KR0144764B1 - 음향센서를 이용한 명중도 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직사화기의 성능을 평가하는 음향센서를 이용한 명중도 측정장치 및 그 방버베 관한 것으로, 종래의 명중도 측정장치에 있어서는 표적의 크기, 발사속도 및 표적의 교환등에 여러 가지 제한 요소를 갖기 때문에 표적 설치등의 사용상의 번거로움이 뒤따를 뿐 아니라 처리시간이 많이 소요되고, 연발사격시 명중도를 측정할 수 없고 명중도 측정의 정확성 및 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 이러한 점을 감안하여, 표적면에 3개의 음향센서를 설치하고, 그 음향센서에 의해 음속 이상의 비행탄자의 충격파를 검출한 후 각 음향센서에 도달하는 충격파의 지연 시간차를 이용하여 수직표적상의 탄착좌표를 구하게 함으로써 신속하고도 정확히 측정할 수 있고, 탄자의 크기와 발수 회수등에 제한을 받지 않고, 실시간 신호 획득 및 신호처리가 가능하게 하여 시험과 계측의 효율을 향상시키게 한다.

Description

음향센서를 이용한 명중도 측정장치 및 그 방법

제1도는 충격파 신호 파형 예시도.

제2도는 수직표면상의 충격파 전파 설명도.

제3도는 센서 위치와 탄착점간의 관계 설명도.

제4도는 충격파의 유효 전파 속도 설명도.

제5도는 유효 전파 속도를 구하기 위한 그래프도.

제6도는 유효 전파 속도와 거리오차 관계도.

제7도는 본 발명의 음향센서를 이용한 명중도 측정장치 블록도.

제8도는 제7도 충격파 검출부의 상세 회로도.

제9도는 제7도 레벨검출부 및 카운터부의 상세 회로도.

제10도는 제9도의 각부 파형도.

제11도는 유효 전파 속도 계산과정을 보인 흐름도.

제12도는 본 발명의 탄착좌표 계산과정을 보인 흐름도.

제13도는 본 발명에 따른 소구경탄의 명중도 시험결과 좌표도.

제14도는 본 발명에 따른 대구경탄의 명중도 시험결과 좌표도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11, 12, 13:제1, 제2, 제3 충격파 검출부

11a:동축케이블 11b:신호 조정부

21, 22, 23:제1, 제2, 제3 레벨 검출부

30:카운터부 40:마이크로 컴퓨터

50:모니터 60:프린터

LD₁~LD₃:레벨 검출기 LH₁~LH₃:래치

OR₁:오아게이트 AND₁:앤드게이트

CNT₁~CNT₃:카운터 BF₁:버퍼

본 발명은 직사화기의 성능을 평가하는 명중도 측정장치에 관한 것으로, 특히 초음속으로 비행하는 탄자로부터 발생되는 충격파 신호를 표적면에 설치된 3개의 음향센서에 의해 검출하고, 그 검출신호를 이용하여 탄착 표적좌표를 구함으로써 명중도를 신속하고도 정확히 측정할 수 있게한 음향센서를 이용한 명중도 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.

명중도는 직사화기의 성능을 평가하는데 중요한 척도가 되며, 수직표적(Vertical target)이 널리 이용되고 있다. 명중도 시험은 크게 정확도시험과 분산시험으로 구분할 수 있으며, 전자는 연속 발사된 경우 표적상의 탄착점(impact point)들의 평균값이 조준점으로부터 얼마만큼 떨어져 있는가를 알아내는 것이고, 후자는 탄척점들이 그들의 중심으로부터 어느 정도 분산되어 있는지 알아내는 것이다.

일반적으로 명중도는 사격 완료 후 수동으로 측정하게 되는데, 이는 표적상에 나타나는 탄착점을 사람이 직접 표적에 접근하여 확인한 후 그 좌표를 기록하거나, 표적이 너무 큰 경우에는 사격 종료 후 표적을 지면에 펼쳐 놓고 줄자등으로 직접 측정하였다. 그러나 이러한 수동 측정방법에 있어서는 인력과 시간의 소모가 많을 뿐 아니라 측정과정에서 측정오차를 유발할 수 있는 문제점이 있었다.

