KR20050008325A - 광학식 표적탐지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학식 표적탐지장치에 관한 것으로서, 특히 안개 또는 구름 속에서도 표적을 정확히 탐지해 낼 수 있는 광학식 표적탐지장치에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 제어클럭을 발생시키는 제어클럭 발생회로와, 상기 제어클럭에 따라 레이저를 방사하고 반사되어 돌아오는 신호를 일정한 기준전압과 비교하여 펄스신호를 출력하는 복수의 채널과, 상기 복수의 채널에서 출력된 신호로부터 표적인지 배경잡음인지를 판별하는 표적/배경잡음 판별회로를 포함하는 광학식 표적탐지장치에 있어서, 상기 표적/배경잡음 판별회로에서 배경잡음탐지신호가 발생되면 상기 복수의 채널에 제어신호를 출력함으로써, 배경잡음의 첨두값을 검출하고 그 첨두값에 기초하여 상기 기준전압을 재설정하도록 제어하는 첨두값 검출제어회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광학식 표적탐지장치{OPTICAL TARGET DETECTION DEVICE}
본 발명은 광학식 표적탐지장치에 관한 것으로서, 특히 안개 또는 구름 속에서도 표적을 정확히 탐지해 낼 수 있는 광학식 표적탐지장치에 관한 것이다.
광학식 표적탐지장치는 일부 선진국에서 개발되어 첨단무기에 적용되고 있는 것으로, 레이저를 방사한 후 표적에 반사되어 돌아온 신호를 수신하여 이 신호를 적절히 처리함으로써 표적의 존재 유무 및 거리를 판단하는 장치이다.
표적탐지장치는 일반적으로 전투기 요격용 유도탄 등에 탑재되어 사용된다. 유도탄은 전(前)방향을 기준으로 하여 유도조종장치, 탄두, 추진기관, 작동기 순으로 구성되어 있으며, 표적탐지장치는 탄두와 추진기관 사이에 위치해 있다.
유도탄에 탑재된 표적탐지장치는 계속적으로 레이저를 방사하면서 표적에 반사되어 돌아오는 신호를 처리하는데, 만약 유도탄이 안개나 구름 속을 통과하는 경우 안개나 구름 입자에 의해 산란된 신호도 수신하게 된다.
종래의 광학식 표적탐지장치에서는 안개나 구름에 의한 잡음신호와 표적에 반사된 신호를 구분하지 못하여, 안개나 구름에 의해 산란된 신호를 표적탐지신호로 판단하여 처리하였다. 따라서, 유도탄이 안개나 구름 속을 지날 때 표적이 없음에도 불구하고 유도탄의 신관이 오작동하게 되는 문제점이 있었다.
이러한 종래의 광학식 표적탐지장치의 문제점을 보완하기 위해 일부 선진국에서는 새로운 신호처리방법을 개발하여 이를 표적탐지장치에 적용하고 있다.
도 1은 최근 개발된 광학식 표적탐지장치의 구성도를 나타낸다.
이 표적탐지장치는 제어클럭을 발생시키는 제어클럭 발생회로(10)와, 제어클럭에 따라 레이저를 방사하고 반사되어 돌아오는 신호를 처리한 후 일정한 기준전압과 비교하여 펄스신호를 출력하는 복수의 채널(20-50)과, 복수의 채널(20-50)에서 출력된 신호로부터 표적인지 배경잡음인지를 판별하는 표적/배경잡음 판별회로(60)를 포함하여 구성되어 있다.
각 채널(20-50)은 제어클럭에 따라 레이저 구동펄스를 출력하는 레이저 구동회로(21)와, 레이저 구동펄스에 의해 대기 중으로 레이저 광펄스를 방사하는 레이저 다이오드(22)와, 표적에 반사되거나 안개나 구름에 산란된 레이저 광신호를 수신하는 광검출기(23)와, 수신된 레이저 광신호를 전기적 신호로 변환하여 증폭 및 필터링하는 증폭/필터링 회로(24)와, 일정한 기준전압을 설정하는 고정 기준전압 설정회로(25)와, 증폭/필터링 회로(24)에서 출력된 신호와 일정한 기준전압을 비교하여 출력된 신호가 크면 펄스신호를 출력하는 비교기회로(26)를 포함한다.
