KR102567619B1 - 탄착 오차 확인 방법 - Google Patents

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KR102567619B1
KR102567619B1 KR1020220140474A KR20220140474A KR102567619B1 KR 102567619 B1 KR102567619 B1 KR 102567619B1 KR 1020220140474 A KR1020220140474 A KR 1020220140474A KR 20220140474 A KR20220140474 A KR 20220140474A KR 102567619 B1 KR102567619 B1 KR 102567619B1
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Abstract

본 발명은 탄착 오차 확인 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 함포에서 표적을 향해 발사된 포탄의 탄착 오차를 확인하기 위한 탄착 오차 확인 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 탄착 오차 확인 방법은, 함포에서 표적을 향해 발사된 포탄의 탄착 오차를 확인하기 위한 탄착 오차 확인 방법으로서, 표적의 상부에서 포탄의 탄착 위치를 촬영하는 과정; 촬영된 영상을 분석하여 표적의 위치와 탄착 위치 간의 탄착 오차 정보를 산출하는 과정; 및 산출된 탄착 오차 정보를 상기 함포가 설치된 함정으로 송신하는 과정;을 포함한다.

Description

탄착 오차 확인 방법{METHOD FOR CHECKING IMPACT ERROR}
본 발명은 탄착 오차 확인 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 함포에서 표적을 향해 발사된 포탄의 탄착 오차를 확인하기 위한 탄착 오차 확인 방법에 관한 것이다.
위협을 가하는 표적에 대한 방어 방법으로는, 소극적으로 표적을 회피하는 유도 교란(Soft-Kill) 방법과, 적극적으로 표적을 탐지 및 추적하여 표적을 격추하는 대응 파괴(Hard-Kill) 방법이 있다.
함정에는 위협을 가하는 표적에 적극적으로 대응하기 위한 근접 방어 무기 체계로 함포가 탑재된다. 전투 상황에서 함포로부터 발사되는 포탄의 명중률은 전투 결과를 좌우하므로, 비전투 상황에서는 표적의 위치와 탄착 위치 간의 탄착 오차를 최소화하여 함포의 명중률을 향상시키기 위한 사격 훈련을 수행한다.
종래에는, 함포 사격을 수행하는 함정에서 포탄의 낙하 지점에서 발생하는 물기둥을 레이다에 의해 탐지하거나, 쌍안경을 통하여 육안으로 관측하여 탄착 오차를 확인하였다. 즉, 함포 사격을 수행하는 함정은 표적 주변에 떨어지는 포탄에 의한 물기둥을 관측하여 탄착 오차를 수정하는데, 포탄의 종류에 따라 물기둥이 작게 형성되면 탄착점의 탐지가 어렵고, 레이다의 분해 성능이 좋지 않은 경우나 기상 상태에 따라 탄착점 분석시 오차가 크게 발생한다. 특히, 쌍안경에 의한 육안 관측시에는 표적으로부터 좌우 방향의 탄착 오차만을 확인할 수 있을 뿐, 표적으로부터 전후 방향의 탄착 오차는 확인하기 어렵다. 이에, 함포 사격을 수행하는 함정과 별도의 함정을 표적의 주변에 배치하여 표적으로부터 전후 방향의 탄착 오차를 육안으로 확인하고 있으나, 이 경우 탄착 오차를 확인하기 위하여 많은 장비와 인원이 요구되는 문제점이 있었다.
KR 10-2361818 B1
본 발명은 무인 이동체, 즉 드론을 활용하고 인공지능 분석을 통해 포탄의 탄착 오차를 정확하게 확인할 수 있는 탄착 오차 확인 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 탄착 오차 확인 방법은, 함포에서 표적을 향해 발사된 포탄의 탄착 오차를 확인하기 위한 탄착 오차 확인 방법으로서, 표적의 상부에서 포탄의 탄착 위치를 촬영하는 과정; 촬영된 영상을 분석하여 표적의 위치와 탄착 위치 간의 탄착 오차 정보를 산출하는 과정; 및 산출된 탄착 오차 정보를 상기 함포가 설치된 함정으로 송신하는 과정;을 포함한다.
상기 탄착 위치를 촬영하는 과정은, 탄착 위치를 촬영하기 위한 촬영부를 상기 표적의 상부에 위치시키는 과정; 및 표적의 상부에서 포탄이 탄착되는 해수면을 촬영하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 표적의 상부에 위치시키는 과정은, 상기 촬영부가 설치된 본체부를 상기 표적의 상부로 비행시킬 수 있다.
상기 탄착 오차 정보를 산출하는 과정은, 기준 좌표계를 생성하는 과정; 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑하는 과정; 기준 좌표계 상의 표적의 위치 좌표와 탄착 위치 좌표를 산출하는 과정; 및 산출된 표적의 위치 좌표와 탄착 위치 좌표의 차이 값을 산출하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 기준 좌표계를 생성하는 과정은, 촬영 위치에 따라 변화하는 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성할 수 있다.
상기 기준 좌표계를 생성하는 과정은, 촬영 고도가 높아질수록 감소된 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성할 수 있다.
