KR20140144611A - 대상 이동체 무력화 시스템 및 그의 동작 방법 - Google Patents

대상 이동체 무력화 시스템 및 그의 동작 방법 Download PDF

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본 발명은 이동중인 대상 이동체에 탑재된 라이다(LADAR: laser detection and raging)를 무력화시키는 대상 이동체 무력화 시스템 및 그의 동작 방법에 관한 것이다. 대상 이동체 무력화 시스템은 이동중인 대상 이동체의 라이다로부터 발진한 레이저를 시간간격으로 수신하여 대상 이동체의 이동각도를 산출하고, 대상 이동체로 저출력 레이저를 발진하고 반사된 저출력 레이저를 수신하여 대상 이동체의 거리를 산출하는 라이다 시스템 및 이동각도 및 거리에 따른 대상 이동체의 위치로, 고출력 레이저의 발산각을 조절하여 초점을 변화시켜 고출력 레이저 광원이 집광되도록 고출력 레이저를 발진하는 레이저 시스템을 포함한다.

Description

대상 이동체 무력화 시스템 및 그의 동작 방법{System for disabling object vehicle and operating method for thereof}
본 발명은 이동중인 대상 이동체에 탑재된 라이다(LADAR: laser detection and raging)를 무력화시키는 대상 이동체 무력화 시스템 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
라이다는 대상 물체에 레이저를 조사하고 표면에서 반사된 레이저를 다시 수광함으로써 대상물 표면에 대한 거리나 기타 정보를 획득할 수 있는 원격 탐사 기술이다. 지상으로 침투하는 이동체의 경우 주변 환경으로 인해 레이다 전파 방해가 일어나기 쉽고 방해로 인해 감지 거리가 짧아지게 된다. 레이다의 경우 최대 수십 Km의 원거리에서 대상을 검출하여 접근하며 이러한 원거리에서의 대상물 검출은 주변 환경으로 인해 정확한 물체 인식의 어려움이 있다. 레이다는 RF 주파수를 사용하기 때문에 빛을 사용하는 라이다(LIDAR: light detection and raging)에 비해 물체인식의 분해능이 떨어져서 보병이나 소형의 물체에 대해서는 감지 능력이 떨어진다. 따라서 지상으로 침투되어 들어오는 보병부대에 대해서는 라이다를 사용하여 감지하는 것이 훨씬 효과적이다. 레이저 및 라이다는 기본적으로 도플러 효과를 이용하여 움직이는 물체를 감지하고 속도를 구하는 방식이지만 라이다는 레이저를 사용하여 물체까지의 거리 및 외관 재질에 대한 반사율을 이용하여 3D point cloud 데이터를 생성하여 물체의 외형을 3D 로 표현하여 인식하는데 반해서 레이다는 움직이는 물체의 추적을 주로 하기 때문에 지상에서 저속으로 이동중인 물체에 대해서는 감지 및 인식 능력이 라이다에 비해 떨어진다.
국내 공개특허 공보 제2011-0127458호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는 3D 라이다 구동 시 사용되는 특정 레이저의 파장을 감지하여, 라이다가 발사되는 지점을 감지하여 대상 이동체의 침투를 확인하고, 라이다 발사지점으로 고출력의 레이저를 집광시켜 대상 이동체 라이다의 검출기에 해당하는 센서의 임계값을 넘도록 하여 센서를 무력화시킴으로써 대상 이동체의 침투를 막는 대상 이동체 무력화 시스템 및 그의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 대상 이동체 무력화 시스템은 이동중인 대상 이동체의 라이다가 발진한 레이저를 시간간격으로 수신하여 상기 대상 이동체의 이동각도를 산출하고, 상기 대상 이동체로 저출력 레이저를 발진하고 반사된 저출력 레이저를 수신하여 상기 대상 이동체까지의 거리를 산출하는 라이다 시스템; 및 상기 이동각도 및 거리에 따른 상기 대상 이동체의 위치로, 고출력 레이저의 발산각을 조절하여 초점을 변화시켜 상기 고출력 레이저 광원이 집광되도록 상기 고출력 레이저를 발진하는 레이저 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 대상 이동체 무력화 시스템의 동작 방법은 이동중인 대상 이동체의 라이다가 발진한 레이저를 시간간격으로 수신하여 상기 대상 이동체의 이동각도를 산출하는 단계; 상기 대상 이동체로 저출력 레이저를 발진하고 반사된 저출력 레이저를 수신하여 상기 대상 이동체까지의 거리를 산출하는 단계; 상기 이동각도 산출 및 상기 이동체까지의 거리 산출을 반복하여 상기 대상 이동체의 위치를 트래킹하는 단계; 및 상기 이동각도 및 상기 대상 이동체까지의 거리에 따른 상기 대상 이동체의 현재 위치로 고출력 레이저를 발진하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 고출력 레이저를 발진하는 단계는, 상기 고출력 레이저의 발산각을 조절하여 초점을 변화시켜 상기 고출력 레이저가 상기 대상 이동체로 집중되도록 상기 고출력 레이저를 발진하는 단계;인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 3D 라이다 구동 시 사용되는 특정 레이저의 파장을 감지하여, 라이다가 발사되는 지점을 감지하여 대상 이동체의 침투를 확인하고, 라이다 발사지점으로 고출력의 레이저를 집광시켜 대상 이동체 라이다의 검출기에 해당하는 센서의 임계값을 넘도록 하여 센서를 무력화시킴으로써 대상 이동체의 침투를 막을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대상 이동체 무력화 시스템의 외관도 이다.
