KR102455005B1 - 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치 및 방법 - Google Patents

항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치는 항공기에 장착된 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 하는 표적방향 시선 지향부, 상기 전자광학장비의 시계 내에 상기 항공기로부터 분리되어 비행하는 장착물의 진입 여부에 따라 표적가림 위험성을 판단하는 표적가림 위험성 판단부, 상기 전자광학장비의 레이저거리측정기를 이용하여 표적거리를 측정하는 표적거리 측정부, 상기 표적거리의 신뢰성을 판단하여 확정된 표적거리로 확정하는 유효성 판단부, 및 상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보와 상기 확정된 표적거리를 이용하여 표적좌표를 계산하는 표적좌표 계산부를 포함한다.

Description

항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치 및 방법{APPARATUS AND METOHD FOR GENERATING TARGET COORDINATES OF AIRBORNE ELECTRO-OPTICAL INFRARED SYSTEM}
본 발명은 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 표적가림에 의한 오작동을 방지하고 표적좌표 정보의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자광학장비는 전자광학(Electro-Optical, EO) 센서 또는 적외선(infrared, IR) 센서, 레이저거리측정기(Laser Range Finder, LRF) 등을 탑재하고, 헬기, 전투기 등 다양한 항공용 플랫폼에 장착되어 표적의 영상정보 및 좌표정보를 생성한다. 생성된 표적의 영상정보 및 좌표정보는 모니터에 시현되는 형태로 운용자에게 제공되거나, 장착물(예를 들어, 유도탄, 무인 비행체 등)과 연동되는 경우 장착물에 표적의 좌표정보를 제공하고 장착물은 제공된 표적의 좌표정보를 참고하여 표적 인근으로 근접 비행하여 표적을 인지한다.
전자광학장비와 장착물 간의 연동 및 운용개념은 다음과 같다. 전자광학장비의 IR 또는 EO 센서 및 레이저거리측정기의 시선을 관심표적 방향으로 지향한 후 표적의 좌표정보를 생성하여 장착물로 좌표를 제공한다. 장착물은 전자광학장비로부터 제공되는 표적좌표 방향으로 근접 비행하고, 장착물의 자체 탐색기를 이용하여 표적을 탐색 및 추적하여 표적을 인지한다. 따라서 장착물이 자체 탐색기를 통해 표적을 인지하기 전까지 전자광학장비로부터 제공되는 표적의 좌표정보에 의존하여 비행하기 때문에 전자광학장비에서 생성되는 표적의 좌표정보 신뢰성이 중요하다.
일반적으로 전자광학장비는 IR 또는 EO 센서 및 레이저거리측정기의 시선을 관심표적 방향으로 지향한 후 레이저거리측정기를 운용하여 표적과의 거리를 측정하고, 측정된 표적과의 거리정보와 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 이용하여 표적의 좌표를 계산한다. 이때, 정확한 표적거리를 측정하기 위해 표적을 지속적으로 정밀하게 지향하여야 하며, 이를 위한 일반적인 방법은 영상기반 표적추적 방식 또는 좌표기반 표적추적 방식이다.
영상기반 표적추적 방식은 IR 또는 EO 검출기를 이용하여 영상을 생성하고, 생성된 영상 내에서 표적 영역의 영상정보와 가장 유사한 영역의 위치를 영상처리를 통해 계산하여 추적오차를 계산한 후 추적오차가 '0'이 되도록 전자광학장비의 김벌을 구동하여 표적이 영상 중심에 유지하도록 한다. 좌표기반 표적추적 방식은 전자광학장비의 위치 및 자세정보와 표적의 위치정보를 이용하여 전자광학장비의 시선이 표적좌표 방향으로 유지되도록 전자광학장비의 김벌을 구동한다.
영상기반 표적추적이 수행되는 과정에서 장착물이 IR 또는 EO 센서의 시선 내에 진입하는 경우, 영상에서 장착물에 의한 표적가림이 발생되어 표적추적을 상실하는 경우가 발생된다. 이때, 시선이 표적이 아닌 다른 지점으로 구동되어 영상기반 표적추적이 정지되고 표적좌표를 제공할 수 없게 된다. 영상기반 표적추적 중 표적가림에 의해 표적추적을 상실한 경우, 운용자는 표적을 재탐색하여 영상기반 표적추적을 재개하여야 한다. 하지만, 이 과정에서 과도한 시간이 소요될 수 있으므로 영상기반 표적추적 중 표적 상실이 발생되지 않도록 하는 것이 중요하다.