상기와 같이 구성된 표적탐지장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 유도탄(200)에 탑재되어, 4개의 채널이 유도탄의 비행축과 수직을 이루는 360°전 영역으로 레이저(110)를 방사한다.
레이저 다이오드(22)에서 방사된 레이저는 표적에 반사되거나 안개나 구름에 산란되어 돌아와 광검출기(23)에서 수신된다. 수신된 레이저 광신호는 증폭/필터링 회로에서 전기적 신호로 변환되고 증폭 및 필터링되어 비교기회로(26)에 입력된다.
일반적으로, 표적에서 반사되는 신호는 안개나 구름에 의한 배경잡음보다 신호의 크기가 크므로, 고정 기준전압 설정회로(25)에서 배경잡음보다는 크고 표적에 반사되는 신호보다는 작은 전압을 기준전압으로 설정하여 비교기회로(26)에 제공한다.
비교기회로(26)는 증폭/필터링 회로(24)에서 출력된 신호와 기준전압을 비교하여, 출력신호가 기준전압보다 큰 경우에는 펄스신호를 출력하고 작은 경우에는 펄스신호를 출력하지 않는다. 이에 따라서, 안개나 구름에 의한 배경잡음의 영향을 배제할 수 있다.
하지만, 안개나 구름이 짙게 낀 환경에서는 배경잡음이 기준전압을 초과하게 되어, 상기와 같은 펄스신호의 유무에 따라 표적신호와 배경잡음을 구별하는 것은 실효성이 없게 된다.
이에 대하여, 도 2에서 알 수 있듯이, 1개의 표적에서 반사되는 신호는 표적탐지장치(100)의 4개의 채널 중 어느 한 채널 또는 인접한 2개의 채널(예를 들면, CH1와 CH2, CH2와 CH3, CH3와 CH4, CH1와 CH4)로만 수신되고, 대각선 방향의 채널(CH1와 CH3, CH2와 CH4)로는 동시에 수신될 수 없다. 또한, 안개나 구름 등은 유도탄의 비행축을 기준으로 360°전 영역에 걸쳐 있는 경우가 많으므로, 적어도 3개 채널에서 동시에 안개나 구름에 의해 산란된 신호를 수신한다.
이러한 특성에 따라, 표적/배경잡음 판별회로(60)에서는 4개의 채널 중 어느 1개 채널에서 또는 인접하는 2개의 채널에서 비교기회로(26)의 펄스신호가 출력되면 표적으로 판별하여 표적탐지신호를 발생시키고, 그 외의 경우로 펄스신호가 출력되면 안개나 구름에 의한 잡음으로 판별하여 배경잡음신호를 발생시킨다.
다시 말해서, 일반적으로 배경잡음이 기준전압보다 낮기 때문에 우선적으로 안개나 구름에 의한 잡음영향을 배제할 수 있고, 배경잡음이 기준전압보다 높은 경우에도 어느 채널의 비교기회로(26)에서 펄스신호가 출력되었는지에 따라 표적신호인지 배경잡음인지를 판별할 수 있다.
그러나, 종래보다 개선된 이러한 표적탐지장치는 짙은 안개나 구름 속에 표적이 있는 경우 그 표적을 전혀 탐지해 내지 못한다는 문제점이 있다.
즉, 이 표적탐지장치에서는 기준전압이 고정되어 있어서 배경잡음이 기준전압보다 크면 배경잡음의 영향을 배제할 수 없기 때문에, 3개 이상의 채널에서 펄스신호가 출력되어 항상 배경잡음 탐지신호만을 발생시키므로 안개나 구름 속의 표적탐지가 불가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 안개나 구름에 의해 산란된 배경잡음의 크기를 검출하여 이로부터 기준전압을 재설정함으로써 짙은 안개나 구름 속에서도 표적을 정확하게 탐지해 낼 수 있는 광학식 표적탐지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명은 제어클럭을 발생시키는 제어클럭 발생회로와, 상기 제어클럭에 따라 레이저를 방사하고 반사되어 돌아오는 신호를 일정한 기준전압과 비교하여 펄스신호를 출력하는 복수의 채널과, 상기 복수의 채널에서 출력된 신호로부터 표적인지 배경잡음인지를 판별하는 표적/배경잡음 판별회로를 포함하는 광학식 표적탐지장치에 있어서,
상기 표적/배경잡음 판별회로에서 배경잡음 탐지신호가 발생되면 상기 복수의 채널에 제어신호를 출력함으로써, 배경잡음의 첨두값을 검출하고 그 첨두값에 기초하여 상기 기준전압을 재설정하도록 제어하는 첨두값 검출제어회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 광학식 표적탐지장치의 구성도.
