KR19990023896A - 이미지 추적기 시스템, 무기 시스템 및 이동물체를 추적하고 표적화하는 방법 - Google Patents

이미지 추적기 시스템, 무기 시스템 및 이동물체를 추적하고 표적화하는 방법 Download PDF

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KR19990023896A
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피터 엠. 리빙스턴
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갈라스 윌리엄 이.
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Abstract

본 발명은 레이저 무기(12)로서 인게이지먼트(engagement) 하기 위해 표적이 되는 물체(16)를 추적하는 이미지 추적기(10)에 관한 것이다. 상기 추적기(10)는 검출된 물체(16)로부터 나오는 복사파(30), 및 물체에 입사한 레이저 빔(14)으로부터 나오는 복사파(30)를 모두 수신하는 수신기 광학 장치(31)와, 상기 복사파를 반사된 레이저 복사파인 제 1 빔(46) 및 검출된 표적 복사파인 제 2 빔(47)으로 분리하는 편광용 빔 스플리터(44)를 포함한다. 상기 편광용 빔 스플리터(44)는 반사된 레이저 복사파인 제 1 빔(46)을 제 1 방향으로 이미지 생성 목적을 위해 반사하고 또한 검출된 표적 복사파인 제 2 빔(47)을 선형적으로 편광시킨다. 빔 편광기(60)는 검출된 표적 복사파인 제 2 빔을 순환적으로 편광시킨다. 마이크로미러 어레이(66)는 순환적으로 편광된, 검출된 표적 복사파를 반사시켜, 검출된 표적 복사파인 제 2 빔(47)을 선형적으로 편광시키는 상기 빔 편광기(60)로 되보낸다. 추적기 전자 장치(33)는 상기 마이크로미러 어레이(66)의 반사도를 조절하여, 상기 어레이로 입사하는 상기 복사파가 설정된 휘도 임계치에 또는 그 보다 아래에 있도록 보장해 준다. 그러므로, 상기 반사된 레이저 복사파는 상기 표적이 되는 물체의 이미지 생성에 영향을 주지 않는다. 그후 상기 선형적으로 편광된 포착된 표적 복사파 빔은 상기 빔 스플리터(44)에 의해 이미지 생성 목적을 위해 제 2 방향으로 반사된다. 본 발명의 상기 추적기는, 상기 표적에 있는 실제 레이저 빔 조준점(20)이 상기 표적 위치를 따라 추적되기 때문에, 표적 살상력의 확률을 향상시킨다.

Description

이미지 추적기 시스템, 무기 시스템 및 이동 물체를 추적하고 표적화하는 방법
본 출원은 본 발명의 양수인인 TRW, Inc에 양도되어 있는 스스로-참고하는 추적기(Self-Referencing Trackers)라는 제목의 계류 중인 미국 특허 출원 번호 제08/919,080호, 및 2-색 활성 추적기(Dichroic Active Tracker)라는 제목의 계류 중인 미국 특허 출원 번호 제08/919,413호와 같은 주제를 포함한다.
본 발명은 일반적으로 이동하는 물체를 추적하는 시스템에 관한 것으로, 특히 스스로-참고하는(self-referencing), 이미지를 생성하는 추적기에 관한 것인데, 이 이미지 생성 추적기는 표적 복사파 및 표적 타격점 복사파를 분리해서 이미지 생성하고, 마이크로미러 어레이를 사용하여, 상기 표적 타격점 파장에 있는 복사파만이 이미지 포착되도록 하기 위하여 표적 복사파를 편광시키는데, 그것에 의해서 표적이 섬멸될 때까지 레이저 빔이 희망하는 표적 조준점에 보다 정확히 자동 추적되게 하고, 유지되게 해주는 스스로 참고하는, 이미지 생성 추적기에 관한 것이다.
이미지 추적기는 종종 레이저와 연계해서 사용되거나 비행 중인 미사일을 격파하는 다른 무기류와 연계해서 사용된다. 종래의 이미지 추적기는 현재 레이저 빔을 희망하는 표적 조준점으로 향하게 하는 스스로 참고하지 않는 구성만을 채택하고 있다. 실제로, 이것은 공간에서의 레이저 빔의 방향이 추적기가 미사일을 추적함에 따라 추적기의 조준선으로부터 추론된다는 것을 의미한다.
이미지를 생성하고 스스로 참고하지 않는(non-self-referencing) 기법을 사용하는 추적기는 전형적으로 전자 카메라와 같은 하나 이상의 이미지 생성 장치를 사용하는데, 상기 장치는 먼저 대략적인 또는 넓은 시야(WFOV)의 위치를 결정하고, 그후 표적이 되는 물체의 순간적인 또는 좁은 시야(NFOV)의 위치를 결정한다. NFOV 의 추적 게이트에서 상기 표적 이미지를 포착한 후, 상기 추적기는 서보-루프 제어 하에서 상기 표적을 뒤쫓는다. 대부분의 경우에, 상기 추적기는 물리적으로 빔 포인터에 짐벌(gimbal) 위에 장착된다. 그러므로, 상기 포인터와 추적기가 적절히 일직선 상이 되면 상기 포인터 조준선도 또한 상기 표적을 추적하게 된다.