레이저거리측정기에서 측정되는 거리정보는 표적과의 가시선이 확보된 상태에서 정확하게 측정될 수 있으나, 장애물(예를 들어, 짙은 구름)이 존재하거나 대기상태(예를 들어, 옅은 구름, 미세먼지 등)로 인해 간헐적으로 거리오차가 발생될 수 있고, 이 또한 표적의 좌표정보의 오차를 유발하게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 표적가림에 의한 오작동을 방지하고 표적좌표 정보의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치는 항공기에 장착된 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 하는 표적방향 시선 지향부, 상기 전자광학장비의 시계 내에 상기 항공기로부터 분리되어 비행하는 장착물의 진입 여부에 따라 표적가림 위험성을 판단하는 표적가림 위험성 판단부, 상기 전자광학장비의 레이저거리측정기를 이용하여 표적거리를 측정하는 표적거리 측정부, 상기 표적거리의 신뢰성을 판단하여 확정된 표적거리로 확정하는 유효성 판단부, 및 상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보와 상기 확정된 표적거리를 이용하여 표적좌표를 계산하는 표적좌표 계산부를 포함한다.
상기 표적방향 시선 지향부는, 상기 전자광학장비의 IR 또는 EO 센서를 이용하여 영상을 획득하는 카메라부, 상기 카메라부로부터 입력되는 영상 내에서 표적의 위치를 계산하는 표적추적부, 및 상기 표적의 위치에 추적오차를 적용하여 상기 추적오차가 0이 되도록 상기 전자광학장비의 김벌을 제어하는 추적제어부를 포함할 수 있다.
상기 표적방향 시선 지향부는, 상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 획득하는 관성항법부, 상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 이용하여 지향오차를 계산하는 지향오차 계산부, 및 상기 지향오차가 0이 되도록 상기 전자광학장비의 김벌을 제어하는 김벌제어부를 포함할 수 있다.
상기 표적가림 위험성 판단부는 상기 전자광학장비의 시선벡터와 상기 장착물 간 최단거리가 상기 전자광학장비의 시계 진입 임계거리보다 작으면 상기 장착물이 상기 전자광학장비의 시계 안으로 진입한 것으로 판단할 수 있다.
상기 표적가림 위험성 판단부는 ECEF 좌표계 기준의 상기 전자광학장비 및 상기 장착물의 위치를 계산하고, 상기 전자광학장비의 시선벡터와 상기 장착물 간 최단거리를 계산하고, 상기 장착물의 위치 벡터를 상기 시선벡터에 투영시킨 사영벡터의 크기와 상기 전자광학장비의 시계를 이용하여 상기 전자광학장비의 시계 진입 임계거리를 계산할 수 있다.
상기 표적가림 위험성 판단부는 상기 시계 진입 임계거리에 가중치를 적용하여 상기 최단거리가 상기 가중치가 적용된 시계 진입 임계거리보다 작으면 사전 경고 메시지를 전송할 수 있다.
상기 표적거리 유효성 판단부는 상기 표적거리의 신뢰성을 판단하여 이전 샘플에서 확정된 거리정보를 바탕으로 다음 샘플에서의 표적거리를 예측한 예측거리와 상기 레이저거리측정기로 측정된 측정거리 중 하나를 상기 확정된 표적거리로 확정할 수 있다.
상기 표적거리 유효성 판단부는 여러 번의 샘플 동안 거리를 측정하여 초기 측정거리의 신뢰성을 판단하고, 상기 예측거리를 생성하고, 상기 레이저거리측정기를 이용하여 상기 측정거리를 생성하고, 상기 측정거리와 상기 예측거리의 차이가 임계치 이하인 경우 상기 측정거리를 상기 확정된 표적거리로 확정하고, 상기 측정거리와 상기 예측거리의 차이가 상기 임계치보다 큰 경우 상기 예측거리를 상기 확정된 표적거리로 확정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치는 항공기에 장착된 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 하는 표적방향 시선 지향부, 상기 전자광학장비의 레이저거리측정기를 이용하여 표적거리를 측정하는 표적거리 측정부, 상기 표적거리의 신뢰성을 판단하여 이전 샘플에서 확정된 거리정보를 바탕으로 다음 샘플에서의 표적거리를 예측한 예측거리와 상기 레이저거리측정기로 측정된 측정거리 중 하나를 상기 확정된 표적거리로 확정하는 유효성 판단부, 및 상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보와 상기 확정된 표적거리를 이용하여 표적좌표를 계산하는 표적좌표 계산부를 포함한다.
