KR20160047057A - 총구거리 추정방법 - Google Patents

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Abstract

실시 형태에 따른 총구거리 추정방법은, 감지부가 대기압력과, 마이크로폰 어레이에 의해 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지하는 감지단계; 검출부가 상기 마이크로폰 어레이의 배열선을 기준으로 하는 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS'), 상기 마이크로폰 어레이의 배열선을 기준으로 하는 상기 탄환 충격파의 입사각(θM') 및 상기 탄환 충격파의 마하각(θM)을 검출하는 검출단계; 및 계산부가 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')에 상기 마하각(θM)을 더한 값의 코사인(cosine) 값(cos(θM+(θS'-θM')))을 계산하고, 탄도 수직거리(X)를 상기 코사인 값(cos(θM+(θS'-θM')))으로 나누어 총구거리(D)를 계산하는 계산단계; 를 포함하고, 상기 탄도 수직거리(X)는 상기 마하각(θM), 상기 탄환 충격파의 신호파형 및 상기 대기압력을 이용하여 계산된다.

Description

총구거리 추정방법{MUZZLE DISTANCE ESTIMATION METHOD}
본 발명은 총구거리 추정방법에 관한 것이다.
전시와 같은 상황에서 적군의 위치를 빨리 파악하는 것은 아군의 피해를 줄이는데 중요한 사항 중 하나이다.
하지만, 원거리에서 사격하는 저격수와 같은 적군은 일반적으로 은폐한 상태에서 아군을 조준 사격하기 때문에, 육안만으로는 적군의 정확한 위치를 식별하기 힘들었다.
따라서, 종래에는 적군의 위치를 신속하게 파악하지 못하여 아군의 발이 묶이거나 아군의 부상 등의 피해가 발생하는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 적군이 발포할 때 총구에서 발생하는 소리를 이용하여 적군이 어느 방향에 있는지 식별하는 방법이 제안되었지만, 방향만 식별할 뿐 적군과 측정위치 사이의 거리추정은 불가능하였다. 따라서, 적군이 어느 방향에 있는지 식별하고, 아군은 그 방향에 대해서 은폐 및 엄폐를 할 수 있어 아군의 부상을 예방할 수 있으나, 적군의 위치를 정확히 식별하기는 여전히 어렵기 때문에 폭격이나 무인로봇으로 적군을 제압하기 힘들었으며, 따라서 아군의 발이 묶이는 문제 역시 해결되지 못하였다.
실시 형태는 신속하고 정확하게 적군의 위치를 추정할 수 있는 총구거리 추정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시 형태에 따른 총구거리 추정방법은, 감지부가 대기압력과, 마이크로폰 어레이에 의해 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지하는 감지단계; 검출부가 상기 마이크로폰 어레이의 배열선을 기준으로 하는 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS'), 상기 마이크로폰 어레이의 배열선을 기준으로 하는 상기 탄환 충격파의 입사각(θM') 및 상기 탄환 충격파의 마하각(θM)을 검출하는 검출단계; 및 계산부가 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')에 상기 마하각(θM)을 더한 값의 코사인(cosine) 값(cos(θM+(θS'-θM')))을 계산하고, 탄도 수직거리(X)를 상기 코사인 값(cos(θM+(θS'-θM')))으로 나누어 총구거리(D)를 계산하는 계산단계; 를 포함하고, 상기 탄도 수직거리(X)는 상기 마하각(θM), 상기 탄환 충격파의 신호파형 및 상기 대기압력을 이용하여 계산된다.
여기서, 상기 검출단계에서 검출된 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')이 같으면, 상기 계산단계는 상기 대기압력과 상기 탄환 충격파의 신호파형을 이용하여 상기 총구거리(D)를 계산할 수 있다.
여기서, 상기 검출단계는 상기 총구 폭풍파의 감지시간 및 상기 탄환 충격파의 감지시간을 검출하고, 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')은 상기 총구 폭풍파의 감지시간에 의해 검출되고, 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')은 상기 탄환 충격파의 감지시간에 의해 검출될 수 있다.
