KR20130125216A - 피아 식별 장치 및 시스템 - Google Patents

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KR20130125216A
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Abstract

본 발명은 레이더가 탐지 및 추적하는 항적에 대한 피아를 간접적으로 식별하는 피아 식별 장치 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 피아 식별 장치는 레이더로부터 수신된 적어도 하나의 표적에 대한 항적을 분석하는 항적 분석부 및 상기 항적 분석부에 의해 분석된 항적에 해당하는 적어도 하나의 파라미터를 생성하고, 상기 파라미터를 이용하여 피아 식별 값을 산출하는 퍼지 추론부를 포함한다.

Description

피아 식별 장치 및 시스템{APPARATUS AND SYSTEM FOR IDENTIFYING FRIEND OR FOE}
본 발명은 피아 식별 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 레이더가 탐지 및 추적하는 항적에 대한 피아를 식별하는 장치에 관한 것이다.
대공 유도무기체계는 단거리 및 중·장거리 대공 방어능력을 향상시키기 위해 주요 시설, 지상군 야전 기동부대와 비행장 등으로 공격하는 적 비행체를 탐지/추적 및 격추하여 주요 아군 군사 시설의 대공 방어능력을 향상시키기 위한 것이다.
대공 유도무기체계는 공중의 항적을 감시/관리하고 항적에 대해 피아식별을 수행하여 적 항적에 대한 위협 평가를 하여 발사대의 유도탄을 발사하기 위해 항적 격추에 필요한 정보를 계산하고, 유도탄 내부의 컴퓨터에 필요한 자료를 입력시키는 기능을 실시한다. 대공 유도무기체계는 적 비행체의 공중위협에 효과적으로 대응하기 위해 자체 센서로 탐지한 항적뿐만 아니라 다수의 인접체계와 전술데이터링크로 연동하여 수신한 외부 항적을 처리하며, 자체 탐지 항적과 외부 항적 사이의 동일성 여부를 판단하고 외부 체계와 항적정보를 상호 공유하여 위협 항적 격추에 필요한 정보를 처리한다.
그러나, 종래의 대공유도무기체계에서는 레이더가 탐지 및 추적하는 항적에 대해 기본적으로 피아식별기 질의(Interrogator)를 통해 직접 피아식별을 수행하여 질의응답 결과를 처리하여 표적의 식별을 결정하였다. 아군기로 판명된 경우 교전을 중지하여 아군기 보호를 하였다. 하지만, 항공기에 장착된 응답기(Transponder)가 예기치 못한 문제로 인해 고장이 나서 피아식별 응답이 무효인 경우 아군기로 식별 판단을 못 해 교전을 수행하는 문제가 발생하였다. 즉, 직접 피아식별 방법 외에는 비행체의 식별치를 판단할 수 있는 방법이 존재하지 않았다.
본 발명은 표적과 직접적으로 통신을 수행하지 않고, 레이더에 의해 추적되는 표적의 항적을 이용하여 간접적으로 표적의 피아식별 여부를 판단하는 피아 식별 장치 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시 예는 피아 식별 장치에 관한 것이다. 상기 피아 식별 장치는, 레이더로부터 수신된 적어도 하나의 표적에 대한 항적을 분석하는 항적 분석부 및 상기 항적 분석부에 의해 분석된 항적에 해당하는 적어도 하나의 파라미터를 생성하고, 상기 파라미터를 이용하여 피아 식별 값을 산출하는 퍼지 추론부를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 항적 분석부는, 상기 적어도 하나의 항적이 기 설정된 적어도 하나의 전장 영역에 포함되는지 여부를 분석하는 영역 분석부 및 상기 적어도 하나의 항적으로부터 상기 표적의 이동 특성을 산출하는 특성 분석부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 이동 특성은 상기 이동 수단의 하강 속도, 하강 각도, 상기 전장 영역의 중심점과의 수평 거리 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 퍼지 추론부는 상기 파라미터의 퍼지 소속 함수를 설정하고, 퍼지 추론 규칙에 따라 상기 피아 식별 값을 산출할 수 있다. 또한, 상기 퍼지 소속 함수는 가우시안 함수로 설정될 수 있다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예로서, 상기 피아 식별 값에 대한 가중치를 설정하고, 상기 가중치를 이용하여 상기 피아 식별 값을 보정한 최종 피아 식별 값을 생성하는 수치 보정부를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 최종 피아 식별 값을 이용하여 상기 표적에 대한 피아 식별 정보를 결정하는 피아 결정부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 피아 식별 정보는 아군, 적군, 정체불명 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 최종 피아 식별 값은 상기 피아 식별 값에 상기 가중치를 더한 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예는 피아 식별 시스템에 관한 것이다. 상기 피아 식별 시스템는 적어도 하나의 표적을 추적하는 레이더, 상기 레이더에 대한 인터페이스를 제공하고, 디스플레이부를 구비하는 단말기 및 상기 표적의 항적을 분석하는 항적 분석부와, 상기 표적의 피아 식별 정보를 상기 디스플레이부에 표시하기 위한 피아 식별 값을 산출하는 퍼지 추론부를 구비하며, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따르는 피아 식별 장치를 포함한다.
