KR20190031059A

KR20190031059A - 고속 수중유도무기를 위한 관성항법시스템의 항법 성능 검증 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20190031059A
Application number: KR1020170118909A
Authority: KR
Inventors: 황준호; 조현진
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-03-25
Also published as: KR102019876B1

Abstract

본 발명은 고속으로 이동하는 수중유도무기에 대한 것으로 보다 자세하게는 고속 수중유도무기의 관성항법시스템의 항법 성능을 검증하기 위한 것으로, 주행 시나리오를 생성하는 시나리오 생성기와, 상기 주행 시나리오에 따라 발사 및 주행하는 가상 고속 수중유도무기를 모의하는 수중 운동체 모의기와, 상기 모의된 가상 고속 수중유도무기의 속도 정보와 주행 정보에 근거하여 상기 가상 고속 수중유도무기의 제1 관성항법 성능 정보를 산출하는 소프트웨어 기반의 제1 관성항법장치 모의기와, 상기 고속수중유도무기의 관성항법장치 하드웨어를 포함하며, 상기 고속 수중유도무기의 속도 정보와 주행 정보에 따라 상기 관성항법장치 하드웨어로부터 센싱된 제2 관성항법 성능 정보를 획득하는 하드웨어 기반의 제2 관성항법장치 모의기, 및 상기 주행 시나리오에 따라 1차 모의된 가상 고속 수중유도무기로부터 상기 제1 관성항법 성능 정보를 획득하고, 상기 주행 시나리오에 따라 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기로부터 상기 제2 관성항법 성능 정보를 획득하며, 획득된 제1 관성항법 성능 정보와 제2 관성항법 성능 정보를 비교하여 상기 고속 수중유도무기의 항법 알고리즘 자체에 따른 관성항법 성능과 상기 고속 수중유도무기의 하드웨어 특성이 반영된 관성항법 성능의 차이를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고속 수중유도무기를 위한 관성항법시스템의 항법 성능 검증 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR NAVIGATION PERFORMANCE EVALUATION OF INERTIAL NAVIGATION SYSTEM FOR HIGH SPEED UNDERWATER GUIDED WEAPON}

본 발명은 고속으로 이동하는 수중유도무기에 대한 것으로 보다 자세하게는 고속 수중유도무기의 관성항법시스템의 항법 성능을 검증하기 위한 것이다.

관성항법장치(Inertial Navigation System; INS)는 가속도 센서와 각속도 센서 그리고 항법컴퓨터를 이용하여 외부의 도움 없이 독자적으로 위치, 속도, 자세를 산출하는 장치를 말한다. 이러한 관성항법장치는 자동차, 무인기, 우주선, 잠수함 등 다양한 이동 물체에 활용되고 있다.

이러한 관성항법장치는 보정 방식에 따라 순수항법과 보정항법으로 구분되는데, 순수항법의 경우 시간에 흐름에 따라 그 오차가 누적되는 특징을 가지고 있다. 이러한 순수항법의 오차 누적 문제를 해결하기 위해 속도계, 심도계 또는 GPS 등의 외부 장치를 이용한 보정 항법이 주요 이용된다.

통상적인 관성항법장치에 대한 성능 검증은 크게 단독 성능 검증과 통합 검증으로 구분될 수 있다. 먼저 단독 성능 검증 방식의 경우 관성항법장치의 자세 정확도, 위치 정확도 등을 측정하기 위해, 정밀 자세 제어 장치인 FMS(Flight Motion Simulator)를 이용한 자세 정확도 측정과, 차량 시험을 통해 주행 궤적 또는 주행 거리에 대한 GPS 결과를 비교 분석하여 위치 정확도 성능을 검증한다. 통합 검증의 방식의 경우 관성항법장치를 이용한 HILS(Hardware In the Loop Simulation) 시스템 검증 방법과 실제 발사시험을 통해 그 성능을 검증한다.

다만, 통합 검증의 경우 관성항법장치의 단독 성능 보다는 체계 종합적인 성능 검증에 초점을 맞추고 있기 때문에 항법 장치에 대한 별도의 성능 검증을 수행하지 않는다.

한편 저속으로 운용되는 무인 잠수정 또는 수상점과 같이 기동 조건이 급격하게 변하지 않는 수상함 환경에서는 항법 성능의 특성 차이가 급격하게 발생하지 않으므로 통상적인 관성항법장치에 대한 성능 검증 방법으로도 적합한 성능 검증이 수행될 수 있다.

이는 기존의 수중유도무기의 경우 중저속으로 운용되는 수상함이나 잠수함과 같이 규모가 큰 함정을 대상으로 하여 운용되었기에, 표적의 크기나 운용 환경 그리고 상기 통상적인 관성항법장치의 보정항법 등에 따른 부가적인 성능 향상 기법을 적용하여 장시간 운용에 따른 관성항법장치의 단점을 보완할 수 있었기 때문이다. 따라서 통상적인 검증 방법으로도 기존의 수중유도무기에 대한 관성항법장치에 대한 적합한 성능 검증이 이루어질 수 있다.

그러나 기존의 중저속 수중유도무기와는 달리, 고속 수중유도무기는 적 수중유도무기에 운동에 의존적으로 고속 운동 환경에서 급격한 기동이 필요하고, 고속 이동에 따라 그 운용 시간도 매우 짧다. 따라서 고속 수중유도무기는 관성항법장치의 하드웨어적 특성이나 고속 수중유도무기 주변의 해상 환경, 예를 들어 조류 등에 의한 영향보다도, 항법 알고리즘 자체의 성능에 따라 그 관성항법장치의 성능이 결정될 수 있다.