또한, 상기 수동 측정방법에 따른 문제점을 감안하여 명중도를 자동으로 측정할 수 있는 시스템이 절실히 요구되고 있는데, 라이트 빔(Light Beam)방법과 비디오 타겟 스코링(Video Target Scoring)방법에 의해 명중도를 자동으로 측정할 수 있는 방법에 알려져 있다.

상기 라이트 빔 방법은 빛을 내보내고 검출하는 광소자의 쌍을 결합하여 X, Y방향에 격자표적을 만들고, 탄자가 그 격자표적을 통과할 때 빛을 차단하는 것을 검출한 후 그 검출신호로부터 탄자의 통과위치를 알아내는 방법이다. 또한 상기 비디오 타겟 스코링 방법은 비디오 카메라를 이용하여 표적을 촬영하고 그 촬영된 영상신호로부터 탄착과 표를 구하는 방법이다.

그러나, 상기와 같은 명중도 자동 측정방법에 있어서는 표적의 크기 발사속도 및 표적의 교환등에 여러 가지 제한요소를 갖기 때문에 표적설치등의 사용상의 번거로움이 뒤따를 뿐 아니라 처리시간이 많이 소요되고 연발사격시 명중도를 측정할 수 없고, 명중도 측정의 정확성 및 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여, 표적면에 3개의 음향센서를 설치하고, 그 음향센서에 의해 음속 이상의 비행 탄자의 충격파를 검출한 후 각 음향센서에 도달하는 충격파의 지연시간차응 이용하여 수직표적사의 탄착좌표를 구하게 함으로써 명중도를 신속하고도 정확히 측정할 수 있게 한 음향센서를 이용한 명중도 측정장치 및 그 방법을 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

층격파는 화약이 폭발하거나 공기중을 음속 이상으로 비행하는 물체에 의해 생기며, 급작스런 압력, 밀도, 온도의 불연속적인 변화를 수반한다.

또한 충격파의 전파속도는 급변하는 압력변화의 크기에 영향을 받으며, 항상 음속 이상으로 된다. 마하파의 전파속도는 압력의 변화량과 밀도의 미소 변화량으로 표현할 수 있고 대기의 온도함수로 표현된다.

그리고 충격파는 유체 프름의 방향에 대한 충격파의 각도로 분류되며, 유체의 흐름에 대해 직각으로 충격파가 생길 때 수직(normal)충격파라 하고, 경사각을 가질 때는 경사(oblique) 충격파라 하며 유체가 압축될 때와 팽창될 때 발생된다.

탄자가 음속으로 비행하는 경우 공기저항은 탄의 앞부분에서 생기는 공기의 압축으로 인하여 앞부분 감속이 생기지만 초음속으로 비행할 때는 압축파가 발생되어 원추경사 충격파를 형성하는데, 탄자의 머리부분 충격파를 선(bow)충격파라 하고 꼬리부분 충격파를 후(stern)충격파라 한다.

제1도는 상기에서 설명한 충격파 신호 파형 예시도로서, 선충격파와 후충격파 사이의 신호크기와 시간차는 탄자의 특성과 마하수 그리고 탄자가 지나간 경로로부터 압력이 측정되는 장소까지의 거리와 관계되며, 이때 충격파의 두께는 매우 얇으므로(10^-6m) 충격파를 측정할 때는 매우 빠른 상승시간 특성을 갖는 센서를 사용해야 하며, 반사파 영향을 받지 않도록 해야 한다.

제2도는 탄자가 수직표적을 통과할 때 수직표면상의 충격파 전파 설명도로서, 이에 도시한 바와같이 탄자의 통과한 좌표를 (X₁,Y₁), 센서(S₀,S₁,S₂) 좌표를 (X₀, Y₀), (X₁, Y₁), (X₂, Y₂)라 하고, 탄자가 표적면을 통과할 때 충격팍 센서(S₀), (S₁), (S₂)에 도달한 순간을 t₀, t₁, t₂라 하며, 평면상에서의 충격파의 유효 전파 속도를 V_e라고 할 때 음원과 센서(S₁),(S₂)와의 거리(r₁), (r₂)는 다음 식(1), (2)와 같이 나타낼 수 있다.