여기서, 상기 검출단계는 상기 탄환 충격파의 최대진폭(Pmax) 및 상기 탄환 충격파의 지속시간(T)을 더 검출하는 단계이고, 상기 탄환 충격파의 신호파형은 상기 지속시간(T) 및 상기 최대진폭(Pmax)을 포함할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따른 총구거리 추정방법은, 감지부가 대기압력과, 마이크로폰 어레이에 의한 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지하는 감지단계; 검출부가 상기 총구 폭풍파의 감지시간(t1), 상기 탄환 충격파의 감지시간(t2), 상기 마이크로폰 어레이의 배열선을 기준으로 하는 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS'), 상기 마이크로폰 어레이의 배열선을 기준으로 하는 상기 탄환 충격파의 입사각(θM') 및 상기 탄환 충격파의 마하각(θM)을 검출하는 검출단계; 비교부가 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')를 문턱값(ΔθT)과 비교하는 비교단계; 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 상기 문턱값(ΔθT)보다 작으면, 계산부가 상기 마하각(θM)과 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM') 를 더한 값의 코사인(cosine) 값(cos(θM+(θS'-θM')))을 계산하고, 탄도 수직거리(X)를 상기 코사인 값(cos(θM+(θS'-θM')))으로 나누어 총구거리(D)를 계산하는 계산단계1; 및 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 상기 문턱값(ΔθT)보다 크면, 상기 계산부가 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')를 반으로 한 값의 사인(sine) 제곱 값(sin2((θS'-θM')/2))을 계산하고, 상기 감지시간(t1)과 상기 감지시간(t2)의 차를, 상기 사인 제곱 값(sin2((θS'-θM')/2))을 두 배수 한 값(2sin2((θS'-θM')/2))으로 나누어 상기 총구거리(D)를 계산하는 계산단계2; 를 포함하고, 상기 탄도 수직거리(X)는 상기 마하각(θM), 상기 탄환 충격파의 신호파형 및 상기 대기압력을 이용하여 계산된다.
여기서, 상기 문턱값(ΔθT)은 상기 마하각(θM)과 상기 계산단계1로 구해지는 거리추정오차와 상기 마하각(θM)과 상기 계산단계2로 구해지는 거리추정오차가 동일할 때의 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')의 각도일 수 있다.
여기서, 상기 검출단계에서 검출된 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')이 같으면, 상기 계산단계는 상기 대기압력과 상기 탄환 충격파의 신호파형을 이용하여 상기 총구거리(D)를 계산할 수 있다.
여기서, 상기 검출단계에서 검출된 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')이 같으면, 상기 계산단계는 상기 대기압력에 상기 지속시간(T)을 곱한 값을 상기 최대진폭(Pmax)으로 나누어 상기 총구거리(D)를 계산할 수 있다.
여기서, 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')은 상기 감지시간(t1)에 의해 검출되고, 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')은 상기 감지시간(t2)에 의해 검출될 수 있다.
여기서, 상기 검출단계는 상기 탄환 충격파의 최대진폭(Pmax) 및 상기 탄환 충격파의 지속시간(T)을 더 검출하는 단계이고, 상기 탄환 충격파의 신호파형은 상기 지속시간(T) 및 상기 최대진폭(Pmax)을 포함할 수 있다.
실시 형태에 따른 총구거리 추정방법에 의하면, 대기압력, 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지하고, 검출부가 마이크로폰 어레이의 배열선을 기준으로 하는 총구 폭풍파의 입사각(θS'), 마이크로폰 어레이의 배열선을 기준으로 하는 탄환 충격파의 입사각(θM'), 탄환 충격파의 마하각(θM), 최대진폭(Pmax) 및 지속시간(T)을 검출하고, 계산부가 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')에 마하각(θM)을 더한 값의 코사인(cosine) 값(cos(θM+(θS'-θM')))을 계산하고, 탄도 수직거리(X)를 코사인 값(cos(θM+(θS'-θM')))으로 나누어 계산하기 때문에, 총구로부터 발생되는 총구 폭풍파 및 탄환 충격파로 적군의 총구거리를 신속하고 정확하게 계산할 수 있다.
실시 형태에 따른 총구거리 추정방법에 의하면, 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')이 같으면, 대기압력에 지속시간(T)을 곱한 값을 최대진폭(Pmax)으로 나누어 총구거리(D)를 계산하기 때문에, 추정하기 힘들었던 사각지대에 있는 적군의 위치를 신속하고 정확하게 계산할 수 있다.
실시 형태에 따른 총구거리 추정방법에 의하면, 총구 폭풍파의 감지시간 및 탄환 충격파의 감지시간을 이용하여 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 탄환 충격파의 입사각(θM')을 검출하기 때문에, 더 신속하고 정확하게 적군의 위치를 계산할 수 있다.
실시 형태에 따른 총구거리 추정방법에 의하면, 비교부가 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')를 문턱값(ΔθT)과 비교하고, 계산부가 2가지 계산 방법을 선택하기 때문에, 모든 조건에서 거리추정오차가 최소가 되도록 적군의 위치를 계산할 수 있다.
실시 형태에 따른 총구거리 추정방법에 의하면, 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')이 같으면, 대기압력에 지속시간(T)을 곱한 값을 최대진폭(Pmax)으로 나누어 총구거리(D)를 계산하기 때문에, 추정하기 힘들었던 사각지대에 있는 적군의 위치를 신속하고 정확하게 계산할 수 있고, 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')이 같지 않더라도, 비교부가 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')를 문턱값(ΔθT)과 비교하고, 계산부가 2가지 계산 방법을 선택하기 때문에, 거리추정오차가 최소가 되도록 적군의 위치를 계산할 수 있다.
실시 형태에 따른 총구거리 추정방법에 의하면, 총구 폭풍파의 감지시간 및 탄환 충격파의 감지시간을 이용하여 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 탄환 충격파의 입사각(θM')을 검출하기 때문에, 더 신속하고 정확하게 적군의 위치를 계산할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 총구거리 추정방법을 실시하기 위한 거리추정장치의 블록도이다.
