KR102547420B1 - 선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법, 장치 및 프로그램, 및 상기 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 - Google Patents

선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법, 장치 및 프로그램, 및 상기 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법은 상기 선배열 센서로부터 소정의 제1 시점에서, 표적과 상기 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제1 원추각을 획득하는 단계; 상기 제1 시점에서 상기 선배열 센서의 자세각, 위치 및 심도를 포함하는 제1 자세 정보를 획득하는 단계; 및 상기 제1 원추각 및 상기 제1 자세 정보에 기초하여, 상기 제1 시점에서 상기 표적의 3차원 위치를 추정하여, 상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법, 장치 및 프로그램, 및 상기 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 {METHOD, DEVICE AND PROGRAM FOR ANALYZING 3D TARGET MANEUVER USING LINE ARRAY SENSOR, AND COMPUTER READABLE STORAGE MEDIUM STORING THE PROGRAM}
본 발명은 선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법, 장치 및 프로그램, 및 상기 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 관한 것이다.
표적기동분석(Target Motion Analysis, TMA)은 함선의 선배열 센서로부터 거리정보가 주어지지 않은 방위각정보를 이용하여 표적의 운동정보(위치, 속도 등)를 추정하는 기술이다.
종래의 표적기동분석 기술은 방위각 표적기동분석(Bearings-only TMA)이 대표적이며, 방위각 표적기동분석은 표적과 선배열 센서(관측자)가 동일 심도에 있다고 가정하여 2차원 평면상의 표적의 운동정보를 계산한다.
종래의 표적기동 분석 기술은 2차원 평면상의 표적의 운동정보를 계산하기 때문에 3차원 기동 표적에 대한 추정이 불가하다. 따라서, 심도에 대한 정보가 존재 하지 않기 때문에 3차원 공간상에서의 함선간 정밀한 교전을 계획하는 데 한계가 있는 문제가 있다.
또한, 종래의 표적기동 분석 기술은 센서의 모델링 오차가 존재하는 문제가 있다. 선배열 센서가 탐지하는 표적의 정보는 3차원의 원추각이며, 원추각을 방위각으로 판단하기 때문에 잠재된 표적의 추정 오차가 더해져 추정성능이 저하될 수 있다.
또한, 종래의 표적기동분석 구조는 가관측성이 없는 조건이더라도 순차적으로 해를 제공하므로, 표적기동분석의 해에 대한 신뢰성을 보장하지 않는다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법, 장치 및 프로그램, 및 상기 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 표적기동분석 방법은 선배열 센서로부터 소정의 제1 시점에서, 표적과 상기 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제1 원추각을 획득하는 단계; 상기 제1 시점에서 상기 선배열 센서의 자세각, 위치 및 심도를 포함하는 제1 자세 정보를 획득하는 단계; 및 상기 제1 원추각 및 상기 제1 자세 정보에 기초하여, 상기 제1 시점에서 상기 표적의 3차원 위치를 추정하여, 상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계를 포함한다.
상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계는, 상기 획득된 제1 원추각에 대응되는 3차원 제1 영역의 표면에 복수의 제1 필터를 생성하는 단계; 상기 생성된 제1 필터에 대하여, 상기 제1 자세 정보를 이용하여, 상기 제1 필터의 위치와 속도를 나타내는 서로 다른 상태 벡터 및 상기 제1 필터가 상기 표적을 탐지할 수 있는 영역인 공분산을 설정하는 단계; 및 상기 제1 필터의 상태 벡터에 기초하여, 상기 제1 시점에서의 상기 표적의 위치인 제1 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 위치를 추정하는 단계는, 상기 제1 필터의 상태 벡터에 대해 가우시안 혼합(Gaussian mixture)으로 상기 제1 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선배열 센서로부터 제1 시점에서 소정의 시간 간격 이후인 제2 시점에서, 상기 표적과 상기 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제2 원추각을 획득하는 단계; 상기 제2 시점에서, 상기 선배열 센서의 제2 자세 정보를 획득하는 단계; 및 상기 제1 위치, 상기 제2 원추각 및 상기 제2 자세 정보에 기초하여, 상기 표적의 기동 및 상기 제1 필터의 상태 벡터를 업데이트 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 필터의 상태 벡터를 업데이트하는 단계는, 상기 제1 위치, 상기 제2 원추각 및 상기 제2 자세 정보를 칼만 필터(Kalman filter)의 입력으로 하여 상기 상태 벡터를 업데이트하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 시점에서, 상기 제1 필터의 공분산은 상기 선배열 센서로부터 멀수록 크기가 커지도록 설정된 것일 수 있다.