상기 기준 좌표계를 생성하는 과정은, 촬영 위치가 표적의 연직 상부 위치로부터 벗어나는 방향을 따라 증가된 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성할 수 있다.
상기 기준 좌표계에 매핑하는 과정은, 표적이 상기 기준 좌표계의 중심에 위치하도록 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑할 수 있다.
상기 함정의 위치 정보를 수신하는 과정;을 더 포함하고, 상기 탄착 오차 정보를 산출하는 과정은, 상기 함정의 위치 정보 및 산출된 표적의 위치 좌표와 탄착 위치 좌표의 차이 값으로부터 상기 함정에 마련된 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보를 산출하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
상기 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보를 산출하는 과정은, 상기 함정의 위치를 기준으로 상기 표적의 위치와 탄착 위치 사이의 거리 오차 정보를 산출하는 과정; 및 상기 함정의 위치를 기준으로 상기 표적의 위치와 탄착 위치 사이의 방위각 오차 정보를 산출하는 과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 표적의 상부에서 포탄의 탄착 위치를 촬영하고, 인공지능 분석을 통해 해상 클러터를 제거하여, 레이다의 분해 성능 및 해상 기상 상태로 인한 탄착점 탐지 한계를 극복하고, 탄착 오차를 신속하고 정확하게 확인할 수 있다. 또한, 탄착 오차의 확인 및 수정에 소요되는 장비와 인원을 최소화할 수 있으며, 탄착 오차의 확인 및 수정을 실시간으로 수행하여 명중률을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 함포 사격 훈련 체계를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 탄착 오차 확인 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 표적의 상부에서 포탄의 탄착 위치를 촬영한 경우 생성되는 기준 좌표계를 나타내는 도면.
도 4는 촬영 고도가 낮아지는 경우 생성되는 기준 좌표계를 나타내는 도면.
도 5는 표적의 상부로부터 벗어난 위치에서 포탄의 탄착 위치를 촬영한 경우 생성되는 기준 좌표계를 나타내는 도면.
도 6은 탄착 오차 정보를 함정의 전투 체계 좌표계에 표시한 모습을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 탄착 오차 확인 방법을 개략적으로 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 함포 사격 훈련 체계를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 탄착 오차 확인 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 함포 사격 훈련 체계는, 함포를 통해 표적(T)을 향해 포탄을 발사하기 위한 함정(10) 및 상기 함포에서 표적(T)을 향해 발사된 포탄의 탄착 오차를 확인하기 위한 탄착 오차 확인 장치(100)를 포함한다.
함정(10)은 표적(T)을 향해 포탄을 발사할 수 있다. 함정(10)은 전투 상황에서 함정(10)에 설치된 함포를 이용하여 적군 함정에 포탄과 같은 발사체를 발사할 수 있으며, 비전투 상황에서는 적군 함정에 대한 명중률을 향상시키기 위하여 정해진 위치에 설치된 표적(T)을 향하여 포탄을 발사하여 사격 훈련을 수행한다. 이와 같은 사격 훈련에서는 함정에 탑재된 함포를 통하여 시험탄 등과 같은 포탄을 발사할 수 있다.
종래에는, 함포 사격을 수행하는 함정(10)에서 포탄의 낙하 지점, 즉 탄착 위치(P)에서 발생하는 물기둥을 관측하여 표적(T)의 위치와 포탄의 낙하 위치와의 차이인 탄착 오차를 확인하였다. 그러나, 함포 사격을 수행하는 함정(10)은, 상기 함정(10)을 기준으로 표적(T)으로부터 주변에 떨어지는 포탄에 의한 물기둥을 관측하여 탄착 오차를 수정하는데, 포탄의 종류에 따라 물기둥이 작게 형성되면 탄착점의 탐지가 어렵고, 레이다의 분해 성능이 좋지 않은 경우나 기상 상태에 따라 탄착점 분석시 오차가 크게 발생한다. 특히, 쌍안경에 의한 육안 관측시에는 좌우 방향의 탄착 오차만을 확인할 수 있을 뿐, 상기 함정(10)을 기준으로 표적(T)으로부터 전후 방향의 탄착 오차는 확인하기 어렵다. 이에, 탄착 오차를 확인하기 위하여 함포 사격을 수행하는 함정(10)과 별도의 함정(미도시)을 표적(T)의 주변에 배치하여, 함포 사격을 수행하는 함정(10)을 기준으로 표적(T)으로부터 전후 방향의 탄착 오차를 육안으로 확인하는 방법을 사용하였으나, 이 경우 탄착 오차를 확인하기 위하여 많은 장비와 인원이 요구되는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명의 실시 예에서는 함포 사격을 수행하는 함정(10)과 별도의 함정을 배치하지 않고서도 탄착 오차를 용이하게 확인할 수 있는 탄착 오차 확인 장치 및 탄착 오차 확인 방법을 제공하고, 포탄의 종류에 따라 물기둥이 작게 형성되거나 레이다의 분해 성능이 좋지 않고 해상 기상 상태에 따라 탄착점 분석이 어려운 한계를 극복할 수 있으며, 탄착 오차의 확인 및 수정에 소요되는 장비와 인원을 최소화할 수 있다. 또한, 탄착 오차의 확인 및 수정을 실시간으로 수행하여 명중률을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 탄착 오차 확인 장치(100)는, 함포에서 표적을 향해 발사된 포탄의 탄착 오차를 확인하기 위한 탄착 오차 확인 장치로서, 표적(T)을 향해 비행할 수 있는 본체부(110), 표적(T)의 상부에서 포탄의 탄착 위치(P)를 촬영할 수 있도록 상기 본체부(110)에 설치된 촬영부(120), 상기 촬영부(120)로부터 촬영된 영상을 분석하여 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 간의 탄착 오차 정보를 산출할 수 있도록 상기 본체부(110)에 설치된 분석부(130) 및 산출된 탄착 오차 정보를 상기 함포가 설치된 함정(10)으로 송신할 수 있도록 상기 본체부(110)에 설치된 통신부(140)를 포함한다.