도 3은 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 총구의 방향과 마이크로폰 어레이 배열선의 방향이 다를 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 Δθ에 따른 거리 추정 과정이다.
도 7은 Δθ의 변화에 따른 실제 거리 대 추정거리 오차를 나타낸 그래프이다.
도 8은 총구와 마이크로폰 사이의 거리 증가에 따른 마하각 감소를 고려한 거리추정오차를 나타낸다.
도 9는 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은 탄환 충격파의 신호파형을 나타낸 그래프이다.
도 12는 제1 실시 예와 제2 실시 예에 따른 결과를 이용하여 문턱값을 선정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 마하각이 20일 때, 거리추정오차를 나타낸 그래프이다.
도 14은 탄환 속도에 따른 마하각의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15는 마하각에 따른 문턱값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 16은 제3 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 17는 제4 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 18 내지 도 20은 실시 형태에 따른 총구거리 추정방법의 실험 예를 설명하기 위한 도면이다.
후술하는 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 형태를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 형태는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 형태는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 형태에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 형태로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 형태 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
<실시 형태>
도 1은 실시 형태에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 총구(10)에서 발생하는 소리는 추진가스의 팽창에 의해 발생하는 총구 폭풍파(muzzle blast) 및 초음속 탄환에 의한 공기파열음인 탄환 충격파(projectile sound)를 포함한다. 실시 형태에 따른 총구거리 추정방법은 이러한 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 마이크로폰 어레이(microphone array)(50)로 감지하여 마이크로폰 어레이(50)에서 총구(10)까지의 거리를 추정하는 방법이다.
구체적으로, 총구 폭풍파는 포강 내 고온, 고압의 추진제 가스가 총구(10)를 이탈하는 순간에 총구(10)에서 한번 발생하는 음원이다. 총구 폭풍파는 총구 전방 수십 미터 이상에서 점 음원으로 나타나며 음파속도(c)로 전파된다.
탄환 충격파는 탄환이 유체 속을 음속보다 빠른 속도로 이동할 때, 압력변화의 파면이 중첩되어 발생한다. 탄환 충격파의 파면은 탄환 궤적(70)을 따라 원뿔형태로 전파된다. 탄환 충격파는 총구에서 도 1에 도시된 음원위치(source point)(30)까지 탄환속도(v)로 이동 후, 음원위치(30)에서 음파속도(c)로 이동한다.
따라서, 마이크로폰 어레이(50)에서 감지되는 총구 폭풍파의 도달 시간(t1)과 탄환 충격파의 도달 시간(t2)의 시간차(Δt)는 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, B는 총구(10)에서 음원위치(30)까지의 거리이고, D는 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리이고, E는 음원위치(30)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리이다. 또한, 음파속도(c)는 (331.5 + 0.61t)m/s 으로 나타낼 수 있고, t는 기온이다.
도 2는 실시 형태에 따른 총구거리 추정방법을 실시하기 위한 거리추정장치의 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 형태에 따른 총구거리 추정방법을 실시하기 위한 거리추정장치는 감지부(100), 검출부(200), 계산부(300) 및 출력부(400)를 포함하고, 실시 예에 따라 비교부(500) 및 메모리부(600)를 더 포함할 수 있다.
감지부(100)는 도 1에서 설명한 마이크로폰 어레이(50)를 포함하여 외부에서 발생하는 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지할 수 있다. 또한, 감지부(100)는 온도 감지장치 및 대기압력 감지장치를 포함하여 현재 기온(t) 및 현재 대기압력(P0)을 감지할 수 있다.
검출부(200)는 감지된 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 전송받아 총구 폭풍파의 감지시간(t1), 탄환 충격파의 감지시간(t2), 마이크로폰 어레이(50)의 배열선을 기준으로 하는 총구 폭풍파의 입사각(θS')과, 마이크로폰 어레이(50)의 배열선을 기준으로 하는 탄환 충격파의 입사각(θM'), 탄환 충격파의 마하각(θM), 최대진폭(Pmax) 및 지속시간(T)을 검출할 수 있다. 여기서, 총구 폭풍파의 입사각(θS')은 감지시간(t1)에 의해 검출되고, 탄환 충격파의 입사각(θM')은 감지시간(t2)에 의해 검출될 수 있다.
계산부(300)는 검출부(200)에서 검출된 신호를 이용하여 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 계산할 수 있다. 계산부(300)에서 계산하는 과정은 이하 실시 예들을 통해 설명하도록 한다.
출력부(400)는 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 영상표시수단 및 음성표시수단 중 적어도 하나를 통해 출력할 수 있다.
비교부(500)는 계산부(300)로부터 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')를 수신하여 메모리부(600)로부터 수신된 문턱값(ΔθT)을 비교한다.
이하에서는 총구거리 추정방법을 실시 예를 통해 설명하도록 한다.
