고, 효과적인 추적을 위해 레이돔에 탑재되되, 발사 및 비행 중 내충격을 위해서 패치형 안테나가 적용되고 안정적인 구조 및 각도로 배치된다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
110 : 비행 탄체
120 : 레이돔
131 : 접이식 꼬리날개 132 : 접이식 조종날개
140 : 무선 주파수 방향 탐색기
141 : RF 신호처리부
142 : 안테나 결합부
143 : 패치 안테나
150 : 항법 유도 제어 장치
160 : 구동 장치

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 비행 탄체;
    상기 비행 탄체의 선단부에 유선형으로 형성되는 레이돔;
    상기 레이돔 내에 탑재되어, 상기 비행 탄체의 유도 비행을 제어하는 항법 유도 제어 장치; 및
    상기 레이돔 내에 탑재되어, RF 신호를 수신하여 GPS 재머(GPS jammer)의 위치를 추적하기 위한 무선 주파수 방향 탐색기를 포함하고,
    상기 무선 주파수 방향 탐색기는 상기 항법 유도 제어 장치의 전방에 탑재되는 것을 특징으로 하며,
    상기 무선 주파수 방향 탐색기는,
    RF 신호를 처리하기 위한 RF 신호처리부;
    상기 RF 신호처리부의 전단부에 형성되는 안테나 결합부; 및
    상기 안테나 결합부에 장착되는 패치 안테나를 포함하고,
    상기 안테나 결합부는 원뿔 형상, 상기 RF 신호처리부는 원뿔대 형상인 것을 특징으로 하며,
    상기 RF 신호처리부와 상기 안테나 결합부의 동심축을 기준으로 한 상기 RF 신호처리부의 옆면의 각도와 상기 안테나 결합부의 옆면의 각도는 상이한 것을 특징으로 하는,
    화포용 유도 비행체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 패치 안테나는 둘 이상 장착되는 것을 특징으로 하는,
    화포용 유도 비행체.
  5. 청구항 4에 있어서,
    둘 이상의 상기 패치 안테나는 상기 안테나 결합부의 중심축을 기준으로 축대칭(axial symmetry)을 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는,
    화포용 유도 비행체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    둘 이상의 상기 패치 안테나는 등간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는,
    화포용 유도 비행체.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 동심축을 기준으로 한 상기 RF 신호처리부의 옆면의 경사도보다 상기 안테나 결합부의 옆면의 경사도가 더 완만한 것을 특징으로 하는,
    화포용 유도 비행체.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 화포용 유도 비행체의 레이돔 내에 탑재되며,
    GPS 재머(GPS jammer)의 위치를 추적하기 위해 수신된 RF 신호를 처리하는 RF 신호처리부;
    상기 RF 신호처리부의 전단부에 형성되는 안테나 결합부; 및
    상기 안테나 결합부에 장착되는 패치 안테나를 포함하고,
    상기 패치 안테나는 둘 이상 장착되며, 둘 이상의 상기 패치 안테나는 상기 안테나 결합부의 중심축을 기준으로 축대칭(axial symmetry)을 이루며 배치되고, 둘 이상의 상기 패치 안테나는 등간격으로 배열되는 것을 특징으로 하며,
    상기 안테나 결합부는 원뿔 형상이며, 상기 RF 신호처리부는 원뿔대 형상인 것을 특징으로 하고,
    상기 RF 신호처리부와 상기 안테나 결합부의 동심축을 기준으로 한 상기 RF 신호처리부의 옆면의 경사도보다 상기 안테나 결합부의 옆면의 경사도가 더 완만한 것을 특징으로 하는,
    화포용 유도 비행체용 무선 주파수 방향 탐색기.
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US8138982B1 (en) * 2007-06-26 2012-03-20 Rockwell Collins, Inc. Munitions/artillery shell GPS multi-edge slot anti-jamming array
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