상기 표적거리 유효성 판단부는 여러 번의 샘플 동안 거리를 측정하여 초기 측정거리의 신뢰성을 판단하고, 상기 예측거리를 생성하고, 상기 레이저거리측정기를 이용하여 상기 측정거리를 생성하고, 상기 측정거리와 상기 예측거리의 차이가 임계치 이하인 경우 상기 측정거리를 상기 확정된 표적거리로 확정하고, 상기 측정거리와 상기 예측거리의 차이가 상기 임계치보다 큰 경우 상기 예측거리를 상기 확정된 표적거리로 확정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치에 의한 표적좌표 생성 방법은, 항공기에 장착된 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 수신하는 단계, 상기 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 하는 단계, 상기 전자광학장비의 레이저거리측정기를 이용하여 표적거리를 측정하는 단계, 상기 표적거리의 신뢰성을 판단하여 확정된 표적거리로 확정하는 단계, 및 상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보와 상기 확정된 표적거리를 이용하여 표적좌표를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 전자광학장비의 IR 또는 EO 센서를 이용하여 영상을 획득하고, 상기 영상 내에서 표적의 위치를 계산하고, 상기 표적의 위치에 추적오차를 적용하여 상기 추적오차가 0이 되도록 상기 전자광학장비의 김벌을 제어하는 영상기반 표적추적 방법으로 상기 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 할 수 있다.
상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 이용하여 지향오차를 계산하고, 상기 지향오차가 0이 되도록 상기 전자광학장비의 김벌을 제어하는 좌표기반 표적추적 방법으로 상기 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 할 수 있다.
상기 표적좌표 생성 방법은 상기 전자광학장비의 시계 내에 상기 항공기로부터 분리되어 비행하는 장착물의 진입 여부에 따라 표적가림 위험성을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 표적가림 위험성을 판단하는 단계는, ECEF 좌표계 기준의 상기 전자광학장비 및 상기 장착물의 위치를 계산하는 단계, 상기 전자광학장비의 시선벡터와 상기 장착물 간 최단거리를 계산하는 단계, 상기 장착물의 위치 벡터를 상기 시선벡터에 투영시킨 사영벡터의 크기와 상기 전자광학장비의 시계를 이용하여 상기 전자광학장비의 시계 진입 임계거리를 계산하는 단계, 및 상기 전자광학장비의 시선벡터와 상기 장착물 간 최단거리가 상기 전자광학장비의 시계 진입 임계거리보다 작으면 상기 장착물이 상기 전자광학장비의 시계 안으로 진입한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 표적가림 위험성을 판단하는 단계는, 상기 시계 진입 임계거리에 가중치를 적용하여 상기 최단거리가 상기 가중치가 적용된 시계 진입 임계거리보다 작으면 사전 경고 메시지를 전송할 수 있다.
상기 표적거리의 신뢰성을 판단하여 확정된 표적거리로 확정하는 단계는, 여러 번의 샘플 동안 거리를 측정하여 초기 측정거리의 신뢰성을 판단하는 단계, 이전 샘플에서 확정된 거리정보를 바탕으로 다음 샘플에서의 표적거리를 예측한 예측거리를 생성하는 단계, 상기 레이저거리측정기를 이용하여 측정거리를 생성하는 단계, 및 상기 측정거리와 상기 예측거리의 차이가 임계치 이하인 경우 상기 측정거리를 상기 확정된 표적거리로 확정하고, 상기 측정거리와 상기 예측거리의 차이가 상기 임계치보다 큰 경우 상기 예측거리를 상기 확정된 표적거리로 확정하는 단계를 포함할 수 있다.
레이저거리측정기를 운용하여 표적거리를 측정하여 표적의 좌표정보를 획득하는 과정에서 표적가림 위험성을 판단하여 운용자에게 경고함으로써 전자광학장비의 시선 오작동을 방지하고, 레이저거리측정기로 측정된 거리 정보의 신회성을 판단하여 거리 오차를 제거함으로써 운용자 또는 장착물에 제공하는 표적좌표 정보의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적방향 시선 지향부를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표적방향 시선 지향부를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적가림 위험성을 판단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 항공기의 장착물에 의한 전자광학장비의 표적가림(시선가림)을 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정거리 신뢰성을 판단하여 표적거리를 확정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정거리 신뢰성 판단 전의 측정거리와 확정된 표적거리의 비교 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 표적좌표 생성 장치(100)는 위치 및 자세정보 수신부(110), 표적방향 시선 지향부(120), 표적가림 위험성 판단부(130), 표적거리 측정부(140), 표적거리 유효성 판단부(150) 및 표적좌표 계산부(160)를 포함한다.
위치 및 자세정보 수신부(110)는 항공기에 장착된 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 수신한다. 위치 및 자세정보 수신부(110)는 전자광학장비의 내부에 탑재된 관성항법장치에 의해 측정된 전자광학장비의 위치 및 자세에 대한 정보를 수신할 수 있다. 위치정보는 위도, 경도 및 고도 정보를 포함하고, 자세정보는 헤딩, 피치 및 롤 정보를 포함할 수 있다. 다시 말해, 표적좌표 생성 장치(100)는 전자광학장비로부터 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 수신할 수 있다.