도 3은 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 4는 제1 실시 예에 따른 총구의 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 먼저, 감지부(100)가 기온(t), 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지한다(S110). 구체적으로, 감지부(100)는 마이크로폰 어레이(50)를 포함하여 외부에서 발생하는 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지할 수 있다. 또한, 감지부(100)는 온도 감지장치를 포함하여 현재 기온(t)을 감지할 수 있다.
검출부(200)가 총구 폭풍파의 감지시간(t1), 탄환 충격파의 감지시간(t2), 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 탄환 충격파의 입사각(θM')을 검출한다(S120).
계산부(300)가 검출부(200)에서 검출된 신호를 이용하여 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 계산한다(S130).
구체적으로, 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 [수학식 1]를 삼각함수를 이용하여 계산하기 위해 탄환 궤적(70)과 수직이면서 마이크로폰 어레이(50)와 만나는 탄도 수직거리(X)를 그릴 수 있다. 이때, 탄도 수직거리(X)와 탄도 궤적(70)이 만나는 지점을 수직점(90)으로 한다.
따라서, 도 2를 참조하여 총구(10)와 마이크로폰 어레이(50)의 기하학적 관계를 정리하면 [수학식 2]와 같다.
[수학식 2]
Figure pat00002
여기서, A는 총구(10)와 수직점(90)까지의 거리이고, C는 음원위치(30)에서 수직점(90)까지의 거리이고, θS는 총구 폭풍파에 의한 방위각이고, θM은 탄환 충격파에 의한 마하각이고, M은 마하수이다.
총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 계산하기 위해, [수학식 2]를 [수학식 1]에 대입하여 정리하면, [수학식 3]을 도출할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003
이와 같이, 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법의 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)는 방위각(θS), 마하각(θM), 시간차(Δt) 및 음파속도(c)을 위한 기온(t)을 이용하여 계산할 수 있다.
도 5는 총구의 방향과 마이크로폰 어레이 배열선의 방향이 다를 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 총구(10)의 방향은 마이크로폰 어레이(50)가 배열된 배열선과 ω만큼의 각도 차이를 가질 수 있다.
따라서, 정확한 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 구하기 위해 마이크로폰 어레이(50)의 배열선을 기준으로 하는 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 마이크로폰 어레이(50)의 배열선을 기준으로 하는 탄환 충격파의 입사각(θM')을 측정할 필요가 있다.
방위각(θS), 마하각(θM), 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 탄환 충격파의 입사각(θM')을 도 5를 참조하여 기하학적 관계를 나타내면 [수학식 4]와 같다.
[수학식 4]
Figure pat00004
또한, [수학식 4]를 [수학식 3]에 대입하면 총구방향에 관계없이 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 계산할 수 있는 [수학식 5]를 도출할 수 있다. 여기서, [수학식 4]의 90은 90°이다.
[수학식 5]
Figure pat00005
즉, 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')를 반으로 한 값의 사인(sine) 제곱 값(sin2((θS'-θM')/2))을 계산하고, 감지시간(t1)과 감지시간(t2)의 차와 음파속도(c)의 곱을, 사인 제곱 값(sin2((θS'-θM')/2))을 두 배수 한 값(2sin2((θS'-θM')/2))으로 나누어 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 계산할 수 있다.
[수학식 5]에서 측정 변수인 두 신호의 입사각의 차와 도달 시간차(θS'-θM', Δt)를 구할 경우 총구(10)와 마이크로폰 어레이(50) 중심 사이의 거리를 구할 수 있다. [수학식 5]에서 시간차(Δt)와 두 신호의 입사각의 차(θS'-θM')가 탄환의 속도와 측정 위치에 따라 같이 변화하기 때문에 민감도를 분석하는 것은 어려운 일이다. 그러나 마하각(θM)이 일정하며 거리가 같은 구간에서 두 신호의 입사각 차의 변화는 [수학식 6] 및 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00006
[수학식 7]
Figure pat00007
[수학식 7]과 같이 나타낼 때, Δθ의 변화에 따른 실제 거리(D)와 추정 거리(DE)의 민감도를 확인할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 마하각(θM)이 일정할 경우, 실제 거리(D)가 같은 구간에서 Δθ가 변함으로 인해 실제거리와 추정거리의 민감도를 확인할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법에서 Δθ의 변화에 따른 실제 거리 대 추정거리 오차를 알 수 있다. 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 다음과 같은 2가지 특징이 있다. 첫째, 두 신호의 입사각의 차(Δθ)가 0에 가까울수록 거리 추정 오차가 증가한다. 둘째, 두 신호의 입사각의 차(Δθ)가 0인 경우 식이 발산하여 성립하지 않는다.
그리고 도 8을 참조하면, 총구(10)와 마이크로폰 어레이(50) 사이의 거리 증가에 따른 마하각(θM) 감소를 고려한 거리추정오차를 보여준다. 이때, 탄환의 속도는 마이크로폰 어레이 측정구간에서는 그 변화가 매우 작음으로 인하여 측정 구간 내에서는 일정하다고 가정할 수 있다.
이하에서는 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하도록 한다.