제3도는 센서 위치와 탄착점간의 관계 설명도로서, 이에 도시한 바와 같이 본 발명에서는 세 개의 센서{S₀(0,0), S₁(X₁,Y₁), S₂(X₂,Y₂)}를 사용하는데, 탄착점(P)의 좌표를 P(X,Y), 탄착점(P)에서 센서(S₀)까지의 거리를 r이라 할 때 센서(S₁)와 센서(S₂)까지의 거리는 그 제3도와 같이 나타낼 수 있으며, 그 경로차(δ₁),(δ₂)는 다음 식(3),(4)와 같이 나타낼 수 있다.

또한, 제3도의 세 개의 원의 방정식에서 원점과 탄착점(P)의 좌표 P(X,Y) 사이의 거리(r)는 다음 식(5)와 같이 된다.

상기의 식(5)를 다시 정리하면 다음 식과 같이 된다.

상기 식(9)의 ψ는 -π~π구간에서 유일한 값을 가지며, 주어진 센서 위치와 시간차(t₁,t₂)로부터 구할 수 있다. ψ각을 ψ=α±2nπ(단, n=0,1,2,···)와 같이 정의하면, 상기 식(7)의 R값이 항상 0보다 크기 때문에 분자항의 크기에 따라 제1사분면과 제4사분면 혹은 제2사분면과 제3사분면에서 만족하는 해를 갖는다. 즉,

(A₂δ₁-A₁δ₂)0이면 제1, 제4사분면

(A₂δ₁-A₁δ₂)0이면 제2, 제3사분면

그리고 θ는 다음과 같이 정의된다.

그러므로 탄착점 좌표 P(X,Y)는 아래와 같이 θ와 r값에 따라 두 개가 얻어진다.

결국, 본발명에서는 탄착좌표를 얻기 위하여 3개의 음향센서 좌표, 유효 전파 속도(V_e) 및 매시험탄의 충격파 지연시간 데이터를 이용하게 되며, 시간 데이터는 기준좌표인 (0,0) 위치에서 측정된 시간 데이터를 기준시각으로 하고 나머지 두 개의 획득된 시간데이타의 시간차를 구하게 한다. 센서좌표를 (0,0), (X₁, Y₁), (X₂, Y₂), 유효 전파 속도를 V_e라하고 두 개의 시간 데이터를 t₁, t₂라 하면 탄착좌표는 제1사분면을 사용할 경우 상기 식(12)로 계산된다.

제4도는 충격파의 유효 전파 속도 설명도로서, 이에 도시한 바와같이 속도가 V_p인 탄자가 평면(P)에 도달한 순간을 t₀라 하면, 그때 발생한 충격파는 평면(P)에는 전달되지 않으며, t₁순간에 있을 경우 충격파는 평면 r₁점에 도달하고, t₂순간에 있을 때 충격파는 r₂점에 도달하게 됨을 알 수 있다.

탄자가 t₁에서 t₂로 진행할 때 평면파의 이동거리를 d라고 하면 유효 전파 속도(V_e)는 다음 식과 같이 된다.

C: 마하파의 전파속도

본 발명에서는 상기 유효 전파 속도(V_e)를 실험적으로 구하게 되는데, 이를 제5도 유효 전파 속도를 구하기 위한 그래프도에 의해 설명한다. 제5도와 같이 설치한 세 개의 센서좌표 S₀(0,0), S₁(X₁,Y₁), S₂(X₂,Y₂)에서 측정된 시간 데이터(t₁), (t₂)로부터 계산된 좌표와 실제 측정된 좌표(X_m,Y_m)와의 거리차가 최소가 되는 전파속도(V_e)를 구한다.

이에 따라 측정된 좌표(X_i,Y_i)와 실제 측정된 좌표(X_m,Y_m)간의 거리오차는 de(V_e)가 최소가 되는 전파 속도 (V_e)값을 찾아 유효 전파 속도(V_e)값으로 한다.

상기 유효 전파 속도(V_e) 값은 시험도중에는 구할 수 없으며, 시헌전 별도의시험을 통하여 최적의 유효 전파 속도(V_e)값을 찾아야 하는데, 본 발명에서는 소구경탄과 대구경탄까지 유효 전파 속도(V_e) 값을 계측하였다.

제6도는 유효 전파 속도와 거리오차 관계를 도시한 것이다.

그리고 탄착좌표에서 센서(S₁),(S₂)간의 거리(r +δ₁), (r +δ₂)와 θ₁,θ₂를 구하기 위하여 유효 전파 속도(V_e)를 탄자의 속도와 마하수등을 이용하여, 명중도 시험전 별도의 시험을 통하여 최적의 유효 전파 속도값을 각 탄종마다 구해 둔다.