비록 종래의 이미지를 생성하며, 스스로 참고하지 않는 추적기가 종종 적당한 표적 위치 추적 기능을 제공할 지라도, 다수의 한계점이 상기 시스템에는 존재한다. 예를 들면, 중파를 사용하는 전방 탐지용 적외선(FLIR: foward looking infrared) 추적기에서, 물체에 있는 레이저 타격점으로부터 순간적인 비-특정 반사파(non-specular return)가 상기 카메라를 눈 멀게 하거나 또는 최소한 상기 카메라 자동 이득 제어 장치가 상기 밝은 레이저 타격점을 수용하기 위해 카메라 이득을 감소시켜서 그로 인해 모든 표적 이미지 정보를 잃게 됨으로써, 표적 인게이지먼트에 사용된 상기 레이저 무기는 종종 상기 추적기 이미지 생성 시스템을 방해한다. 전형적으로, 상기 레이저 반사 출력은 표적의 열 신호보다도 약 40에서 60dB 만큼 더 크다. 게다가, 장파 FLIR에 기초한 시스템에 있어서, 가열된 무기 탄두로부터의 밝은 열 에너지도 상기 시스템을 또한 눈 멀게 하는데, 그로 상기 시스템으로 하여금 상기 표적 물체의 추적을 실패하게 한다.
앞선 문제에 대한 해결책은 레이저 조준점을 좁은 시야(NFOV) 범위 밖으로 선택하거나 또는 활성 일루미네이션을 갖는 단파 적외선(SWIR : short wave infrared) 추적 대역을 사용하도록 하는 시스템을 프로그래밍하는 것을 포함하는데 상기 복귀 레이저는 상기 NFOV SWIR 카메라에는 포착되지 않게 된다. 그러나 레이저 조준점이 NFOV 범위 밖에 선택되면, 상기 레이저 빔 지향점은 피드 포워드(feed forward) 추정으로 결정되어야만 한다. 그러한 조준점 선택법은 바람직하지 않은데, 그것은 미사일 탄두-파괴 가능성을 제거하고 또한 앞서 설명한 바와 같이 추정 노이즈(noise)의 영향을 받기 쉽다. 대체적으로 단파 IR 추적 대역이 사용되면, 상기 레이저 빔 위치 지정도 또한 피드 포워드 추정을 통해서 실행되어야만 한다. 그러한 구상안은 대기의 난기류(disturbance)에 대한 추적기의 민감성을 증가시킨다.
추가적으로 스스로 참고하지 않는 이미지 추적기를 가지고, 상기 추적기의 조준선은 정확히 상기 레이저 무기의 조준선과 일치되어야만 한다. 그러한 시스템의 디자인 할 때는, 어려운 환경 조건 하에서는 정확한 조준선을 유지한다는 것이 어렵다는 것이 인지되어 왔다.
스스로 참고하는 추적기는 상기 추적기 조준선의 방향 보다는 오히려 상기 표적 이미지 자체에 레이저 빔의 순간적인 위치를 참고함으로써 종래의 스스로 참고하지 않는 이미지 추적기의 상기 앞서 기술된 한계점을 해결한다. 또한 스스로 참고하는 추적기는 상기 레이저 무기와 동축일 필요가 없는 조준선을 갖는데, 그럼으로써 차후 시스템 짐벌 위의 무게를 최소화하고 시스템 전달 광학 장치를 간단하게 한다.
현재, 레이저 크로스바디(Crossbody) 추적 시스템 및 방법이란 제목으로 계류중인 미국 특허 출원 번호 제08/631,645호 및 레이저 크로스바디 및 특징 곡선 추적기 (LACROSST 특허 출원)란 제목의 미국 특허 출원 시리얼 번호 제08/760,434호에 개시된 시스템과 같은 이미지를 생성하지 않는 스스로 참고하는 추적기는 해당 분야에서는 공지되어 있고, 여기에는 참조로 병합하였다.
이미지를 생성하지 않는 스스로 참고하는 추적기는 현재 버니어(vernier) 추적기로서 배치된다; 즉, 상기 추적기는 불완전한 이미지 추적기 성능으로 인해 생성된, 잔류 이미지 지터(jitter)를 정정한다. 따라서, 상기 이미지를 생성하지 않는 추적기는 작은 포탄 또는 움직이는 크루즈 미사일과 같은 어려운 표적에 대해서는 주요한 추적 부담을 지게 된다. 이미지를 생성하지 않는 스스로 참고하는 추적기는 원통형의 미사일의 회전축 같은 그린트(glint)를 찾고 유지하는데 상기 레이저 빔 자체를 사용한다. 그러므로, 상기 표적에 대한 상기 레이저 빔의 위치 선정은 지터 방향에서, 및 이미지를 생성하지 않는 추적기 궤도 대역폭 내에서 추적기 지터와 독립적이다.