표적방향 시선 지향부(120)는 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 한다. 표적방향 시선 지향부(120)는 영상기반 표적추적 방법 또는 좌표기반 표적추적 방법으로 전자광학장비의 시선을 표적방향으로 지향시킬 수 있다. 다시 말해, 표적좌표 생성 장치(100)는 영상기반 표적추적 방법 또는 좌표기반 표적추적 방법으로 전자광학장비의 시선을 표적방향으로 지향시킬 수 있다.
영상기반 표적추적 방법으로 전자광학장비의 시선을 표적방향으로 지향시키는 표적방향 시선 지향부(120)의 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적방향 시선 지향부를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 표적방향 시선 지향부(120)는 카메라부(210), 표적추적부(220) 및 추적제어부(230)를 포함할 수 있다.
카메라부(210)는 전자광학장비의 IR 또는 EO 센서를 이용하여 영상을 획득할 수 있다. 카메라부(210)는 획득된 영상을 표적추적부(220)에 제공한다.
표적추적부(220)는 카메라부(210)로부터 입력되는 영상 내에서 표적의 위치를 계산할 수 있다. 표적추적부(220)는 영상 내에서 표적 영역의 영상정보와 가장 유사한 영역의 위치를 영상처리를 통해 계산하여 추적오차를 계산할 수 있다. 표적추적부(220)는 추적오차를 추적제어부(230)에 제공한다.
추적제어부(230)는 표적의 위치에 추적오차를 적용하여 추적오차가 '0'이 되도록 전자광학장비의 김벌을 제어할 수 있다. 전자광학장비의 시선이 제어된 후 IR 또는 EO 검출기에 의해 획득된 영상정보는 카메라부(210)에 제공되어 광결합될 수 있다.
다음으로, 좌표기반 표적추적 방법으로 전자광학장비의 시선을 표적방향으로 지향시키는 표적방향 시선 지향부(120)의 구성에 대해서는 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표적방향 시선 지향부를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 표적방향 시선 지향부(120)는 관성항법부(310), 지향오차 계산부(320) 및 김벌제어부(330)를 포함할 수 있다.
관성항법부(310)는 전자광학장비 내부에 탑재되어 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 획득할 수 있다. 관성항법부(310)는 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 지향오차 계산부(320)에 제공한다.
지향오차 계산부(320)는 외부로부터 제공되는 초기의 표적좌표와 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 이용하여 지향오차를 계산할 수 있다. 지향오차 계산부(320)는 지향오차를 김벌제어부(330)에 제공한다.
김벌제어부(330)는 지향오차가 '0'이 되도록 전자광학장비의 김벌을 제어하여 전자광학장비의 시선이 표적좌표 방향으로 유지되도록 할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 표적가림 위험성 판단부(130)는 장애물에 의한 표적가림 위험성을 판단한다. 표적가림 위험성 판단부(130)는 전자광학장비의 위치 및 자세정보와 장착물의 위치정보로부터 전자광학장비의 시계 내에 장착물의 진입 여부에 따라 표적가림 위험성을 판단하여 운용자에게 표적가림 위험 정보를 제공한다. 장착물은 항공기로부터 발사 또는 분리되어 표적의 인근으로 근접 비행할 수 있는 장치를 포함할 수 있다. 표적가림 위험성 판단부(130)가 장착물에 의한 표적가림 위험성을 판단하는 방법과 장착물에 의한 표적가림(시선가림)의 개념에 대해서는 도 4 및 5를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적가림 위험성을 판단하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 5는 항공기의 장착물에 의한 전자광학장비의 표적가림(시선가림)을 나타내는 개념도이다.
도 4 및 5를 참조하면, 표적가림 위험성 판단부(130)는 지구중심고정(Earth-Centered Earth-Fixed, ECEF) 좌표계 기준의 전자광학장비 및 장착물의 위치를 계산할 수 있다(S110). 표적가림 위험성 판단부(130)는 수학식 1과 같이 위도(
Figure 112022027496815-pat00001
), 경도(
Figure 112022027496815-pat00002
), 고도(
Figure 112022027496815-pat00003
)로 표현되는 측지(Geodetic) 좌표계 기준의 전자광학장비와 장착물의 위치정보를 ECEF 좌표계 기준의 전자광학장비의 위치정보(
Figure 112022027496815-pat00004
)와 장착물의 위치정보(
Figure 112022027496815-pat00005
)로 변환할 수 있다.
Figure 112022027496815-pat00006
여기서, a, b는 각각 지구타원체의 장반경과 단반경이고,
Figure 112022027496815-pat00007
,
Figure 112022027496815-pat00008
,
Figure 112022027496815-pat00009
는 각각 측지 좌표계 기준의 전자광학장비의 위도, 경도, 고도이다.