제7도는 본 발명의 음향센서를 이용한 명중도 측정장치 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 압전 마이크로폰 센서를 각기 이용하여 충격파 신호를 검출한 후 여파하고 증폭하여 출력하는 제1, 제2, 제3충격파 검출부(11),(12),(13)와, 상기 제1, 제2, 제3충격파 검출부(11),(12),(13)의 출력 신호로부터 충격파 레벨을 검출한 후 래치하여 출력하는 제1, 제2, 제3레벨 검출부(21),(22),(23)와, 상기 제1, 제2, 제3레벨 검출부(21),(22),(23)의 충격파 레벨 검출신호를 입력받아 제일 처음 입력되는 충격파 레벨 검출신호를 기준으로 이후 제2, 제3, 충격파 레벨 검출신호가 입력될 때까지의 시간을 카운트하는 카운터부(30)와, 상기 카운터부(30)의 카운트신호를 입력받아 탄착 좌표를 구하고, 모니터(50)에 표시함과 아울러 프린터(60)에 프린트하게 하는 마이크로 컴퓨터(40)로 구성한다.

제8도는 제7도 제1충격과 검출부(11)의 상세 회로도로서, 이에 도시한 바와같이 충격파 신호를 감지하여 출력하는 압전 마이크로폰 센서(S₁)와, 상기 압전 마이크로폰 센서(S₁)의 출력신호를 전송하는 RG-58의 동축케이블(11a)과, 상기 동축 케이블(11a)을 통해 전송되는 충격파 신호를 전류원(I), 커플링 콘덴서(C) 및 증폭기(AMP)에 의해 여파하고 증폭하여 출력하는 신호 조정(signal conditioner)부(11b)로 구성한 것으로, 제2, 제3충격파 검출부(12),(13)도 상기 제1충격파 검출부(11)와 동일하게 구성한다.

제9도는 제7도 레벨 검출부(21~23) 및 카운터부(30)의 상세 회로도로서, 이에 도시한 바와같이 제1, 제2, 제3충격파 검출부(11),(12),(13)의 출력신호(OUT₁),(OUT₂),(OUT₃)를 직류성분 제거용의 콘덴서(C₁),(C₂),(C₃) 및 저항(R₁),(R₂),(R₃)을 각기 통해 입력받아 충격파 레벨을 검출하는 레벨 검출기(LD₁),(LD₂),(LD₃)와, 리세트신호(RS)에 의해 리세트 제어를 받고 상기 레벨 검줄기(LD₁),(LD₂),(LD₃)의 충격파 레벨 검출신호를 각기 래치하여 출력하는 래치(LH₁),(LH₂),(LH₃)로 레벨 검출부(21),(22),(23)의 출력신호인 래치(LH₁),(LH₂),(LH₃)의 출력신호를 오아조합하여 카운트 시작신호(STA)를 출력하는 오아게이트(OR₁)와, 상기 래치(LH₁),(LH₂),(LH₃)의 출력신호를 앤드조합하여 검출 완료신호(INE)로 출력하는 앤드게이트(AND₁)와, 리세트 신호(RS)에 의해 리세트 제어를 받음과 아울러 상기 오아게이트(OR₁)에서 출력되는 카운트 시작신호(STA)에 의해 카운트 시작하고 상기 래치(LH₁),(LH₂),(LH₃)의 출력신호에 의해 각기 카운트 정지하는 카운터(CNT₁),(CNT₂),(CNT₃)와, 상기 앤드게이트(AND₁)에서 출력되는 검출완료신호(INE)를 버퍼링하여 마이크로 컴퓨터(40)에 입력시키는 버퍼(BF₁)로 카운터부(30)를 구성한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