또한 기존의 중저속 수중유도무기의 관성항법장치 성능 검증 방법의 경우 그 운행 시간이 길기에, 통상적인 관성항법장치의 보정항법에 따라 오차를 보정하여 그 성능을 향상시킬 수 있었으나, 상술한 바와 같이 고속 수중유도무기의 경우 그 특성상 오차가 누적될 충분한 운행 시간을 가지지 않기에, 장시간 운행에 따른 오차 누적을 보정하는 보정 방법이 적합하지 않다는 문제가 있다.

따라서 고속 수중유도무기의 관성항법장치의 성능 향상을 위해서는 하드웨어적 특성이나 주변의 환경에 의한 영향이 배제된 항법 알고리즘 자체의 성능을 검증할 수 있어야 하나, 통상적인 관성항법장치의 성능 검증 방법으로는 검증이 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 고속 수중유도무기에 대한 관성항법장치의 성능을 검증할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 관성항법장치의 하드웨어적 특성 및 주변 환경의 영향을 배제한 고속 수중유도무기에 적용되는 항법 알고리즘 자체의 성능을 검증할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 고속 수중유도무기의 관성항법 성능을 검증하는 검증 장치는, 주행 시나리오를 생성하는 시나리오 생성기와, 상기 주행 시나리오에 따라 발사 및 주행하는 가상 고속 수중유도무기를 모의하는 수중 운동체 모의기와, 상기 모의된 가상 고속 수중유도무기의 속도 정보와 주행 정보에 근거하여 상기 가상 고속 수중유도무기의 제1 관성항법 성능 정보를 산출하는 소프트웨어 기반의 제1 관성항법장치 모의기와, 상기 고속수중유도무기의 관성항법장치 하드웨어를 포함하며, 상기 고속 수중유도무기의 속도 정보와 주행 정보에 따라 상기 관성항법장치 하드웨어로부터 센싱된 제2 관성항법 성능 정보를 획득하는 하드웨어 기반의 제2 관성항법장치 모의기, 및 상기 주행 시나리오에 따라 1차 모의된 가상 고속 수중유도무기로부터 상기 제1 관성항법 성능 정보를 획득하고, 상기 주행 시나리오에 따라 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기로부터 상기 제2 관성항법 성능 정보를 획득하며, 획득된 제1 관성항법 성능 정보와 제2 관성항법 성능 정보를 비교하여 상기 고속 수중유도무기의 항법 알고리즘 자체에 따른 관성항법 성능과 상기 고속 수중유도무기의 하드웨어 특성이 반영된 관성항법 성능의 차이를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 관성항법장치 모의기는, 상기 1차 관성항법 성능 정보로, 상기 1차 모의된 고속 수중유도무기의 자세 정보 및 가속도 정보를 획득하는 자이로 센서 모의기와 가속도 센서 모의기를 포함하며, 상기 자이로 센서 모의기는, 상기 주행 시나리오에 따라 산출된 6 자유도 운동 모델에 근거하여 상기 1차 모의된 고속 수중유도무기의 자세 정보를 획득하고, 상기 가속도 센서 모의기는, 상기 1차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 속도 정보에 근거하여 가속도 정보를 모의하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 2차 관성항법 성능 정보로, 상기 2차 모의된 고속 수중유도무기의 자세 정보 및 가속도 정보를 획득하는 FMS(Flight Motion Simulator)와 가속도 센서를 포함하는 HILS(Hardware In the Loop Simulation) 시스템으로 구성되며, 상기 고속 수중유도무기의 속도 정보와 주행 정보에 따라 상기 FMS와 가속도 센서를 운용하여, 상기 FMS의 자이로 센서로부터 상기 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 자세 정보를 획득하고, 상기 가속도 센서로부터 상기 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 가속도 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 1차 및 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 위치 정보를 전시하는 전시 화면을 포함하는 주행 전시 및 기록부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 수중 운동체 모의기는, 상기 가상 고속 수중유도무기를 1차 및 2차 모의하는 과정에서, 상기 주행 시나리오에 따라 상기 가상 고속 수중유도무기에 수신되는 명령 및 그에 따른 응답들을 상기 주행 전시 및 기록부에 더 전송하고, 상기 주행 전시 및 기록부는, 상기 수신된 명령 및 응답들에 대한 정보를, 상기 모의된 가상 수중유도무기의 상태 정보로서 전시하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 고속 수중유도무기의 관성항법 성능을 검증하는 검증 방법은, 주행 시나리오를 생성하는 단계와, 생성된 주행 시나리오에 따라 발사 및 주행하는 가상 고속 수중유도무기를 1차 모의하는 단계와, 상기 1차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 속도 정보와 주행 정보에 근거하여 상기 가상 고속 수중유도무기의 제1 관성항법 성능 정보를 산출하는 단계와, 상기 주행 시나리오에 따라 발사 및 주행하는 가상 고속 수중유도무기를 2차 모의하는 단계와, 상기 고속 수중유도무기의 관성항법장치 하드웨어를 상기 2차 모의된 고속 수중유도무기의 속도 정보와 주행 정보에 따라 운용하여, 상기 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 제2 관성항법 성능 정보를 획득하는 단계, 및 상기 제1 관성항법 성능 정보와 상기 제2 관성항법 성능 정보를 비교하여, 상기 고속 수중유도무기의 항법 알고리즘 자체에 따른 관성항법 성능과 상기 고속 수중유도무기의 하드웨어 특성이 반영된 관성항법 성능의 차이를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 관성항법 성능 정보를 산출하는 단계는, 상기 주행 시나리오에 따라 6 자유도 운동 모델에 근거하여 상기 1차 모의된 고속 수중유도무기의 자세 정보를 모의하는 단계와, 상기 1차 모의된 고속 수중유도무기의 속도 정보에 근거하여 가속도 정보를 모의하는 단계, 및 상기 모의된 자세 정보와 상기 가속도 정보를 상기 제1 관성항법 성능 정보로 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 고속 수중유도무기의 관성항법장치 하드웨어는, 상기 2차 모의된 고속 수중유도무기의 자세 정보 및 가속도 정보를 획득하는 FMS(Flight Motion Simulator)와 가속도 센서를 포함하는 HILS(Hardware In the Loop Simulation) 시스템으로 구성되며, 상기 제2 관성항법 정보를 획득하는 단계는, 상기 FMS의 자이로 센서로부터 상기 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 자세 정보를 획득하고, 상기 가속도 센서로부터 상기 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 가속도 정보를 획득하는 단계임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 가상 고속 수중유도무기를 1차 모의하는 단계 및, 상기 가상 고속 수중유도무기를 2차 모의하는 단계는, 상기 1차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 위치 정보 및 상기 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 위치 정보를 전시하는 단계들을 각각 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 가상 고속 수중유도무기를 1차 모의하는 단계 및, 상기 가상 고속 수중유도무기를 2차 모의하는 단계는, 상기 주행 시나리오에 따라 상기 가상 고속 수중유도무기에 수신된 명령 및 그에 따른 응답들을 표시하는 단계들을 각각 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고속 수중유도무기의 관성항법장치의 성능 검증 및 그 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 관성항법장치의 하드웨어적 특성 및 고속 수중유도무기 주변의 환경을 배제한 항법 알고리즘 자체의 성능을 1차 검증하고, 상기 검증된 항법 알고리즘에 따라 실제 관성항법장치가 구동했을 때의 성능을 2차 검증한 후 상기 1차 검증 결과 및 2차 검증 결과를 서로 비교함으로써 고속 수중유도무기에 장착되는 관성합법장치의 오차를 분석할 수 있고, 분석된 오차를 보정함으로써 상기 고속 수중유도무기의 관성항법장치 성능을 증대시킬 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고속 수중유도무기 관성항법장치의 성능을 검증하기 위한 검증 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는, 도 1에서 도시한 검증 장치에서, 관성항법장치 모의기의 구성을 보다 자세하게 도시한 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 실시 예에 따라 항법 알고리즘 자체의 성능 정보를 획득하기 위해, 도 1에서 도시한 검증 장치의 각 구성부 간 제어 흐름을 도시한 개념도이다.
도 4는, 본 발명의 실시 예에 따라 관성항법장치의 하드웨어적 특성이 반영된 항법 성능 정보를 획득하기 위해, 도 1에서 도시한 검증 장치의 각 구성부 간 제어 흐름을 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 성능 검증 장치가, 고속 수중유도무기 관성항법장치의 항법 성능을 분석하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하도록 한다.