본 발명에 의하면, 표적의 항적으로부터 전장 영역 및 이동 특성들을 분석하고, 이를 퍼지 추론(Fuzzy inference)을 이용하여 정량적 수치인 피아 식별 값을 생성하기 때문에, 간접적으로 표적에 대한 피아를 식별할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 아군기 보호 및 교전 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 피아 식별 시스템을 나타내는 블록도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말기를 나타내는 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항적 관리부를 나타내는 블록도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피아 식별 장치를 나타내는 블록도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 항적 분석부의 항적 분석 방법을 나타내는 순서도
도 6a 및 도 6b는 본 발명과 관련된 전장 영역 포함 여부 판단 방법을 나타내는 순서도
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 퍼지 추론부의 피아 식별값 산출 방법을 나타내는 순서도
도 8을 본 발명의 일 실시 예에 따른 퍼지 소속 함수를 나타내는 예시도
본 발명은 하나 이상의 장치를 탈착 가능하게 장착할 수 있는 전술 조끼 및 전술 조끼의 장치 부착 방법에 관한 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 피아 식별 시스템을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 피아 식별 시스템은 표적을 탐지하고 추적하는 레이더(200), 상기 레이더(200)가 추적한 표적의 항적을 표시하는 단말기(300) 및 상기 레이더(200) 및 단말기(300)를 제어하는 컴퓨터(100)를 구비할 수 있다.
단말기(300)는 디스플레이부 및 사용자 입력부를 구비할 수 있다. 단말기(300)는 디스플레이부를 이용하여 적어도 하나의 표적에 대한 항적을 표시하고, 사용자 입력부를 이용하여 사용자로부터 데이터를 입력받을 수 있다. 또한, 레이더(200)에 대한 인터페이스를 제공할 수 있다.
예를 들어, 단말기(300)는 레이더(200)가 표적을 탐지할 수 있는 지역 중에서 특별히 관리하고자 하는 적어도 하나의 전장 영역에 대한 입력을 받을 수 있다. 다른 예를 들어, 레이더(200)에 의해 탐지된 적어도 하나의 표적을 아군, 적군 및 정체불명 중 어느 하나로 선택할 수 있다. 또한, 상기 표적에 대한 표적 가중치를 입력받을 수도 있다. 이러한 표적 가중치는 아군, 적군 및 정체불명 중 어느 하나에 해당하는지에 따라 달라질 수 있다.
컴퓨터(100)는 항적 관리부(430), 내장 훈련부(450) 및 교전 통제부(470)를 구비하고, 적어도 하나의 표적에 대한 항적을 감시하고 관리할 수 있다. 항적 관리부에 대한 자세한 설명은 이하 도 2를 참조하여 후술한다. 내장 훈련부(450)는, 예를 들어, 가상의 전투 상황을 생성하고, 생성된 전투 상황에 따른 훈련을 가능하게 한다. 교전 통제부(470)는, 예를 들어, 실제의 또는 가상의 전투 상황에서 적어도 하나의 표적에 대한 정보를 분석 및 처리하고, 그에 대한 요격 임무를 지시하고 통제할 수 있다.
상기 컴퓨터(100)는 도 4를 참조하여 후술할 피아 식별 장치(400)를 포함하거나, 그 자체일 수 있다. 예를 들어 피아 식별 장치(400)는 컴퓨터(100)의 항적 관리부(430)에 포함될 수 있다.