비록 이미지를 생성하지 않는 스스로 참고하는 시스템이 이미지를 생성하는, 스스로 참고하지 않는 시스템에 대해 확실한 이점을 제공할지라도, 해당 분야에서는 개선할 여지가 아직도 있다. 예를 들면, 그린트가 상기 지점에 있든 없든, 희망하는 표적 조준점에 자동 추적하여 의도하는 상기 조준점을 잡을 수 있는 이미지를 생성하는 스스로 참고하는 레이저 빔 추적기에 대한 필요성이 있다. 추가로, 동일한 대기 경로를 통해 상기 표적의 상기 위치에 따라 상기 레이저 빔 위치를 측정함으로써 대기 광 난기류(turbulence)로부터 최대 노이즈 이뮤니티(immunity)를 제공하는 이미지를 생성하는 스스로 참고하는 추적기에 대한 필요성이 있다. 또한 상기 표적 자체에 대하여 상기 표적에 있는 실제 레이저 타격점을 측정함으로써 종래의 오픈 루프 추적기에 관련된 상기 추정된 조준점 오프셋(offset)과 연관된 상기 위치 지정 에러를 감소시키거나 제거하는 이미지를 생성하는 스스로 참고하는 추적기에 대한 필요성이 있다.
따라서, 본 발명은 광학 시스템과 연계하여 제어 가능한 반사율 미러를 사용하는 추적 시스템을 제공한다. 상기 광학 시스템은 두 개의 검출기 어레이, 편광용 빔 스플리터, 1/4파장 플레이트, 및 상기 주된 레이저 파장에 중심을 둔 좁은 대역 필터를 포함한다. 본 발명이 상기 시스템 추적 게이트에 대한 표적의 위치에 관계없이 상기 레이저 빔으로 하여금 희망하는 표적 조준점에 위치되게 하고 유지되게 한다는 점에서 본 발명은 다년간의 추적 문제를 해결한다. 따라서 상기 추적기 빔은 화염 잔해(debris)와 추적기 착란(distraction) 및 추적기 손실의 다른 원인에 영향을 받지 않게 되어 미사일을 어떤 방향 각도에서도 공격할 수 있다.
좀더 특별히, 본 발명은 검출된 표적 및 표적에 입사한 레이저 빔으로부터 나온 복사파를 수신하는 광학 장치를 구비하는 이미지 추적기를 포함한다. 편광용 빔 스플리터는 상기 복사파를 반사된 레이저 복사파인 제1 빔 및 검출된 표적 복사파인 제 2 빔으로 분리한다. 상기 편광용 빔 스플리터는 반사된 레이저 복사파인 제 1 빔을 이미지 생성 목적을 위해 제 1 방향으로 반사하고 또한 검출된 표적 복사파인 제 2 빔을 선형적으로 편광시킨다. 그후 빔 편광기는 검출된 표적 복사파인 제 2 선형적으로 편광된 빔을 순환적으로 편광시킨다. 미러는 상기 순환적으로 편광된, 검출된 표적 복사파를 반사시켜, 검출된 표적 복사파인 제 2 빔을 선형적으로 편광시키고 처음에 편광된 복사파의 배향에 수직한 배향으로 상기 복사파를 향하게 하는 상기 빔 편광기로 되반사한다. 그후 상기 선형적으로 편광된, 검출된 표적 복사파 빔은 상기 빔 스플리터에 의해 이미지 생성 목적을 위해 제 2 방향으로 반사된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미사일 추적기를 개략적으로 도시하는 블록도;
도 2는 도 1의 상기 추적기에 탑재된 추적기 광학 장치 및 전자 장치도;
도3a 및 도 3b는 도 2에서 도시된 상기 플렉처 빔 마이크로미러 어레이를 더 상세하게 도시하는 구성도;
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 상기 검출기 어레이에 의해 상기 표적에 형성된 상기 표적 및 상기 레이저 빔 조준점의 이미지를 도시하는 도면;
도 6은 본 발명의 상기 미사일 추적기와 연계된 흐름도의 제어 방법.
도면 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 이미지 추적기 12 : 레이저 무기
16 : 표적 20 : 레이저 빔 타격점
31 : 수신기 광학 장치 32 : 추적기 광학 장치
33 : 추적기 전자 장치 42 : 리콜리메이팅 렌즈
44 : 편광용 빔 스플리터 46 : 복귀 레이저인 제 1 빔
47 : 검출된 표적 복사파인 제 2 빔 48 : 대역 통과 필터
50, 62, 70 : 이미지 렌즈 52, 66, 72 : 미러 어레이
60 : 빔 편광기
도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미사일 추적기는 일반적으로 10으로 도시된다. 상기 시스템은, 레이저 무기에 의해 생성된 레이저 빔(14)을 16으로 도시된 미사일과 같은 표적에 인게이지먼트 하도록 조향하는 레이저 무기(12)와 연계하여 설치된다. 도면부호 20으로 도시되고 이후에는 레이저 빔 타격점으로 지칭되는, 레이저 빔의 실제 인게이지먼트(engagement) 지점은, 처음에 무기 시스템 십자선(22)에 의해 표시되고 표적 조준점으로 지칭되는, 인게이지먼트를 희망하는 지점과는 다르다. 상기 미사일로부터 반사된 복사파(28)와 협력하여, 타격점으로부터 반사된 복사파(24)는, 일반적으로 30으로 도시된, 복사파 입력 원추부를 형성한다. 이제 기술되는 바와 같이, 본 발명의 상기 추적기는 미사일 정보의 손실을 최소화하는 방법으로 상기 미사일(16) 및 상기 레이저 빔 타격점(20) 모두를 이미지 생성한다.