우선 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고속 수중유도무기 관성항법장치의 성능을 검증하기 위한 검증 장치(100)의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 고속 수중유도무기 관성항법장치의 성능 검증은 먼저 소프트웨어 기반의 성능 검증 결과와 하드웨어 기반의 성능 검증 결과를 서로 비교하여 이루어질 수 있다. 여기서 소프트웨어 기반의 성능 검증 결과는, 고속 수중유도무기에 탑재되는 관성항법장치(이하 관성항법장치)의 하드웨어적 특성 및 상기 고속 수중유도무기의 주변 환경에 따른 영향이 배재된 순수한 항법 알고리즘 자체의 성능 정보에 의해 이루어질 수 있다. 이에 반해 하드웨어 기반의 성능 검증 결과는, 실시간 처리기를 통해 실제 관성항법장치에 입력된 입력값에 근거하여 상기 실제 관성항법장치에서 센싱되는 센싱값들에 의해 이루어질 수 있다. 그리고 상기 성능 검증 결과는, 상기 소프트웨어 기반의 성능 검증 결과에서 획득된 성능 정보와, 상기 하드웨어 기반의 성능 검증 결과에서 획득된 성능 정보를 서로 비교 분석하여 이루어지는 것일 수 있다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 관성항법장치의 성능 검증 장치(100)는 도 1에서 보이고 있는 바와 같이, 제어부(120) 및 상기 제어부(120)와 연결 및, 상기 제어부(120)에 의해 제어되는 환경 모의기(110)와 수중운동체 모의기(130), 그리고 주행 전시 및 기록부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 상기 환경 모의기(110)는 가상의 고속 수중유도무기가 주행하는 해상 환경에 유사한 환경을 모의할 수 있다. 이를 위해 상기 환경 모의기(110)는 실제 해상 환경 또는 특정 조건에서 수행된 환경 시험에서 획득된 환경 정보를 토대로 상기 환경을 모의할 수 있다.