상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계는, 상기 제1 필터의 상태 벡터에 기초하여, 상기 제1 필터의 제1 원추각을 연산하는 단계; 상기 제1 필터, 상기 추정된 제1 위치 및 상기 제1 필터의 이노베이션 매트릭스(Innovation matrix)에 기초하여, 상기 제1 필터의 가중치를 연산하는 단계; 상기 연산된 가중치에 기초하여 상기 제1 위치를 업데이트하는 단계; 및 상기 업데이트된 제1 위치에 기초하여 상기 표적의 기동을 추적하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 필터의 가중치를 연산하는 단계는, 상기 가중치를 정규화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법은, 상기 표적의 3차원 위치를 추정하여 상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계 이후에 수행되는, 상기 제1 시점으로부터 소정의 제1 시간 간격 이후인 제2 시점에서 상기 표적의 위치를 추정 또는 획득하는 단계; 상기 제1 시점에서의 표적의 제1 추정 위치 및 상기 제2 시점에서의 표적의 제2 위치 또는 사용자의 입력에 의한 제1 추정 위치 및 제2 추정 위치에 기초하여, 각각 제1 추정 원추각 및 제2 추정 원추각을 연산하는 단계; 및 상기 제1 추정 원추각 및 상기 제2 추정 원추각에 기초하여 가관측성을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가관측성을 판단하는 단계는, 상기 제1 추정 원추각 및 상기 제2 추정 원추각에 기초하여 가관측성 지표를 연산하는 단계; 및 상기 가관측성 지표가 소정의 값 이상인 경우, 상기 표적에 대한 가관측성이 존재한다고 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 장치는 상기 선배열 센서로부터 소정의 제1 시점에서, 표적과 상기 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제1 원추각을 획득하는 제1 감지부; 상기 제1 시점에서 상기 3차원 표적기동분석 장치의 자세각, 위치 및 심도를 포함하는 제1 자세 정보를 획득하는 제2 감지부; 및 상기 제1 원추각 및 상기 제1 자세 정보에 기초하여, 상기 제1 시점에서 상기 표적의 3차원 위치를 추정하여, 상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 획득된 제1 원추각에 대응되는 3차원 제1 영역의 표면에 복수의 제1 필터를 생성하고, 상기 생성된 제1 필터에 대하여, 상기 제1 자세 정보를 이용하여, 상기 제1 필터의 위치와 속도를 나타내는 서로 다른 상태 벡터 및 상기 제1 필터가 상기 표적을 탐지할 수 있는 영역인 공분산을 설정하며, 상기 제1 필터의 상태 벡터에 기초하여, 상기 제1 시점에서의 상기 표적의 위치인 제1 위치를 추정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 필터의 상태 벡터에 대해 가우시안 혼합(Gaussian mixture)으로 상기 제1 위치를 추정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램은 선배열 센서로부터 소정의 제1 시점에서, 표적과 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 탑재된 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제1 원추각을 획득하는 단계; 상기 제1 시점에서 상기 선배열 센서의 자세각, 위치 및 심도를 포함하는 제1 자세 정보를 획득하는 단계; 및 상기 제1 원추각 및 상기 제1 자세 정보에 기초하여, 상기 제1 시점에서 상기 표적의 3차원 위치를 추정하여, 상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체는 선배열 센서로부터 소정의 제1 시점에서, 표적과 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 탑재된 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제1 원추각을 획득하는 단계; 상기 제1 시점에서 상기 선배열 센서의 자세각, 위치 및 심도를 포함하는 제1 자세 정보를 획득하는 단계; 및 상기 제1 원추각 및 상기 제1 자세 정보에 기초하여, 상기 제1 시점에서 상기 표적의 3차원 위치를 추정하여, 상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 표적기동분석 방법은 복수의 필터를 생성하여 표적의 기동을 3차원으로 분석하여 추적할 수 있기 때문에, 사용자는 보다 정확한 표적의 위치를 파악할 수 있다. 또한, 3차원으로 표적의 기동을 분석하면서 표적에 대해 가관측성을 제공하여 사용자에게 표적에 대한 가관측성에 따른 함선의 운용을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 표적기동분석 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2는 3차원 표적기동분석 장치와 표적 사이의 원추각을 3차원으로 나타낸다.