도 2를 참조하여, 추적기 입력부 광학 장치(31)는 복사파(30)의 상기 입력 원추부를 통과시켜 추적기 광학 장치(32)로 보낸다. 아래에 좀더 상세히 기술되는 바와 같이, 상기 추적기 광학 장치(32)는 미사일 몸체 및 레이저 빔 타격점을 이미지 생성하고 그 이미지 생성 정보를 추적기 전자 장치(33)에 출력한다. 상기 전자 장치(33)는 상기 이미지 생성 정보를 처리해서 34에서 상기 레이저 무기(12)에 레이저 빔 조향 명령을 출력한다. 상기 조향 명령은, 상기 표적 조준점(18) 및 상기 레이저 빔 타격점(20) 사이에 있는 루프(loop)를 접속시키고, 표적이 섬멸될 때까지 상기 표적 조준점(18)에 상기 타격점을 유지한다.
도 2를 다시 참조하여, 추적기 광학 장치(32)는 좀더 상세히 도시된다. 상기 광학 장치는 리콜리메이팅(recollimating) 렌즈(42)를 포함한다. 이 리콜리메이팅 렌즈는 복사파(30) 입력 원추부의 평행 광선을 편광용 빔 스플리터(44)로 통과시킨다. 상기 편광용 빔 스플리터(44)는 상기 입력 원추부의 복사파를 두 개의 분리된 복사파 빔으로 분할한다. 레이저 빔 파장(46)에 있는 복사파인 제 1빔은, 상기 레이저 빔 파장에 있는 복사파만이 이미지 렌즈(50)에 들어가도록 보장해 주는 대역 통과 필터(48)로 통과되게 한다. 상기 이미지 렌즈(50)는 집중된 평면 검출기 어레이(52) 위에 상기 복사파 평행 빔을 이미지한다. 상기 검출기 어레이는 입사하는 상기 복사파에 대응하여 전기적 신호를 각각 출력하는 개별 센서 요소의 격자 모양으로 구성되는 백금-규소화합물 또는 HgCdTe 전하 결합 소자(CCD) 어레이인 것이 바람직하다. 어레이(52)에 의해서 생성된 전기적 신호는 54로 지시된 바와 같이, 추적기 전자 장치(33)로 출력된다.
도 2를 계속 참조하여, 표적 이미지 복사파 빔(47)은 상기 빔 스플리터(44)를 통과한 후, 1/4파장 플레이트(60)로 통과한다. 상기 복사파 빔(47)은, 상기 1/4파장 플레이트(60)를 통과한 후, 제 2 이미지 렌즈(62)를 통과하기 전에, 순환적으로 편광된다. 제 2 이미지 렌즈(62)는 플렉처(flexure) 빔 마이크로미러 어레이(66) 위에 상기 복사파 빔을 이미지한다. 상기 마이크로미러 어레이는 다수의 개별 미러 요소로 구성되어, 이것을 조합하여서 상기 복사파 빔(47)을 되반사시켜 상기 이미지 렌즈(62) 및 상기 1/4파장 플레이트(60)를 통과시키는 것이 바람직하다. 상기 1/4파장 플레이트(60)를 다시 통과할 때의 상기 복사파 빔(47)은 초기 선형적으로 편광된 배향에 수직한 배향으로 선형적으로 편광되게 된다. 그 결과, 상기 복사파는 상기 빔 스플리터(44)에 의해 제 2 이미지 렌즈(70)를 통과해서, 구조와 기능 면에서 상기 검출기 어레이(52)와 유사한, 제 2 집중된 평면 검출기 어레이(72) 위에 반사된다. 검출기 어레이(72)는, 74로 지시된 바와 같이,전기적 신호를 발생하여 상기 추적기 전자 장치(33)에 출력한다.
그후 추적기 전자 장치는 라인(54 및 74)으로부터 입력된 상기 전기 신호를 처리한다. 상기 전자 장치는, 참조로 병합되어 있는 계류 중인 LACROSST 특허 출원에 개시된 것과 같은, 표적 추적 알고리즘으로 프로그래밍된 프로세서를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전자 장치는 표적 조준점을 따라가는 공동 좌표계에 각 어레이로부터 입력된 상기 신호를 참고한다. 상기 전자 장치는 신호를 처리하여, 상기 표적 조준점 및 상기 레이저 빔 타격점 사이의 거리를 좁히기 위해서, 신호에 대응하는 빔 조향 명령을 출력한다.