도 2는 도 1에 도시된 대상 이동체 무력화 시스템의 상세 구성도 이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대상 이동체 무력화 시스템의 동작 방법을 보이는 흐름도 이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대상 이동체 무력화 시스템의 외관도 이다. 그리고 도 2는 도 1에 도시된 대상 이동체 무력화 시스템의 상세 구성도 이다.
도 1 및 도 2를 참조하면 대상 이동체의 무력화 시스템(10)은 라이다 시스템(100), 제어부(200), 레이저 시스템(300) 및 대상 이동체(400)를 포함한다. 여기서, 제어부(200)는 라이다 시스템(100) 내부에 구비될 수 있거나, 레이저 시스템(300) 내부에 구비될 수 있거나, 라이다 시스템(100) 내부 및 레이저 시스템(300) 내부에 구비될 수 있거나, 또한 라이다 시스템(100) 및 레이저 시스템(300) 외부에 구비되어 있을 수 있다. 본 실시 예에서는 설명의 편의 상 제어부(200)가 라이다 시스템(100) 및 레이저 시스템(300) 외부에 구비되어 있다고 가정하고 설명하기로 한다. 또한 본 실시 예에서 대상 이동체의 무력화 시스템(10)은 이동체에 탑재되어 있을 수 있으며, 더 나아가 독립적인 개체로써 동작할 수도 있다.
라이다 시스템(100)은 이동중인 대상 이동체(400)의 라이다로부터 발진한 레이저를 시간간격으로 수신하여 대상 이동체의 이동각도를 산출하고, 대상 이동체(400)로 저출력 레이저를 발진하고 대상 이동체(400)의 표면으로부터 반사된 저출력 레이저를 수신하여 라이다 시스템(100)에서 대상 이동체(400)까지의 거리를 산출한다.
이러한 라이다 시스템(100)은 도 2를 참조하면, 저출력 레이저 발진기(110), 포커스 렌즈 및 저역 통과 필터(120), HR(high reflection) 미러(130), 포커스 렌즈(140) 및 포토 디텍터(150)를 포함하며, 라이다 시스템(100)의 동작 제어는 제어부(200)에서 수행한다.
저출력 레이저 발진기(110)는 제어부(200)의 제어 하에, 눈에 보이지 않고 눈을 보호하기 위해 1550nm 파장대의 저출력(예를 들어 1W 미만) 레이저를 발진하다.
이동중인 대상 이동체(400)의 라이다로부터 발진한 레이저 및 저출력 레이저 발진기(110)가 발진하여 대상 이동체(400)의 표면으로부터 반사된 저출력 레이저 빔은 포커스 렌즈 및 저역 통과 필터(120)를 통과하면서 광간섭에 의한 신호왜곡이 최소화 되어 특정 파장대(예를 들어 900~1600nm 파장대)만 투과하도록 한다. 포커스 렌즈 및 저역 통과 필터(120)를 통과한 저출력 레이저 빔은 HR 미러(130) 및 포커스 렌즈(140)를 거쳐 포토 디텍터(150)로 전송된다. 여기서 포토 디텍터(150)는 주변 인식을 위해 발사되는 수 Km의 레이저 반사빔을 감지한다.
포토 디텍터(150)는 수신한 저출력 레이저 빔을 수치화 하여 제어부(200)로 전송하고, 제어부(200)는 대상 이동체(400)의 정확한 위치를 산출한다. 제어부(200)는 포토 디텍터(150)가 감지한 신호로부터 주행중인 대상 이동체(400)의 이동각도 및 라이다 시스템(100)에서 대상 이동체(400)까지의 거리를 산출할 수 있다.