도 3은 초기에 탐지된 원추각에 대하여 생성된 필터의 위치를 나타낸다.
도 4는 3차원 표적기동분석 방법으로 분석된 표적의 가관측성 여부를 표시한 것을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표적기동분석 장치를 하드웨어 측면에서 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 표적기동분석 방법의 순서도이다.
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 서로 다른 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 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 표적기동분석 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 3차원 표적기동분석 장치(100)는 감지부(110), 표적기동 분석부(120), 가관측성 판단부(130), 필터 생성부(140) 및 추적결과 표시부(150)를 포함할 수 있다. 다만, 3차원 표적기동분석 장치(100)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니며 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 3차원 표적기동분석 장치(100)는 감지부(110), 표적기동 분석부(120) 및 필터 생성부(140)만을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 3차원 표적기동분석 장치(100)는 시간에 따라 감지된 표적의 위치를 추적하여 표적의 기동 정보인 트랙을 생성하고, 트랙에 의해 측정정보가 누적되어 업데이트된 트랙을 이용하여 표적의 3차원 기동 분석을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 3차원 표적기동분석 장치(100)는 시간에 따라 감지된 표적의 위치를 탐지하는 복수의 필터의 상태 정보를 이용하여 표적에 대한 가관측성 여부를 제공할 수 있다.
감지부(110)는 함선의 자세각, 위치 및 심도를 포함하는 자세 정보를 감지할 수 있다. 또한, 감지부(110)는 표적과 감지부 사이의 원추각을 감지할 수 있다.
여기서, 감지부(110)는 선배열 센서(line array sensor)일 수 있다. 예를 들어, 감지부(110)는 예인 음탐기(TAS, Towed Array Sonar) 또는 선측 배열 소나(FAS, Flack Array Sonar)일 수 있다.
예인 음탐기는 적 잠수함을 조기에 탐지, 식별 및 추적할 수 있는 저주파 수동 음탐 체계를 의미한다. 또한 예인 음탐기는 저소음화되는 잠수함의 장거리 탐지를 위한 정밀 신호 처리 기술, 개별 신호의 분리 추적 및 표적 기동 분석(TMA) 등 고도의 정보 처리 기술이 적용될 수 있다.
선측 배열 소나는 잠수함의 좌우현에 2개의 긴 수동 어레이를 장착하여 저주파대의 음향을 탐지하는 소나 체계가 적용될 수 있다.
도 2는 3차원 표적기동분석 장치와 표적 사이의 원추각을 3차원으로 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 감지부(110)가 감지하는 영역의 3차원 좌표계는 3차원 표적기동분석 장치(100)의 중심을 원점(O)으로 하여 x,y,z 축으로 구성될 수 있다. 여기서 x축은 함선의 진행방향을 의미하고, z축은 심도를 의미할 수 있다.
도 1의 감지부(110)에 의해 표적(200)이 감지되는 경우, 표적(200)은 도 1의 감지부(110)를 꼭지점으로 하는 원뿔의 표면에 위치하게 된다. 이 경우, 감지부(110)와 표적(200)사이의 원추각(10)은 원점(O)과 표적(200)을 이은 직선과 표적(200)과 원의 중심(S)을 이은 직선이 이루는 각을 의미할 수 있다.
따라서, 감지부(110)가 표적(200)에 대한 원추각(10)을 획득한 경우, 표적(200)은 감지부(110)를 원뿔의 꼭지점으로 하는 원뿔의 표면에 위치한다고 판단될 수 있다.
따라서, 후술할 도 1의 표적기동 분석부(120)는 감지부(110)가 획득한 원추각(10)을 기초로, 후술할 필터 생성부(140)가 각 시각마다 원추각(10)을 만족하는 원뿔의 표면에 생성한 필터를 기초로 각 시각마다 표적(200)의 위치를 추정할 수 있다. 또한, 표적기동 분석부(120)는 각 시각마다 표적(200)의 위치를 추적하여 표적의 기동을 분석할 수 있다. 표적기동 분석부(120)가 표적(200)의 위치를 추정하는 방법 및 표적의 기동을 추적하는 자세한 방법은 후술한다.
가관측성 판단부(130)는 각 시점에서 추정된 표적(200)의 위치를 기초로 상태 벡터(x)를 생성하고, 생성된 상태 벡터를 이용하여 표적(200)의 가관측성을 판단할 수 있다.