이러한 환경 모의기(110)는 운동모델 산출기(112), 시나리오 생성기(114), 및, 발사통제 모의기(116)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 상기 운동모델 산출기(112)는 6 자유도 운동 모델을 기반으로 고속 수중운동무기의 형상과 유체력 특성을 반영한 동특성 결과를 바탕으로 가상의 고속 수중운동무기 운동 모델을 산출할 수 있다. 그리고 시나리오 생성기(114)는 상기 가상의 고속 수중유도무기의 항법 성능을 시험하기 위해, 상기 가상 고속 수중유도무기가 발사 및 주행되는 시나리오를 생성하며, 사용자의 입력에 따라 상기 가상 고속 수중유도무기가 발사되는 발사 조건과 발사에 따라 주행하는 상기 가상 고속 수중유도무기가 주변의 해상 환경(예 : 조류 등) 등을 설정할 수 있다.

한편 발사통제 모의기(116)는 상기 가상 고속 수중유도무기의 발사 명령을 수중운동체 모의기(130)에 전달할 수 있다. 여기서 수중운동체 모의기(130)는 상기 발사통제 모의기(116)로부터 수신된 발사 명령에 따라 발사되는 가상의 고속 수중유도무기를 모의할 수 있다.

한편 수중운동체 모의기(130)의 경우 상기 시나리오에 따라 발사 및 수중에서 주행하는 고속 수중유도무기를 모의할 수 있다. 이를 위해 상기 수중운동체 모의기(130)는 구동장치 모의기(132), 유도조종장치 모의기(134), 추진전동기 모의기(136), 그리고 관성항법장치 모의기(138)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 상기 유도조종장치 모의기(134)는 상기 수중운동체 모의기(130)의 각 구성부와 상기 환경 모의기(110) 사이의 통신을 담당할 수 있다. 그리고 상기 환경 모의기(110)에서 전달된 발사 명령에 따라 가사의 수중 운동체, 즉 가상의 고속 수중유도무기를 제어할 수 있다. 이를 위해 상기 유도조종장치 모의기(134)는 상기 가상의 고속 수중유도무기의 제어를 위한 유도 제어 알고리즘을 포함할 수 있다.

그리고 구동장치 모의기(132)의 경우 상기 유도조종장치 모의기(134)의 주행 명령에 따라 상기 가상 고속 수중유도무기의 타각을 제어할 수 있다. 그리고 추진전동기 모의기(136)는 발사된 상기 가상 고속 수중유도무기가, 현재 진행 중인 주행 시나리오에 따라 주행하도록 상기 가상 수중유도무기의 추진을 제어하며, 상기 가상 수중유도무기의 속도를 산출할 수 있다.

한편 관성항법장치 모의기(138)의 경우, 소프트웨어 기반의 모의기와 하드웨어 기반의 모의기를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 소프트웨어 기반의 모의기는 상기 운동모델 산출기(112)에서 산출된 6 자유도 운동 모델을 기반으로 상기 가상 고속 수중유도무기의 자세 및 가속도를 산출할 수 있다. 반면 하드웨어 기반의 모의기는 실제 수중운동체에 사용하는 관성항법장치를 접목한 관성항법장치 HILS(Hardware In the Loop Simulation) 기반의 성능 검증 시스템 일 수 있다. 즉, 상기 하드웨어 기반의 모의기는 실제 고속 수중유도무기에서 사용되는 관성항법장치의 하드웨어가 반영된 것일 수 있다. 이를 위해 상기 하드웨어 기반의 모의기는 상기 환경 모의기(110)에서 생성된 시나리오에 따라 상기 유도조종장치 모의기(134)에서 입력되는 입력값을 실시간 처리할 수 있는 실시간 처리기와, 상기 실시간 처리기에 연결된 실제 고속 수중유도무기에서 사용되는 관성항법장치를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 주행 전시 및 기록부(150)는, 현재 진행 중인 시나리오가 정상으로 수행되는지 여부를 실시간으로 모니터링하기 위한 전시 화면을 포함할 수 있다. 그리고 상기 시나리오 진행 과정에서 각 구성부 사이에 전달되는 명령들과 상기 고속 수중유도무기의 자세 및 위치 정보들을 기록 및 저장할 수 있다.

한편 제어부(120)는 상기 환경 모의기(110)와 수중운동체 모의기(130), 그리고 주행 전시 및 기록부(150)를 제어하여 고속 수중유도무기의 항법 성능을 검증할 수 있다. 이를 위해 제어부(120)는 동일한 시나리오에 따라 동일한 환경 하에서 동일한 지점으로 주행하도록 상기 가상의 고속 수중유도무기를 2회에 걸쳐서 모의할 수 있다. 여기서 제어부(120)는 상기 고속 수중유도무기가 모의될 때 서로 다른 관성항법장치 모의기를 통해 성능 정보를 획득할 수 있다.

