유도무기는 표적을 인지하는 탐색기 성능과 유도 조종기술에 따라 정확도가 결정되며, 탐색기의 종류는 적외선(IR), 레이다 전자파(RF)를 사용하는 레이다파, 현재 실용화의 첫발을 내딛은 밀리미터파 탐색기가 있다. 모든 탐색기의 생명은 센서라고해도 과언이 아니며 센서의 성능에 따라 미사일의 정확도가 결정된다
본 논문에서 무선 다중경로 채널 환경에서 관심 있는 신호를 효과적으로 탐색하기 위해서 다중 경로 탐색기의 검출 능력을 향상시키기 위한 공-시간 탐색기 구조를 제안한다. 이러한 탐색기는 새롭게 발생한 신호 경로를 탐색하기 위해 공시간 신호 구조를 사용한다. 제안된 다중경로 탐색기는 기존의 탐색기에 비해 보다 나은 검출 능력을 제공하고 다중 경로 신호의 평균 획득 시간(Mean Acquisition Time)을 감소시킨다. 새로운 방식과 기존의 방식의 검출 확률(Detection Probability)과 오경보 확률(False Alarm Probability)을 계산하고 평균 획득 시간의 수학적인 예를 들어서 제안된 방법의 성능을 비교 분석한다.
본 논문에서는 광대역 CDMA 무선 가입자망 시스템에서 초기 동기획득을 위한 단말기용 고속 탐색기의 새로운 하드웨어 구조를 제안한다. 제안된 고속 탐색기는 이중 적분 직렬 동기 획득 알고리즘을 사용하였고, 고속의 동기 획득을 위해 N개의 능동 상관기로 구성되었다. N개의 능동 상관기는 하드웨어 복잡도의 증가를 줄이기 위해서 하나의 에너지 계산기를 순차적으로 사용하는 파이프라인 기법으로 설계되었다. 제안된 무선 가입자망 시스템 단말기용 고속 탐색기는 광대역 무선 가입자망 규격에 맞게 VHDL로 설계되었고, JTC Wideband 채널 환경에서 검증되었다. 제안된 고속 탐색기의 평균 동기획득 시간은 상관기를 16개 사용하였을 때, 단말기가 처음 설치된 경우는 약 40초이었고, 단말기가 고정된 경우는 약 0.16초였다. 검증된 고속 탐색기는 LG의 0.6㎛ 라이브러리를 이용하여 게이트 수준으로 합성되었고, 합성된 탐색기의 게이트 수는 상관기가 16개 일 때 15.8K였다.
일반적인 전술유도탄에서 표적획득 센서로 사용되는 김발형 탐색기(Gimballed Seeker) 는 탐색기의 표적획득부가 유도탄의 동체운동과는 독립적으로 관성좌표계 상에서 표적을 지향하게 하여 비례항법 유도명령 생성에 필요한 유도탄/표적간의 시선 각속도 정보를 직접 제공한다. 반면 최근에는 탐색기 전체가 유도탄 동체에 고정됨으로써 정비보수 용이, 고장수리 감소, 단가감소 측면 등에서 유리한 동체고정 탐색기(Strapdown Seeker)에 대한 연구가 부분적으로 수행되고 있다. 그런데 동체고정 탐색기에서는 비례항법에 필요한 시선각속도가 직접주어지지 않고 탐색기 영상 평면에 맺힌 표적영상으로부터 유도명령생성에 필요한 정보를 추출하여야 한다. 본 연구에서는 먼저 스트랩다운 탐색기로부터 주어지는 표적정보를 바탕으로 언센티드 칼만필터(Unscented Kalman Filter, UKF)를 적용하여 유도탄과 표적간의 상대운동을 추정한다. 추정된 상대운동 정보를 이용하여 유도명령을 생성하고 유도탄과 표적간의 조우운동을 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
Presampled 변조전달함수(MTF) 측정에서 slant 표적각도 변화에 따라 MTF 결과의 차이가 있음을 확인하였고, 표적각도 변화에 대한 오차를 줄이기 위하여 획득한 edge spread function 그래프를 fitting하여 측정값의 오차를 줄일 수 있는 측정기법을 연구하였다. Presampled MTF 방법의 특성상 표적이 회전함에 따라 투영되는 공간주파수의 강도분포는 표적의 회전각도에 따라 변화하며, 이로 인하여 MTF 차이가 발생함을 확인하였다. 이 연구에서는 획득한 영상의 1개의 열에 대해서만 fitting을 한 후 MTF를 계산하였다. Fitting을 이용한 계산은 기존의 presampled MTF 방법과 비교하여 표적 회전에 따른 오차가 줄어듬을 확인하였다. 이 방법은 MTF를 이용한 자동 초점 등 다양한 각도의 표적에 응용이 가능할 것으로 기대된다.