탄자가 초음속으로 비행함에 따라 발생되는 충격파 신호는 제1충격파 검출부(11)의 압전 마이크로 센서(S₁)에서 감지된 후 RG-58의 동축 케이블(11a)을 통해 전송되고, 이 동축 케이블(11a)을 통해 전송된 충격파 신호는 신호 조정부(11b)에서 여파되고 증폭되어 그 출력신호(OUT₁)가 제1레벨 검출부(21)에 입력된다. 또한, 제2, 제3충격파 검출부(12),(13)에서도 그의 압전 마이크로 센서의 설치 위치에 따라 상기의 설명에서와 같이 소정의 시간차을 갖고 상기 제1충격파 검출부(11)와 동일 방식으로 충격파 신호가 검출된 후 그의 출력신호(OUT₂),(OUT₃)가 제2, 제3레벨 검출부(22),(23)에 각기 입력된다. 따라서, 제1, 제2, 제3충격파 검출부(11),(12),(13)의 출력신호(OUT₁),(OUT₂),(OUT₃)는 제1, 제2, 제3레벨 검출부(21),(22),(23)의 콘덴서(C₁),(C₂),(C₃) 및 접지의 저항(R₁),(R₂),(R₃)을 각기 통해 직류성분이 제거된 후 레벨 검출기(LD₁),(LD₂),(LD₃)에 입력되어, 그의 충격파 검출을 위해 설정된 기준레벨과 각기 비교되고, 이에 따라 그 레벨 검출기(LD₁),(LD₂),(LD₃)의 입력신호 레벨이 그의 설정된 기준레벨보다 높은 경우에 그 레벨 검출기(LD₁),(LD₂),(LD₃)에서 고전위 신호가 출력된다.

이와 같이 레벨 검출기(LD₁),(LD₂),(LD₃)에서 고전위 신호가 출력될 때 그 고전위신호를 래치(LH₁),(LH₂),(LH₃)에서 래치하여 출력하게 되는데, 그 래치(LH₁),(LH₂),(LH₃)는 일단 고전위 신호를 래치하여 출력한 상태에서는 이후 리세트 신호(RS)에 의해 리세트될 때까지 그 상태를 유지하게 되는 것으로, 레벨 검출부(21~23) 및 카운터부(30)의 동작과정을 제10도의 파형도에 의해 설명한다.

제1충격파 검출부(11)에서 충격파 검출에 따른 출력신호(OUT₁)가 제10도의(가)와 같이 출력되고, 이후 소정의 시간차를 두고 제3, 제2충격파 검출부(13),(12)에서 충격파 검출에 따른 출력신호(OUT₃),(OUT₂)가 제10도의 (사),(라)와 같이 각기 출력되면, 제1, 제3, 제2레벨 검출부(21),(23),(22)의 레벨 검출기(LD₁),(LD₂),(LD₃)에서는 제10도의 (나),(아),(마)와 같은 신호가 출력되며, 이에 따라 그 레벨 검출기(LD₁),(LD₂),(LD₃)에서 고전위 신호가 처음 출력될 때 그 고전위 신호를 래치(LH₁),(LH₂),(LH₃)에서 래치하여 제10도의 (다),(자),(바)와 같이 충격파 레벨 검출신호인 고전위 신호를 출력하게 된다. 따라서, 상기 래치(LH₁)에서 고전위 신혹 출력될 때 오아게이트(OR₁)(에서 제10도의 (차)와 같이 고전위 신호인 카운트 시작신호(STA)가 출력되므로, 카운터(CNT₁~CNT₃)가 카운를 시작하게 된다. 그러나, 이때 상기 래치에서 출력되는 고전위 신호에 의해 카운트(CNT₁)는 카운트 정지상태를 유지하므로 그 카운터(CNT₁)의 카운트 값은 0을 유지하게 된다. 이후 래치(LH₃)에서 고전위 신호가 출력될 때 카운터(CNT₃)가 카운트 정지상태로 되어 그때까지 카운트한 카운트 값을 유지하게 되고, 이후 래치(LH₂)에서 고전위신호가 출력될 때 카운터(CNT₂)가 카운트 정지상태로 되어 그때까지 카운트한 카운트 값을 유지하게 된다.

즉, 이때 제1카운터(CNT₁)의 카운트 값은 0으로 되고, 제3카운터(CNT₃)의 카운트 값은 래치(LH₁)에서 고전위 신호가 출력될 때부터 래치(LH₃)에서 고전위 신호가 출력될 때까지의 카운트한 값으로 되며, 제2카운터(CNT₂)의 카운트 값은 래치(LH₁)에서 고전위신호가 출력될 때부터 래치(LH₂)에서 고전위 신호가 출력될 때까지의 카운트한 값으로 된다.