본체부(110)는 표적(T)을 향해 비행할 수 있도록 마련된다. 이와 같은 본체부(110)는 해상에서 표적(T)을 향해, 보다 상세하게는 표적(T)의 상부 위치로 비행할 수 있는 비행체를 포함할 수 있다. 이때, 비행체는 조종사가 탑승하지 않은 상태에서 조종이 가능한 무인 비행체일 수 있다. 또한, 본체부(110)는 표적(T)의 상부에 머무르면서, 즉 표적(T)의 상부에서 정지 비행하면서 후술할 촬영부(120)를 통해 포탄의 탄착 위치(P)를 촬영할 수 있도록 정지 비행이 가능한 드론(drone) 등과 같은 무인 비행체를 포함할 수 있다.
촬영부(120)는 본체부(110)에 설치되며, 표적(T)의 상부에서 포탄의 탄착 위치(P)를 촬영할 수 있다. 이때, 촬영부(120)는 표적(T)의 상부에서 포탄이 탄착되는 해수면을 촬영할 수 있다. 즉, 촬영부(120)는 상공에서 표적(T) 및 포탄의 탄착 위치(P)를 포함하는 해수면의 일부 영역을 촬영하여, 표적(T) 및 포탄의 탄착 위치(P)가 나타나는 영상을 획득할 수 있도록 본체부(110)에 설치될 수 있다. 이와 같은, 촬영부(120)는 가시광선 또는 적외선을 이용하여 영상을 획득하는 광학 카메라를 포함할 수 있다.
촬영부(120)는 표적(T) 및 포탄의 탄착 위치(P)에서 발생되는 목표 신호와, 상기 목표 신호 외의 신호를 포함하는 제1 영상 신호를 수신하는 영상 센서 및 상기 제1 영상 신호로부터 잡음 신호를 제거한 제2 영상 신호를 생성하는 처리기를 포함할 수 있다.
영상 센서는 표적(T) 및 포탄의 탄착 위치(P)에서 발생되는 목표 신호를 수신한다. 이때, 목표 신호는 표적(T)으로부터 반사되는 반사파 및 포탄의 탄착 위치(P)에서 포탄의 탄착에 의해 발생하는 물보라 등으로부터 반사되는 반사파를 포함할 수 있다. 한편, 영상 센서는 이와 같은 목표 신호 외에도 해수면 또는 대기로부터 발생하는 불필요한 반사파도 수신한다. 즉, 영상 센서는 목표 신호와 함께, 날씨에 의한 영향으로 파도 또는 빗방울 등으로부터 반사되는 불필요한 반사파인 잡음 신호, 예를 들어 클러터(clutter) 신호를 수신할 수 있다.
이와 같이, 영상 센서가 목표 신호와 함께 클러터 신호를 수신하게 되면, 촬영된 영상으로부터 표적(T) 및 포탄의 탄착 위치(P)를 정확하게 확인하기 어렵다. 이에, 본 발명의 실시 예에서는 촬영부(120)가 영상 센서가 수신한 제1 영상 신호로부터 클러터 신호를 제거하여 제2 영상 신호를 생성하기 위한 처리기를 더 포함할 수 있다. 이러한 처리기는 제1 영상 신호로부터 클러터 신호를 제거할 수 있도록 기계 학습된 신경망 모델을 포함할 수 있으며, 이러한 신경망 모델은 합성곱 신경망(CNN; Convolution Neural Network), 적대적 생성 신경망(GAN; Generative Adversarial Network) 등을 포함할 수 있다.
신경망 모델은 촬영부(120)가 포탄의 탄착 위치(P)를 촬영하기 위한 체공 높이를 설정할 수도 있다. 즉, 신경망 모델은 포탄의 탄착 위치(P)를 촬영하기 위한 본체부(110)의 최적 체공 높이를 높이를 설정할 수 있도록 기계 학습될 수 있으며, 이에 의하여 신경망 모델은 촬영부(120)가 포탄의 탄착 위치(P)를 촬영하기 위한 본체부(110)의 체공 높이를 자동 설정할 수 있다.