도 2는 광학식 표적탐지장치가 탑재된 유도탄의 예시도.
도 3은 본 발명에 의한 광학식 표적탐지장치의 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 광학식 표적탐지장치의 각 부분에 대한 신호파형도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 **
10 : 제어클럭 발생장치 20, 30, 40, 50 : 채널
21 : 레이저 구동회로 22 : 레이저 다이오드
23 : 광검출기 24 : 증폭/필터링 회로
26 : 비교기 회로 27 : 첨두값 검출회로
60 : 표적/배경잡음 판별회로 70 : 첨두값 검출 제어회로
100 : 표적탐지장치 110 : 레이저
200 : 유도탄
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 광학식 표적탐지장치의 내부 구성도를 나타낸다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 광학식 표적탐지장치는 제어클럭을 발생시키는 제어클럭 발생회로(10)와, 제어클럭에 따라 레이저를 방사하고 반사되어 돌아오는 신호를 처리한 후 일정한 기준전압과 비교하여 펄스신호를 출력하는 복수의 채널(20-50)과, 복수의 채널(20-50)에서 출력된 신호로부터 표적인지 배경잡음인지를 판별하는 표적/배경잡음 판별회로(60)와, 상기 표적/배경잡음 판별회로(60)에서 배경잡음탐지신호가 발생되면 상기 복수의 채널(20-50)에 제어신호를 출력함으로써, 배경잡음의 첨두값을 검출하고 그 첨두값에 기초하여 상기 기준전압을 재설정하도록 제어하는 첨두값 검출제어회로(70)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 각 채널(20-50)은 제어클럭에 따라 레이저 구동펄스를 출력하는 레이저 구동회로(21)와, 레이저 구동펄스에 의해 대기 중으로 레이저 광펄스를 방사하는 레이저 다이오드(22)와, 표적에 반사되거나 안개나 구름에 산란된 레이저 광신호를 수신하는 광검출기(23)와, 수신된 레이저 광신호를 전기적 신호로 변환하여 증폭 및 필터링하는 증폭/필터링 회로(24)와, 상기 첨두값 검출제어회로(70)로부터 수신한 제어신호에 따라 상기 증폭/필터링 회로(24)에서 출력된 신호의 첨두값을 검출하고 그 첨두값에 기초하여 기준전압을 재설정하는 첨두값 검출회로(27)와, 증폭/필터링 회로(24)에서 출력된 신호와 일정한 기준전압을 비교하여 출력된 신호가 크면 펄스신호를 출력하는 비교기회로(26)를 포함한다.
상기와 같은 구성을 갖는 광학식 표적탐지장치의 신호처리과정을 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
제어클럭 발생회로(10)는 각 채널(20-50)간의 동기를 위해 제어클럭(a)을 발생시킨다. 레이저 구동회로(21)는 제어클럭(a)에 의해 펄스전류(레이저 구동펄스)(b)를 출력하고, 펄스전류(b)는 레이저 다이오드(22)를 구동시켜 레이저 다이오드(22)에서 레이저 광펄스가 대기중으로 방사된다. 여기서, 레이저 광펄스는 펄스폭 100 nsec, 펄스주기 160 μsec를 가진다.
만약, 표적이 존재하거나 대기중에 구름이나 안개가 끼어 있는 경우 표적에 반사되거나 또는 구름이나 안개 입자에 산란된 레이저신호가 광검출기(23)에 수신된다.
광검출기(23)에 수신된 레이저신호는 증폭/필터링 회로(24)에서 전기적 신호로 변환된 후 증폭 및 필터링되어 도 4의 (c)와 같은 파형으로 출력된다.