여기서 상태 벡터(x)는 하기의 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112022063962431-pat00001
여기서, px, py, pz는 각각 표적(200)의 추정된 위치와 감지부(110)의 위치 사이의 상대 위치에 따른 x,y,z 좌표를 의미하고, vx vy vz는 각각 표적(200)과 감지부(110) 사이의 x,y,z 축에 대한 상대 속도를 의미한다. 따라서, 상태 벡터(x)는 표적(200)과 감지부(110) 사이의 상대 위치 및 상대 속도 정보를 포함할 수 있다.
이 경우, 표적의 상태 벡터(x)와 원추각(10) h(x) 사이의 관계식은 하기의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112022063962431-pat00002
여기서, B는 표적(200)과 감지부(110) 사이의 상대적인 위치관계를 감지부의 3차원좌표에 나타낸 경우를 의미한다.
가관측성 판단부(130)는 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 피셔 정보 행렬(FIM, Fisher Information Matrix)를 하기의 수학식 3과 같이 연산할 수 있다.
Figure 112022063962431-pat00003
여기서, i는 표적기동 분석부(120)가 표적(200)의 위치를 추정한 시각을 의미하고,
Figure 112022063962431-pat00004
는 감지부(110)의 잡음 크기를 의미하며, x0는 초기 상태벡터를 의미한다. 또한, 피셔 정보 행렬(FIM)은 시간 0부터 k 사이에서 상태벡터 별 정보량을 의미하며,
Figure 112022063962431-pat00005
는 시각 i에서 원추각의 시점 0에서의 상태벡터에 대한 자코비안 행렬(Jacobian matrix)를 의미한다.
상태 벡터(xi)가 표적(200)과 감지부(110) 사이의 상대 위치 및 상대 속도 정보를 나타내기 때문에,
Figure 112022063962431-pat00006
는 표적(200)과 감지부(110)의 상대 위치 및 상대 속도에 대한 편미분을 나타낼 수 있다. 이때, 표적(200)의 위치, 속도는 표적기동 분석부(120)에서 추정한 표적(200)의 위치, 속도일 수 있고, 또는 사용자가 입력한 표적(200)의 위치, 속도일 수도 있다. 따라서, 표적(200)과 감지부(110)의 상대 위치 및 상대 속도는 감지부(110)에서 감지한 자세 정보 및 추정되거나 입력된 표적(200)의 위치, 속도에 의해 결정될 수 있다.
여기서, 피셔 정보 행렬은 표적(200)의 위치를 추정할 수 없는 경우 0의 값을 갖기 때문에 이러한 성질을 이용하여 가관측성 판단부(130)는 표적(200)에 대한 가관측성 여부를 판단할 수 있다.
가관측성 판단부(130)는 연산된 피셔 정보 행렬의 행렬식(determinant) 값을 가관측성 지표(J)로 정의하여 표적(200)에 대한 가관측성 여부를 판단할 수 있다.
보다 자세하게 가관측성 판단부(130)는 가관측성 지표 J가 소정의 값
Figure 112022063962431-pat00007
이상인 경우, 표적(200)에 대한 가관측성이 존재 한다고 판단할 수 있다. 즉, 감지부(110)의 변침 이후, 가관측성 지표 J가
Figure 112022063962431-pat00008
보다 커지게되는 경우 가관측성 판단부(130)는 3차원 표적기동분석 장치(100)의 가관측성이 존재한다고 판단할 수 있다.
반대로, 가관측성 판단부(130)는 가관측성 지표 J가 소정의 값
Figure 112022063962431-pat00009
보다 작은 경우, 3차원 표적기동분석 장치(100)의 가관측성이 결여되었다고 판단할 수 있다.
이상에서는 가관측성 판단부(130)가 3차원 표적기동 분석 장치(100)의 가관측성 여부를 판단하는 방법에 대해 설명하였다. 이하에서는 3차원 표적기동 분석 장치(100)가 표적(200)의 위치를 추적하고, 표적의 기동을 분석하는 방법에 대해 설명한다.
다시 도 1을 참조하면, 필터 생성부(140)는 소정의 시점에서 감지부(110)가 획득한 원추각에 대응되는 영역의 표면에 복수의 필터를 균일간격으로 생성할 수 있다. 여기서, 원추각에 대응되는 영역은 감지부(110)를 꼭지점으로 하는 원뿔 형태의 영역이 된다. 또한, 필터 생성부(140)는 표적의 위치를 판단하기 위한 필터를 상기 영역의 표면에 균일하게 생성할 수 있다.