한편, 상기 래치(LH₂)에서 충격파 레벨 검출신호인 고전위 신호가 출력될 때 래치(LH₁),(LH₃)에서 이미 고전위 신호가 출력되고 있는 상태이므로 앤드게이트(AND₁)에서 제10도의 (카)와 같이 고전위의 검출완료신호(INE)가 출력되고, 이 검출완료신호(INE)는 버퍼(BF₁)를 통해 버퍼링되어 마이크로 컴퓨터(40)에 입력되므로 그 마이크로 컴퓨터(40)에서 충격파 신호 검출이 완료되었음을 인지하게 된다. 따라서, 이때 그 마이크로 컴퓨터(40)는 상기 카운터(CNT₁),(CNT₂),(CNT₃)의 각 카운트 값을 읽어들이고, 이후 그의 제어에 의해 제10도의 (타)와 같이 리세트 신호(RS)를 출력하여 상기 래치(LH₁~LH₃) 및 카운터(CNT₁~CNT₃)를 리세트시키므로, 상기 래치(LH₁~LH₃)의 출력신호는 모두 저전위 상태로 되고, 카운터(CNT₁~CNT₃)의 카운트 값은 모두 0으로 되며, 이후 그 마이크로 컴퓨터(40)는 다음 사격의 데이터를 기다리게 된다. 이 기간동안 마이크로 컴퓨터(40)는 상기 카운터(CNT₁~CNT₃)로부터 읽어들인 카운토 값으로부터 탄착좌표를 계산한다. 즉, 상기 제1, 제2, 제3충격파 검출부(11,12,13)의 3개의 센서좌표, 상기의 설명에서와 같이 구해둔 충격파의 유효전파 속도(V_e) 및 상기 3개의 카운트 값인 3개의 시간 데이터로부터 탄착좌표를 계산하여 모니터(50)에 표시하고, 사용자의 선택에 의해 프린터(60)를 통해 프린트하게 된다.

상기와 같이 계속된 3개의 시간 데이터로부터 탄착 좌표를 구하기 위해서는 비행탄자의 속도에 대한 충격파의 유효 전파 속도(V_e)를 상기 원리 설명에서와 같이 미리 구해 두어야 하는데, 이를 유효 전파 속도 계산 과정을 보인 흐름도인 제11도를 참조하여 설명한다.

먼저, 사격 발수(R_n), 유효 전파 속도 상한 값(V_h), 유효 전파 속도 하한 값(V_l)을 입력한 후 유효 전파 속도(V)를 V_l설정하고, 시험발수 시퀀스(i)를 1로 하며, 이후 실측 좌표값 [X_n(i), Y_m(i)]을 읽음과 아울러 각 센서에 도달된 시간 [ t₀(i), t₁(i), t₂(i)]을 읽고, 그로부터 시간 지연 오차 [T₀=0, T₁=t₁(i)-t₀(i), T₂=t₂(i)-t₀(i)]를 구한다. 이후 상기 원리 설명에서와 같이 r 및 θ를 계산하여 계산 좌표값 [X(i), Y(i)]를 구한 후 자승오차(ER)를 구하고, 그 자승오차(ER)를 이전의 합오차(SER)에 더하여 합오차(SER)를 구하며, 이와 같은 과정은 사격발수(R_n) 만큼 반복한다. 이와 같이 V_e=V_l에 대해 구해진 합오자(SER)를 다른 유효 전파 속도(V_e)값과 비교하고, 비교결과 더 작은 값은 측정 합오차(SER)로 하고 이때의 속도를 유효전파 속도(V_e)의 출력값(0V)으로 한다.

제12도는 본 발명의 탄착좌료 계산과정을 보인 흐름도로서, 이들 참조하여 탄착좌로 계산과정을 설명한다.

탄착좌표를 구하기 위해서는 상기에서 설명한 바와 같이 3개의 센서좌표(0,0), (X₁, Y₁), (X₂, Y₂)와 유효 전파 속도(V_e) 및 3개의 시간 데이터(t₀, t₁, t₂)가 필요하다.