분석부(130)는 본체부(110)에 설치되며, 촬영부(120)로부터 촬영된 영상을 분석하여 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 간의 탄착 오차 정보를 산출할 수 있다. 즉, 분석부(130)는 촬영부(120)로부터 촬영된 영상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P)를 확인하고, 탄착 위치(P)가 표적(T)의 위치로부터 벗어난 방향 및 거리에 대한 정보를 포함하는 탄착 오차 정보를 산출할 수 있다.
이와 같은, 분석부(130)는 기준 좌표계를 생성하는 기준 좌표계 생성기, 촬영부(120)로부터 촬영된 영상을 생성된 기준 좌표계에 매핑하여 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P)의 좌표를 산출하는 좌표 산출기 및 산출된 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P)의 좌표 간의 차이 값으로부터 탄착 오차 정보를 산출하는 탄착 오차 정보 산출기를 포함할 수 있다.
기준 좌표계 생성기는 촬영된 영상으로부터 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P)를 확인하기 위한 기준 좌표계를 생성한다. 기준 좌표계는 좌표 산출의 기준이 되는 중심점 및 상기 중심점에 대한 상대적인 위치를 나타내는 격자를 포함할 수 있다. 여기서, 격자는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 X축 방향(도면의 좌우 방향) 및 Y축 방향(도면의 상하 방향)으로 배열되도록 배치될 수 있으며, X축 방향 및 Y축 방향으로 상호 인접한 격자 간의 간격은 동일한 거리를 나타낼 수 있다. 여기서, 기준 좌표계 생성기는 본체부(110)의 위치, 즉 촬영 위치에 따라 변화하는 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성할 수 있으며, 이에 대하여는 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
좌표 산출기는 촬영부(120)로부터 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑(mapping)하여 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P)의 좌표를 각각 산출한다. 여기서, 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑하는 것은 기준 좌표계를 촬영된 영상에 투영시키는 것을 의미하며, 이 경우 기준 좌표계를 통해 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P)의 좌표를 각각 산출할 수 있다.
이때, 좌표 산출기는 표적(T)이 기준 좌표계의 중심, 즉 중심점에 위치하도록 촬영부(120)로부터 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑할 수 있다. 이와 같이, 좌표 산출기가 표적(T)이 기준 좌표계의 중심점에 위치하도록 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑하게 되면, 표적(T)의 위치 좌표는 항상 (0,0)의 값으로 고정될 수 있으며, 이에 탄착 위치(P)의 좌표만이 확인되면 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P)의 좌표 간의 차이 값을 즉각적으로 확인할 수 있게 된다.
탄착 오차 정보 산출기는 좌표 산출기로부터 산출된 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P)의 좌표의 차이 값으로부터 탄착 오차 정보를 산출할 수 있다. 즉, 탄착 오차 정보 산출기는 X축 방향 및 Y축 방향에서 각각 탄착 위치(P)의 좌표에서 표적(T)의 위치 좌표를 감산하여 탄착 오차 정보를 산출할 수 있으며, 전술한 바와 같이 좌표 산출기가 표적(T)이 기준 좌표계의 중심점에 위치하도록 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑하는 경우에는 탄착 위치(P)의 좌표를 탄착 오차 정보로 산출할 수 있다.
여기서, 탄착 오차 정보는 기준 좌표계에서의 탄착 오차 정보를 포함할 수도 있으나, 이를 함정에 마련된 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보로 변환하여 산출할 수도 있다. 즉, 함정에 마련되어 함정으로부터 발사된 포탄의 탄착 위치를 확인하기 위한 전투 체계 좌표계는 탄착 오차 확인 장치(100)에서 생성된 기준 좌표계와는 다른 좌표의 표기 방식을 가질 수 있다. 예를 들어, 전투 체계 좌표계는 보다 넓은 영역에 대하여 좌표를 설정하기 위하여 기준 좌표계보다 작은 축척을 가질 수 있으며, 기준 좌표계와 같이 X축 방향 및 Y축 방향에서의 거리가 아닌 X축 방향으로는 방위각을 나타내고 Y축 방향으로는 거리를 나타내는 등 기준 좌표계와는 다른 다양한 표기 방식을 가질 수 있다. 이에, 탄착 오차 정보 산출기는 기준 좌표계의 탄착 오차 정보를 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보로 좌표 변환하여 산출하고, 산출된 탄착 오차 정보를 후술할 통신부(140)를 통하여 함정(10)으로 송신함으로써, 함정(10)에서는 수신된 탄착 오차 정보를 별도의 변환없이 함정(10)에 마련된 전투 체계 좌표계에 즉각적으로 반영함으로써 탄착 오차를 신속하고 정확하게 확인할 수 있게 된다.