먼저, 주행중인 대상 이동체(400)의 이동각도 산출을 설명하면, 포토 디텍터(150)가 실시간으로 대상 이동체(400)의 라이다로부터 발진한 레이저 빔을 감지하여 해당 신호를 제어부(200)로 전송한다, 제어부(200)는 임의의 제1 시간에서 대상 이동체(400)의 라이다로부터 발진한 레이저 빔 중 가장 센 레이저 빔 및 제1 시간 이후의 제2 시간에서 대상 이동체(400)의 라이다로부터 발진한 레이저 빔 중 가장 센 레이저 빔 사이의 각도를 산출한다.
다음에, 라이다 시스템(100)에서 대상 이동체(400)까지의 거리 산출을 설명하면, 저출력 레이저 발진기(110)가 대상 이동체(400)를 향하여 저출력 레이저 빔을 발진하고, 대상 이동체(400)의 표면에서 반사된 레이저 빔을 감지하한 포토 디텍터(150)가 해당 신호를 제어부(200)로 출력한다. 제어부(200)는 저출력 레이저 빔이 대상 이동체(400)로 발진된 후 반사되어 되돌아 오는 시간과, 숙지된 저출력 레이저 빔의 속도를 이용하여 라이다 시스템(100)에서 대상 이동체(400)까지의 거리를 산출한다. 여기서 거리 산출 식은 하기 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에서 d는 라이다 시스템(100)에서 대상 이동체(400)까지의 거리를 나타내고, c는 레이저 빔의 속도 즉, 광속(3×108m/s), t는 저출력 레이저 빔이 대상 이동체(400)로 발진된 후 반사되어 되돌아 오는 시간을 나타낸다.
이와 같이 제어부(200)는 대상 이동체(400)의 이동 각도 및 라이다 시스템(100)에서 대상 이동체(400)까지의 거리를 이용하여 대상 이동체(400)의 정확한 위치를 산출할 수 있으며, 대상 이동체(400)가 주행중이므로 실시간으로 대상 이동체(400)의 이동 각도 및 라이다 시스템(100)에서 대상 이동체(400)까지의 거리를 산출하면서 대상 이동체(400)를 트래킹한다.
또한 제어부(200)는 이동중인 대상 이동체(400)의 라이다를 무력화 시키기 위해, 레이저 시스템(300)을 제어하여 고출력 레이저를 대상 이동체(400)로 발진하여 대상 이동체(400)의 라이다를 무력화 시킨다.
이러한 레이저 시스템(300)은 도 2를 참조하면, 전원 공급부(310), 고출력 레이저 발진기(320), 빔 익스팬더(beam expander)(331) 및 초점렌즈(332)를 포함하는 초점 조절부(330)를 포함한다.
전원 공급부(310)는 제어부(200)의 제어 하에 고출력 레이저 발진을 위한 전원을 고출력 레이저 발진기(320)로 출력하고, 고출력 레이저 발진기(320)는 전원에 의해 대상 이동체(400)의 라이다를 무력화 시키기 위한 고출력 레이저를 발진한다. 여기서, 고출력 레이저 빔의 세기는 대상 이동체(400)의 라이다의 검출기에 해당하는 센서의 임계값을 넘도록 하여 센서를 무력화시킬 수 있는 세기 일 수 있다. 초점 조절부(330)의 빔 익스팬더(331)는 발진된 고출력 레이저 빔의 발산각을 조정하고, 초점 렌즈(332)는 발산각이 조절된 고출력 레이저 빔의 초점을 변화시켜 타겟이 되는 대상 이동체(400)의 라이더에 고출력 레이저 빔이 집중되도록 한다.
이와 같이 대상 이동체의 무력화 시스템(10)의 라이다 시스템(100)에서 대상 이동체(400)의 정확한 위치를 산출하고, 레이저 시스템(300)에서 산출한 위치로 고출력 레이저를 발진하여, 대상 이동체(400)의 라이다를 무력화시킴으로써 대상 이동체의 침투를 막을 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대상 이동체의 무력화 시스템(10)의 동작 방법을 보이는 흐름도 이다. 이하의 설명에서 도 1 및 도 2에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 라이다 시스템(100)은 이동중인 대상 이동체(400)의 라이다가 발진한 레이저를 시간간격으로 수신하여 대상 이동체(400)의 이동각도를 산출하는 단계(S100)를 수행한다. 라이다 시스템(100)은 실시간으로 대상 이동체(400)의 라이다로부터 발진한 레이저 빔을 감지하고, 임의의 제1 시간에서 대상 이동체(400)의 라이다로부터 발진한 레이저 빔 중 가장 센 레이저 빔 및 제1 시간 이후의 제2 시간에서 대상 이동체(400)의 라이다로부터 발진한 레이저 빔 중 가장 센 레이저 빔 사이의 각도를 산출한다.