도 3(a)는 초기에 탐지된 원추각을 이용하여 생성된 필터의 위치를 XZ좌표계에서 나타낸 것이고, 도 3(b)는 초기에 탐지된 원추각을 이용하여 생성된 필터의 위치를 3차원 좌표계에서 나타낸 것이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 필터 생성부(140)는 상기 원추각에 대응되는 영역의 표면에 y축방향으로 일정 간격마다 동심원을 생성하고, 생성된 동심원 위에 원점(O)으로부터 등각으로 복수의 필터(101,102)를 생성한다. 또한, 필터 생성부(140)는 각각의 필터에 대해 필터의 위치와 속도를 나타내는 서로 다른 상태 벡터 및 필터가 상기 타겟을 탐지할 수 있는 영역인 공분산을 설정할 수 있다. 여기서, 필터의 위치는 X,Y,Z의 3차원 좌표계에서 설정될 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 필터 생성부(140)가 생성한 복수의 필터에 대해, 필터가 상기 타겟을 탐지할 수 있는 영역인 공분산의 크기는 3차원 표적기동분석 장치(100)가 위치하는 원점으로부터 멀어질수록 더 큰 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 3차원 표적기동분석 장치(100)으로부터 거리가 가까운 제1 필터(102)의 공분산 크기(타원 영역)은 거리가 먼 제2 필터(101)의 공분산의 크기(타원 영역)보다 작게 설정될 수 있다. 이는 감지부(110)의 측정잡음에 의해 표적에 대한 위치의 불확실성이 3차원 표적기동분석 장치(100)로부터 멀어질수록 증가하기 때문이다.
표적기동 분석부(120)는 시간에 따른 3차원 기동 분석의 결과로서 궤적에 해당하는 트랙을 생성할 수 있다. 여기서, 표적기동 분석부(120)가 생성한 트랙은 각 시각에 따라 표적의 위치를 추적한 궤적을 의미한다. 따라서, 처음 감지부(110)가 원추각을 획득한 시점에서 트랙은 생성되지 않으므로, 표적기동 분석부(120)는 이후 트랙초기화 과정을 거쳐 트랙을 생성한다.
표적기동 분석부(120)는 복수의 필터를 뱅크 형태로 구성하고, 복수의 필터의 상태 벡터에 대해 순차추정기법을 이용하여 표적의 위치를 추적할 수 있다. 표적기동 분석부(120)는 각 시각에 대하여 상기 상태 벡터의 가우시안 혼합(Gaussian mixture)으로 추정 대푯값을 산출하고, 표적의 위치를 추정할 수 있다.
표적기동 분석부(120)는 소정의 제1 시점에 생성된 제1 필터의 상태 벡터에 기초하여, 제1 필터 각각의 제1 원추각을 수학식 2에 따라 연산할 수 있다. 이어서, 표적기동 분석부(120)는 상기 제1 필터, 제1 시점에 추정된 제1 위치 및 상기 제1 필터의 이노베이션 매트릭스(Innovation matrix)에 기초하여, 상기 제1 필터의 가중치를 연산하고, 상기 연산된 가중치에 기초하여 상기 제1 위치를 업데이트할 수 있다. 또한, 표적기동 분석부(120)는 상기 업데이트된 제1 위치 및 제2 시점에서 추정된 표적의 제2 위치에 기초하여 표적의 기동을 추적할 수 있다. 따라서, 표적기동 분석부(120)는 표적의 속도 또한 연산, 추정 또는 추적할 수 있다.
여기서, 표적기동 분석부(120)가 제1 필터의 가중치를 연산한 이후, 각 가중치를 정규화하여 표적의 기동을 추적할 수 있다.
표적기동 분석부(120)의 f번째 필터의 가중치(
Figure 112022063962431-pat00010
)는 현재 추정된 표적의 위치와의 우도(likelihood)를 이용하여 하기의 수학식 4와 같이 연산될 수 있다.
Figure 112022063962431-pat00011
Figure 112022063962431-pat00012
여기서, N(m,
Figure 112022063962431-pat00013
)은 평균 m, 표준편차
Figure 112022063962431-pat00014
를 갖는 가우시안 확률 분포를 의미하고, zk는 k시점에서 추정된 표적의 위치를 의미한다. 또한,
Figure 112022063962431-pat00015
는 f번째 필터의 이노베이션 매트릭스(Innovation matrix)를 의미한다.
