KR970007166B1 - 이동식 미사일 발사기용 적외선 빔 추적 장치 - Google Patents
이동식 미사일 발사기용 적외선 빔 추적 장치 Download PDFInfo
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Abstract
내용없음
Description
제1도는 미사일의 비행을 제어하는데 사용되는 이동식 미사일 발사기의 개략도.
제2도는 본 발명의 근적외선 추적 장치 일부의 개략도.
제3a도 및 제3b도는 2개의 진로 이탈 추적 상태에 대한 상대 광 빔의 궤적을 도시한 도면.
제4a도 및 제4b도는 각각 제3a도 및 제3b도의 진로-이탈상태에 대해 발생된 전기 신호 펄스를 도시한 도면.
제5도는 적외선 추적 장치의 프리즘 구동 및 동기 수단의 일부 정단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 미사일 12 : 이동식 미사일 발사기
28 : 회전 빔스프리터 프리즘 40 : 요우 신호
42 : 피치 신호 48 : 하우징
53 : D.C. 모터
발명의 분야
본 발멍은 일반적으로 미사일 추적 장치(missile tracker)에 관한 것으로, 특히, 이동식 미사일 발사기용광(potical) 목표물 모니터 장치 및 적외선 미사일 추적 시스템의 일부를 형성하는 추적 장치에 관한 것이다.
본 발명이 특히 유리한 미사일의 한 형태에 있어서, 특정 목표물을 향해 배치되는 미사일에는 미사일의 진로(course)를 결정하고, 필요에 따라서는 목표물과의 교전(engagement)를 안정하게 행하기 위해 중간-진로 교정을 행하도록 발사측 장비에 의해 별도로 모니터되는 적외선 비이컨(intrared beacon)이 포함되어 있다. 따라서, 오늘날의 이러한 미사일 발사 제어 시스템은 두개의 주요 부분, 즉 가시 모니터 시스템과 적외선 비이컨 감지 및 추적 장치를 갖고 있다. 적외선 추적 장치는 유도 에러 신호를 발생시키며, 필요에 따라서 중간진로 교정을 행할 때에 사용하기 위한 신호를 계산하여 미사일에 제공하는 전자 유도 제어 장치에 의해 광 신호와 비이컨의 IR(적외선) 추적 신호가 비교된다.
이동식 미사일 발사기에 있어서는 가능한 구성을 단위화하고(unitize), 조작을 단순화시킴과 동시에 전체 중량을 적절하게 최소화시키는 것이 일차적인 목적이다. 그러나, 공지된 모든 이동식 미사일 발사기에서 모터 리졸버(motor resolver)와 스핀 프리즘(spin prism)을 연결시키는 기계적인 기어 구동 조작에 의한 각 노이즈(angular noise)의 발생과 열적 경도(thermal gradients)로 인해 광 조준선(boresight)이 시프트되어 조작 효율이 감소되는 것이 발견되었다. 상술한 기어에 의한 노이즈 문제는 또한 추적 시스템의 수명을 악화시키는 것으로 발견되었다. 따라서, 이동식 미사일 발시기에서 이러한 결함을 완전히 제거시킬 필요가 있다.
발명의 요약
본 발명의 추적 시스템에 있어서는, 미사일 비이컨의 영상은 초기에는 영상을 장동(章童, nutate)하고 좁은 시야 검출기 상으로 다량의 영상 광 에너지를 조사하고 넓은 시야 검출기 상으로 나머지 소량의 에너지를 조사하는 회전 빔스프리터 프리즘에 의해 수신된다. 요우(yaw) 검출기들은 수직으로 정렬된 각 검출기의 소자들이며, 피치(pitch) 검출기들은 수평으로 정렬된 소자들이다.