도 9는 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 10은 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2, 도 9 및 도 10을 참조하면, 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 먼저, 감지부(100)가 기온(t), 대기압력(P0), 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지한다(S210). 구체적으로, 감지부(100)는 도 1에서 설명한 마이크로폰 어레이(50)를 포함하여 외부에서 발생하는 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지할 수 있다. 또한, 감지부(100)는 온도 감지장치 및 대기압력 감지장치를 포함하여 현재 기온(t) 및 현재 대기압력(P0)을 감지할 수 있다.
검출부(200)가 총구 폭풍파의 입사각(θS'), 탄환 충격파의 입사각(θM'), 탄환 충격파의 마하각(θM), 최대진폭(Pmax) 및 지속시간(T)을 검출한다(S220).
구체적으로, 도 11을 참조하면, 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 탄환 궤적으로부터 수직거리 증가에 따라 탄환 충격파의 특징이 변화하는 것을 이용한다.
여기서, 탄환 충격파의 특징을 N파라고 하는데 그 이유는 초음속인 탄환의 모양에 의해 유체의 흐름이 급격하게 변화하면서 압력 변화 파면이 중첩되어 두 번의 압력 불균형성인 갑작스런 압력 상승이 발생하기 때문이다.
두 번의 불연속성들은 보통 머리파(bow-shock)와 꼬리파(tailing-shock), 혹은 압축파(compression wave)와 팽창파(expansion wave)라고 부르며 지속시간 T만큼 분리되어 나타난다.
이러한 압력 상승으로 탄환 충격파의 신호파형은 대기압에서 갑작스런 압력상승에 이어 대략적인 기존 상승만큼 선형 감소, 그리고 대기압으로의 갑작스럽게 돌아감으로 인해 생긴다.
탄환 충격파의 신호파형은 도8과 같이 N자 모양의 파형을 갖기 때문에 N파라고도 한다. 또한, 탄환 충격파의 최대진폭(Pmax)과 지속시간(T)은 “Weak-shock 이론”에 기초하여 예측할 수 있다. 이러한 탄환 충격파의 전파와 손실에 대한 내용은 1946년 J. W.M. DuMond에 의해 수학적으로 해석되었으며, 그 결과 탄환 궤적의 수직거리(X)에 따라 탄환 충격파의 최대진폭(Pmax)은 감소하고, 지속시간(T)은 증가함을 증명하였다. 또한 1952년 G. B. Whitham은 탄환 충격파의 최대진폭(Pmax), 지속시간(T)에 대한 근사식을 [수학식 8] 및 [수학식 9]와 같이 정립하였다.
[수학식 8]
Figure pat00008
[수학식 9]
Figure pat00009
여기서, l은 탄환의 길이, d는 탄환의 직경이다. 이러한 Whitham 근사식은 1969년 W. Snow에 의해 실험으로 검증되었다.
또한, [수학식 8]과 [수학식 9]를 [수학식 10]과 같이 정리할 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00010
그리고 [수학식 10]에서 탄도 수직거리(X)를 구하기 위해서는 탄환 충격파의 최대진폭(Pmax), 지속시간(T), 마하수(M)을 검출해야 한다. 그러나 탄환의 속도가 변화함으로 인해 마하수(M)를 마하각(θM)으로 치환하면 [수학식 11]과 같고, 다시 [수학식 10]을 정리하면 [수학식 12]와 같다.
[수학식 11]
Figure pat00011
[수학식 12]
Figure pat00012
계산부(300)가 검출부(200)에서 검출된 신호를 이용하여 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 계산한다(S230).
구체적으로, 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 [수학식 13], [수학식 14], [수학식 15]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 13]
Figure pat00013
[수학식 14]
Figure pat00014
[수학식 15]
Figure pat00015
즉, 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')에 마하각(θM)을 더한 값의 코사인(cosine) 값(cos(θM+(θS'-θM')))을 계산하고, 탄도 수직거리(X)를 코사인 값(cos(θM+(θS'-θM')))으로 나누어 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 계산할 수 있다. 여기서, 탄도 수직거리(X)는 마하각(θM), 탄환 충격파의 신호파형 및 대기압력(P0)을 이용하여 계산할 수 있다.
이와 같이, 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법의 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)는 총구 폭풍파의 입사각(θS'), 탄환 충격파의 입사각(θM'), 탄환 충격파의 마하각(θM) 및 탄도 수직거리(X)를 이용하여 계산할 수 있다.
이하에서는, 제1 실시 예와 제2 실시 예를 비교하도록 한다.
도 12는 제1 실시 예와 제2 실시 예에 따른 결과를 이용하여 문턱값을 선정하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 마하각이 20일 때, 거리추정오차를 나타낸 그래프이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 마하각(θM)이 일정할 경우, 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')의 변화에 따라 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법과 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법의 오차를 확인할 수 있다.
이때, 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 작을 경우, 거리추정오차가 증가하고, 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 클 경우, 거리추정오차가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법의 거리추정오차와 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법의 거리추정오차가 같아지는 지점을 문턱값(ΔθT)으로 선정하여 도 2에서 설명한 메모리부(600)에 저장할 수 있다.