추적결과 표시부(150)는 표적기동 분석부(120) 및 가관측성 판단부(130)에서 분석 및 판단된 표적의 기동 결과를 사용자에게 종합적으로 디스플레이할 수 있다. 추적결과 표시부(150)가 디스플레이하는 표적의 기동 결과에는 표적에 대한 가관측성 여부, 표적의 3차원 기동 분석 결과 등을 포함할 수 있다.
도 4는 3차원 표적기동분석 방법으로 분석된 표적의 가관측성 여부를 표시한 것을 나타낸다.
도 4의 (a)를 참조하면, 추적결과 표시부(150)는 표적의 추적결과를 표시하고, 이와 함께 가관측성 판단부(130)의 표적에 대한 가관측성 판단 결과에 기초하여, 가관측성이 결여되어 있다는 메시지를 표시할 수 있다.
상기 메시지가 표시된 경우, 사용자는 표적 기동 추적에 대해 가관측성이 없으므로 함선의 이동방향을 조정하여 표적 기동 추적 결과를 수정할 수 있다.
또한, 도 4의 (b)를 참조하면, 추적결과 표시부(150)는 표적의 추적 결과를 표시하고, 이와 함께 가관측성 판단부(130)의 표적에 대한 가관측성 판단 결과에 기초하여, 가관측성이 존재한다는 메시지를 표시할 수 있다.
상기 메시지가 표시된 경우, 사용자는 표적의 기동 추적에 대해 가관측성이 있으므로 표적의 기동 분석 결과를 기초로 보다 정확하게 교전 계획을 세울 수 있는 효과가 있다.
또한, 표적의 기동에 대한 가관측성이 있다고 판단한 경우라도, 3차원 표적의 기동 분석 결과가 발산한다고 판단되는 경우, 발산 결과를 함께 표시할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표적기동분석 장치를 하드웨어 측면에서 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 3차원 표적기동분석 장치(100)는 적어도 하나의 명령을 저장하는 저장장치(151) 및 상기 저장장치(151)의 적어도 하나의 명령을 실행하는 프로세서(152), 송수신 장치(153), 센서(154), 입력 인터페이스 장치(155) 및 출력 인터페이스 장치(156)를 포함할 수 있다.
3차원 표적기동분석 장치(100)에 포함된 각각의 구성 요소들(151, 152, 153, 154, 155, 156)은 데이터 버스(bus, 157)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
저장장치(151)는 메모리 또는 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저장장치(151)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
저장장치(151)는 후술될 프로세서(152)에 의해 실행될 적어도 하나의 명령을 더 포함할 수 있고, 입력 인터페이스 장치(155)에서 사용자로부터 입력된 가관측성 지표의 문턱 값, 시간 간격 등을 저장할 수 있다.
프로세서(152)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), MCU(micro controller unit) 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.
도 1을 더 참조하면, 프로세서(152)는 앞서 설명한 바와 같이, 저장장치(151)에 저장된 적어도 하나의 프로그램 명령에 의해 표적기동 분석부(120), 가관측성 판단부(130) 및 필터 생성부(140)의 기능을 수행할 수 있으며, 이들 각각은 적어도 하나의 모듈의 형태로 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
송수신 장치(153)는 내부 장치 또는 통신으로 연결된 외부 장치로부터 데이터를 수신하거나 송신할 수 있다.
센서(154)는 3차원 표적기동분석 장치(100)의 자세각, 위치 및 심도를 포함하는 자세 정보와 표적과 3차원 표적기동분석 장치(100) 사이의 원추각을 센싱할 수 있고, 도 1의 감지부(110)의 기능을 수행할 수 있다.
입력 인터페이스 장치(155)는 사용자로부터 입력된 가관측성 지표의 문턱 값, 시간 간격 값 등을 입력받을 수 있다.
출력 인터페이스 장치(156)는 프로세서(152)의 동작에 의해 3차원 표적의 기동, 가관측성 여부 등을 포함하는 적어도 하나의 정보를 출력하여 가시화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 표적기동분석 방법의 순서도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 먼저, 센서(154)는 선배열 센서로부터 소정의 제1 시점에서, 표적과 상기 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제1 원추각을 획득할 수 있다(S100).
이어서, 센서(154)는 상기 제1 시점으로부터 제1 시간 간격 이후인 제2 시점에서, 상기 선배열 센서로부터 표적과 상기 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제2 원추각을 획득할 수 있다(S200).