일반적으로 안개나 구름에 의한 잡음이 표적에 반사된 신호보다 작기 때문에 도 4의 (c)에서 앞에 있는 7개의 신호가 배경잡음이고, 뒤에 있는 2개의 신호가 표적에 반사된 신호를 나타낸다. 증폭/필터링 회로(24)에서 나온 신호는 레이저 광펄스와 동일한 펄스폭 및 펄스주기를 가지며, 이 신호의 크기는 표적이 표적탐지장치에 가까이 위치할수록 커지고 멀리 위치할수록 작고, 또한 안개나 구름이 짙게 낄수록 커지고 옅게 낄수록 작아진다. 도 4에서는 채널(20)의 증폭/필터링 회로(24)의 출력신호 파형만을 도시하고 있으나, 다른 채널(30-50)의 증폭/필터링 회로(24)에서도 이와 유사한 신호들이 출력된다.
증폭/필터링 회로(24)에서 출력된 신호는 비교기 회로(26)에 입력되어 첨두값 검출회로(27)에서 초기 설정된 기준전압(k1)(도 4의 (k) 참조)과 비교된다. 비교기회로(26)에 입력된 신호가 기준전압(k1)보다 큰 경우 비교기회로(26)에서 (d)와 같은 파형(첫번째 펄스부터 세번째 펄스)이 출력된다. 즉, 증폭/필터링 회로(24)의 출력신호가 비교기회로(26)에서 사용되는 기준전압보다 큰 경우에만 비교기회로(26)에서 펄스신호를 출력한다. 도 4의 (e) 내지 (g)는 마찬가지로 채널(30-50)의 비교기회로(26)에서 출력되는 파형을 나타낸다.
표적/배경잡음 판별회로(60)는 각 채널(20-50)에서 발생되는 비교기회로(26)의 펄스신호를 이용하여 표적 또는 배경잡음을 판별한다.
즉, 표적탐지장치의 4개의 채널 중 하나의 채널 또는 인접하는 2개 채널에서 펄스신호가 발생하면 표적탐지신호를 출력하고, 3개 이상의 채널에서 동시에 펄스신호가 발생하면 배경잡음탐지신호를 출력하여 표적인지 배경잡음인지를 판별한다.
표적/배경잡음 판별회로(60)에서 안개나 구름이 존재하는 것으로 판별하여 (h)와 같은 파형의 배경잡음탐지신호를 출력하면, 첨두값 검출제어회로(70)에서는 첨두값 검출회로(27)를 제어하기 위한 HP-RST 신호(i) 및 LP-RST 신호(j)를 발생시킨다. 첨두값 검출제어회로(70)는 각 채널에 연결되어 있어서 HP-RST 신호(i) 및 LP-RST 신호(j)가 각 채널의 첨두값 검출회로(27)에 동시에 입력된다.
HP-RST 신호(i)는 배경잡음의 첨두값(peak)을 검출하기 위해 사용되는 신호로서, 도 4에 도시된 바와 같이 배경잡음탐지신호가 발생하면 이 순간부터 HP-RST 신호가 일정시간(약 1msec) 동안 하이 상태(약 5V)가 된다. 또한, LP-RST 신호(j)는 검출된 첨두값을 일정시간 동안 유지시키기 위해 사용되는 신호로서, HP-RST 신호가 하이가 될 때 동시에 하이가 되어 하이 상태를 계속적으로 유지한다.
HP-RST 신호가 하이 상태가 되면 첨두값 검출회로(27)가 작동하게 된다. 즉, 첨두값 검출회로(27)는 HP-RST 신호가 하이 상태인 동안에만 작동하여 증폭/필터링 회로(24)에서 출력되는 배경잡음의 첨두값을 검출한다. 검출된 첨두값은 LP-RST 신호가 하이 상태인 동안 계속 유지되는데, 이 시간은 대략 수초이다. 검출된 첨두값을 수초간 유지하는 이유는 표적탐지장치가 표적 부근에서 수초 동안만 작동하기 때문이다. LP-RST 신호가 로우 상태(0V)가 되면 검출된 첨두값은 초기값(약 0.5V)으로 초기화된다.
첨두값 검출회로(27)에서 검출된 배경잡음의 첨두값은 새로운 기준전압 설정을 위해 사용된다.
즉, 도 4의 (k)에서 알 수 있는 바와 같이, 첨두값에 일정한 가중치를 곱하여 새로운 기준전압(k2)을 설정한다. 여기서, 가중치(weighting factor)는 새로 설정되는 기준전압에 일정한 마진(margin)을 주기 위한 것으로, 검출된 첨두값보다 일정 크기정도(약 30%) 높게 설정하기 위해 사용된다.