따라서, 먼저 미리 측정된 센서 좌표(X₁, Y₁), (X₂, Y₂)를 입력시킴과 아울러 사격발수(Rn) 및 미리 구한 유효 전파 속도(Ve)를 입력시키고, 이후 사격발수 시퀀스(i)를 1로 한 후 카운트 신호인 시간 데이타(t₀, t₁, t₂)를 읽어 들인다. 이후 시간 데이타(t₀, t₁, t₂)로부터 시간지연 오차(T₀=0, T=t₁-t_0,, T₂=t₂=t0)를 구한다. 이후 상기시간 지연오차(T₀, T₁, T₂), 상기 센세 좌표(X₁,Y₁) (X₂,Y₂)및 상기 유효 전파 속도를 이용하여 상기에서 설명한 식(3) 내지 식(11)에 의해 A₁,A₂,β,ψ를 구한 후 A₁X₂-A₂X₁0의 조건을 만족하는가 판별하여, 만족하지 않으면 상기 ψ에 π를 더한다. 이후 상기에서 구한 A₁,A₂,β,ψ를 이용하여 상기에서 설명한 계산식에 의해 각도(θ) 및 거리(r)를 계산하고, 이 계산한 각도(θ) 및 거리(r)를 이용하여 탄착점 좌표 P(X=r·cosθ, Y=r·sinθ)를 구한다. 이후 상기 사격발수(Rn) 시퀀스(i)에 1을 더한 후 그 사격발수 시퀀스(i)가 상기 사격발수(Rn)보다 적으면, 상기 시간 데이타(t₀, t₁, t₂)를 읽는 단계로 되돌아가 그 이후의 과정을 반복 수행하고, 상기 사격 발수 시퀀스(i)가 상기 사격발수(Rn)보다 크면, 상기에서 계산한 탄착점 좌표 P(Xi,Yi)를 출력하고 끝마친다.

이상에서 설명한 본 발명을 이용하여 소구경탄 및 대구경탄의 명중도를 시험한 결과 하기의 표1, 표2 및 제13도, 제14도와 같은 결과를 얻었다.

즉, 소구경탄의 충격파 유효 전파 속도는 373m/sec이었고, 크기가 0.53m×0.67m인 표적을 총구 전방 30m 이치에 설치하고 소구경탄 17발을 사격하였으며, 소구경탄의 평균 속도는 990m/s(M=2.84)이었다. 이 결과 각 사격시 마다의 실축좌표(X_m,Ym) 및 본 발명에 의한 계산좌표(X_i,Y_i)는 하기의 표1 및 제13도와 같이 나타났으며, 실측값과 계산값의 평균좌표 편차는 0.23cm의 정확도를 보였다.