미사일의 목표에 적중할 경우(즉, 에러 각이 제로일 때), 모든 검출기 소자는 장동 원의 직교하는 반경 상에 배치된다. 미사일이 목표물에서 벗어났을 경우(즉, 에러 각이 β인 경우), 장동 원은 그들의 제로 에러 각에서 각 β만큼 변위된다. 이러한 에러 각에 의해 검출기의 신호 위상이 해당량만큼 시프트된다. 직교적으로 관련된 2셋트의 검출기가 있기 때문에, 피치 및 요우의 관계는 독립적으로 적용된다. 에러 신호를 제로로 만들도록 미사일에 전송되어 미사일을 적절한 진로로 복귀시키는 교정 신호를 형성하기 위한 전자 장치가 또한 제공되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 미사일 추적 장치용 전치 증폭기는 이전에 사용된 비교적 긴 상호연결 도선을 제거한 표면 장착형 부품을 사용함으로써, 더욱 견고하게 장착되고, 비교적 긴 도선 회로를 갖는 이전의 개별 부품에서 발견되는 대부분의 노이즈 및 마이크로포닉 잡음이 제거된다. 무브러시 펄스 작동 D.C. 모터(brushless pulse powered D.C. Motor)는 프리즘뿐만 아니라 축 엔코더(shaft encoder)를 정확하게 구동시키고, 축 엔코더는 구조적인 면에서 스피닝 프리즘 하우징의 외측에 결합된 유리 링을 포함한다.
제1도를 참조하면, 목표물(14)를 향해 이동식 미사일 발사기(12)에 의해 발사되어진 미사일(10)이 도시되어 있다. 비행 중에, 목표물(14)은 발사기 내의 망원경 장치를 사용하여 접안 렌즈(eyepiece)(16)을 통해 가시적으로 모니터되고, 미사일(10)은 추적 장치(20)에 의해 근적외선 광을 발생하는 미사일의 크세논 비이컨(18)을 모니터함으로써 추적된다. 보다 상세히 설명하면, 추적 장치는 미사일(10)이 희망의 조준선(sightline)(22)으로부터 벗어난 것을 감지하여 에러 신호를 발생시킨 다음, 진로 교정 신호를 미사일에 제공한다.
제2도를 참조하면, 본 발명의 추적 장치(20)는 적외선 조준선(입사광 에너지)(26)을 따라 미사일(10)로부터의 근적외선 광 에너지를 수신하여 회전 빔스프리터 프리즘(28)상에 집속시킨다. 특히, 제2도에서와 같이 측면으로부터 본 프리즘은 미사일을 마주하고 있는 표면이 적외선 조준선(26)에 대해 수직한 선에 대해 약간 경사지게 유지되어 있는지형(wedge-shaped)이다. 프리즘의 앞쪽 표면상의 박막(30)은 입사 광 에너지(26)에 대한 빔스프리터로서 작용하여, 대부분의 입사 광 에너지(26a)(예를 들어, 90%)이 프리즘(28)을 통과한 후, 근적외선 검출기 센서(32)에 충돌하여 좁은 시계가 제공된다. 입사 광 에너지(26)의 나머지 광 에너지(26b)(예를들어, 10%)가 빔스프리터 박막(30)으로부터 근적외선 검출기 센서(34)로 반사되어 넓은 시계를 제공한다.
상술한 바와 같이, 박막(30)이 있는 프리즘 표면이 수직선에 대해 기울어져 있으므로(각 α), 검출기 센서(32) 상에 충돌하는 입사 광 에너지(26a) 및 검출기 센서(34) 상으로 반사되는 입사 광 에너지(26b) 각각은 조준선(22)과 일치한 축을 중심으로 프리즘이 회전할 때 장동(untating) 영상을 형성한다. 제3a도 및 제3b도에는 2개의 상이한 진로 이탈 상태 즉, 요우 좌측과 피치 하부(제3a도) 및 요우 우측과 피치 상부(게3b도)에 따라 검출기 센서(34)상의 영상에 의한 추적 경로를 한정하는 대형 원(36)이 도시되어 있다. 수평으로 정렬된 센서(39)가 피치를 측정하는 동안, 요우 검출기(37)은 수직으로 연장된다.
미사일이 정상 진로 상태에 있을 때, 에러 각은 0이고, 모든 센서 소자는 장동 원의 직교 반경 상에 위치한다. 이러한 상태가 점선으로 된 원(36a)으로 도시되어 있다. 반면에, 미사일이 진로-이탈 상태일 때(예를들어, 에러 각이 β인 경우), 연속적인 장동 원(36)은 원(36a)로 도시된 정상 진로 상태로부터 각 β만큼 변위된다. 이러한 에러 신호가 존재하면, 신호 위상이 정상 진로 위상으로부터 아크사인(arcsin)과 동일한 양(β/장동 원의 반경)만큼 시프트다. 검출기 센서 어레이(32 및 34)는 각각이 요우 및 피치용의 2개의 직교 패턴으로 정결된 센서를 갖고 있기 때문에, 2개의 개별적인 에러 신호가 형성된다.