탐색기는 호밍유도탄에 사용되는 핵심 유도장치로서 저가의 전술유도탄에서부터 고가의 전략유도탄용에 이르기까지 여러 다른 목표와 사양으로 개발되고 있으며, 유도 무기체계의 경제성, 정확도의 개선, 명중률의 향상을 위해 설계요구조건이 더욱 다양화되고 있는 추세이다. 여기에서는 탐색기의 주요 연구분야 설계의 요구조건과 절차, 핵심 소요기술을 소개하기로 한다
본 논문에서는 유도무기체계의 탐색기 기술에 대한 사항과 발전방향에 대해 연구하였다. 탐색기는 유도무기에 탑재되는 장치로서 호밍유도의 구현을 위해 표적을 찾고 확인하여 포착한 후 표적을 추적하며, 유도명령을 계산하는 데 필요한 표적의 방향 또는 위치 정보를 유도조종 장치에 제공하는 일련의 기능들을 수행한다. 따라서 탐색기는 유도무기의 체계 및 유도조종 성능을 결정하는 핵심장치 중의 하나이다. 탐색기는 전술 및 전력용 유도무기에 이르기까지 서로 다른 목표와 사양으로 개발되고 있으며 유도무기체계의 경제성, 운용성, 신뢰성과 명중률의 향상을 위해 설계 요구조건이 더욱 다양화되고 있다. 따라서 본 연구를 통해서 유도무기체계 탐색기의 특성 및 세부기술의 발전방향을 제시하였다.
본 논문은 스트랩다운 탐색기 측정치와 INS 정보를 이용하여 시선각속도를 추정하는 유도필터 설계에 대해서 다룬다. 제안하는 유도필터는 탐색기 측정치와 유도탄 자세로부터 획득 가능한 시선각과 표적의 위치와 유도탄과의 상대 위치를 측정치로 하고 있으며, 주기 및 동기가 맞지 않는 두 센서의 출력을 사용하기 위해 비동기 필터를 기반으로 하고 있다. 제안한 방법을 통해 시간지연이 큰 탐색기 측정치를 사용함으로써 생길 수 있는 기생루프에 대한 영향을 줄이고 추정성능을 향상시킬 수 있다.
Two-color 적외선 탐색기는 표적의 대응 능력과 배경 잡음이 존재하는 상황에서 효율적인 표적 추적을 위해 두 개의 검출 대역을 사용한다. 본 논문은 Two-color 탐색기의 검출 대역 선정에 관한 연구이다. 검출 대역을 선정하기 위해, 표적, 섬광탄, 및 배경 잡음의 적외선 방사 특성을 분석하고, 수신 전력과 깊이 관련된 대기 투가 특성, 검출 가능 거리, 배경 잡음의 영향, 신호 대 잡음비 등의 특성을 분석한다. 분석 결과, two-color 적외선 탐색기의 적절한 대역은 표적 검출을 위한 3$\mu\textrm{m}$~5$\mu\textrm{m}$ 대역과 반대응 능력을 위한 $1.5\mu\textrm{m}$~1.7$\mu\textrm{m}$ 대역으로 나타났다. 본 논문의 연구 결과는 two-color 탐색기의 추후 연구에 중요한 역할을 할 것이다.
본 논문에서는 섬광탄 (flare)과 같은 공중 표적(target)의 대응 능력 (CM; countermeasure) 에 효과적으로 대처할 수 있는 2-color 탐색기의 반대응 (CCM; counter-countermeasure) 알고리듬을 제안하고자 한다. 자외선 (UV) 및 적외선 (IR) 대역을 동시에 이용하는 2-color 탐색기는 표적과 섬광탄의 방사에너지 특성을 적외선 및 자외선 대역에서 비교, 분석하여 대역별 특성을 결정한다. 이러한 특성을 이용하여 두 대역의 입력 신호로부터 효과적으로 표적 신호만을 검출, 추적함을 보인다. 또한 제안된 2-color 방식을 로젯 주사 탐색기(rosette scan seeker)의 반대응 능력으 펄 이용하여 동적 시뮬레이션을 수행한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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