통신부(140)는 본체부(110)에 설치될 수 있으며, 분석부(130)로부터 산출된 탄착 오차 정보를 함정(10)으로 송신할 수 있다. 또한, 통신부(140)는 함정(10)의 위치 정보를 수신하거나, 이외에도 함정(10)의 전투 체계 좌표계의 표기 방식과 같은 탄착 오차 정보를 산출하기 위한 다양한 정보를 함정(10)으로부터 수신할 수 있다. 탄착 오차 확인 장치(100)는 통신부(140)를 통해 함정(10)의 위치 정보 및 그 밖의 다양한 정보를 수신하여 기준 좌표계에서 산출된 탄착 오차 정보를 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보로 변환하여 산출할 수 있으며, 산출된 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보를 함정(10)으로 송신할 수 있다.
도 3은 표적의 상부에서 포탄의 탄착 위치를 촬영한 경우 생성되는 기준 좌표계를 나타내는 도면이고, 도 4는 촬영 고도가 낮아지는 경우 생성되는 기준 좌표계를 나타내는 도면이다. 또한, 도 5는 표적의 상부로부터 벗어난 위치에서 포탄의 탄착 위치를 촬영한 경우 생성되는 기준 좌표계를 나타내는 도면이다.
함정(10)에 설치된 함포로부터 표적(T)을 향하여 포탄이 발사되기 전에 탄착 오차 확인 장치(100)는 표적(T)을 향해 비행하여 표적(T)의 상부에서 대기할 수 있다. 즉, 탄착 오차 확인 장치(100)는 표적(T)의 상부에서 표적(T)의 위치 및 포탄의 탄착 위치(P)를 포함하는 영상을 촬영할 수 있도록 표적(T)의 상부에서 대기할 수 있다.
함포로부터 표적(T)을 향하여 포탄이 발사되면 탄착 오차 확인 장치(100)는 표적(T)의 상부에서 표적(T)의 위치 및 포탄의 탄착 위치(P)가 모두 포함되는 해수면의 일부 영역을 촬영하게 된다. 또한, 탄착 오차 확인 장치(100)는 이와 별개로 기준 좌표계 생성기를 통해 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P)의 좌표를 산출하기 위한 기준 좌표계를 생성한다.
이때, 탄착 오차 확인 장치(100)는 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 해수면으로부터 제1 촬영 고도(h)를 가지도록 표적(T)의 연직 상부에서 정지 비행하며, 표적(T)의 위치 및 포탄의 탄착 위치(P)가 모두 포함되는 해수면의 일부 영역을 촬영할 수 있다. 이 경우, 기준 좌표계 생성기는 촬영된 영상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 거리가 해수면 상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 실제 거리를 나타내도록 기준 좌표계를 생성한다. 예를 들어, 촬영된 영상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 거리가 1cm이고, 해수면 상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 실제 거리가 10m인 경우, 1:1000의 축척을 가지는 기준 좌표계를 생성한다. 이때, 도 3(b)에 도시된 기준 좌표계의 Y축 방향으로의 격자 간격(a)과 X축 방향으로의 격자 간격(b)은 모두 1cm로 설정될 수 있으며, 이는 기준 좌표계에서 10m의 실제 거리를 나타낼 수 있다.
여기서, 기준 좌표계 생성기는 촬영 위치에 따라 변화하는 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성할 수 있다.
즉, 탄착 오차 확인 장치(100)는 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 해수면으로부터 상대적으로 낮은 촬영 고도, 즉 제1 촬영 고도(h)보다 낮은 제2 촬영 고도(h')를 가지도록 표적(T)의 연직 상부에서 정지 비행할 수도 있다. 이 경우에도 탄착 오차 확인 장치(100)는 표적(T)의 위치 및 포탄의 탄착 위치(P)가 모두 포함되는 해수면의 일부 영역을 촬영할 수 있으며, 기준 좌표계 생성기는 촬영된 영상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 거리가 해수면 상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 실제 거리를 나타내도록 기준 좌표계를 생성한다. 즉, 촬영 고도가 낮아지게 되면, 촬영된 영상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 거리가 해수면 상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 실제 거리를 나타내기 위하여는 기준 좌표계의 축척을 증가시킬 필요가 있으므로 기준 좌표계 생성기는 이와 같이 증가된 축척을 가지는 기준 좌표계를 생성한다. 예를 들어, 촬영된 영상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 거리가 5cm이고, 해수면 상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 실제 거리가 10m인 경우, 1:200의 축척을 가지는 기준 좌표계를 생성한다. 즉, 도 4(b)에 도시된 기준 좌표계의 Y축 방향으로의 격자 간격(a')과 X축 방향으로의 격자 간격(b')은 모두 5cm로 설정될 수 있으며, 이는 기준 좌표계에서 10m의 실제 거리를 나타낼 수 있다.