상술한 바와 같이, 검출기 센서(34)는 비교적 넓은 시계를 제공한다. 프리즘으로부터 센서상으로 반사되는 적외선 빔에 의해 추적된 원(36a)에 응답하여 센서(32)에서 발생하는 유사한 셋트의 펄스가 좁은 시야용으로 얻어진다.
제4도에는 요우와 피치용 시스템에 의해 제공되는 전기 펄스 파형이 도시되어 있다. 제4a도에는 요우검출기로부터의 한 쌍의 펄스(40)와 피치가 하부로 이동하고 요우가 좌측으로 이동된 제3a도의 추적 상황에 대응하는 피치 어레이로부터의 다른 한쌍의 펄스(42)가 도시되어 있다. 이와 마찬가지로, 제4b도의 펄스(40 및 42)는 피치가 상부로 이동하고 요우가 우측으로 이동하는 제3b도의 추적 상황에 대한 상대 펄스 위치가 시프트된 것을 나타낸다. 그 다음, 시스템은 미사일을 정상 진로로 이동시키는 교정 신호를 발생시켜 미사일에 전송한다.
본 발명의 여러가지 소자의 구조적인 배치에 대해 보다 용이하게 이해할 수 있도록 제5도를 제시하있다. 제5도를 참조하면, 회전 빔 스프리터 프리즘(28)은 이동식 발사기 하우징(48) 내에 장착된 중공의 회전력 구동축(44)의 외측 단부에 직접 부착된다. 구동축(44)은 크세논 비이컨(18)로부터의 입사 방사선을 프리즘(28)의 앞쪽 표면상(30)으로 방해받지 않고 전달하여 이 프리즘을 통해 통과시킬 수 있는 축 통로(50)를 갖고 있다. 통로(50)의 내부 벽(52) 밖으로의 입사 방사선의 반사를 최소화시키고, 이러한 원인에 의한 에러를 방지하기 위해, 이 벽에는 나사산이 형성되어 있으며, 흑색으로 도장되었다. 본 발명의 실제상의 구조에 있어서, 무브러시 모터(53)는 20Hz에서 D.C. 펄스로 구동된다.
과거에는, 회전 부품을 갖는 시스템에서의 동기는 예를 들면, 회전가능한 축의 정확한 각 배치를 제공할 수 있는 기계 전자기 장치인 리졸버(resolver)를 사용함으로써 달설되었다. 리졸버는 출력 파형의 기울기가 비교적 점진적이며 제로 크로싱(zero crossing)의 검출이 변할 수 있기 때문에 바람직하지 못한 지터(jitter)가 발생된다. 본 발명에서는 리졸버 대신에 필수적으로 전력 구동축(44)의 외부 표면에 결합된 유리 링(56)으로 구성되는 축 엔코더(54)를 사용한다. 유리 링 상의 타이밍 마크(58)에 의해 제어 회로(66)에서 동기용으로 사용하기 위해 센서(64)에 타이밍 펄스를 발생시키는 광원(62)로부터 빔(60)이 반사되어진다. 이러한 종류의 엔코더는 리졸버와 관련된 지터의 결합이 나타나지 않는 매우 정밀한 펄스를 발생시킬 수 있다.
바로 전단락에서 기술된 모든 적외선 광 에너지 추적 장치가 본 발명이 특히 이동식 미사일 추적 장치에 사용하기에 더욱 적합하도록 하우징(48)에 일체로 결합된 것이 본 발명의 또 다른 장점이다. 예를 들면, 모터 속도 제어 전자 회로 및 전력 조절 회로는 일체로 실장되고, 하우징(48) 내에 장착되는데, 여기에서는 참조 번호(66)가 붙여져 있다. 또한, 넓고 좁은 시계 검출기에 응답하는 수단(68)이, 필요한 경우에, 진로 에러 신호를 발생시켜 진로 교정을 행하도록 미사일에 진로 에러 신호를 전송하기 위해 제공되어 있다. 전자 회로, 모터 제어 등에관한 더 이상의 상세한 설명은 본 발명의 이해에는 별 도움이 아니될 것으로 간주하여 도면에 더 이상 도시하지 않음과 동시에 설명도 생략하고자 한다.