즉, 제어부(120)는 관성항법장치 모의기(138)를 제어하여, 상기 가상 고속 수중유도무기의 1차 모의 시에는 소프트웨어 기반의 관성항법장치 모의기를 통해 자세 정보, 위치 정보, 그리고 속도 및 가속도 정보(이하 1차 성능 정보)가 획득되도록 하고, 상기 가상 고속 수중유도무기의 2차 모의시에는 하드웨어 기반의 관성항법장치 모의기를 통해 자세 정보, 위치 정보, 그리고 속도 및 가속도 정보(이하 2차 성능 정보)가 획득할 수 있다. 그리고 획득된 1차 성능 정보 및 2차 성능 정보를 비교 분석하여, 고속 수중유도무기의 항법 알고리즘 자체의 성능 검증 및, 상기 항법 알고리즘에 따라 구동되는 관성항법장치의 성능을 검증할 수 있다.

도 2는, 도 1에서 도시한 검증 장치(100)에서, 관성항법장치 모의기(138)의 구성을 보다 자세하게 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하여 보면, 본 발명의 실시 예에 따른 관성항법장치 모의기(138)는 제1 모의기(200) 및 제2 모의기(250)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 상기 제1 모의기(200)는 소프트웨어 기반의 관성항법장치 모의기일 수 있으며, 상기 제2 모의기(250)는 하드웨어 기반의 관성항법장치 모의기일 수 있다.

여기서 상기 제1 모의기(200)는 6 자유도 운동 모델을 기반으로 고속 수중유도무기의 자세를 산출하는 자이로 센서 모의기와 상기 추진전동기 모의기(136)의 속도 정보를 통해 가속도를 산출하는 가속도 센서 모의기를 포함하여 구성될 수 있다. 이를 통해 상기 관성항법장치 모의기(138)는 상기 가상 고속 수중유도무기의 위치 정보, 자세 정보, 그리고 속도 및 가속도 정보 등을 획득할 수 있다.

반면 상기 제2 모의기(250)는 실시간 처리 장치를 포함하는 HILS 시스템(252)으로 구성될 수 있다. 즉 상기 제2 모의기(250)는 실시간 처리 장치와, 상기 실시간 처리 장치에 연결되는 실제 고속 수중유도무기의 관성항법장치, 예를 들어 6 자유도 운동 모델이 아닌 정밀한 자세 제어가 가능한 FMS(Flight Motion Simulator)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 유도조종장치 모의기(134)에 의해 입력되는 입력값(예를 들어 주행 시나리오에 따른 주행 제어 정보, 추진전동기 모의기(136)로부터 측정되는 속도 정보, 및 구동장치 모의기(132)로부터 모의된 타각 제어 정보 등)에 따라 상기 실제 관성항법장치(예 : FMS)를 운용하여 자이로 센서를 통한 자세 정보를 센싱할 수 있다. 한편 상기 제2 모의기(250)의 가속도 센서는 상기 추진전동기 모의기(136)로부터 산출되는 속도 정보에 근거하여 가속도를 센싱할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 고속 수중유도무기 항법성능 검증 장치는, 각각 관성항법장치 모의기를 달리하여 동일한 시나리오에 따라 동일한 지점으로 동일한 환경에서 주행하는 고속 수중유도무기를 2회 모의하여 각각의 경우에 따른 성능 정보를 획득할 수 있다. 이하의 도 3 및 도 4는 이처럼 고속 수중유도무기가 모의되는 각각의 경우에 각 구성부간의 제어 흐름을 도시한 개념도들이다.

먼저 도 3은, 본 발명의 실시 예에 따라 항법 알고리즘 자체의 성능 정보를 획득하기 위해, 도 1에서 도시한 검증 장치의 각 구성부 간 제어 흐름을 도시한 개념도이다.

도 3을 참조하여 살펴보면, 먼저 시나리오 생성기(114)는 검증하고자 하는 주행 시나리오를 설정할 수 있다. 이때 주행 시나리오에는 심도, 속도, 방위각 등의 상기 모의되는 가상의 고속 수중유도무기가 실제 주행하기 위한 정보들을 포함할 수 있다.

한편 상기 시나리오 생성기(114)를 통해 생성된 시나리오는 유도조종장치 모의기(134)에 입력될 수 있다. 그리고 발사통제 모의기(116)를 통해 발사 절차에 따른 발사 명령이 유도조종장치 모의기(134)에 전달될 수 있다. 그러면 발사 명령을 받은 유도조종장치 모의기(134)는, 운동모델 산출기(112)를 통해 상기 시나리오 생성기(114)로부터 수신한 주행 시나리오에 따른 상기 가상의 고속 수중유도무기의 운동 모델을 산출할 수 있다. 그리고 상기 산출된 운동 모델을 반영하여 구동장치 모의기(132)에 타각 명령을 전송하여, 상기 가상의 고속 수중유도무기의 주행 궤적을 제어할 수 있다.

한편 유도조종장치 모의기(134)의 제어에 따라 상기 가상의 고속 수중유도무기가 발사되면, 발사된 상기 고속 수중유도무기는 추진전동기 모의기(136)의 제어에 따라 추진이 제어될 수 있다. 추진전동기 모의기(136)는 상기 가상 고속 수중유도무기의 주행 속도를 RPM 단위로 산출하고, 산출된 주행 속도를 유도조종장치 모의기(134)에 전송할 수 있다. 즉, 추진전동기 모의기(136)가 RPM 단위로 산출된 상기 가상 고속 수중유도무기의 주행 속도를 유도조종장치 모의기(134)에 입력함으로써, 상기 가상 고속 수중유도무기의 속도를 모의할 수 있다.