이하에서는, 문턱값(ΔθT)을 설정하는 일 예를 설명한다.
도 14는 탄환 속도에 따른 마하각의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 15는 마하각에 따른 문턱값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 탄환의 속도는 거리 전파에 따라 공기저항으로 인해 감소하며, 반대로 마하각(θM)은 거리 전파에 따라 증가한다. 따라서, 운용 거리 400m에서 최대 마하각(θM)은 35°를 갖는다.
마하각이 35°일 경우 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')의 변화에 따라 제1 실시 예 및 제2 실시 예의 거리추정오차를 확인하면 도 15와 같다.
또한, 도 15에 도시된 바와 같이, 운용 거리 400m이내에서 문턱값(ΔθT)은 15°가 된다. 따라서, 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 문턱값(ΔθT)보다 클 때는 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 선택하고, 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 문턱값(ΔθT)보다 작을 때는 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 선택하여 거리추정오차를 감소 시킬 수 있다.
이와 같이, 문턱값(ΔθT)은 마하각(θM)과 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법으로 구해지는 거리추정오차와 마하각(θM)과 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법으로 구해지는 거리추정오차가 동일할 때의 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')의 각도이다.
이하에서는 문턱값(ΔθT)을 비교하여 거리추정오차를 줄일 수 있는 제3 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하도록 한다.
도 16은 제3 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 16을 참조하면, 제3 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 먼저, 마이크로폰 어레이를 포함하는 감지부(100)가 기온(t), 대기압력(P0), 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지한다(S310). 구체적으로, 감지부(100)는 도 1에서 설명한 마이크로폰 어레이(50)를 포함하여 외부에서 발생하는 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지할 수 있다. 또한, 감지부(100)는 온도 감지장치 및 대기압력 감지장치를 포함하여 현재 기온(t) 및 현재 대기압력(P0)을 감지할 수 있다.
검출부(200)가 폭풍파의 감지시간(t1), 탄환 충격파의 감지시간(t2), 총구 폭풍파의 입사각(θS'), 탄환 충격파의 입사각(θM'), 탄환 충격파의 마하각(θM), 최대진폭(Pmax) 및 지속시간(T)을 검출한다(S320).
비교부(500)가 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')를 사전에 저장된 문턱값(ΔθT)과 비교한다(S330). 구체적으로, 비교부(500)는 계산부(300)로부터 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')를 수신하여 메모리부(600)로부터 수신된 문턱값(ΔθT)을 비교한다.
총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 문턱값(ΔθT)보다 작으면, 계산부(300)가 [수학식 14] 또는 [수학식 15]를 이용하여 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 계산할 수 있다(S340-1).
이와 반대로, 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 문턱값(ΔθT)보다 크면, 계산부(300)가 [수학식 5]를 이용하여 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 계산할 수 있다(S340-2).
이하에서는 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')이 같을 때 이용할 수 있는 제4 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하도록 한다.
도 17은 제4 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 17을 참조하면, 제4 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 먼저, 마이크로폰 어레이를 포함하는 감지부(100)가 기온(t), 대기압력(P0), 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지한다(S410). 구체적으로, 감지부(100)는 도 1에서 설명한 마이크로폰 어레이(50)를 포함하여 외부에서 발생하는 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지할 수 있다. 또한, 감지부(100)는 온도 감지장치 및 대기압력 감지장치를 포함하여 현재 기온(t) 및 현재 대기압력(P0)을 감지할 수 있다.
검출부(200)가 총구 폭풍파의 입사각(θS'), 탄환 충격파의 입사각(θM'), 탄환 충격파의 최대진폭(Pmax) 및 지속시간(T)을 검출한다(S420).
총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')이 같으면(S430), 계산부(300)가 대기압력(P0)에 기온(t) 및 지속시간(T)을 곱한 값을 최대진폭(Pmax)으로 나누어 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)를 계산할 수 있다(S440-1).
정리하면 [수학식 16]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 16]
Figure pat00016
여기서, 최대진폭(Pmax)은 [수학식 17]을 통해 계산될 수 있다.
[수학식 17]
Figure pat00017
반면, 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')이 같지 않으면(S430), 제2 실시 예의 계산단계를 수행한다(S440-2). 여기서, 도 17의 순서도에서는 설명의 편의와 이해의 증진을 위해 제2 실시 예의 계산단계를 수행하는 것으로 도시하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 실시 예의 계산단계 또는 제3 실시 예의 비교단계 및 계산단계를 수행할 수 있다.
이와 같이, 제4 실시 예에 따른 총구거리 추정방법의 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)는 음파속도(c)를 위한 기온(t), 대기압력(P0), 지속시간(T) 및 최대진폭(Pmax)를 이용하여 계산할 수 있다.