한편, 탄착 오차 확인 장치(100)는 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 제1 촬영 고도(h)를 가지며 표적(T)의 연직 상부로부터 소정 방향(K)으로 벗어난 위치에서 정지 비행할 수도 있다. 이 경우 역시 탄착 오차 확인 장치(100)는 표적(T)의 위치 및 포탄의 탄착 위치(P)가 모두 포함되는 해수면의 일부 영역을 촬영할 수 있으며, 기준 좌표계 생성기는 촬영된 영상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 거리가 해수면 상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 실제 거리를 나타내도록 기준 좌표계를 생성한다. 즉, 탄착 오차 확인 장치(100)는 촬영 위치가 표적(T)의 연직 상부로부터 벗어나게 되면, 촬영된 영상에서 촬영 위치가 벗어난 방향(K)을 따라서는 축척을 증가시키고, 벗어난 방향(K)의 반대 방향을 따라서는 축척을 감소시켜, 촬영된 영상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 거리가 해수면 상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 실제 거리를 나타내도록 기준 좌표계를 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 5(a)에 도시된 바와 같이 촬영 위치가 표적(T)의 연직 상부 위치로부터 좌측 방향으로 벗어나게 되면, 기준 좌표계 생성기는 도 5(b)와 같이 중심점의 좌측 방향에서 증가된 격자 간격(b'')을 가지는 기준 좌표계를 생성할 수 있다. 이때, 기준 좌표계는 중심점의 좌측 방향에서 감소된 격자 간격을 가질 수 있으며, 간략한 도시를 위하여 도 5(b)에서는 Y축 방향으로 격자 간격이 변화하지 않는 것으로 도시하였으나, 촬영된 영상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 거리가 해수면 상에서 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 실제 거리를 나타내도록 Y축 방향으로의 격자 간격을 축소시킬 수도 있음은 물론이다.
이와 같이, 기준 좌표계가 생성되면, 좌표 산출기는 기준 좌표계의 중심, 즉 중심점에 위치하도록 촬영부(120)로부터 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑할 수 있다. 또한, 탄착 오차 정보 산출기는 좌표 산출기로부터 산출된 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P)의 좌표의 차이 값, 보다 상세하게는 탄착 위치(P)의 좌표로부터 탄착 오차 정보를 산출할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 탄착 오차 정보 산출기는 기준 좌표계의 탄착 오차 정보를 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보로 좌표 변환하여 산출할 수 있다.
도 6은 탄착 오차 정보를 함정의 전투 체계 좌표계에 표시한 모습을 나타내는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전투 체계 좌표계는 X축 방향으로는 방위각을 나타내고 Y축 방향으로는 거리를 나타낼 수 있다. 즉, 전투 체계 좌표계는 X축 방향으로는 mil을 단위로 하는 방위각을 나타낼 수 있고, Y축 방향으로는 yds를 단위로 하는 방위각을 나타낼 수 있다.
통신부(140)로부터 함정(10)의 위치 정보가 수신되면, 탄착 오차 정보 산출기는 기준 좌표계의 탄착 오차 정보를 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보로 좌표 변환하여 산출할 수 있다. 예를 들어, 함정(10)이 도 3 내지 도 5에서 기준 좌표계의 하방에 위치하여 함포를 발사하였다고 가정하면, 기준 좌표계로부터 산출된 탄착 오차 정보는 이와 같은 함정(10)의 위치 정보를 반영하여 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보로 좌표 변환될 수 있다. 즉, 도 3 내지 도 5의 기준 좌표계로부터 산출된 탄착 오차 정보는 도 6의 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보로 변환될 수 있으며, 탄착 오차 확인 장치(100)는 통신부(140)를 통해 산출된 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보를 함정(10)으로 송신함으로써, 함정(10)에서는 수신된 탄착 오차 정보를 별도의 변환없이 함정(10)에 마련된 전투 체계 좌표계에 즉각적으로 반영함으로써 탄착 오차를 신속하고 정확하게 확인할 수 있게 된다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 탄착 오차 확인 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 탄착 오차 확인 방법은 전술한 탄착 오차 확인 장치를 이용하여 포탄의 탄착 오차를 확인하는 방법일 수 있으며, 이에 탄착 오차 확인 장치와 관련하여 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 탄착 오차 확인 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 탄착 오차 확인 방법은 함포에서 표적(T)을 향해 발사된 포탄의 탄착 오차를 확인하기 위한 탄착 오차 확인 방법으로서, 표적(T)의 상부에서 포탄의 탄착 위치를 촬영하는 과정(S100), 촬영된 영상을 분석하여 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 간의 탄착 오차 정보를 산출하는 과정(S200) 및 산출된 탄착 오차 정보를 상기 함포가 설치된 함정으로 송신하는 과정(S300)을 포함한다.
탄착 위치를 촬영하는 과정(S100)은 표적(T)의 상부에서 포탄의 탄착 위치를 촬영한다. 이를 위하여, 탄착 위치를 촬영하는 과정(S100)은 탄착 위치를 촬영하기 위한 촬영부(120)를 표적(T)의 상부에 위치시키는 과정 및 표적(T)의 상부에서 포탄이 탄착되는 해수면을 촬영하는 과정을 포함할 수 있다.