이러한 피아 식별 장치(400)는 레이더가 탐지하고 추적하는 적어도 하나의 표적에 대한 항적을 분석하는 항적 분석부(410)와, 상기 표적의 피아 식별 정보를 단말기(300)에 표시하기 위한 피아 식별 값을 산출하는 퍼지 추론부(430)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 퍼지 추론부(430)는 항적 분석부(410)에 의해 분석된 정보를 바탕으로 해당 표적에 대한 피아를 간접적으로 식별할 수 있다.
본 발명에 따르면, 표적의 항적만으로 표적의 피아를 식별할 수 있기 때문에, 아군에 해당하는 표적의 응답기가 고장이 나는 경우에도 아군을 보호하고 교전 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말기를 나타내는 개념도이다.
도 2를 참조하면, 단말기(300)의 디스플레이부에는 표적(520), 해당 표적에 해당하는 항적(530) 및 전장 영역들(502,504)이 표시될 수 있다.
표적(520)은 레이더에 의해 탐지 및 추적될 수 있는 모든 것들을 의미할 수 있다. 예를 들어, 항공기, 선박 및 유도탄 등일 수 있다. 단말기(300)의 디스플레이부에는 이러한 표적(520)의 항적(530)이 적어도 하나 이상 표시될 수 있다.
또한, 단말기(300)의 디스플레이부에는 적어도 하나의 전장 영역(510)이 표시될 수 있다. 이러한 전장 영역(510)은 임의로 설정되거나 변경될 수 있다. 전장 영역은 다양한 형태로 설정될 수 있는데, 예를 들어, 원형(502) 또는 다각형(504)으로 설정될 수 있다. 본 발명은 이러한 전장 영역(510)에 항적(530)이 포함되는지 여부 및 항적(530)의 이동 특성 등을 이용하여 퍼지 추론에 따라 표적(520)의 피아를 간접적으로 식별할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 항적 관리부(110)를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 항적 관리부는 피아 식별 장치(400), 항적 처리 장치(112), 레이더 인터페이스(114) 및 사용자 인터페이스(116)를 포함할 수 있다.
피아 식별 장치(400)는 적어도 하나의 항적이 기 설정된 적어도 하나의 전장 영역에 포함되는지를 판단하고, 피아 여부를 판단하기 위하여 하강 각도, 하강 속도 및 전장 영역의 중심점과의 수평거리를 계산하여 퍼지 추론(Fuzzy inference) 기법을 사용하여 정략적인 수치로 피아 식별값을 산출할 수 있다.
항적 처리 장치(112)는 레이더(200)로부터 수신한 적어도 하나의 항적에 대해 어레이(arry) 구조체를 만들 수 있다. 즉, 항적에 대한 어레이 구조체를 생성, 갱신 및 삭제하는 기능을 수행할 수 있다.
레이더 인터페이스(114)는 적어도 하나의 항적을 탐지 및 추적하는 레이더(200)와 연동하여 레이더(200)와 관련된 인터페이스를 제공할 수 있다. 사용자 인터페이스(116)는 단말기(300)와 관련된 인터페이스를 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 피아 식별 장치(400)를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 피아 식별 장치(400)는 항적 분석부(410), 퍼지 추론부(430), 수치 보정부(450) 및 피아 결정부(470)를 구비할 수 있다.
항적 분석부(410)는 단말기에 의해 아군, 적군 및 정체불명 중 어느 하나로 선택된 적어도 하나의 표적이 기 설정된 적어도 하나의 전장 영역에 포함되는지를 판단하고, 상기 표적의 이동 특성 중에서 하강 각도, 하강 속도, 전장 영역의 중심점과의 수평거리 중 적어도 하나를 계산할 수 있다.
퍼지 추론부(430)는 상기 항적 분석부(410)에 의해 분석된 데이터를 이용하여 적어도 하나의 파라미터를 생성하고, 퍼지 추론 엔진(fuzzy inference engine, FIE)에 상기 파라미터를 적용하여 퍼지 룰(rule)에 따라 항적의 피아 식별값을 정량적인 수치로 산출할 수 있다.