도 3a 및 도 3b는, 조합하여 상기 플렉처 빔 마이크로미러 어레이(66)를 구성하고 있는 개별 마이크로미러를 도시한다. 상기 어레이의 단일 마이크로미러 유닛은 74에 도시된다. 상기 개별 유닛은 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)로부터 상업적으로 이용할 수 있고 플렉스 빔(Flex Beam)이라는 상표명으로 상업적으로 판매되는 마이크로미러 장치인 것이 바람직하다. 각 장치(74)는 어드레스 전극(76a) 및 미러 포스트(76b)(post)를 갖는 비-도전성 베이스(75)로 이루어져 있다. 고성능 미러(77)는 플렉처 힌지(78)를 통하여 상기 포스트(76b)와 적절히 연결된다. 상기 미러는, 해당 분야에서 이미 공지된 것과 같이, 상기 어드레스 전극에 인가되는 구동 신호의 지원을 통해 각도의 크기가 조정될 수 있다. 본 발명의 상기 마이크로미러 어레이의 한 구획이 도 3b에 일반적으로 79로 도시되어 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 상기 어레이(52, 72)에 의해 생성된 전기 신호의 공동 등록이 이제 함께 기술될 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 검출기 어레이(52, 72)에 의해 생성된 이미지가 도시되어 있다. 일반적으로 80으로 도시된, 상기 생성된 이미지는, 미사일 표적 본체로부터 산란된 레이저 빔 복사파에 의해 형성된 상기 레이저 빔 타격점에 대응한다. 도시된 바와 같이, 미사일 자체의 이미지는 검출 임계치 아래에 있으므로 상기 검출기 어레이(52)에 의해 이미지가 생성되지 않는다. 상기 필터(48)는, 상기 미사일 본체의 뜨거운 금속으로부터 일어나는 흑체 에너지를 감소시키기 위하여, 레이저 안정성에 맞추어 가능한 한 좁은 것이 바람직하다. 상기 레이저가 다중 라인을 갖는다면, 위 좁은 대역을 갖는 광학 필터는 가장 강한 레이저 라인 상에 집중되는 것이 바람직하다.
도 4에서 82에 지시된 바와 같이, 상기 어레이(52, 72)는, 주어진 픽셀(pixel)이 세 개의 모든 어레이에서 같은 상대적 위치를 차지하도록, 공조하여 정렬되며, 또한 렌즈(50, 70)의 초점 거리가 조절되어진다는 것을 인지해야 할 것이다. 대응하는 위치도 또한 84로 지시된 상기 미사일 표적 본체 위에 형성된 순간적인 레이저 빔 타격점에 대하여 도시된다.
도 2를 계속 참조하여, 각 마이크로미러 요소는 초기에는 최대 반사율을 갖는 구성으로 유지된다. 그러나, 어레이(72)에 있는 특정 픽셀로부터의 이미지 세기에 대응하는 신호 레벨이 설정된 임계값을 초과한다면, 신호가 발생되어 미러가 플러터(flutter)하게 함으로써 대응하는 마이크로미러 요소의 반사율을 감소시키는데, 그것에 의해서 어레이(72)에 있는 상기 주어진 픽셀로부터 나오는 상기 신호는 지정된 값으로 유지하게 된다. 상기 미러 요소를 플러터하게 하는 상기 신호는, 마이크로미러가 표준 또는 최대 반사도 상태에 있는 시간 부분이 제어 가능하도록, 하나의 설정된 파장 형태를 갖는다. 그러므로 상기 개별 마이크로미러 요소의 반사율은 그레이(gray) 스케일에, 필요하다면, 최소한 256단계를 공급하게 하여 제어될 수 있다. 그러나 그러한 그레이 스케일은, 어레이(72)의 출력에 인가된 순차적인 이미지 프로세싱이 1 및 0으로 구성되는 바이너리 이미지로 있을 것이기 때문에, 본 발명의 상기 목적으로 아주 적합할 것이다. 그러므로 상기 신호 임계값이 바이너리 이미지를 구현하는데 요구되는 클리핑(clipping) 레벨을 초과하면, 모든 표적 요소는 1이 될 것이고, 반면 모든 백그라운드 픽셀은 0으로 셋팅 될 것이다. 이러한 방식으로, 상기 중심부 추적 알고리즘은 표적 모양에만 의존하고 표적 반사율에는 의존하지 않을 것이다. 그 결과, 상기 검출기 어레이(72)는, 장파 적외선 복사파와 같은 낮은 레벨의 복사파로 형성되고, 상기 레이저 빔 타격점을 구성하는 복사파보다도 더 낮으며, 전형적으로 중파 적외선 복사파인, 상기 미사일 이미지(86)를 검출한다. 따라서, 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 빔 타격점은 상기 마이크로미러 어레이(66)의 동작으로 휘도에서 제한된다. 앞서 기술된 표적 복사파의 상기 추적기 편광화는 상기 표적으로부터 나온 복사파만이 상기 어레이(72)로 들어가도록 보장해준다.