도4의 (k)는 증폭/필터링 회로(24)의 출력신호와 비교기회로(26)의 기준전압을 편의상 동시에 나타낸 것으로서, 앞의 펄스신호 3개는 안개나 구름에 의한 잡음인데 이 잡음신호가 기준전압(k1)보다 크기 때문에 (d)에서와 같이 3개의 펄스신호가 발생하였다. 이 비교기회로(26)의 펄스신호는 표적/배경잡음 판별회로(60)에 입력되어 안개나 구름에 의한 잡음 판별에 사용된다.
표적/배경잡음 판별회로(60)에서 배경잡음탐지신호가 발생되면, 상기한 바와 같이 첨두값 검출회로(27)가 작동되어, 비교기회로(26)의 기준전압은 4번째 펄스 발생 부분부터 안개나 구름에 의한 잡음 크기보다 높게 설정된다.
따라서, 기준전압이 재설정된 후에 나타나는 안개나 구름에 의한 잡음(4번째 펄스부터 7번째 펄스)은 재설정된 기준전압(k2)보다 작기 때문에 (d)에서 4번째 펄스부터 7번째 펄스까지 발생하지 않음을 알 수 있다. 이것은 기준전압 재설정 이후부터는 안개나 구름에 의한 영향을 받지 않음을 나타낸다.
한편, 기준전압 재설정 후 표적이 존재할 경우((k)에서 마지막 두 개의 펄스), 표적에 반사되는 신호는 새로 설정된 기준전압보다 크기 때문에 (d)에서와 같이 비교기회로(26)에서 펄스(마지막 두 개의 펄스)가 발생한다. 이 펄스신호는 표적/배경잡음 판별회로(60)에 입력되고, 이 신호를 통해 표적의 존재를 판별하여 (l)에서와 같이 표적탐지신호를 출력하게 된다.
이상과 같이, 본 발명에 의한 광학식 표적탐지장치는 안개나 구름 등이 심하하게 낀 기상환경 속에서도 표적을 정확히 탐지해 낼 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 제어클럭을 발생시키는 제어클럭 발생회로와, 상기 제어클럭에 따라 레이저를 방사하고 반사되어 돌아오는 신호를 처리한 후 일정한 기준전압과 비교하여 펄스신호를 출력하는 복수의 채널과, 상기 복수의 채널에서 출력된 신호로부터 표적인지 배경잡음인지를 판별하는 표적/배경잡음 판별회로를 포함하는 광학식 표적탐지장치에 있어서,
    상기 표적/배경잡음 판별회로에서 배경잡음탐지신호가 발생되면 상기 복수의 채널에 제어신호를 출력함으로써, 배경잡음의 첨두값을 검출하고 그 첨두값에 기초하여 상기 기준전압을 재설정하도록 제어하는 첨두값 검출제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 표적탐지장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 채널은 제어클럭에 따라 레이저 구동펄스를 출력하는 레이저 구동회로와, 레이저 구동펄스에 의해 대기 중으로 레이저 광펄스를 방사하는 레이저 다이오드와, 표적에 반사되거나 안개나 구름에 산란된 레이저 광신호를 수신하는 광검출기와, 수신된 레이저 광신호를 전기적 신호로 변환하여 증폭 및 필터링하는 증폭/필터링 회로와, 상기 첨두값 검출제어회로로부터 수신한 제어신호에 따라 상기 증폭/필터링 회로에서 출력된 신호의 첨두값을 검출하고 그 첨두값에 기초하여 기준전압을 재설정하는 첨두값 검출회로와, 상기 증폭/필터링 회로에서 출력된 신호와 상기 기준전압을 비교하여 출력신호가 큰 경우 펄스를 출력하는 비교기회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 표적탐지장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어신호는 배경잡음의 첨두값을 검출하도록 제어하는 신호 및 상기 검출된 첨두값을 일정시간 동안 유지시키도록 제어하는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 표적탐지장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기준전압은 상기 첨두값에 일정한 가중치를 곱함으로써 재설정되는 것을 특징으로 하는 광학식 탐지장치.
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