KR102547412B1 - 비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치 및 방법 - Google Patents

비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치 및 방법 Download PDF

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KR102547412B1
KR102547412B1 KR1020220164513A KR20220164513A KR102547412B1 KR 102547412 B1 KR102547412 B1 KR 102547412B1 KR 1020220164513 A KR1020220164513 A KR 1020220164513A KR 20220164513 A KR20220164513 A KR 20220164513A KR 102547412 B1 KR102547412 B1 KR 102547412B1
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coordinate system
earth
flight platform
gimbal
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KR1020220164513A
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현대경
김대환
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국방과학연구소
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    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
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    • F41G3/22—Aiming or laying means for vehicle-borne armament, e.g. on aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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Abstract

본 발명은 비행 플랫폼에서 표적을 조준하기 위한 김발 제어 시스템의 김발 제어정보 제공 방법에 관한 것으로, 상기 비행 플랫폼과 상기 표적에 대한 위치 정보를 획득하는 단계; 상기 위치 정보를 지구중심 지구고정 좌표계(earth-centered earth-fixed frame, ECEF)로 변환하는 단계; 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 기초로 상기 비행 플랫폼과 상기 표적 간의 상대 위치를 계산하는 단계; 상기 상대 위치를 기초로 방향 코사인 행렬을 계산하여 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 상기 비행 플랫폼의 동체 좌표계로 변환하는 단계; 및 상기 동체 좌표계를 기초로 상기 표적의 실제 위치를 계산하여 상기 표적에 대한 김발(gimbal) 지향각을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치 및 방법 {METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING GIMBAL CONTROL INFORMATION OF FLIGHT PLATFORM}
본 발명은 고속으로 비행하는 플랫폼에서 표적을 조준하기 위한 기술과 관련이 있고, 이를 위한 제어정보 제공 기술과 관련이 있다.
고속으로 비행하는 상황에서 김발(gimbal)을 조정하여 표적을 조준하는 것은 정지된 상태에서 표적을 조준하는 것보다 매우 어렵다.
예를 들어, 지상에서 총으로 표적을 조준하는 것은 쉽지만, 빠르게 움직이는 비행기에서 지상에 있는 표적을 조준하는 것은 사수가 직접 비행기의 움직임을 보상해야 하기 때문에 정확한 반영이 현실적으로 어려운 실정이다.
등록특허공보 제10-2254132호 (2021년05월20일 등록공고)
본 발명의 실시예에서는, 비행 플랫폼의 움직임을 자동으로 보상하여 고속 비행 환경에서 표적을 용이하게 조준하도록 하는 고속 플랫폼의 김발 제어정보 제공 기술을 제안하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비행 플랫폼에서 표적을 조준하기 위한 김발 제어 시스템의 김발 제어정보 제공 방법에 있어서, 상기 비행 플랫폼과 상기 표적에 대한 위치 정보를 획득하는 단계; 상기 위치 정보를 지구중심 지구고정 좌표계(earth-centered earth-fixed frame, ECEF)로 변환하는 단계; 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 기초로 상기 비행 플랫폼과 상기 표적 간의 상대 위치를 계산하는 단계; 상기 상대 위치를 기초로 방향 코사인 행렬을 계산하여 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 상기 비행 플랫폼의 동체 좌표계로 변환하는 단계; 및 상기 동체 좌표계를 기초로 상기 표적의 실제 위치를 계산하여 상기 표적에 대한 김발(gimbal) 지향각을 산출하는 단계;를 포함하는 비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 방법은, 상기 김발 지향각을 상기 김발 제어 시스템에 적용하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 지구중심 지구고정 좌표계는, 상기 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 지구중심 지구고정 좌표계, 경도 지구중심 지구고정 좌표계 및 고도 지구중심 지구고정 좌표계를 각각 포함할 수 있다.
또한, 상기 위도 지구중심 지구고정 좌표계는 수학식
Figure 112022128625349-pat00001
로 표현되고, 상기 경도 지구중심 지구고정 좌표계는 수학식
Figure 112022128625349-pat00002
로 표현되며, 상기 고도 지구중심 지구고정 좌표계는 수학식
Figure 112022128625349-pat00003
로 각각 표현될 수 있다.