수치 보정부(450)는, 예를 들어, 기 설정된 전장 영역과 표적의 이동 특성을 식별 중요도에 따라 구분하고, 식별 중요도에 따라 0과 같거나 크고, 1과 같거나 작은 범위 내에서 전장 영역 및 이동 특성에 대한 가중치를 설정할 수 있다. 다른 예를 들어, 아군, 적군 및 정체불명 중 어느 하나에 해당하는 표적 가중치에 따라 전장 영역 및 이동 특성에 0과 같거나 크고, 1과 같거나 작은 범위 내에서 각각 가중치를 설정할 수도 있다.
수치 보정부(450)는 위와 같은 가중치를 이용하여 피아 식별값으로부터 최종 피아 식별값을 생성할 수 있다. 최종 피아 식별값은, 예를 들어, 퍼지 추론부(430)가 산출한 피아 식별값에 가중치가 더해진 값일 수 있다.
피아 결정부(470)는 상기 수치 보정부(450)에 의해 생성된 최종 피아 식별값을 이용하여 표적에 대한 피아 식별 정보를 결정할 수 있다. 피아 식별 정보는, 예를 들어, 아군, 적군 및 정체불명 중 어느 하나일 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 항적 분석부의 항적 분석 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 항적 분석부의 항적 분석 방법은 정장 영역 설정 단계(S120)를 포함한다. 전장 영역은 단말기(300)에 의해 적어도 하나 이상 설정될 수 있다. 이때 전장 영역은 원형 또는 다각형 중 어느 하나에 해당할 수 있다. 또한, 레이더에 의해 탐지된 표적에 대한 표적 가중치가 단말기(300)에 의해 설정될 수 있다. 표적 가중치는, 상술한 바와 같이, 아군, 적군 및 정체불명 중 어느 하나일 수 있다.
다음으로, 전장 분석부(412)에 의해 전장 영역 포함 여부 판단 단계(S140)가 진행될 수 있다. 전장 분석부(412)는 적어도 하나의 표적이 기 설정된 적어도 하나의 전장 영역에 포함하는지 여부를 판단할 수 있다. 전장 영역에 포함되는 여부를 판단하는 방법은 도 6a 및 6b를 참조하여 후술한다.
다음으로, 이동 분석부(416)에 의해 이동 특성 판단 단계(S160)가 진행될 수 있다. 이동 분석부(416)는 항적으로부터 표적의 하강 각도, 하강 속도 및 기 설정된 전장 영역과의 수평 거리를 산출할 수 있다.
항적의 하강 각도와 하강 속도는 아래와 같이 계산한다. 이때, 기준 좌표계는 ENU(x: East, y: North, z: Upward)를 사용할 수 있다. 항적의 위치 벡터는 수학식1이고, 항적의 속도 벡터는 수학식2와 같다.
Figure pat00001
Figure pat00002
이때, 항적의 하강 각도(θ)는 수학식3이고, 하강 속도는 수학식4에 해당할 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
항적과 특정 전장 영역과의 거리(R)는 수학식5에 해당할 수 있다. 이때, 거리(R)는 수평거리를 의미한다.
Figure pat00005
도 6a 및 도 6b는 본 발명과 관련된 전장 영역 포함 여부 판단 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6a는 전장 영역이 원형인 경우, 항적의 전장 영역 포함 여부를 판단하는 순서도이고, 도 6b는 정장 영역이 다각형인 경우, 항적의 전장 영역 포함 여부를 판단하는 순서도이다. 이때, x와 y는 각각 도 5를 참조하여 설명한 기준 좌표계의 east와 west를 의미할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 퍼지 추론부의 피아 식별값 산출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 퍼지 추론부(430)에 의해 퍼지 소속 함수(fuzzy membership function)을 설정하는 단계(S220)를 포함한다. 퍼지 추론부(430)는 항적 분석부(410)에 의해 분석된 전장 포함 여부 및 이동 특성을 파라미터(parameter)로 생성하고, 각 파라미터별 퍼지 소속 함수를 경험에 의해 평균과 분산값을 적용한 가우시안(gaussian) 함수로 설정할 수 있다.
다음으로, 퍼지 추론부(430)가 퍼지 추론 규칙에 따른 피아 식별값을 산출하는 단계(S240)가 진행될 수 있다. 퍼지 룰(rule)은 아래와 같다.
(1) 전장 영역 포함 여부에 따른 퍼지 룰(rule)은,
영역에 포함되고, 영역의 중심점까지 가까우면 영역 피아 식별값이 매우 높다.