ECEF 좌표계 기준의 전자광학장비에서 장착물로의 방향 벡터는 수학식 2와 같다.
Figure 112022027496815-pat00010
여기서,
Figure 112022027496815-pat00011
는 전자광학장비에서 장착물로의 방향 벡터,
Figure 112022027496815-pat00012
는 장착물의 위치좌표,
Figure 112022027496815-pat00013
는 전자광학장비의 위치좌표를 나타낸다.
표적가림 위험성 판단부(130)는 전자광학장비의 시선벡터와 장착물 간 최단거리를 계산할 수 있다(S120). 표적가림 위험성 판단부(130)는 전자광학장비의 시선벡터와 장착물 간 최단거리를 계산하기 위해 수학식 3과 같이 장착물의 위치 벡터를 시선벡터에 투영시킨 사영벡터(
Figure 112022027496815-pat00014
)를 계산할 수 있다.
Figure 112022027496815-pat00015
여기서,
Figure 112022027496815-pat00016
는 ECEF 좌표계 기준 전자광학장비의 시선 단위벡터로서 수학식 4와 같다.
Figure 112022027496815-pat00017
Figure 112022027496815-pat00018
Figure 112022027496815-pat00019
여기서,
Figure 112022027496815-pat00020
는 전자광학장비의 위치로서 각각 측지 좌표계 기준의 위도와 경도이고,
Figure 112022027496815-pat00021
각각은 전자광학장비의 자세로서 각각 NED(North East Down) 좌표계 기준의 헤딩, 피치, 롤이다.
표적가림 위험성 판단부(130)는 전자광학장비의 시선벡터와 장착물 간 최단거리(
Figure 112022027496815-pat00022
)를 수학식 5와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112022027496815-pat00023
표적가림 위험성 판단부(130)는 전자광학장비의 시계 진입 임계거리(
Figure 112022027496815-pat00024
)를 수학식 6과 같이 전자광학장비의 시계(Field of View, FOV)와 수학식 3에서 계산된 사영벡터(
Figure 112022027496815-pat00025
)의 크기를 이용하여 계산할 수 있다(S130).
Figure 112022027496815-pat00026
여기서, FOV의 단위는 라디안(radian)이다.
표적가림 위험성 판단부(130)는 전자광학장비의 시계(FOV) 안으로 장착물의 진입 여부를 판단한다(S140). 표적가림 위험성 판단부(130)는 전자광학장비의 시선벡터와 장착물 간 최단거리(
Figure 112022027496815-pat00027
)가 전자광학장비의 시계 진입 임계거리(
Figure 112022027496815-pat00028
)보다 작으면(
Figure 112022027496815-pat00029
), 장착물이 전자광학장비의 시계(FOV) 안으로 진입한 것으로 판단하여 경고 메시지를 전송할 수 있다. 운용자는 경고 메시지를 확인하여 필요시 영상기반 표적추적 기능 해제 등의 조치를 취할 수 있다.
표적가림 위험성 판단부(130)는 필요시에 사전 경고를 위하여 시계 진입 임계거리(
Figure 112022027496815-pat00030
)에 가중치(
Figure 112022027496815-pat00031
)를 적용하여 전자광학장비의 시선벡터와 장착물 간 최단거리(
Figure 112022027496815-pat00032
)가 가중치가 적용된 시계 진입 임계거리(
Figure 112022027496815-pat00033
)보다 작으면 (
Figure 112022027496815-pat00034
) 사전 경고 메시지를 전송할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 표적거리 측정부(140)는 전자광학장비의 레이저거리측정기를 이용하여 표적거리를 측정할 수 있다. 표적거리 측정부(140)는 표적방향으로 전자광학장비의 시선을 유지한 상태에서 레이저거리측정기로 레이저를 발사하여 표적거리를 측정할 수 있다. 레이저거리측정기를 운용하여 표적과의 거리를 측정하는 과정에서 장애물(예를 들어, 짙은 구름 등)이 존재하거나 대기상태(예를 들어, 옅은 구름, 미세먼지 등)로 인해 간헐적으로 거리오차가 발생될 수 있다. 따라서 측정된 표적거리의 유효성이 판단되어야 한다.