또한 라이다 시스템(100)은 대상 이동체(400)로 저출력 레이저를 발진하고, 대상 이동체(400)의 표면으로부터 반사된 저출력 레이저를 수신하여 라이다 시스템(100)에서 대상 이동체(400)까지의 거리를 산출하는 단계(S200)를 수행한다. 라이다 시스템(100)은 저출력 레이저 빔이 대상 이동체(400)로 발진된 후 반사되어 되돌아 오는 시간(t)과, 숙지된 저출력 레이저 빔의 속도(c)를 상기 수학식 1에 적용하여 라이다 시스템(100)에서 대상 이동체(400)까지의 거리를 산출한다.
라이다 시스템(100)은 대상 이동체(400)의 이동각도 산출 및 수신하여 라이다 시스템(100)에서 대상 이동체(400)까지의 거리 산출을 반복하여 이동중인 대상 이동체(400)의 위치를 트래킹하는 단계(S300)를 수행한다.
트래킹 중에 레이저 시스템(300)은 라이다 시스템(100)에서 산출한 대상 이동체(400)의 위치로 고출력 레이저를 발진하는 단계(S400)를 수행한다. 여기서, 레이저 시스템(300)은 고출력 레이저의 발산각을 조절하여 초점을 변화시켜 고출력 레이저가 상기 대상 이동체로 집중되도록 고출력 레이저를 발진한다.
이와 같이 대상 이동체의 무력화 시스템(10)의 라이다 시스템(100)에서 대상 이동체(400)의 정확한 위치를 산출하고, 레이저 시스템(300)에서 산출한 위치로 고출력 레이저를 발진하여, 대상 이동체(400)의 라이다를 무력화시킴으로써 대상 이동체의 침투를 막을 수 있게 된다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
10: 대상 이동체의 무력화 시스템
100: 라이다 시스템
110: 저출력 레이저 발진기
120: 포커스 렌즈 및 저역 통과 필터
130: HR 미러
140: 포커스 렌즈
150: 포토 디텍터
200: 제어부
300: 레이저 시스템
310: 전원 공급부
320: 고출력 레이저 발진기
330: 초점 조절부
331: 빔 익스팬더
332: 초점렌즈

Claims (3)

  1. 이동중인 대상 이동체의 라이다가 발진한 레이저를 시간간격으로 수신하여 상기 대상 이동체의 이동각도를 산출하고, 상기 대상 이동체로 저출력 레이저를 발진하고 반사된 저출력 레이저를 수신하여 상기 대상 이동체까지의 거리를 산출하는 라이다 시스템; 및
    상기 이동각도 및 거리에 따른 상기 대상 이동체의 위치로, 고출력 레이저의 발산각을 조절하여 초점을 변화시켜 상기 고출력 레이저 광원이 집광되도록 상기 고출력 레이저를 발진하는 레이저 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 대상 이동체 무력화 시스템.
  2. 이동중인 대상 이동체의 라이다가 발진한 레이저를 시간간격으로 수신하여 상기 대상 이동체의 이동각도를 산출하는 단계;
    상기 대상 이동체로 저출력 레이저를 발진하고 반사된 저출력 레이저를 수신하여 상기 대상 이동체까지의 거리를 산출하는 단계;
    상기 이동각도 산출 및 상기 이동체까지의 거리 산출을 반복하여 상기 대상 이동체의 위치를 트래킹하는 단계; 및
    상기 이동각도 및 상기 대상 이동체까지의 거리에 따른 상기 대상 이동체의 현재 위치로 고출력 레이저를 발진하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상 이동체 무력화 시스템의 동작 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 고출력 레이저를 발진하는 단계는,
    상기 고출력 레이저의 발산각을 조절하여 초점을 변화시켜 상기 고출력 레이저가 상기 대상 이동체로 집중되도록 상기 고출력 레이저를 발진하는 단계;인 것을 특징으로 하는 대상 이동체 무력화 시스템의 동작 방법.
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