도 5를 참조하여, 반사된 레이저 빔 타격점은 다시 80으로 도시된다. 표적 조준점은 88로 도시된다. 추적 전자 장치는, 상기 레이저 빔 타격점(80) 및 상기 표적 조준점(88) 사이의 공간적 거리차를 나타내는 변위 벡터(89)를 결정하기 위해, 상기 어레이(52, 72)로부터 출력된 상기 전기 신호를 처리한다. 상기 어레이(52, 72)로부터 나온 정보는 공동 좌표계에서 공동 기록되고 참조되기 때문에, 상기 변위 벡터(89)는 모든 어레이와 같은 검출기 요소 크기의 몇 부분으로 결정될 수 있다. 따라서 프로그래밍된 추적 전자 장치는 미사일의 중심선 상에 레이저 빔을 항상 유지하면서도, 닫혀진 루프 제어 하에서 상기 미사일 본체 상의 임의의 위치로 상기 레이저 빔을 향하게 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 미사일 본체로부터의 그린트를 검출할 필요없이 또는 다른 필요한 표적 검출 수단 없이, 레이저를 닫힌 루프 제어 하에서 상기 미사일 상에 있는 임의의 지점에 조준할 수 있는 능력을 제공한다.
도 6을 참조하여, 본 발명의 상기 미사일 추적기 시스템과 연계된 제어 방법을 도시하는 플로우 다이아그램이 일반적으로 90으로 도시된다. 92에서, 상기 추적기는 입력 복사파를 수신한다. 94에서, 상기 추적기는 상기 복사파를 레이저 복사파 빔 및 표적 복사파 빔으로 분할한다. 96에서, 추적기 검출기 어레이는 레이저 복사파 빔 타격점을 검출하고, 대응하는 이미지를 발생한다. 98에서, 상기 시스템은 상기 표적 복사파 빔을 편광시킨다. 100에서, 상기 추적기 마이크로미러 어레이는, 선형적으로 편광되는 복사파 빔 그러나 단계 98에서 편광된 상기 복사파 빔에는 수직인 배향을 갖는 복사파 빔을 만들기 위해, 편광된 표적 복사파 빔을 반사한다. 단계 102에서, 상기 추적기는 단계 100에서 반사된 상기 복사파 빔으로부터 표적 이미지를 검출한다. 단계 104에서, 추적기 전자 장치는 상기 미러 어레이(66)에 있는 모든 픽셀에 의해 검출된 복사파가 설정된 미러 임계 전압 아래에 있는지를 결정한다. 단계 106에서, 모든 픽셀이 상기 임계값 아래에 있지 않다면, 추적기 전자 장치는 모든 픽셀이 상기 임계값 아래에 있을 때까지 상기 미러 반사율을 조절한다. 순차적으로, 단계 108에서, 추적기 전자 장치는 상기 검출기 어레이(72)에서 감지된 상기 이미지로부터 바이너리 이미지를 생성한다. 그후 단계 110에서, 추적기 전자 장치는 목표를 추적하기 위해 표적 중심부를 계산한다. 단계 112에서, 상기 추적기 시스템은 상기 레이저 빔 타격점이 상기 표적 조준점으로부터 빗나가 있는지를 결정한다. 만약 그렇다면, 단계 114에서 상기 레이저 빔은 닫힌 루프 제어 하에서 상기 조준점으로 조향된다. 상기 빔 타격점이 상기 표적 조준점에 조향되었다면, 상기 빔 타격점은 상기 표적 조준점 상에 유지된다.
앞선 진술로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 상기 추적기는 레이저 빔이 희망하는 표적 조준점에 자동 조절되도록 하고 무기한으로 상기 조준점에 유지되도록 한다. 레이저 빔의 위치가 표적 위치에 대하여 측정되어짐으로써, 본 발명의 상기 스스로 참고하는 이미지 생성 시스템은 대기 광학상의 난기류로부터도 최대의 잡음 이뮤니티를 제공한다. 그것에 의해서, 상기 시스템은 상기 레이저 무기로 하여금 표적의 가장 약한 지점을 공격하게 하며, 상기 추적기가 목표를 추적하기 위해 표적 그린트에 의존하지 않기 때문에, 본 발명의 상기 시스템은, 연계된 레이저 무기의 정확도를 증가시킨다. 상기 시스템이 상기 추적기 이미지 검출기에 의해 제한되지 않기 때문에, 본 발명의 상기 시스템은 레이저 무기의 범위를 또한 증가시킨다.