표적거리 유효성 판단부(150)는 측정된 표적거리의 신뢰성을 판단하고 표적거리를 확정한다. 표적거리 유효성 판단부(150)가 측정된 표적거리의 신뢰성을 판단하고 표적거리를 확정하는 방법에 대하여 도 6 및 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정거리 신뢰성을 판단하여 표적거리를 확정하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정거리 신뢰성 판단 전의 측정거리와 확정된 표적거리의 비교 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 7을 참조하면, 표적거리 유효성 판단부(150)는 초기 측정거리의 신뢰성을 판단할 수 있다(S210). 최초에 레이저거리측정기를 운용하여 거리를 측정하는 경우 장애물이 존재하거나 대기상태로 인해 측정거리에 오차가 포함될 수 있다. 따라서, 표적거리 유효성 판단부(150)는 레이저거리측정기를 이용하여 여러 번의 샘플 동안 거리를 측정하여 연속적으로 편차가 일정 수준 이하인 경우에 초기 측정거리 결과가 정상이라고 판단할 수 있다.
표적거리 유효성 판단부(150)는 수학식 7과 같이 이전 샘플에서 확정된 거리정보(
Figure 112022027496815-pat00035
)를 바탕으로 다음 샘플에서의 표적거리를 예측하여 예측거리(
Figure 112022027496815-pat00036
)를 생성할 수 있다(S220).
Figure 112022027496815-pat00037
여기서,
Figure 112022027496815-pat00038
는 각각 1샘플 이전에 확정된 표적거리, 2샘플 이전에 확정된 표적 거리이고,
Figure 112022027496815-pat00039
는 표적거리 생성 주기이다.
표적거리 유효성 판단부(150)는 레이저거리측정기를 이용하여 거리를 측정하여 측정거리(
Figure 112022027496815-pat00040
)를 생성할 수 있다(S230).
표적거리 유효성 판단부(150)는 수학식 8과 같이 예측거리(
Figure 112022027496815-pat00041
)와 측정거리(
Figure 112022027496815-pat00042
)를 이용하여 측정된 거리의 신뢰성을 판단하고 표적거리를 확정할 수 있다(S240).
Figure 112022027496815-pat00043
여기서,
Figure 112022027496815-pat00044
는 확정된 표적거리,
Figure 112022027496815-pat00045
는 측정된 거리의 신뢰성 판단을 위한 임계치를 나타낸다.
즉, 표적거리 유효성 판단부(150)는 측정거리(
Figure 112022027496815-pat00046
)와 예측거리(
Figure 112022027496815-pat00047
)의 차이가 임계치(
Figure 112022027496815-pat00048
) 이하인 경우 측정거리(
Figure 112022027496815-pat00049
)를 확정된 표적거리로 확정하고, 측정거리(
Figure 112022027496815-pat00050
)와 예측거리(
Figure 112022027496815-pat00051
)의 차이가 임계치(
Figure 112022027496815-pat00052
)보다 큰 경우 예측거리(
Figure 112022027496815-pat00053
)를 확정된 표적거리로 확정할 수 있다.
이에 따라, 도 7에 예시한 바와 같이 측정거리 신뢰성 판단 전의 측정거리(
Figure 112022027496815-pat00054
)는 장애물이나 대기상태로 인해 변동이 발생하여 오차를 포함할 수 있으나, 측정거리 신뢰성 판단으로 확정된 표적거리(
Figure 112022027496815-pat00055
)에서는 장애물이나 대기상태로 인해 거리 오차가 제거될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 표적좌표 계산부(160)는 전자광학장비의 위치 및 자세정보와 확정된 표적거리를 이용하여 표적좌표를 계산할 수 있다. 다시 말해, 표적좌표 계산부(160)는 수학식 1에서 계산된 ECEF 좌표계 기준의 전자광학장비의 위치정보(
Figure 112022027496815-pat00056
), 수학식 4에서 계산된 ECEF 좌표계 기준의 전자광학장비의 시선 단위벡터(
Figure 112022027496815-pat00057
) 및 수학식 8에서 확정된 표적거리(
Figure 112022027496815-pat00058
)를 이용하여 수학식 9와 같이 표적좌표(
Figure 112022027496815-pat00059
)를 계산할 수 있다.