이하에서는, 도 18 내지 도 20을 참조하여 실험 예들을 설명하도록 한다. 여기서, 신호 발생 장치는 k-14 저격용 소총을 사용하였고, 탄약은 RUAG 7.62x51mm탄(총구 속도 790m/s)을 사용하였다. 또한, 측정 조건으로 기온(t)은 35°, 바람은 1.2m/s, 습도는 35%, 암 소음(background noise)은 51.4dB이었다. 이때 사용된 마이크로폰은 B&K array microphone ICP type-4935를 사용하였으며, 1/4” free-field microphone으로 민감도는 5.6mV/Pa이다. 선형 마이크로폰 어레이(50)는 11개의 센서(N=11)로 구성되어 있으며 등 간격(d=0.1m)으로 지상으로부터 높이는 1.5m에 배치하여 측정하였다. 데이터 수집장치는 cDAQ-9178(샘플링 주파수 51.2kHz, 32bit, ±5V)이고, 측정 장소는 250m x 50m의 공간이며, 주변에 건물이 없는 개활지였다.
도 18 내지 도 20은 실시 형태에 따른 총구거리 추정방법의 실험 예를 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 18a는 두 신호의 입사각의 차(θS'-θM')가 18°일 때를 나타낸 개략도이고, 도 18b는 도 18a에서 측정된 두 신호를 나타낸 마이크로폰 어레이(50) 중심의 측정 신호그래프이다. 또한, 도 19a는 두 신호의 입사각의 차(θS'-θM')가 13°일 때를 나타낸 개략도이고, 도 19b는 도 19a에서 측정된 두 신호를 나타낸 마이크로폰 어레이(50) 중심의 측정 신호그래프이다. 그리고 도 20a는 두 신호의 입사각의 차(θS'-θM')가 0°일 때(같을 때)를 나타낸 개략도이고, 도 20b는 도 20a에서 측정된 두 신호를 나타낸 마이크로폰 어레이(50) 중심의 측정 신호그래프이다.
먼저, 도 18a 및 도 18b를 참조하면, 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 18°일 경우에는, 실제 총구거리는 28m이고, 방위각(θS)은 44.5°이다.
제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법에서 측정된 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)는 5발 사격 평균 24.4m(표준편차 0.4m)였고, 거리추정오차는 13%였다. 이때 시간차(Δt)는 3.43~3.54m/sec였다.
제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법에서 측정된 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)는 5발 사격 평균 24.5m(표준편차 0.6m)였고, 거리추정오차는 13%였다.
따라서, 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 18°일 때는 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법과 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법의 거리추정오차가 동일하기 때문에, 문턱값(ΔθT)을 18°로 하여 메모리부(600)에 저장할 수 있다.
또한, 도 19a 및 도 19b를 참조하면, 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 13°일 경우에는, 실제 총구거리는 31.7m이고, 방위각(θS)은 51°이다.
제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법에서 측정된 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)는 5발 사격 평균 20.3m(표준편차 0.7m)였고, 거리추정오차는 36%였다. 이때 시간차(Δt)는 1.17~1.57m/sec였다.
제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법에서 측정된 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)는 5발 사격 평균 30.2m(표준편차 3.7m)였고, 거리추정오차는 5%였다. 여기서, 탄환 충격파의 지속시간(T)은 254~273usec였고, 최대진폭(Pmax)은 75.5~102.5pa였다.
따라서, 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 13°일 때는 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법보다 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법이 더 정확한 것을 확인할 수 있다.
그리고 도 20a 및 도 20b를 참조하면, 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 0°일 경우(같을 경우)에는, 실제 총구거리는 30.76m이고, 방위각(θS)은 56°이다.
제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')이 같음으로 인해 성립하지 못한다.
제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법을 하기 위해서는 먼저 탄환 충격파의 지속시간(T)과 최대진폭(Pmax) 정보를 추출하기 위해 고역통과필터(차단주파수 800Hz, 차수(100))를 사용한다. 이렇게 추정된 탄환 충격파의 지속시간(T)은 273~293usec이다.
제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법에서 측정된 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)는 5발 사격 평균 15m였다. 이러한 오차는 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 중복으로 인해 최대진폭(Pmax)의 오차로 발생한다.
따라서, 위 [수학식 17]을 이용하여 최대진폭(Pmax)을 계산해야 된다. [수학식 17]을 이용해 계산된 최대진폭(Pmax)은 84.5~104.5pa였다.
[수학식 17]을 이용해 계산된 최대진폭(Pmax)을 이용한 결과, 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법에서 측정된 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)는 5발 사격 평균 30.75m(표준편차 5m)였고, 거리추정오차는 0.1%였다.
따라서, 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 0°일 때(같을 때)는 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 계산하지 못하였고, 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 매우 정확하게 계산하였다.
이와 같이, 제1 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 클 때(문턱값(ΔθT)보다 클 때) 더 정확한 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)가 계산되었고, 제2 실시 예에 따른 총구거리 추정방법은 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 작을 때나(문턱값(ΔθT)보다 작을 때) 같을 때 더 정확한 총구(10)에서 마이크로폰 어레이(50)까지의 거리(D)가 계산되었다.