프로세서(152)는 상기 획득된 제1 원추각 및 제2 원추각에 기초하여, 상기 표적의 가관측성 및 상기 표적의 3차원 기동 추적 중 적어도 하나를 포함하는 상기 표적의 기동을 분석할 수 있다(S300).
마지막으로, 출력 인터페이스 장치(156)는 상기 표적의 기동을 분석한 결과를 디스플레이할 수 있다(S400).
본 발명에 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 인코딩 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방법으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 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 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 3차원 표적기동분석 장치
200 : 표적

Claims (15)

  1. 3차원 표적기동분석 장치에 의해 수행되는 3차원 표적기동분석 방법에 있어서,
    선배열 센서로부터 소정의 제1 시점에서, 표적과 상기 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제1 원추각을 획득하는 단계;
    상기 제1 시점에서 상기 3차원 표적기동분석 장치의 자세각, 위치 및 심도를 포함하는 제1 자세 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 원추각 및 상기 제1 자세 정보에 기초하여, 상기 제1 시점에서 상기 표적의 3차원 위치를 추정하여, 상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계를 포함하고,
    상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계는,
    상기 획득된 제1 원추각에 대응되는 3차원 제1 영역의 표면에 복수의 제1 필터를 생성하는 단계;
    상기 생성된 제1 필터에 대하여, 상기 제1 자세 정보를 이용하여, 상기 제1 필터의 위치와 속도를 나타내는 서로 다른 상태 벡터를 설정하는 단계; 및
    상기 제1 필터의 상태 벡터에 기초하여, 상기 제1 시점에서의 상기 표적의 위치인 제1 위치를 추정하는 단계를 포함하는
    선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 위치를 추정하는 단계는,
    상기 제1 필터의 상태 벡터에 대해 가우시안 혼합(Gaussian mixture)으로 상기 제1 위치를 추정하는 단계를 포함하는,
    선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 선배열 센서로부터 제1 시점에서 소정의 시간 간격 이후인 제2 시점에서, 상기 표적과 상기 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제2 원추각을 획득하는 단계;
    상기 제2 시점에서, 상기 3차원 표적기동분석 장치의 제2 자세 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 위치, 상기 제2 원추각 및 상기 제2 자세 정보에 기초하여, 상기 표적의 기동 및 상기 제1 필터의 상태 벡터를 업데이트 하는 단계를 더 포함하는
    선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 필터의 상태 벡터를 업데이트하는 단계는,
    상기 제1 위치, 상기 제2 원추각 및 상기 제2 자세 정보를 칼만 필터(Kalman filter)의 입력으로 하여, 상기 상태 벡터를 업데이트하는 단계를 포함하는
    선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 서로 다른 상태 벡터를 설정하는 단계는,
    상기 생성된 제1 필터에 대하여, 상기 제1 자세 정보를 이용하여, 상기 제1 필터가 상기 표적을 탐지할 수 있는 영역인 공분산을 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 시점에서, 상기 제1 필터의 공분산은 상기 선배열 센서로부터 멀수록 크기가 커지도록 설정된 것인,
    선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계는,
    상기 제1 필터의 상태 벡터에 기초하여, 상기 제1 필터의 제1 원추각을 연산하는 단계;
    상기 제1 필터, 상기 추정된 제1 위치 및 상기 제1 필터의 이노베이션 매트릭스(Innovation matrix)에 기초하여, 상기 제1 필터의 가중치를 연산하는 단계;
    상기 연산된 가중치에 기초하여 상기 제1 위치를 업데이트하는 단계; 및
    상기 업데이트된 제1 위치에 기초하여 상기 표적의 기동을 추적하는 단계를 더 포함하는
    선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 필터의 가중치를 연산하는 단계는,
    상기 가중치를 정규화하는 단계를 더 포함하는,
    선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법.