Figure 112022027496815-pat00060
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표적좌표 생성 장치(100)는 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 수신하고, 표적방향으로 전자광학장비의 시선을 지향하고, 레이저거리측정기를 운용하여 표적거리를 측정해서 표적의 좌표정보를 획득하는 과정에서, 표적가림 위험성을 판단하여 운용자에게 경고함으로써 전자광학장비의 시선 오동작을 방지하고, 레이저거리측정기로 측정된 거리 정보의 신뢰성을 판단하여 거리 오차를 제거함으로써 운용자 또는 장착물에 제공하는 표적좌표 정보의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 표적좌표 생성 장치 110: 위치 및 자세정보 수신부
120: 표적방향 시선 지향부 130: 표적가림 위험성 판단부
140: 표적거리 측정부 150: 표적거리 유효성 판단부
160: 표적좌표 계산부 210: 카메라부
220: 표적추적부 230: 추적제어부
310: 관성항법부 320: 지향오차 계산부
330: 김벌제어부

Claims (17)

  1. 항공기에 장착된 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 하는 표적방향 시선 지향부;
    상기 전자광학장비의 시계 내에 상기 항공기로부터 분리되어 비행하는 장착물의 진입 여부에 따라 표적가림 위험성을 판단하는 표적가림 위험성 판단부;
    상기 전자광학장비의 레이저거리측정기를 이용하여 표적거리를 측정하는 표적거리 측정부;
    상기 표적거리의 신뢰성을 판단하여 확정된 표적거리로 확정하는 표적거리 유효성 판단부; 및
    상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보와 상기 확정된 표적거리를 이용하여 표적좌표를 계산하는 표적좌표 계산부를 포함하고,
    상기 표적가림 위험성 판단부는 ECEF 좌표계 기준의 상기 전자광학장비 및 상기 장착물의 위치를 계산하고, 상기 전자광학장비의 시선벡터와 상기 장착물 간 최단거리를 계산하고, 상기 장착물의 위치 벡터를 상기 시선벡터에 투영시킨 사영벡터의 크기와 상기 전자광학장비의 시계를 이용하여 상기 전자광학장비의 시계 진입 임계거리를 계산하고, 상기 전자광학장비의 시선벡터와 상기 장착물 간 최단거리가 상기 전자광학장비의 시계 진입 임계거리보다 작으면 상기 장착물이 상기 전자광학장비의 시계 안으로 진입한 것으로 판단하는 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 표적방향 시선 지향부는,
    상기 전자광학장비의 IR 또는 EO 센서를 이용하여 영상을 획득하는 카메라부;
    상기 카메라부로부터 입력되는 영상 내에서 표적의 위치를 계산하는 표적추적부; 및
    상기 표적의 위치에 추적오차를 적용하여 상기 추적오차가 0이 되도록 상기 전자광학장비의 김벌을 제어하는 추적제어부를 포함하는 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 표적방향 시선 지향부는,
    상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 획득하는 관성항법부;
    상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 이용하여 지향오차를 계산하는 지향오차 계산부; 및
    상기 지향오차가 0이 되도록 상기 전자광학장비의 김벌을 제어하는 김벌제어부를 포함하는 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 항공기에 장착된 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 하는 표적방향 시선 지향부;
    상기 전자광학장비의 시계 내에 상기 항공기로부터 분리되어 비행하는 장착물의 진입 여부에 따라 표적가림 위험성을 판단하는 표적가림 위험성 판단부;
    상기 전자광학장비의 레이저거리측정기를 이용하여 표적거리를 측정하는 표적거리 측정부;
    상기 표적거리의 신뢰성을 판단하여 확정된 표적거리로 확정하는 표적거리 유효성 판단부; 및
    상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보와 상기 확정된 표적거리를 이용하여 표적좌표를 계산하는 표적좌표 계산부를 포함하고,
    상기 표적가림 위험성 판단부는 상기 전자광학장비의 시선벡터와 상기 장착물 간 최단거리가 상기 전자광학장비의 시계 진입 임계거리보다 작으면 상기 장착물이 상기 전자광학장비의 시계 안으로 진입한 것으로 판단하고, 상기 시계 진입 임계거리에 가중치를 적용하여 상기 최단거리가 상기 가중치가 적용된 시계 진입 임계거리보다 작으면 사전 경고 메시지를 전송하는 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 표적거리 유효성 판단부는 상기 표적거리의 신뢰성을 판단하여 이전 샘플에서 확정된 거리정보를 바탕으로 다음 샘플에서의 표적거리를 예측한 예측거리와 상기 레이저거리측정기로 측정된 측정거리 중 하나를 상기 확정된 표적거리로 확정하는 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 표적거리 유효성 판단부는 여러 번의 샘플 동안 거리를 측정하여 초기 측정거리의 신뢰성을 판단하고, 상기 예측거리를 생성하고, 상기 레이저거리측정기를 이용하여 상기 측정거리를 생성하고, 상기 측정거리와 상기 예측거리의 차이가 임계치 이하인 경우 상기 측정거리를 상기 확정된 표적거리로 확정하고, 상기 측정거리와 상기 예측거리의 차이가 상기 임계치보다 큰 경우 상기 예측거리를 상기 확정된 표적거리로 확정하는 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치.