또한, 상기 R tr 은 수학식
Figure 112022128625349-pat00004
로 표현되고, 상기 R eq 는 지구 반지름을, 상기 ε은 지구이심률을 각각 나타낼 수 있다.
또한, 상기 상대 위치는 상기 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 상대 위치, 경도 상대 위치 및 고도 상대 위치를 각각 포함할 수 있다.
또한, 상기 위도 상대 위치는 수학식
Figure 112022128625349-pat00005
로 표현되고, 상기 경도 상대 위치는 수학식
Figure 112022128625349-pat00006
로 표현되며, 상기 고도 상대 위치는 수학식
Figure 112022128625349-pat00007
로 각각 표현될 수 있다.
또한, 상기 동체 좌표계로 변환하는 단계는, 상기 지구중심 지구고정 좌표계에서 항법 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는 단계; 상기 항법 좌표계에서 상기 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는 단계; 및 상기 지구중심 지구고정 좌표계에서 상기 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 동체 좌표계는 상기 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 동체 좌표계, 경도 동체 좌표계 및 고도 동체 좌표계를 각각 포함할 수 있다.
또한, 상기 김발 지향각은 피치(pitch) 방향 김발 지향각과 요(yaw) 방향 김발 지향각을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비행 플랫폼과 표적에 대한 위치 정보를 획득하는 위치 정보 획득부; 상기 위치 정보를 지구중심 지구고정 좌표계로 변환하는 좌표계 변환부; 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 기초로 상기 비행 플랫폼과 상기 표적 간의 상대 위치를 계산하는 상대 위치 계산부; 및 상기 상대 위치를 기초로 상기 표적에 대한 김발 지향각을 산출하는 지향각 산출부;를 포함하되, 상기 좌표계 변환부는, 상기 상대 위치를 기초로 방향 코사인 행렬을 계산하여 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 상기 비행 플랫폼의 동체 좌표계로 변환하고, 상기 지향각 산출부는, 상기 동체 좌표계를 기초로 상기 표적의 실제 위치를 계산하여 상기 김발 지향각을 산출하는 비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 김발 제어정보 제공 장치는, 상기 김발 지향각을 김발 제어 시스템에 적용할 수 있다.
또한, 상기 지구중심 지구고정 좌표계는, 상기 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 지구중심 지구고정 좌표계, 경도 지구중심 지구고정 좌표계 및 고도 지구중심 지구고정 좌표계를 각각 포함할 수 있다.
또한, 상기 위도 지구중심 지구고정 좌표계는 수학식
Figure 112022128625349-pat00008
로 표현되고, 상기 경도 지구중심 지구고정 좌표계는 수학식
Figure 112022128625349-pat00009
로 표현되며, 상기 고도 지구중심 지구고정 좌표계는 수학식
Figure 112022128625349-pat00010
로 각각 표현될 수 있다.
또한, 상기 R tr 은 수학식
Figure 112022128625349-pat00011
로 표현되고, 상기 R eq 는 지구 반지름을, 상기 ε은 지구이심률을 각각 나타낼 수 있다.
또한, 상기 상대 위치는 상기 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 상대 위치, 경도 상대 위치 및 고도 상대 위치를 각각 포함할 수 있다.
또한, 상기 위도 상대 위치는 수학식
Figure 112022128625349-pat00012
로 표현되고, 상기 경도 상대 위치는 수학식
Figure 112022128625349-pat00013
로 표현되며, 상기 고도 상대 위치는 수학식
Figure 112022128625349-pat00014
로 각각 표현될 수 있다.
또한, 상기 좌표계 변환부는, 상기 지구중심 지구고정 좌표계에서 항법 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하고, 상기 항법 좌표계에서 상기 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하며, 상기 지구중심 지구고정 좌표계에서 상기 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산할 수 있다.
또한, 상기 동체 좌표계는 상기 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 동체 좌표계, 경도 동체 좌표계 및 고도 동체 좌표계를 각각 포함할 수 있다.