  9. 3차원 표적기동분석 장치에 의해 수행되는 3차원 표적기동분석 방법에 있어서,
    선배열 센서로부터 소정의 제1 시점에서, 표적과 상기 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제1 원추각을 획득하는 단계;
    상기 제1 시점에서 상기 3차원 표적기동분석 장치의 자세각, 위치 및 심도를 포함하는 제1 자세 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 원추각 및 상기 제1 자세 정보에 기초하여, 상기 제1 시점에서 상기 표적의 3차원 위치를 추정하여, 상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계를 포함하고,
    상기 표적의 3차원 위치를 추정하여 상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계 이후에 수행되는, 상기 제1 시점으로부터 소정의 제1 시간 간격 이후인 제2 시점에서 상기 표적의 위치를 추정하는 단계;
    상기 제1 시점에서의 표적의 제1 추정 위치 및 상기 제2 시점에서의 표적의 제2 위치 또는 사용자의 입력에 의한 제1 추정 위치 및 제2 추정 위치에 기초하여, 각각 제1 추정 원추각 및 제2 추정 원추각을 연산하는 단계; 및
    상기 제1 추정 원추각 및 상기 제2 추정 원추각에 기초하여 가관측성을 판단하는 단계를 더 포함하는
    선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가관측성을 판단하는 단계는
    상기 제1 추정 원추각 및 상기 제2 추정 원추각에 기초하여 가관측성 지표를 연산하는 단계; 및
    상기 가관측성 지표가 소정의 값 이상인 경우, 상기 표적에 대한 가관측성이 존재한다고 판단하는 단계를 포함하는,
    선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 방법.
  11. 선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 장치에 있어서,
    상기 선배열 센서로부터 소정의 제1 시점에서, 표적과 상기 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제1 원추각을 획득하는 제1 감지부;
    상기 제1 시점에서 상기 3차원 표적기동분석 장치의 자세각, 위치 및 심도를 포함하는 제1 자세 정보를 획득하는 제2 감지부; 및
    상기 제1 원추각 및 상기 제1 자세 정보에 기초하여, 상기 제1 시점에서 상기 표적의 3차원 위치를 추정하여, 상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 획득된 제1 원추각에 대응되는 3차원 제1 영역의 표면에 복수의 제1 필터를 생성하고, 상기 생성된 제1 필터에 대하여, 상기 제1 자세 정보를 이용하여, 상기 제1 필터의 위치와 속도를 나타내는 서로 다른 상태 벡터를 설정하고, 상기 제1 필터의 상태 벡터에 기초하여, 상기 제1 시점에서의 상기 표적의 위치인 제1 위치를 추정하는
    선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 장치.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 필터의 상태 벡터에 대해 가우시안 혼합(Gaussian mixture)으로 상기 제1 위치를 추정하는,
    선배열 센서를 이용한 3차원 표적기동분석 장치.
  14. 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서,
    선배열 센서로부터 소정의 제1 시점에서, 표적과 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 탑재된 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제1 원추각을 획득하는 단계;
    상기 제1 시점에서 상기 선배열 센서의 자세각, 위치 및 심도를 포함하는 제1 자세 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 원추각 및 상기 제1 자세 정보에 기초하여, 상기 제1 시점에서 상기 표적의 3차원 위치를 추정하여, 상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계를 포함하고,
    상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계는,
    상기 획득된 제1 원추각에 대응되는 3차원 제1 영역의 표면에 복수의 제1 필터를 생성하는 단계;
    상기 생성된 제1 필터에 대하여, 상기 제1 자세 정보를 이용하여, 상기 제1 필터의 위치와 속도를 나타내는 서로 다른 상태 벡터를 설정하는 단계; 및
    상기 제1 필터의 상태 벡터에 기초하여, 상기 제1 시점에서의 상기 표적의 위치인 제1 위치를 추정하는 단계를 포함하는
    컴퓨터 프로그램.
  15. 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
    선배열 센서로부터 소정의 제1 시점에서, 표적과 상기 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 탑재된 3차원 표적기동분석 장치 사이의 제1 원추각을 획득하는 단계;
    상기 제1 시점에서 상기 선배열 센서의 자세각, 위치 및 심도를 포함하는 제1 자세 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 원추각 및 상기 제1 자세 정보에 기초하여, 상기 제1 시점에서 상기 표적의 3차원 위치를 추정하여, 상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계를 포함하고,
    상기 표적의 3차원 기동을 분석하는 단계는,
    상기 획득된 제1 원추각에 대응되는 3차원 제1 영역의 표면에 복수의 제1 필터를 생성하는 단계;
    상기 생성된 제1 필터에 대하여, 상기 제1 자세 정보를 이용하여, 상기 제1 필터의 위치와 속도를 나타내는 서로 다른 상태 벡터를 설정하는 단계; 및
    상기 제1 필터의 상태 벡터에 기초하여, 상기 제1 시점에서의 상기 표적의 위치인 제1 위치를 추정하는 단계를 포함하는
    컴퓨터 판독 가능 기록매체.
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