촬영부(120)를 표적(T)의 상부에 위치시키는 과정은 표적(T)을 향해 비행할 수 있도록 마련된 본체부(110)를 표적(T)의 상부로 비행시켜 수행된다. 본체부(110)는 조종사가 탑승하지 않은 상태에서 조종이 가능한 무인 비행체일 수 있으며, 본체부(110)에는 표적(T)의 상부에서 포탄의 탄착 위치를 촬영할 수 있는 촬영부(120), 촬영부(120)로부터 촬영된 영상을 분석하여 표적(T)의 위치와 탄착 위치 (P)간의 탄착 오차 정보를 산출할 수 있는 분석부(130) 및 산출된 탄착 오차 정보를 상기 함포가 설치된 함정(10)으로 송신할 수 있는 통신부(140)가 설치될 수 있음은 전술한 바와 같다.
해수면을 촬영하는 과정은 표적(T)의 상부에서 포탄이 탄착되는 해수면을 촬영한다. 해수면을 촬영하는 과정은 촬영부(120)에 의해 수행되며, 촬영부(120)는 상공에서 표적(T) 및 포탄의 탄착 위치(P)를 포함하는 해수면의 일부 영역을 촬영하여, 표적(T) 및 포탄의 탄착 위치(P)가 나타나는 영상을 획득할 수 있다. 또한, 촬영부(120)는 표적(T) 및 포탄의 탄착 위치(P)에서 발생되는 목표 신호와, 상기 목표 신호 외의 신호를 포함하는 제1 영상 신호를 수신하는 영상 센서 및 상기 제1 영상 신호로부터 잡음 신호를 제거한 제2 영상 신호를 생성하는 처리기를 포함할 수 있으며, 처리기는 제1 영상 신호로부터 클러터 신호를 제거할 수 있도록 기계 학습된 신경망 모델을 포함할 수 있다.
탄착 오차 정보를 산출하는 과정(S300)은 촬영된 영상을 분석하여 표적의 위치와 탄착 위치 간의 탄착 오차 정보를 산출한다. 이를 위하여, 탄착 오차 정보를 산출하는 과정(S300)은 기준 좌표계를 생성하는 과정, 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑하는 과정, 기준 좌표계 상의 표적의 위치 좌표와 탄착 위치 좌표를 산출하는 과정 및 산출된 표적의 위치 좌표와 탄착 위치 좌표의 차이 값을 산출하는 과정을 포함할 수 있다.
기준 좌표계를 생성하는 과정은 기준 좌표계 생성기에 의해 수행된다. 기준 좌표계 생성기는 촬영된 영상으로부터 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P)를 확인하기 위한 기준 좌표계를 생성한다. 기준 좌표계는 좌표 산출의 기준이 되는 중심점 및 상기 중심점에 대한 상대적인 위치를 나타내는 격자를 포함할 수 있으며, 기준 좌표계 생성기는 본체부(110)의 위치, 즉 촬영 위치에 따라 변화하는 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성할 수 있다.
이때, 기준 좌표계를 생성하는 과정은, 촬영 위치에 따라 변화하는 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성할 수 있다. 보다 상세하게는, 기준 좌표계를 생성하는 과정은, 촬영 고도가 높아질수록 감소된 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성할 수 있으며, 촬영 위치가 표적의 연직 상부 위치로부터 벗어나는 방향을 따라 증가된 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성할 수도 있다. 기준 좌표계 생성기가 촬영 위치에 따라 변화하는 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성하는 내용은 도 3 내지 도 5와 관련하여 전술한 내용이 그대로 적용될 수 있으므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑하는 과정 및 기준 좌표계 상의 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P) 좌표를 산출하는 과정은 좌표 산출기에 의해 수행된다. 즉, 좌표 산출기는 촬영부(120)로부터 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑(mapping)하여 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P)의 좌표를 각각 산출한다. 여기서, 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑하는 것은 기준 좌표계를 촬영된 영상에 투영시키는 것을 의미하며, 이 경우 기준 좌표계를 통해 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P)의 좌표를 각각 산출할 수 있다.
이때, 기준 좌표계에 매핑하는 과정은 표적(T)이 기준 좌표계의 중심에 위치하도록 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑할 수 있다. 즉, 좌표 산출기는 표적(T)이 기준 좌표계의 중심, 즉 중심점에 위치하도록 촬영부(120)로부터 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑할 수 있다. 이와 같이, 좌표 산출기가 표적(T)이 기준 좌표계의 중심점에 위치하도록 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑하게 되면, 표적(T)의 위치 좌표는 항상 (0,0)의 값으로 고정될 수 있으며, 이에 탄착 위치(P)의 좌표만이 확인되면 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P)의 좌표 간의 차이 값을 즉각적으로 확인할 수 있게 된다.
이후, 산출된 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P) 좌표의 차이 값을 산출하는 과정이 수행된다. 이는 탄착 오차 정보 산출기에 의하여 수행되며, 탄착 오차 정보 산출기는 좌표 산출기로부터 산출된 표적(T)의 위치 좌표와 탄착 위치(P)의 좌표의 차이 값으로부터 탄착 오차 정보를 산출할 수 있다. 즉, 탄착 오차 정보 산출기는 X축 방향 및 Y축 방향에서 각각 탄착 위치(P)의 좌표에서 표적(T)의 위치 좌표를 감산하여 탄착 오차 정보를 산출할 수 있으며, 전술한 바와 같이 좌표 산출기가 표적(T)이 기준 좌표계의 중심점에 위치하도록 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑하는 경우에는 탄착 위치(P)의 좌표를 탄착 오차 정보로 산출할 수 있다.