  9. 항공기에 장착된 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 하는 표적방향 시선 지향부;
    상기 전자광학장비의 시선벡터와 상기 항공기로부터 분리되어 비행하는 장착물 간 최단거리를 계산하고, 상기 장착물의 위치 벡터를 상기 시선벡터에 투영시킨 사영벡터의 크기와 상기 전자광학장비의 시계를 이용하여 상기 전자광학장비의 시계 진입 임계거리를 계산하고, 상기 전자광학장비의 시선벡터와 상기 장착물 간 최단거리가 상기 전자광학장비의 시계 진입 임계거리보다 작으면 상기 장착물이 상기 전자광학장비의 시계 안으로 진입한 것으로 판단하는 표적가림 위험성 판단부;
    상기 전자광학장비의 레이저거리측정기를 이용하여 표적거리를 측정하는 표적거리 측정부;
    상기 표적거리의 신뢰성을 판단하여 이전 샘플에서 확정된 거리정보를 바탕으로 다음 샘플에서의 표적거리를 예측한 예측거리와 상기 레이저거리측정기로 측정된 측정거리 중 하나를 상기 확정된 표적거리로 확정하는 표적거리 유효성 판단부; 및
    상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보와 상기 확정된 표적거리를 이용하여 표적좌표를 계산하는 표적좌표 계산부를 포함하는 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 표적거리 유효성 판단부는 여러 번의 샘플 동안 거리를 측정하여 초기 측정거리의 신뢰성을 판단하고, 상기 예측거리를 생성하고, 상기 레이저거리측정기를 이용하여 상기 측정거리를 생성하고, 상기 측정거리와 상기 예측거리의 차이가 임계치 이하인 경우 상기 측정거리를 상기 확정된 표적거리로 확정하고, 상기 측정거리와 상기 예측거리의 차이가 상기 임계치보다 큰 경우 상기 예측거리를 상기 확정된 표적거리로 확정하는 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치.
  11. 항공용 전자광학장비의 표적좌표 생성 장치에 의한 표적좌표 생성 방법에 있어서,
    항공기에 장착된 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 수신하는 단계;
    상기 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 하는 단계;
    상기 전자광학장비의 시계 내에 상기 항공기로부터 분리되어 비행하는 장착물의 진입 여부에 따라 표적가림 위험성을 판단하는 단계;
    상기 전자광학장비의 레이저거리측정기를 이용하여 표적거리를 측정하는 단계;
    상기 표적거리의 신뢰성을 판단하여 확정된 표적거리로 확정하는 단계; 및
    상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보와 상기 확정된 표적거리를 이용하여 표적좌표를 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 표적가림 위험성을 판단하는 단계는,
    ECEF 좌표계 기준의 상기 전자광학장비 및 상기 장착물의 위치를 계산하는 단계;
    상기 전자광학장비의 시선벡터와 상기 장착물 간 최단거리를 계산하는 단계;
    상기 장착물의 위치 벡터를 상기 시선벡터에 투영시킨 사영벡터의 크기와 상기 전자광학장비의 시계를 이용하여 상기 전자광학장비의 시계 진입 임계거리를 계산하는 단계; 및
    상기 전자광학장비의 시선벡터와 상기 장착물 간 최단거리가 상기 전자광학장비의 시계 진입 임계거리보다 작으면 상기 장착물이 상기 전자광학장비의 시계 안으로 진입한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 표적좌표 생성 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 전자광학장비의 IR 또는 EO 센서를 이용하여 영상을 획득하고, 상기 영상 내에서 표적의 위치를 계산하고, 상기 표적의 위치에 추적오차를 적용하여 상기 추적오차가 0이 되도록 상기 전자광학장비의 김벌을 제어하는 영상기반 표적추적 방법으로 상기 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 하는 표적좌표 생성 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 전자광학장비의 위치 및 자세정보를 이용하여 지향오차를 계산하고, 상기 지향오차가 0이 되도록 상기 전자광학장비의 김벌을 제어하는 좌표기반 표적추적 방법으로 상기 전자광학장비의 시선이 표적방향으로 지향되도록 하는 표적좌표 생성 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 표적가림 위험성을 판단하는 단계는,
    상기 시계 진입 임계거리에 가중치를 적용하여 상기 최단거리가 상기 가중치가 적용된 시계 진입 임계거리보다 작으면 사전 경고 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 표적좌표 생성 방법.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 표적거리의 신뢰성을 판단하여 확정된 표적거리로 확정하는 단계는,
    여러 번의 샘플 동안 거리를 측정하여 초기 측정거리의 신뢰성을 판단하는 단계;
    이전 샘플에서 확정된 거리정보를 바탕으로 다음 샘플에서의 표적거리를 예측한 예측거리를 생성하는 단계;
    상기 레이저거리측정기를 이용하여 측정거리를 생성하는 단계; 및
    상기 측정거리와 상기 예측거리의 차이가 임계치 이하인 경우 상기 측정거리를 상기 확정된 표적거리로 확정하고, 상기 측정거리와 상기 예측거리의 차이가 상기 임계치보다 큰 경우 상기 예측거리를 상기 확정된 표적거리로 확정하는 단계를 포함하는 표적좌표 생성 방법.
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