또한, 상기 김발 지향각은 피치 방향 김발 지향각과 요 방향 김발 지향각을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 비행 플랫폼에서 표적을 조준하기 위한 김발 제어 시스템의 김발 제어정보 제공 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하고, 상기 방법은, 상기 비행 플랫폼과 상기 표적에 대한 위치 정보를 획득하는 단계; 상기 위치 정보를 지구중심 지구고정 좌표계로 변환하는 단계; 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 기초로 상기 비행 플랫폼과 상기 표적 간의 상대 위치를 계산하는 단계; 상기 상대 위치를 기초로 방향 코사인 행렬을 계산하여 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 상기 비행 플랫폼의 동체 좌표계로 변환하는 단계; 및 상기 동체 좌표계를 기초로 상기 표적의 실제 위치를 계산하여 상기 표적에 대한 김발 지향각을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 비행 플랫폼에서 표적을 조준하기 위한 김발 제어 시스템의 김발 제어정보 제공 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하고, 상기 방법은, 상기 비행 플랫폼과 상기 표적에 대한 위치 정보를 획득하는 단계; 상기 위치 정보를 지구중심 지구고정 좌표계로 변환하는 단계; 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 기초로 상기 비행 플랫폼과 상기 표적 간의 상대 위치를 계산하는 단계; 상기 상대 위치를 기초로 방향 코사인 행렬을 계산하여 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 상기 비행 플랫폼의 동체 좌표계로 변환하는 단계; 및 상기 동체 좌표계를 기초로 상기 표적의 실제 위치를 계산하여 상기 표적에 대한 김발 지향각을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 비행 플랫폼의 움직임을 자동으로 보상하여 김발 제어정보를 실시간 제공함으로써, 고속 비행 환경에서 표적을 용이하게 조준할 수 있는 비행 플랫폼 환경을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 김발 제어정보 제공 장치가 포함된 김발 제어 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 김발 제어정보 제공 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 김발 제어정보 제공 방법을 예시적으로 설명하는 흐름도이다.
도 4는 종래의 김발 제어 방법과 본 발명의 실시예에 따른 김발 제어정보 제공 과정이 포함된 김발 제어 방법의 시뮬레이션 결과를 비교한 그래프이다.
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 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 실시예에서는, 고속으로 움직이는 비행 플랫폼에서 김발을 제어하여 표적을 조준시키기 위한 제어정보 제공 기술에 관한 것이다.
플랫폼이 빠르게 움직이는 상황에서 사수가 직접 플랫폼의 움직임을 보상하여 김발을 제어하고 표적을 조준시키는 것은 매우 어렵다. 예를 들어, 플랫폼이 상승하면 표적은 아래쪽으로 향하기 때문에 사수는 지속적으로 김발을 아래쪽으로 향하도록 조정해야 하는 어려움이 있다.
본 발명의 실시예에서는, 이러한 사수의 어려움을 해결하기 위하여 플랫폼의 움직임을 보상하는 김발 지향각을 계산하고, 이를 김발 제어에 적용하여 간단한 조작만으로 표적을 조준할 수 있는 비행 플랫폼 환경을 제공하고자 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 김발 제어정보 제공 장치(100)가 포함된 김발 제어 시스템(1)의 블록도이다.
도 1의 김발 제어 시스템(1)은, 비행 플랫폼 인터페이스부(10) 및 김발 제어정보 제공 장치(100)를 포함할 수 있다.
비행 플랫폼 인터페이스부(10)는 도시 생략된 입력 장치와 김발 장치를 포함할 수 있다.
입력 장치는, 예를 들어 상, 하, 좌, 우 동작 입력이 가능한 조이스틱을 포함할 수 있으며, 비행 플랫폼의 사수가 표적을 조준하기 위한 인터페이스 환경을 제공할 수 있다.
김발 장치는, 예를 들어 자이로스코프와 같은 물체의 기본 틀이 기울어져도 정립(定立) 상태를 유지해주는 역할을 한다. 이러한 김발 장치는 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있는 바, 구체적인 구성이나 동작 설명은 생략하기로 한다.