영역에 포함되고, 영역의 중심점까지 멀면 영역 피아 식별값이 낮다.
영역에 포함 안되고, 영역의 중심점까지 가까우면 영역 피아 식별값이 매우 낮다.
영역에 포함 안되고, 영역의 중심점까지 멀면 영역 피아 식별값이 매우 낮다.
(2) 항적의 하강 각도에 따른 퍼지 룰(rule)은,
항적의 하강 각도가 크면 적군 피아 식별값이 매우 높다.
항적의 하강 각도가 작으면 적기 피아 식별값이 보통이다.
(3) 항적의 하강 속도에 따른 퍼지 룰(rule)은,
항적의 하강 속도가 크면 적군 피아 식별값이 매우 높다.
항적의 하강 속도가 작으면 적군 피아 식별값이 보통이다.
(4) 항적과 전장 영역의 중심점에 대한 수평거리에 따른 퍼지 룰은,
접근하는 항적인 경우, 수평거리가 가까우면 영역 피아 식별값이 높다.
접근하는 항적인 경우, 수평거리가 멀면 영역 피아 식별값이 매우 낮다.
위와 같은 퍼지 룰(rule)은 만다니(mandani) 퍼지 추론 방법을 이용할 수 있다.
도 8을 본 발명의 일 실시 예에 따른 퍼지 소속 함수를 나타내는 예시도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수치 보정부의 최종 피아 식별값 생성 방법을 나타내는 순서도이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 피아 식별 장치는 표적의 항적 및 전장 영역의 정보를 이용하여 표적의 피아를 간접적으로 식별할 수 있다. 따라서, 아군의 항공기 또는 유도탄 등에 장착된 응답기(transponder)가 예기치 못한 문제로 인해 고장이 나서 피아 식별 응답이 무효인 경우라도, 본 발명의 피아 식별 장치 또는 시스템에 의해 아군기를 보호하고, 교전 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 또한, 적어도 하나의 전장 영역을 원형 또는 다각형으로 설정할 수 있기 때문에, 레이더를 효율적으로 사용할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 응용 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예 및 응용 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (10)

  1. 레이더로부터 수신된 적어도 하나의 표적에 대한 항적을 분석하는 항적 분석부; 및
    상기 항적 분석부에 의해 분석된 항적에 해당하는 적어도 하나의 파라미터를 생성하고, 상기 파라미터를 이용하여 피아 식별 값을 산출하는 퍼지 추론부를 포함하는 피아 식별 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 항적 분석부는,
    상기 적어도 하나의 항적이 기 설정된 적어도 하나의 전장 영역에 포함되는지 여부를 분석하는 영역 분석부; 및
    상기 적어도 하나의 항적으로부터 상기 표적의 이동 특성을 산출하는 특성 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피아 식별 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이동 특성은 상기 이동 수단의 하강 속도, 하강 각도, 상기 전장 영역의 중심점과의 수평 거리 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 피아 식별 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지 추론부는 상기 파라미터의 퍼지 소속 함수를 설정하고, 퍼지 추론 규칙에 따라 상기 피아 식별 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 피아 식별 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 퍼지 소속 함수는 가우시안 함수로 설정되는 것을 특징으로 하는 피아 식별 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 피아 식별 값에 대한 가중치를 설정하고, 상기 가중치를 이용하여 상기 피아 식별 값을 보정한 최종 피아 식별 값을 생성하는 수치 보정부를 더 포함하는 피아 식별 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 최종 피아 식별 값을 이용하여 상기 표적에 대한 피아 식별 정보를 결정하는 피아 결정부를 더 포함하는 피아 식별 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 피아 식별 정보는 아군, 적군, 정체불명 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 피아 식별 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 최종 피아 식별 값은 상기 피아 식별 값에 상기 가중치를 더한 것을 특징으로 하는 피아 식별 장치.
  10. 적어도 하나의 표적을 추적하는 레이더;
    상기 레이더에 대한 인터페이스를 제공하고, 디스플레이부를 구비하는 단말기; 및
    상기 표적의 항적을 분석하는 항적 분석부와, 상기 표적의 피아 식별 정보를 상기 디스플레이부에 표시하기 위한 피아 식별 값을 산출하는 퍼지 추론부를 구비하며, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따르는 피아 식별 장치를 포함하는 피아 식별 시스템.
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