한편 이처럼 현재 설정된 시나리오에 따라 주행하는 가상 고속 수중유도무기의 속도가 모의되면, 유도조종장치 모의기(134)는 모의된 가상 고속 수중유도무기의 정보(이하 모의 정보), 예를 들어 속도 정보 및 타각 정보 등을 관성항법장치 모의기(138)에 입력할 수 있다. 그리고 각 구성부의 상태 정보를 기록하기 위해 상기 유도조종장치 모의기(134)는 수신 또는 전송된 명령 및 응답 정보를 주행 전시 및 기록부(150)에 전송하고, 주행 전시 및 기록부(150)는 수신된 명령 및 응답 정보를 기록 및 저장할 수 있다.

한편 상기 관성항법장치 모의기(138)에 입력되는 모의 정보들은 먼저 상기 관성항법장치 모의기(138)의 제1 모의기(200)에 입력될 수 있다. 그리고 제1 모의기(200)는 입력된 모의 정보에 근거하여 상기 가상 고속 수중유도무기의 자세 정보 및 위치 정보를 산출할 수 있다. 그러면 제1 모의기(200)는 산출된 자세 정보 및 위치 정보를 주행 전시 및 기록부(150)에 전송하고, 주행 전시 및 기록부(150)는 수신된 자세 정보 및 위치 정보를 전시할 수 있다.

이러한 경우 소프트웨어 기반 고속 수중유도무기의 관성항법장치 성능 검증이 이루어질 수 있으며, 이는 고속 기동, 급기동, 고속 회전 등의 다양한 환경에 대해 실제 관성항법장치의 하드웨어 영향 및 고속 수중유도무기 주변의 환경에 의한 영향을 받지 않은 순수한 항법 알고리즘의 성능 검증이 될 수 있다.

한편 도 3에서 보인 바와 같이 소프트웨어 기반 고속 수중유도무기 관성항법장치의 성능 검증이 수행되면, 제어부(120)는 하드웨어 기반의 고속 수중유도무기 관성항법장치의 성능 검증을 수행할 수 있다. 이러한 하드웨어 기반의 고속 수중유도무기 관성항법장치의 성능 검증은 동일한 시나리오에 따라 동일한 고속 수중유도무기를 모의하지만, 소프트웨어 기반의 상기 제1 모의기(200)가 아닌 상기 제2 모의기(250)를 이용하여 수행될 수 있다.

도 4는, 본 발명의 실시 예에 따라 관성항법장치의 하드웨어적 특성이 반영된 항법 성능 정보를 획득하기 위해, 도 1에서 도시한 검증 장치의 각 구성부 간 제어 흐름을 도시한 개념도이다.

도 4를 참조하여 살펴보면, 가상 고속 수중유도무기의 모의 자체는 상기 도 3에서 설명한 소프트웨어 기반 고속 수중유도무기의 관성항법장치 성능 검증과 동일함을 알 수 있다. 다만, 유도조종장치 모의기(134)는 모의된 가상 고속 수중유도무기의 정보, 즉 모의 정보들을 관성항법장치 모의기(138)의 제2 모의기(250)에 입력할 수 있다. 그리고 수신 또는 전송된 명령 및 응답 정보를 주행 전시 및 기록부(150)에 전송하고, 주행 전시 및 기록부(150)는 수신된 명령 및 응답 정보를 기록 및 저장할 수 있다.

한편 상기 관성항법장치 모의기(138)의 제2 모의기(250)는 입력된 모의 정보를 실시간 처리 장치에 입력할 수 있다. 그러면 실시간 처리 장치에 연결된 실제 고속 수중유도무기의 관성항법장치, 예를 들어 FMS 및 가속도 센서에 상기 모의 정보가 입력될 수 있다. 그러면 FMS는 입력된 모의 정보에 따라 운용된 자이로 센서를 통해 자세 정보를 센싱할 수 있으며, 가속도 센서는 상기 추진전동기 모의기(136)로부터 산출되는 속도 정보에 따른 가속도 정보를 센싱할 수 있다. 그리고 제2 모의기(250)는 센싱된 자세 정보와 가속도 정보에 근거하여 가상 고속 수중유도무기의 자세 정보 및 위치 정보를 획득할 수 있으며, 획득된 정보들을 주행 전시 및 기록부(150)에 전송할 수 있다. 그러면 주행 전시 및 기록부(150)는 수신된 자세 정보 및 위치 정보를 전시할 수 있다.

이러한 경우 상기 주행 시나리오에 따른 실제 고속 수중유도무기의 하드웨어 특성이 반영된 관성항법 장치의 성능 정보가 획득될 수 있다. 따라서 제어부(120)는 상기 하드웨어 특성이 반영된 관성항법장치의 성능 정보와, 하드웨어적 특성 및 환경적 영향이 반영되지 않은 순수한 항법 알고리즘에 따른 관성항법장치의 성능 정보를 서로 비교함으로써, 관성항법장치 자체의 하드웨어적 특성에 따른 성능을 검증할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 순수한 항법 알고리즘 자체의 성능을 검증할 수 있다. 한편 상기 성능 정보를 비교함에 따라 항법 알고리즘에 따른 성능과 관성항법장치 자체의 하드웨어적 특성에 따른 성능에 따른 오차를 산출하고, 이러한 오차를 보정함으로써 고속 수중유도무기의 관성항법장치 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

한편 도 5는 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 성능 검증 장치(100)가, 고속 수중유도무기 관성항법장치의 항법 성능을 분석하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

도 5를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 고속 수중유도무기 항법 성능 검증 장치(100)의 제어부(120)는 먼저 시나리오 생성기(114)를 제어하여 가상의 고속 수중유도무기가 특정 수중 환경에서 특정 지점으로 주행하는 시나리오를 생성할 수 있다(S500). 상기 주행 시나리오에는 상기 고속 수중유도무기의 형상, 성능 등을 포함하는 제원정보 및, 상기 고속 수중유도무기가 주행하는 해양 환경에 대한 정보, 그리고 목표 지점 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.