또한, 대구경탄의 충격파 유효 전파 속도는 385m/sec이었고, 크기가 1.94m×1.94m인 표적을 포구전방 50m 위치에 설치하고 대구경탄 6발을 사격하였으며, 대구경탄의 평균속도는 1,174m/sec(M=3.36)이었다. 이결과 각 사격시 마다의 실측좌표(X,Y) 및 본 발명에 의한 계산좌표(X,Y)는 하기의 표2 및 제14도와 같이 나타났으며, 실측값과 계산값의 평균좌표 편차는 0.12cm의 정확도를 보였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 음속 이상의 비행탄자의 충격파를 표적상의 3개의 음향센서에 의해 검출한 후 각 음향센서에 도달하는 충격파의 지연시간을 이용하여 수직 표적상의 탄착좌표를 구하게 되므로 명중도를 신속하고도 정확히 측정할 수 있으며, 탄자의 크기와 발사 회수등에 제한이 없고, 1회의 센서 설치로 계측이 가능할 뿐 아니라 실시간 신호획득 및 신호처리가 가능하므로 시험과 게측의 효율을 크게 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 탄자의 초음속 비행에 의해 발생되는 충격파 신호를 표적상의 서로 다른 위치에 설치한 압전 마이크로폰 센서를 이용하여 각기 검출한 후 증폭하여 출력하는 제1, 제2, 제3충격파 검출부와, 상기 제1, 제2, 제3충격파 검출부의 출력신호로부터 충격파 레벨을 각기 검출한 후 래치하여 출력하는 제1, 제2, 제3레벨 검출부와, 상기 제1, 제2, 제3 레벨 검출부의 충격파 레벨 검출신호를 입력받아 제일 처음 입력되는 충격파 레벨 검출 신호를 기준으로 이후 제2, 제3충격파 레벨 검출신호가 입력될 때까지의 시간을 카운트하는 카운터부(30)와, 상기 카운터부(30)의 카운트 신호를 입력받아 탄착좌표를 구하고 그 구한 탄착좌표를 모니터에 표시하는 마이크로 컴퓨터로 구서하여 된 것을 특징으로 하는 음향센서를 이용한 명중도 측정장치.
2. 제1항에 있엇, 제1, 제2, 제3충격파 검출부는 충격파 신호를 감지하여 출력하는 압전 마이크로 센서와, 상기 압전 마이크로 셀서의 출력신호를 전송하는 동축 케이블과, 상기 동축 케이블을 통해 전송되는 충격파 신호를 여파하고 증폭하여 출력하는 신호 조정부로 각기 구성하여 된 것을 특지으로 하는 음향센서를 이용한 명중도 측정장치.
3. 제2항에 있어서, 신호 조정부는 전류원과, 동축 케이블을 통해 전송되는 충격파 신호에서 직류성분을 제거하는 커플링 콘덴서와, 상기 커플링 콘덴서의 출력신호를 증폭하는 증폭기로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 음향센서를이용한 명중도 측정장치.
4. 제1항에 있어서, 제1, 제2, 제3 레벨 검출부는 제1, 제2, 제3충격파 검출부의 출력신호를 직류 성분 제거용의 콘덴서 및 저항을 각기 통해 입력받아 충격파 레벨을 각기 검출하는 레벨 검출기와, 리세트 신호에 의해 리세트 제어를 받고 상기 레벨 검출기의 충격파 레벨 검출신호를 각기 래치하여 출력하는 래치로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 음향센서를 이용한 명중도 측정장치.
5. 제1항에 있어서, 카운터부는 제1, 제2, 제3레벨 검출부중 어느 하나 이상에서 충격파 레벨 검출신호가 출력될 때 카운트 시작신호를 출력하는 오아게이트와, 상기 제1, 제2, 제3레벨 검출부에서 모두 충격파 레벨 검출신호가 출력될 때 검출완료신호를 출력하는 앤드게이트와, 상기 리세트 신호에 의해 리세트 제어를 받고 상기 오아게이트에서 출력되는 카운트 시작신호에 의해 카운트 시작하며 상기 제1, 제2, 제3레벨 검출부에서 출력되는 충격파 레벨 검출신호에 의해 각기 카운트 중지하는 3개의 카운터와, 상기 앤드게이트에서 출력되는 검출완료신호를 버퍼링하여 마이크로 컴퓨터에 입력시키는 버퍼로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 음향센서를 이용한 명중도 측정장치.
6. 제1항에 있어서, 마이크로 컴퓨터는 카운터부로부터 입력되는 3개의 카운드 신호, 제1, 제2, 제3충격파 검출부의 압잔 마이크로폰 센서 좌표 및 충격파의 유효 전파 속도를 이용하여 탄착 좌표를 구하게 구성된 것을 특징으로 하는 음향센서를 이용한 명중도 측정장치.
7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 마이크로 컴퓨터에서 구한 탄착 좌표를 그 마이크로 컴퓨터의 제어를 받아 프린트하는 프린터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음향센서를 이용한 명중도 측정장치.
8. 미리 측정된 센서 좌표를 입력시킴과 아울러 사격발수 및 미리 구한 충격파의 유효 전파 속도를 입력시키는 과정과, 이후 사격발수 시퀀스를 1로 한 후 3개의 음향센서에서 충격파 신호를 검출함에 따른 카운트 신호인 3개의 시간 데이터를 읽어들이는 과정과, 상기 읽어들인 3개의 시간 데이터로부터 하나를 기준으로 2개의 시간 지연 오차를 구하는 과정과, 상기 센서 좌표, 상기 충격파의 유효 전파 속도 및 상기 구한시간 지연 오차를 이용하여 기준 음향센서에서 탄착점까지의 거리 및 각도를 구한후 그로부터 탄착 좌표를 구하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 음향센서를 이용한 명중도 측정방법.
9. 제8항에 있어서, 유효 전파 속도는 세 개의 센서좌표에서 계측된 시간 데이터로부터 좌포를 계산한 후 그 계산된 좌표와 실제 측정된 좌표의 거리차가 최소가 되는 전파 속도를 찾아 유효 전파 속도로 구하는 것을 특징으로 하는 음향센서를 이용한 명중도 측정방법.