김발 제어정보 제공 장치(100)는 비행 플랫폼과 표적에 대한 위치 정보를 획득하고, 획득되는 위치 정보를 지구중심 지구고정 좌표계(earth-centered earth-fixed frame, 이하 ECEF라 함)로 변환하며, ECEF를 기초로 비행 플랫폼과 표적 간의 상대 위치를 계산하고, 계산되는 상대 위치를 기초로 방향 코사인 행렬을 계산하여 ECEF를 비행 플랫폼의 동체 좌표계로 변환하며, 변환되는 동체 좌표계를 기초로 표적의 실제 위치를 계산하여 표적에 대한 김발 지향각을 산출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 김발 제어정보 제공 장치(100)의 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 김발 제어정보 제공 장치(100)는, 위치 정보 획득부(110), 좌표계 변환부(120), 상대 위치 계산부(130) 및 지향각 산출부(140)를 포함할 수 있다.
위치 정보 획득부(110)는 비행 플랫폼과 표적에 대한 위치 정보를 획득할 수 있다.
좌표계 변환부(120)는 위치 정보 획득부(110)를 통해 획득된 위치 정보를 ECEF로 변환할 수 있다.
상대 위치 계산부(130)는 좌표계 변환부(120)를 통해 변환된 ECEF를 기초로 비행 플랫폼과 표적 간의 상대 위치를 계산할 수 있다.
지향각 산출부(140)는 상대 위치 계산부(130)에서 계산된 상대 위치를 기초로 표적에 대한 김발 지향각을 산출할 수 있다.
이때, 좌표계 변환부는, 상대 위치를 기초로 방향 코사인 행렬을 계산하여 ECEF를 비행 플랫폼의 동체 좌표계로 변환하고, 이에 따라 지향각 산출부(140)는, 동체 좌표계를 기초로 표적의 실제 위치를 계산하여 김발 지향각을 산출할 수 있다.
이하, 상술한 구성과 함께, 본 발명의 실시예에 따른 김발 제어정보 제공 방법을, 첨부하는 도 3의 흐름도를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 도 2의 김발 제어정보 제어 장치(100)에서 수행되는 김발 제어정보 제공 방법을 예시적으로 설명하는 흐름도이다.
비행 플랫폼은 현재 플랫폼의 위치를 알 수 있는 항법정보와 표적정보를 가지고 있다. 이러한 정보를 활용하여 김발이 표적을 지향하기 위한 김발 지향각을 산출할 수 있다.
김발 지향각을 계산하기 위해서는 위도, 경도, 고도로 표현되는 플랫폼과 표적의 위치 정보를 위치 정보 획득부(110)를 통해 획득하고, 획득되는 위치 정보를 좌표계 변환부(120)를 통해 ECEF로 변환하는 과정을 거칠 수 있다(S100, S102).
좌표계 변환부(120)를 통해 변환되는 ECEF는 다음 [수학식 1] 내지 [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112022128625349-pat00015
Figure 112022128625349-pat00016
Figure 112022128625349-pat00017
[수학식 1]은 위도 지구중심 지구고정 좌표계를, [수학식 2]는 경도 지구중심 지구고정 좌표계를, [수학식 3]은 고도 지구중심 지구고정 좌표계를 각각 나타낸다.
이때, 각각의 [수학식 1] 내지 [수학식 3]에서, R tr 은 다음 [수학식 4]로 표현될 수 있다.
Figure 112022128625349-pat00018
여기서, R eq 는 지구 반지름을, 상기 ε은 지구이심률을 각각 나타낸다. 지구 반지름은, 예를 들어 6,378,137m이고, 지구이심률은, 예를 들어 0.0818191908426m이다.
이후, 김발 제어정보 제공 장치(100) 내의 상대 위치 계산부(130)는 비행 플랫폼과 표적 간의 상대 위치를 계산할 수 있다(S104).
이러한 상대 위치는 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 상대 위치, 경도 상대 위치 및 고도 상대 위치를 각각 포함할 수 있으며, 각각의 상대 위치는 다음 [수학식 5] 내지 [수학식 7]로 표현될 수 있다.
Figure 112022128625349-pat00019
Figure 112022128625349-pat00020
Figure 112022128625349-pat00021
여기서,
Figure 112022128625349-pat00022
는 ECEF 상의 표적의 위치 정보이고,
Figure 112022128625349-pat00023
는 ECEF 상의 플랫폼의 위치 정보를 나타낸다.
비행 플랫폼과 표적 간의 상대 위치가 계산되면, 좌표계 변환부(120)는 비행 플랫폼의 자세를 반영하기 위하여 ECEF를 플랫폼 동체 좌표계로 변환할 수 있다(S106).