본 발명은 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명되었지만, 본 분야에 숙련된 기술자들이라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 바람직한 실시예를 여러가지로 변형 및 변경시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명은 첨부한 특허 청구 범위에 의해서만 제한된다.
Claims (9)
- 이동식 미사일 발사기와 일체로 되어 있는 하우징에 배채하기 위한 적외선 빔 추적 장치에 있어서, 상기 적외선 빔을 차단(intercept)하도록 배치되어, 상기 적외선 빔의 제1부분은 제1방향을 따라 자신을 통해 통과시키고 상기 적외선 빔의 나머지 부분은 다른 방향으로 반사시키는 회전 빔 스프리터와, 상기 빔 스프리터로부터 반사된 상기 적외선 빔의 나머지 부분을 수신하고 수신된 상기 나머지 빔에 응답하여 전기 신호를 발생시키는 제1적외선 검출기와, 상기 빔 스프리터를 통과하는 상기 적외선 빔의 나머지 부분을 수신하고 수신된 상기 제1적외선 빔의 상기 제1부분에 응답하여 전기 신호를 발생시키는 제2적외선 검출기와, 상기 제1 및 제2적외선 검출기에 상호 접속되어 있고, 상기 검출기에 의해 발생된 상기 전기 신호에 응답하여 미사일 비행 방향의 에러를 결정하여 진로 교정 정보를 미사일에 전송하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 빔 추적 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1적외선 검출기는 비교적 넓은 시계에 걸쳐 수신된 적외선 방사선에 응답하고, 상기 제2적외선 검출기는 비교적 좁은 시계에 걸쳐 수신된 적외선 방사선에 응답하는 것을 특징으로 하는 적외선 빔 추적 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 각각의 적외선 검출기는 서로 직교하는 2개의 방향으로 연장하도록 배열된 적외선 센서를 포함하여, 상기 서로 직교하는 2개의 방향 중 한 방향은 미사일 요우를 측정하기 위한 것이며 다른 한 방향은 미사일 피치를 측정하기 위한 것을 특징으로 하는 적외선 빔 추적 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 빔 스프리터는 입사 적외선 방사선과 대향하도록 배치된 표면상에 빔 스프리팅 피막부를 갖고 있는지형의 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 빔 추적 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 피막부가 배치되어 있는 상기 표면은 평평하며 상기 입사 적외선 빔 방향에 대해 90˚이외의 각으로 배열되는 것을 특징으로 하는 적외선 빔 추적 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 빔 스프리터는 축선이 적외선 방사원을 향하고 있는 중공측상에 장착되고, 상기 제2검출기는 상기 빔 스프리터를 통과한 다음 상기 중공축을 통과하는 적외선 방사선을 수신하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 빔 추적 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 중공축 구멍을 한정하는 벽은 나사산을 갖고 있으며, 비교적 미약한 반사 물질로 피착되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 빔 추적 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 빔 스프리터는 무브러시 D.C. 펄스 공급형 전기 모터에 의해 회전되는 것을 특징으로 하는 적외선 빔 추적 장치.
- 이동식 미사일 반사기와 일체로 형성되어 미사일에 의해 운반되는 비이컨에서 방출되는 근적외선 빔을 추적하기 위한 장치에 있어서, 회전 축에 대해 편심적으로 배열된 표면을 갖고 있는 회전가능하게 장착된 프리즘과, 상기 프리즘 표면상에 형성되어 상기 비이컨으로부터의 빔을 수신하는 빔 스프리팅 피막부와, 상기 프리즘에 회전력을 제공하는 D.C. 펄스 공급형 전기 모터와, 상기 빔의 반사 부분 및 통과 부분을 각각 수신하여, 이 수신된 빔 부분에 응답하여 전기 신호를 발생시키는 제1 및 제2적외선 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 추적 장치.
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