여기서, 탄착 오차 정보를 산출하는 과정(S300)은 함정(10)의 위치를 기준으로 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 거리 오차 정보를 산출하는 과정 및 상기 함정(10)의 위치를 기준으로 상기 표적(T)의 위치와 탄착 위치(P) 사이의 방위각 오차 정보를 산출하는 과정을 포함할 수 있다. 즉, 탄착 오차 정보는 기준 좌표계에서의 탄착 오차 정보를 포함할 수도 있으나, 이를 함정에 마련된 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보로 변환하여 산출할 수도 있다.
즉, 전투 체계 좌표계는 X축 방향으로는 방위각을 나타내고 Y축 방향으로는 거리를 나타낼 수 있다. 통신부(140)로부터 함정(10)의 위치 정보가 수신되면, 탄착 오차 산출기는 기준 좌표계의 탄착 오차 정보를 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보로 좌표 변환하여 산출할 수 있다. 산출된 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보를 통신부(140)를 통해 함정(10)으로 송신함으로써, 함정(10)에서는 수신된 탄착 오차 정보를 별도의 변환없이 함정(10)에 마련된 전투 체계 좌표계에 즉각적으로 반영함으로써 탄착 오차를 신속하고 정확하게 확인할 수 있게 됨은 전술한 바와 같다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 표적의 상부에서 포탄의 탄착 위치를 촬영하여 탄착 오차를 신속하고 정확하게 확인할 수 있다. 또한, 탄착 오차의 확인 및 수정에 소요되는 장비와 인원을 최소화할 수 있으며, 탄착 오차의 확인 및 수정을 실시간으로 수행하여 명중률을 향상시킬 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
100: 탄착 오차 확인 장치 110: 본체부
120: 촬영부 130: 분석부
140: 통신부

Claims (10)

  1. 함포에서 표적을 향해 발사된 포탄의 탄착 오차를 확인하기 위한 탄착 오차 확인 방법으로서,
    표적의 상부에서 포탄의 탄착 위치를 촬영하는 과정;
    촬영된 영상을 분석하여 표적의 위치와 탄착 위치 간의 탄착 오차 정보를 산출하는 과정; 및
    산출된 탄착 오차 정보를 상기 함포가 설치된 함정으로 송신하는 과정;을 포함하고,
    상기 탄착 오차 정보를 산출하는 과정은,
    기준 좌표계를 생성하는 과정;
    촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑하는 과정;
    기준 좌표계 상의 표적의 위치 좌표와 탄착 위치 좌표를 산출하는 과정; 및
    산출된 표적의 위치 좌표와 탄착 위치 좌표의 차이 값을 산출하는 과정;을 포함하는 탄착 오차 확인 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄착 위치를 촬영하는 과정은,
    탄착 위치를 촬영하기 위한 촬영부를 상기 표적의 상부에 위치시키는 과정; 및
    표적의 상부에서 포탄이 탄착되는 해수면을 촬영하는 과정;을 포함하는 탄착 오차 확인 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 표적의 상부에 위치시키는 과정은,
    상기 촬영부가 설치된 본체부를 상기 표적의 상부로 비행시키는 탄착 오차 확인 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준 좌표계를 생성하는 과정은,
    촬영 위치에 따라 변화하는 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성하는 탄착 오차 확인 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 기준 좌표계를 생성하는 과정은,
    촬영 고도가 높아질수록 감소된 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성하는 탄착 오차 확인 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 기준 좌표계를 생성하는 과정은,
    촬영 위치가 표적의 연직 상부 위치로부터 벗어나는 방향을 따라 증가된 격자 간격을 가지는 기준 좌표계를 생성하는 탄착 오차 확인 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준 좌표계에 매핑하는 과정은,
    표적이 상기 기준 좌표계의 중심에 위치하도록 촬영된 영상을 기준 좌표계에 매핑하는 탄착 오차 확인 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 함정의 위치 정보를 수신하는 과정;을 더 포함하고,
    상기 탄착 오차 정보를 산출하는 과정은,
    상기 함정의 위치 정보 및 산출된 표적의 위치 좌표와 탄착 위치 좌표의 차이 값으로부터 상기 함정에 마련된 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보를 산출하는 과정;을 더 포함하는 탄착 오차 확인 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전투 체계 좌표계에서의 탄착 오차 정보를 산출하는 과정은,
    상기 함정의 위치를 기준으로 상기 표적의 위치와 탄착 위치 사이의 거리 오차 정보를 산출하는 과정; 및
    상기 함정의 위치를 기준으로 상기 표적의 위치와 탄착 위치 사이의 방위각 오차 정보를 산출하는 과정;을 포함하는 탄착 오차 확인 방법.
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