본 발명의 다양한 다른 이점은 아래 청구 범위와 연계한 앞선 본문과 도면을 검토하는 혜택을 가진 후에는 해당 분야에 숙련된 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (24)

  1. 이미지 추적기 광학 시스템에 있어서,
    검출된 표적 및 표적에 입사하는 레이저 빔 모두로부터 나오는 복사파를 수신하는 수신기 광학 장치와;
    상기 복사파를 반사된 레이저 복사파인 제 1 빔 및 검출된 표적 복사파인 제 2 빔으로 분할하는 편광용 빔 스플리터로서, 검출된 표적 복사파인 상기 제 2 빔을 선형적으로 편광시키고 반사된 레이저 복사파인 상기 제 1 빔을 이미지 생성하기 위해 제 1 방향으로 회절시키는 편광용 빔 스플리터와;
    선형적으로 편광된 검출된 표적 복사파인 상기 제 2 빔을 순환적으로 편광시키는 빔 편광기와;
    검출된 표적 복사파인 상기 제 2 빔을 선형적으로 편광시키기 위해, 상기 순환적으로 편광된, 검출된 표적 복사파를 상기 빔 편광기로 되반사하는 미러로서, 상기 빔 스플리터에 의해 반사된 상기 선형적으로 편광된, 검출된 표적 복사파 빔은 이미지 생성을 위해 제 2 방향으로 들어가게 하는 상기 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    반사된 레이저 복사파인 상기 제 1 빔으로부터 레이저 빔 타격점을 검출하고, 검출된 표적 복사인 상기 제 2 빔으로부터 표적 이미지를 검출하는, 상기 편광용 빔 스플리터와 광학적으로 정렬되어 있는, 이미지 검출기 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 미러는 각각이 특정 구동 파장 형태를 적용함으로써 제어될 수 있는 반사율을 갖는 마이크로미러의 어레이를 포함하는데, 상기 미러는 마이크로미러의 상기 어레이에서 상기 각 마이크로미러 상의 휘도를 제한하도록 상기 이미지 검출기 어레이와 연계하여 작동하는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 미러는 상기 검출된 표적 상의 상기 레이저 빔 타격점로부터 야기되는 검출된 표적 복사파인 상기 제 2 빔에 대한 상기 검출된 휘도를 특히 제한하도록 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기 어레이는, 상기 편광용 빔 스플리터와 광학적으로 통신하는 제 1 검출기 어레이로서, 반사된 레이저 복사파인 상기 제 1 빔을 수신하고, 상기 빔에 대응하여 전기적 신호를 발생시키는 제 1 검출기 어레이와;
    상기 편광용 빔 스플리터와 광학적으로 통신하는 제 2 검출기 어레이로서, 검출된 표적 복사파인 상기 제 2 빔을 수신하고, 상기 빔에 대응하여 다수의 제 2의 전기적 신호를 발생시키는 제 2 검출기 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 검출기 어레이는 전하 결합 소자(CCD) 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 검출기 어레이에 의해 생성된 제 1 및 제 2의 전기적 신호 그룹은 빔 조향을 위해 처리되는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 검출기 어레이는 집중된 평면 검출기 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이는 플렉처(flexure) 빔 마이크로미러 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 편광기는 1/4파장 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신기 광학 장치는 제 1 초점거리를 갖는 제 1 수신기 렌즈와;
    상기 수신기 렌즈를 통과하여 지나온 상기 검출된 복사파를 수신하고, 상기 검출된 복사파를 상기 빔 스플리터로 통과시키기 전에, 상기 검출된 복사파를 다시 평행하게 하는 리콜리메이팅(recollimating) 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    제 1 복사파 빔을 상기 검출기에 이미지 생성하기 위해 상기 편광용 빔 스플리터 및 상기 제 1 검출기 어레이 사이에 위치된 제 1 검출기 이미지 렌즈와;
    제 2 복사파 빔을 상기 제 2 검출기에 이미지 생성하기 위해 상기 편광용 빔 스플리터 및 상기 제 2 검출기 사이에 위치된 제 2 검출기 이미지 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 편광용 빔 스플리터 및, 상기 레이저 빔 파장에 있는 복사파 만을 상기 제 1 이미지 렌즈로 보내는, 상기 제 1 검출기 이미지 렌즈 사이에 위치된 광학 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 미러는, 검출된 표적 복사파인 상기 제 2 빔을 선형적으로 편광시키고, 검출된 표적 복사파인 상기 제 2 빔을 이미지 생성 하한 목적으로 제 2 방향에서, 상기 빔이 상기 미러에 의해 반사되기 전에 상기 제 2빔에 대하여, 수직하게 배향하기 위하여, 상기 순환적으로 편광된 검출된 표적 복사파를 상기 빔 편광기를 통해서 되반사시키는 것을 특징으로 하는 이미지 추적기 광학 시스템.,
  15. 무기 시스템에 있어서,
    표적 인게이지먼트를 하기 위한 목적을 위해 레이저 빔을 출력하는 레이저 무기로서, 상기 레이저 빔은 표적에 레이저 빔 타격점을 형성하기 위하여 표적에 입사하는, 상기 레이저 무기와;
    표적과 레이저 빔 타격점 정보를 포함하는 검출된 복사파를 수신하는 시스템 입력부와;