한편 이처럼 주행 시나리오가 생성되면, 제어부(120)는 발사통제 모의기(116), 운동모델 산출기(112) 및, 유도조종장치 모의기(134), 구동장치 모의기(132), 추진전동기 모의기(136)를 제어하여 상기 주행 시나리오에 따라 주행하는 고속 수중유도무기를 1차 모의할 수 있다(S502). 그리고 제어부(120)는 관성항법장치 모의기(138)가 제1 모의기(200)를 통해 상기 1차 모의된 고속 수중유도무기로부터 자세 정보 및 위치 정보, 그리고 가속도 정보 등을 획득하도록 상기 관성항법장치 모의기(138)를 제어할 수 있다(S504). 그리고 상기 S504 단계를 통해 획득된 정보를 관성항법장치의 하드웨어적 특성이나 해상 환경에 의한 영향을 받지 않은 항법 알고리즘 자체에 따른 관성항법 성능 정보로서 저장할 수 있다.

한편 제어부(120)는 발사통제 모의기(116), 운동모델 산출기(112) 및, 유도조종장치 모의기(134), 구동장치 모의기(132), 추진전동기 모의기(136)를 다시 제어하여 상기 주행 시나리오에 따라 주행하는 고속 수중유도무기를 2차 모의할 수 있다(S506). 그리고 관성항법장치 모의기(138)가 제2 모의기(250)를 통해 상기 2차 모의된 고속 수중유도무기로부터 자세 정보 및 위치 정보, 그리고 가속도 정보 등을 획득하도록 상기 관성항법장치 모의기(138)를 제어할 수 있다(S508). 그리고 상기 S508 단계를 통해 획득된 정보를 실제 고속 수중유도무기 관성항법장치의 하드웨어적 특성이 반영된 관성항법 성능 정보로서 저장할 수 있다.

그리고 제어부(120)는 상기 S504 단계와 S508 단계에서 획득된 관성항법 성능 정보들을 서로 비교할 수 있다(S510). 그리고 비교 결과에 따라 상기 항법 알고리즘 자체에 따른 관성항법 성능과 상기 하드웨어적 특성이 반영된 관성항법 성능의 차이를 산출할 수 있다. 그리고 산출된 차이에 따라 관성항법장치 자체의 하드웨어적 특성에 따른 성능을 검증하거나, 순수한 항법 알고리즘 자체의 성능을 검증할 수 있다. 또는 상기 성능 정보를 비교함에 따라 항법 알고리즘에 따른 성능과 관성항법장치 자체의 하드웨어적 특성에 따른 성능에 따른 오차를 산출하고, 이러한 오차를 보정함으로써 고속 수중유도무기의 관성항법장치 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 그러나 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 고속 수중유도무기 항법 성능 검증 장치
110 : 환경 모의기
112 : 운동모델 산출기 114 : 시나리오 생성기
116 : 발사통제 모의기
120 : 제어부
130 : 수중운동체 모의기
132 : 구동장치 모의기 134 : 유도조종장치 모의기
136 : 추진전동기 모의기 138 : 관성항법장치 모의기
150 : 주행 전시 및 기록부