동체 좌표계는, 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 동체 좌표계, 경도 동체 좌표계 및 고도 동체 좌표계를 각각 포함할 수 있으며, 이는 다음 [수학식 8] 내지 [수학식 10]으로 표현될 수 있다.
Figure 112022128625349-pat00024
Figure 112022128625349-pat00025
Figure 112022128625349-pat00026
여기서,
Figure 112022128625349-pat00027
는 비행 플랫폼의 위도, 경도 및 고도에 대한 위치 정보이고,
Figure 112022128625349-pat00028
는 비행 플랫폼의 롤(roll), 피치(pitch) 및 요(yaw)에 대한 자세 정보를 나타낸다.
또한,
Figure 112022128625349-pat00029
는 ECEF에서 항법 좌표계로의 방향 코사인 행렬이고,
Figure 112022128625349-pat00030
는 항법 좌표계에서 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬이며,
Figure 112022128625349-pat00031
는 ECEF에서 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 각각 나타낸다.
동체 좌표계로의 변환이 완료되면, 좌표계 변환부(120)는 변환된 동체 좌표계 정보를 지향각 산출부(140)로 제공할 수 있으며, 지향각 산출부(140)는 동체 좌표계를 기초로 표적의 실제 위치를 계산하여 표적에 대한 김발 지향각을 산출할 수 있다(S108).
최종적으로 산출되는 김발 지향각은 다음 [수학식 11]과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112022128625349-pat00032
Figure 112022128625349-pat00033
Figure 112022128625349-pat00034
[수학식 11]에서,
Figure 112022128625349-pat00035
은 피치 방향의 김발 지향각을 의미하고,
Figure 112022128625349-pat00036
은 요 방향의 김발 지향각을 각각 의미할 수 있다.
[수학식 11]에서 계산된 김발 지향각은 현재 비행 플랫폼의 위치에서 표적을 바라볼 수 있는 값으로, 만약 비행 플랫폼의 위치, 자세 및 표적의 위치 값에 오차가 없다면 지향각만으로 표적을 조준할 수 있다. 하지만, 실제 환경에서는 항법 오차, 표적 정보 오차 등이 존재할 수밖에 없기 때문에 이를 보정하기 위해서 사수의 조작이 필요하다.
김발 제어정보 제공 장치(100)를 통해 김발 지향각이 산출되면, 산출된 김발 지향각은 비행 플랫폼 인터페이스부(10)로 제공되어 김발 제어에 적용될 수 있다.
김발을 제어하여 표적을 조준할 때 조이스틱과 같은 입력장치로 김발을 제어할 수 있다. 이때, 조이스틱 입력만을 이용하여 김발을 제어하는 경우에는 김발 제어 시스템의 전체 구성은 단순해질 수 있으나, 비행 플랫폼이 빠르게 움직인다면 사수가 비행 플랫폼의 움직임을 수동으로 보상해 주여야 하기 때문에, 표적을 조준하기 매우 어렵다. 본 발명에서는 김발 지향각과 사수의 입력을 복합적으로 사용하는 김발 제어 기법을 제안하고자 한다.
도 4는 종래의 김발 제어 방법과 본 발명의 실시예에 따른 김발 제어정보 제공 과정이 포함된 김발 제어 방법의 시뮬레이션 결과를 비교한 그래프이다.
도 4는 비행 플랫폼이 상승했을 때 각 김발 제어 기법별 피치 방향으로 사수가 제어해야 할 김발 제어 요구각을 계산한 것이다.
단순 김발 제어 방법은 비행 플랫폼의 상승에 따른 보상을 사수가 직접 해야 하기 때문에 김발 제어 요구각이 크게 증가하는 것을 볼 수 있다.
반면, 제안하는 본 발명의 실시예에 따른 김발 제어 방법은 플랫폼의 움직임을 김발 지향각으로 보상하기 때문에 사수가 조정해야 할 김발 제어 요구각이 크지 않다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 비행 플랫폼의 움직임을 자동으로 보상하여 김발 제어정보를 실시간 제공함으로써, 고속 비행 환경에서 표적을 용이하게 조준할 수 있는 비행 플랫폼 환경을 제공하도록 구현한 것이다.