    상기 검출된 복사파를 상기 레이저 빔 타격점 정보를 포함하는 제 1 빔과 상기 표적 이미지 정보를 포함하는 제 2 빔으로 분할시키는 빔 스플리터로서, 상기 빔 스플리터는 상기 제 1 빔을 제 1 방향으로 회절시키고 상기 제 2 빔을 선형적으로 편광시키는, 상기 빔 스플리터와;
    상기 제 2 빔을 순환적으로 편광시키는 상기 빔 스플리터와 광학적으로 통신하는 빔 편광기와;
    상기 순환적으로 편광된 제 2 빔을 선형적으로 편광시키기 위해 상기 빔 편광기를 통해 되반사시키는, 상기 빔 편광기와 광학적으로 통신하는 미러로서, 상기 빔 스플리터는 상기 순환적으로 편광된 제 2 빔을 제 2 방향으로 순차적으로 회절시키는, 상기 미러와;
    상기 제 1빔을 수신하고 상기 빔에 대응하는 제 1 전기 신호 그룹을 발생시키는 제 1 검출기와;
    상기 제 2 빔을 수신하고 상기 빔에 대응하는 제 2 전기 신호 그룹을 발생시키는 제 2 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무기 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    검출기로부터 나오는 신호를 수신하고 그 신호에 대응하여 레이저 무기 제어 명령을 출력하기 위하여 제 1 및 제 2 검출기와 효과적으로 연결된 추적기 전자 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 빔 편광기는 상기 편광용 빔 스플리터 및 상기 제 2 검출기 어레이 사이에 광학적으로 정렬되어 배치된 1/4파장 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 무기 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 미러는 플렉처 빔 마이크로미러 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 무기 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 플렉처 빔 마이크로미러 어레이에서 각 마이크로미러는, 만약 상기 어레이에 떨어지는 휘도가 미리 결정된 휘도 임계값을 초과하다면, 상기 어레이에 떨어지는 휘도를 제한하기 위해 제어가능한 것을 특징으로 하는 무기 시스템.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 추적기 전자 장치는 상기 검출된 레이저 빔 타격점 신호의 포화를 방지하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 어레이와 연계된 이득을 조정하기 위한 자동 이득 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무기 시스템.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 시스템은 닫힌 루프 제어 시스템을 형성하는 것을 특징으로 하는 무기 시스템.
  22. 이동하는 물체를 추적하고 표적화하는 방법에 있어서,
    표적이 되는 물체 및 상기 물체로 입사하는 레이저 빔으로부터 입사 복사파를 수신하는 단계와;
    상기 입사 복사파를 상기 입사 복사파로부터 반사된 상기 레이저 빔으로부터 온 제 1 복사파 빔 및 상기 표적화된 물체로부터 온 제 2 복사파 빔으로 분리하는 단계와;
    상기 레이저 빔 복사파인 제 1 빔을 빔 이미지 목적을 위해 제 1 방향으로 반사하는 단계와;
    상기 표적화된 물체로부터의 상기 제 2 복사파 빔을 순환적으로 편광하는 단계와;
    상기 제 2 빔을 선형적으로 편광시키는 방식으로 표적화된 물체의 복사파인 상기 순환적으로 편광된 제 2 빔을 반사시키는 단계와;
    표적화된 물체의 이미지 생성을 위하여 표적화된 물체의 복사파인 상기 제 2 빔을 표적화된 물체를 이미지 하기 위하여 제 2 방향으로 반사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 물체를 추적하고 표적화하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 빔을 선형적으로 편광시키는 방식으로, 표적화된 물체의 복사파인 상기 순환적으로 편광된 제 2 빔을 반사시키는 상기 단계는 상기 표적화된 물체로부터의 복사파인 상기 제 2 빔을 순환적으로 편광시키는 상기 단계에 앞서 상기 표적화된 물체의 복사파의 배향과 수직한 배향으로 상기 제 2 빔을 선형적으로 편광시키기 위해 표적화된 물체 복사파인 상기 순환적으로 편광된 제 2 빔을 반사시키는 상기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 물체를 추적하고 표적화하는 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 빔을 선형적으로 편광시키는 방식으로, 표적화된 물체의 복사파인 상기 순환적으로 편광된 제 2 빔을 반사시키는 상기 단계는,
    표적화된 물체의 복사파인 상기 순환적으로 편광된 제 2 빔이 설정된 휘도 임계값 아래로 떨어지는지를 분할된 방식으로 결정하는 단계와;
    표적 물체의 복사파인 상기 제 2 빔이 상기 편광된 제 2 복사파 빔을 상기 설정된 휘도 임계값 아래로 떨어지게 하기 위하여 상기 설정된 휘도 임계값 사이로 떨어지지 않는다면, 표적 물체의 복사파인 상기 순환적으로 편광된 제 2 빔을 반사시키는 상기 단계를 변형시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 물체를 추적하고 표적화하는 방법.
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