Claims

고속 수중유도무기의 관성항법 성능을 검증하는 검증 장치에 있어서,
주행 시나리오를 생성하는 시나리오 생성기;
상기 주행 시나리오에 따라 발사 및 주행하는 가상 고속 수중유도무기를 모의하는 수중 운동체 모의기;
상기 모의된 가상 고속 수중유도무기의 속도 정보와 주행 정보에 근거하여 상기 가상 고속 수중유도무기의 제1 관성항법 성능 정보를 산출하는 소프트웨어 기반의 제1 관성항법장치 모의기;
상기 고속수중유도무기의 관성항법장치 하드웨어를 포함하며, 상기 고속 수중유도무기의 속도 정보와 주행 정보에 따라 상기 관성항법장치 하드웨어로부터 센싱된 제2 관성항법 성능 정보를 획득하는 하드웨어 기반의 제2 관성항법장치 모의기; 및
상기 주행 시나리오에 따라 1차 모의된 가상 고속 수중유도무기로부터 상기 제1 관성항법 성능 정보를 획득하고, 상기 주행 시나리오에 따라 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기로부터 상기 제2 관성항법 성능 정보를 획득하며, 획득된 제1 관성항법 성능 정보와 제2 관성항법 성능 정보를 비교하여 상기 고속 수중유도무기의 항법 알고리즘 자체에 따른 관성항법 성능과 상기 고속 수중유도무기의 하드웨어 특성이 반영된 관성항법 성능의 차이를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 수중유도무기의 관성항법 성능 검증 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 관성항법장치 모의기는,
상기 1차 관성항법 성능 정보로, 상기 1차 모의된 고속 수중유도무기의 자세 정보 및 가속도 정보를 획득하는 자이로 센서 모의기와 가속도 센서 모의기를 포함하며,
상기 자이로 센서 모의기는,
상기 주행 시나리오에 따라 산출된 6 자유도 운동 모델에 근거하여 상기 1차 모의된 고속 수중유도무기의 자세 정보를 획득하고,
상기 가속도 센서 모의기는,
상기 1차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 속도 정보에 근거하여 가속도 정보를 모의하는 것을 특징으로 하는 고속 수중유도무기의 관성항법 성능 검증 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 관성항법장치 모의기는,
상기 2차 관성항법 성능 정보로, 상기 2차 모의된 고속 수중유도무기의 자세 정보 및 가속도 정보를 획득하는 FMS(Flight Motion Simulator)와 가속도 센서를 포함하는 HILS(Hardware In the Loop Simulation) 시스템으로 구성되며,
상기 고속 수중유도무기의 속도 정보와 주행 정보에 따라 상기 FMS와 가속도 센서를 운용하여, 상기 FMS의 자이로 센서로부터 상기 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 자세 정보를 획득하고, 상기 가속도 센서로부터 상기 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 가속도 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 고속 수중유도무기의 관성항법 성능 검증 장치.
제1항에 있어서,
상기 1차 및 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 위치 정보를 전시하는 전시 화면을 포함하는 주행 전시 및 기록부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 수중유도무기의 관성항법 성능 검증 장치.
제4항에 있어서,
상기 수중 운동체 모의기는,
상기 가상 고속 수중유도무기를 1차 및 2차 모의하는 과정에서, 상기 주행 시나리오에 따라 상기 가상 고속 수중유도무기에 수신되는 명령 및 그에 따른 응답들을 상기 주행 전시 및 기록부에 더 전송하고,
상기 주행 전시 및 기록부는,
상기 수신된 명령 및 응답들에 대한 정보를, 상기 모의된 가상 수중유도무기의 상태 정보로서 전시하는 것을 특징으로 하는 고속 수중유도무기의 관성항법 성능 검증 장치.
고속 수중유도무기의 관성항법 성능을 검증하는 검증 방법에 있어서,
주행 시나리오를 생성하는 단계;
생성된 주행 시나리오에 따라 발사 및 주행하는 가상 고속 수중유도무기를 1차 모의하는 단계;
상기 1차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 속도 정보와 주행 정보에 근거하여 상기 가상 고속 수중유도무기의 제1 관성항법 성능 정보를 산출하는 단계;
상기 주행 시나리오에 따라 발사 및 주행하는 가상 고속 수중유도무기를 2차 모의하는 단계;
상기 고속 수중유도무기의 관성항법장치 하드웨어를 상기 2차 모의된 고속 수중유도무기의 속도 정보와 주행 정보에 따라 운용하여, 상기 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 제2 관성항법 성능 정보를 획득하는 단계; 및,
상기 제1 관성항법 성능 정보와 상기 제2 관성항법 성능 정보를 비교하여, 상기 고속 수중유도무기의 항법 알고리즘 자체에 따른 관성항법 성능과 상기 고속 수중유도무기의 하드웨어 특성이 반영된 관성항법 성능의 차이를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 수중유도무기의 관성항법 성능 검증 방법.
제6항에 있어서, 상기 제1 관성항법 성능 정보를 산출하는 단계는,
상기 주행 시나리오에 따라 6 자유도 운동 모델에 근거하여 상기 1차 모의된 고속 수중유도무기의 자세 정보를 모의하는 단계;
상기 1차 모의된 고속 수중유도무기의 속도 정보에 근거하여 가속도 정보를 모의하는 단계; 및,
상기 모의된 자세 정보와 상기 가속도 정보를 상기 제1 관성항법 성능 정보로 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 수중유도무기의 관성항법 성능 검증 방법.
제6항에 있어서,
상기 고속 수중유도무기의 관성항법장치 하드웨어는,
상기 2차 모의된 고속 수중유도무기의 자세 정보 및 가속도 정보를 획득하는 FMS(Flight Motion Simulator)와 가속도 센서를 포함하는 HILS(Hardware In the Loop Simulation) 시스템으로 구성되며,
상기 제2 관성항법 정보를 획득하는 단계는,
상기 FMS의 자이로 센서로부터 상기 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 자세 정보를 획득하고, 상기 가속도 센서로부터 상기 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 가속도 정보를 획득하는 단계임을 특징으로 하는 고속 수중유도무기의 관성항법 성능 검증 방법.
제6항에 있어서,
상기 가상 고속 수중유도무기를 1차 모의하는 단계 및, 상기 가상 고속 수중유도무기를 2차 모의하는 단계는,
상기 1차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 위치 정보 및 상기 2차 모의된 가상 고속 수중유도무기의 위치 정보를 전시하는 단계들을 각각 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 수중유도무기의 관성항법 성능 검증 방법.
제9항에 있어서,
상기 가상 고속 수중유도무기를 1차 모의하는 단계 및, 상기 가상 고속 수중유도무기를 2차 모의하는 단계는,
상기 주행 시나리오에 따라 상기 가상 고속 수중유도무기에 수신된 명령 및 그에 따른 응답들을 표시하는 단계들을 각각 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 수중유도무기의 관성항법 성능 검증 방법.