한편, 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체(또는 메모리) 등에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체(또는 메모리)에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 적어도 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
1: 김발 제어 시스템
10: 비행 플랫폼 인터페이스부
100: 김발 제어정보 제공 장치
110: 위치 정보 획득부
120: 좌표계 변환부
130: 상대 위치 계산부
140: 지향각 산출부

Claims (22)

  1. 비행 플랫폼에서 표적을 조준하기 위한 김발 제어 시스템의 김발 제어정보 제공 방법에 있어서,
    상기 비행 플랫폼과 상기 표적에 대한 위치 정보를 획득하는 단계;
    상기 위치 정보를 지구중심 지구고정 좌표계(earth-centered earth-fixed frame, ECEF)로 변환하는 단계;
    상기 지구중심 지구고정 좌표계를 기초로 상기 비행 플랫폼과 상기 표적 간의 상대 위치를 계산하는 단계;
    상기 상대 위치를 기초로 방향 코사인 행렬을 계산하여 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 상기 비행 플랫폼의 동체 좌표계로 변환하는 단계; 및
    상기 동체 좌표계를 기초로 상기 표적의 실제 위치를 계산하여 상기 표적에 대한 김발(gimbal) 지향각을 산출하는 단계;를 포함하되,
    상기 동체 좌표계로 변환하는 단계는,
    상기 지구중심 지구고정 좌표계에서 항법 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는 단계;
    상기 항법 좌표계에서 상기 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는 단계; 및
    상기 지구중심 지구고정 좌표계에서 상기 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는 단계;를 포함하는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 김발 지향각을 상기 김발 제어 시스템에 적용하는 단계;를 더 포함하는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지구중심 지구고정 좌표계는, 상기 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 지구중심 지구고정 좌표계, 경도 지구중심 지구고정 좌표계 및 고도 지구중심 지구고정 좌표계를 각각 포함하는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 위도 지구중심 지구고정 좌표계는 수학식
    Figure 112022128625349-pat00037
    로 표현되고, 상기 경도 지구중심 지구고정 좌표계는 수학식
    Figure 112022128625349-pat00038
    로 표현되며, 상기 고도 지구중심 지구고정 좌표계는 수학식
    Figure 112022128625349-pat00039
    로 각각 표현되는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 R tr 은 수학식
    Figure 112022128625349-pat00040
    로 표현되고,
    상기 R eq 는 지구 반지름을, 상기 ε은 지구이심률을 각각 나타내는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 상대 위치는 상기 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 상대 위치, 경도 상대 위치 및 고도 상대 위치를 각각 포함하는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 위도 상대 위치는 수학식
    Figure 112022128625349-pat00041
    로 표현되고, 상기 경도 상대 위치는 수학식
    Figure 112022128625349-pat00042
    로 표현되며, 상기 고도 상대 위치는 수학식
    Figure 112022128625349-pat00043
    로 각각 표현되는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 방법.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 동체 좌표계는 상기 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 동체 좌표계, 경도 동체 좌표계 및 고도 동체 좌표계를 각각 포함하는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 김발 지향각은 피치(pitch) 방향 김발 지향각과 요(yaw) 방향 김발 지향각을 포함하는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 방법.