이상에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 출원의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원에 개시된 실시예들은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 총구 50: 마이크로폰 어레이
100: 감지부 200: 검출부
300: 계산부

Claims (9)

  1. 감지부가 대기압력과, 마이크로폰 어레이에 의해 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지하는 감지단계;
    검출부가 상기 마이크로폰 어레이의 배열선을 기준으로 하는 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS'), 상기 마이크로폰 어레이의 배열선을 기준으로 하는 상기 탄환 충격파의 입사각(θM') 및 상기 탄환 충격파의 마하각(θM)을 검출하는 검출단계; 및
    계산부가 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS') 및 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')에 상기 마하각(θM)을 더한 값의 코사인(cosine) 값(cos(θM+(θS'-θM')))을 계산하고, 탄도 수직거리(X)를 상기 코사인 값(cos(θM+(θS'-θM')))으로 나누어 총구거리(D)를 계산하는 계산단계; 를 포함하고,
    상기 탄도 수직거리(X)는 상기 마하각(θM), 상기 탄환 충격파의 신호파형 및 상기 대기압력을 이용하여 계산되는, 총구거리 추정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출단계에서 검출된 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')이 같으면,
    상기 계산단계는 상기 대기압력과 상기 탄환 충격파의 신호파형을 이용하여 상기 총구거리(D)를 계산하는, 총구거리 추정방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 검출단계는 상기 총구 폭풍파의 감지시간 및 상기 탄환 충격파의 감지시간을 검출하고,
    상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')은 상기 총구 폭풍파의 감지시간에 의해 검출되고, 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')은 상기 탄환 충격파의 감지시간에 의해 검출되는, 총구거리 추정방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 검출단계는 상기 탄환 충격파의 최대진폭(Pmax) 및 상기 탄환 충격파의 지속시간(T)을 더 검출하는 단계이고,
    상기 탄환 충격파의 신호파형은 상기 지속시간(T) 및 상기 최대진폭(Pmax)을 포함하는, 총구거리 추정방법.
  5. 감지부가 대기압력과, 마이크로폰 어레이에 의한 총구 폭풍파 및 탄환 충격파를 감지하는 감지단계;
    검출부가 상기 총구 폭풍파의 감지시간(t1), 상기 탄환 충격파의 감지시간(t2), 상기 마이크로폰 어레이의 배열선을 기준으로 하는 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS'), 상기 마이크로폰 어레이의 배열선을 기준으로 하는 상기 탄환 충격파의 입사각(θM') 및 상기 탄환 충격파의 마하각(θM)을 검출하는 검출단계;
    비교부가 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')를 문턱값(ΔθT)과 비교하는 비교단계;
    상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 상기 문턱값(ΔθT)보다 작으면, 계산부가 상기 마하각(θM)과 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM') 를 더한 값의 코사인(cosine) 값(cos(θM+(θS'-θM')))을 계산하고, 탄도 수직거리(X)를 상기 코사인 값(cos(θM+(θS'-θM')))으로 나누어 총구거리(D)를 계산하는 계산단계1; 및
    상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')가 상기 문턱값(ΔθT)보다 크면, 상기 계산부가 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')를 반으로 한 값의 사인(sine) 제곱 값(sin2((θS'-θM')/2))을 계산하고, 상기 감지시간(t1)과 상기 감지시간(t2)의 차를, 상기 사인 제곱 값(sin2((θS'-θM')/2))을 두 배수 한 값(2sin2((θS'-θM')/2))으로 나누어 상기 총구거리(D)를 계산하는 계산단계2; 를 포함하고,
    상기 탄도 수직거리(X)는 상기 마하각(θM), 상기 탄환 충격파의 신호파형 및 상기 대기압력을 이용하여 계산되는, 총구거리 추정방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 문턱값(ΔθT)은 상기 마하각(θM)과 상기 계산단계1로 구해지는 거리추정오차와 상기 마하각(θM)과 상기 계산단계2로 구해지는 거리추정오차가 동일할 때의 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')의 차(θS'-θM')의 각도인, 총구거리 추정방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 검출단계에서 검출된 상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')과 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')이 같으면,
    상기 계산단계는 상기 대기압력과 상기 탄환 충격파의 신호파형을 이용하여 상기 총구거리(D)를 계산하는, 총구거리 추정방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 총구 폭풍파의 입사각(θS')은 상기 감지시간(t1)에 의해 검출되고, 상기 탄환 충격파의 입사각(θM')은 상기 감지시간(t2)에 의해 검출되는, 총구거리 추정방법.
  9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출단계는 상기 탄환 충격파의 최대진폭(Pmax) 및 상기 탄환 충격파의 지속시간(T)을 더 검출하는 단계이고,
    상기 탄환 충격파의 신호파형은 상기 지속시간(T) 및 상기 최대진폭(Pmax)을 포함하는, 총구거리 추정방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN118072744A (zh) * 2024-04-18 2024-05-24 深圳市万屏时代科技有限公司 基于声纹的语言识别方法及装置

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