  11. 비행 플랫폼과 표적에 대한 위치 정보를 획득하는 위치 정보 획득부;
    상기 위치 정보를 지구중심 지구고정 좌표계로 변환하는 좌표계 변환부;
    상기 지구중심 지구고정 좌표계를 기초로 상기 비행 플랫폼과 상기 표적 간의 상대 위치를 계산하는 상대 위치 계산부; 및
    상기 상대 위치를 기초로 상기 표적에 대한 김발 지향각을 산출하는 지향각 산출부;를 포함하되,
    상기 좌표계 변환부는, 상기 상대 위치를 기초로 방향 코사인 행렬을 계산하여 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 상기 비행 플랫폼의 동체 좌표계로 변환하고,
    상기 지향각 산출부는, 상기 동체 좌표계를 기초로 상기 표적의 실제 위치를 계산하여 상기 김발 지향각을 산출하며,
    상기 좌표계 변환부는,
    상기 지구중심 지구고정 좌표계에서 항법 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하고,
    상기 항법 좌표계에서 상기 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하며,
    상기 지구중심 지구고정 좌표계에서 상기 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 김발 지향각을 김발 제어 시스템에 적용하는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 지구중심 지구고정 좌표계는, 상기 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 지구중심 지구고정 좌표계, 경도 지구중심 지구고정 좌표계 및 고도 지구중심 지구고정 좌표계를 각각 포함하는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 위도 지구중심 지구고정 좌표계는 수학식
    Figure 112022128625349-pat00044
    로 표현되고, 상기 경도 지구중심 지구고정 좌표계는 수학식
    Figure 112022128625349-pat00045
    로 표현되며, 상기 고도 지구중심 지구고정 좌표계는 수학식
    Figure 112022128625349-pat00046
    로 각각 표현되는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 R tr 은 수학식
    Figure 112022128625349-pat00047
    로 표현되고,
    상기 R eq 는 지구 반지름을, 상기 ε은 지구이심률을 각각 나타내는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 상대 위치는 상기 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 상대 위치, 경도 상대 위치 및 고도 상대 위치를 각각 포함하는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 위도 상대 위치는 수학식
    Figure 112022128625349-pat00048
    로 표현되고, 상기 경도 상대 위치는 수학식
    Figure 112022128625349-pat00049
    로 표현되며, 상기 고도 상대 위치는 수학식
    Figure 112022128625349-pat00050
    로 각각 표현되는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치.
  18. 삭제
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 동체 좌표계는 상기 위치 정보의 위도, 경도 및 고도에 따라 위도 동체 좌표계, 경도 동체 좌표계 및 고도 동체 좌표계를 각각 포함하는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 김발 지향각은 피치 방향 김발 지향각과 요 방향 김발 지향각을 포함하는
    비행 플랫폼의 김발 제어정보 제공 장치.
  21. 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    비행 플랫폼에서 표적을 조준하기 위한 김발 제어 시스템의 김발 제어정보 제공 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 비행 플랫폼과 상기 표적에 대한 위치 정보를 획득하는 단계;
    상기 위치 정보를 지구중심 지구고정 좌표계로 변환하는 단계;
    상기 지구중심 지구고정 좌표계를 기초로 상기 비행 플랫폼과 상기 표적 간의 상대 위치를 계산하는 단계;
    상기 상대 위치를 기초로 방향 코사인 행렬을 계산하여 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 상기 비행 플랫폼의 동체 좌표계로 변환하는 단계; 및
    상기 동체 좌표계를 기초로 상기 표적의 실제 위치를 계산하여 상기 표적에 대한 김발 지향각을 산출하는 단계;를 포함하되,
    상기 동체 좌표계로 변환하는 단계는,
    상기 지구중심 지구고정 좌표계에서 항법 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는 단계;
    상기 항법 좌표계에서 상기 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는 단계; 및
    상기 지구중심 지구고정 좌표계에서 상기 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는 단계;를 포함하는
    컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  22. 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    비행 플랫폼에서 표적을 조준하기 위한 김발 제어 시스템의 김발 제어정보 제공 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 비행 플랫폼과 상기 표적에 대한 위치 정보를 획득하는 단계;
    상기 위치 정보를 지구중심 지구고정 좌표계로 변환하는 단계;
    상기 지구중심 지구고정 좌표계를 기초로 상기 비행 플랫폼과 상기 표적 간의 상대 위치를 계산하는 단계;
    상기 상대 위치를 기초로 방향 코사인 행렬을 계산하여 상기 지구중심 지구고정 좌표계를 상기 비행 플랫폼의 동체 좌표계로 변환하는 단계; 및
    상기 동체 좌표계를 기초로 상기 표적의 실제 위치를 계산하여 상기 표적에 대한 김발 지향각을 산출하는 단계;를 포함하되,
    상기 동체 좌표계로 변환하는 단계는,
    상기 지구중심 지구고정 좌표계에서 항법 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는 단계;
    상기 항법 좌표계에서 상기 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는 단계; 및
    상기 지구중심 지구고정 좌표계에서 상기 동체 좌표계로의 방향 코사인 행렬을 계산하는 단계;를 포함하는
    기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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