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KR101738519B1 - 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법 및 장치 - Google Patents

시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법 및 장치 Download PDF

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KR101738519B1
KR101738519B1 KR1020150188847A KR20150188847A KR101738519B1 KR 101738519 B1 KR101738519 B1 KR 101738519B1 KR 1020150188847 A KR1020150188847 A KR 1020150188847A KR 20150188847 A KR20150188847 A KR 20150188847A KR 101738519 B1 KR101738519 B1 KR 101738519B1
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고은진
이재규
이종희
문대건
Original Assignee
국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 표적 추적 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 시간 지연이 존재하는 Man-in-the-loop 유도무기 체계에서 사수의 lock-on 명령을 수행하고 유도무기의 명중률을 높이기 위한 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법 및 장치에 대한 것이다.

Description

시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법 및 장치{Method and Apparatus for tracking target using weight-based fusion in Man-in-the-loop having time delay}
본 발명은 표적 추적 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 시간 지연이 존재하는 Man-in-the-loop 유도무기 체계에서 사수의 lock-on 명령을 수행하고 유도무기의 명중률을 높이기 위한 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법 및 장치에 대한 것이다.
특히, 본 발명은 복수개의 추적 결과를 적절하게 융합하여 시간 지연에 따른 제약사항을 극복하는 표적 추적 방법 및 장치에 대한 것이다.
맨 인 더 루프(Man-in-the-loop) 유도무기 체계란 미사일이 발사되고 나서 탐색기가 바라보는 영상을 원격지에 있는 사수가 함께 보면서 타격을 원하는 표적을 지정(designation)하는 것을 말한다.
맨 인 더 루프(Man-in-the-loop) 유도무기 체계의 장점으로는, 원거리에서 지정된 표적의 추적에 실패 및/또는 밀림 현상(drift)이 존재하더라도 사수의 개입을 통해 바로잡을 수 있는 점과 함께, 사수의 결심에 따라 타격을 원하는 표적을 추적 중간에 바꿀 수 있다는 점이 있다. 이러한 종류의 무기체계에는 이스라엘의 스파이크(Spike) NLOS(Non Line Of Sight) 등이 있다.
그러나, 시간 지연이 존재한다는 것은 사수가 탐색기 영상을 실시간으로 관찰하고 있다는 의미가 아니라 이미 과거의 영상을 보고 있으며, 사수의 지정 역시 과거의 영상에서 이루어진다는 것을 의미한다. 시간 지연이 존재하지 않는 시스템에서는 단순하게 사수의 표적 지정을 입력 받을 때 마다 지속적으로 추적을 수행하면서 그 결과물을 이용하여 유도무기를 유도하면 되기 때문에 큰 제약사항이 발생하지 않는다. 그러나 사수의 표적 지정에 시간 지연이 존재하게 되면 앞서 설명된 장점이 희석되는 다음과 같은 많은 제약이 발생한다.
① 대용량의 메모리가 필요하다.
탐색기 추적 알고리즘에서 사수의 지정에 의해 입력된 정보가 과거 시점의 영상과 좌표이므로 시간 지연의 크기에 따라 수십에서 수백 장의 영상을 메모리에 저장하고 있어야 한다. 시간 지연은 일반적으로 통신 지연에 의해 발생하기도 하는데, 지연되는 시간의 크기를 지연시간(delay time)이라고 한다.
② 특정 수행 시간이 필요하다.
위 ① 번 제약 사항에서 설명된 수십에서 수백 장의 영상을 거슬러 올라가 처리하는 동안 시간이 지속적으로 흐르고 있으므로 메모리에는 추가적인 영상이 쌓이게 되고 빠른 속도로 추적 알고리즘이 동작하면서 따라잡아야 한다. 이러한 동작을 수행하는 것을 워핑(warping)이라고 부르며 이 동안에 소요된 일정 시간을 워핑 시간(warping time)이라고 한다.
③ 최소 2개 이상의 추적 프로세스가 필요하다.
사수가 표적을 지정을 할 때 마다 워핑이 일어나며, 워핑의 결과물은 과거의 영상에서 표적을 추적하는 것이므로 워핑의 결과만으로는 유도무기를 유도할 수 없다. 따라서 추적 프로세스는 최소 2개 이상이 존재하여야 하며 한 개의 프로세스가 워핑하고 있는 동안에는 다른 하나의 프로세스가 이전에 있었던 사수의 지정에 따라서 이미 워핑이 끝난 상태로 탐색기로부터 수집되는 실시간 영상에 따라 추적을 수행하고 있어야 한다.
워핑이 끝난 상태로 실시간 영상에 따라 추적을 수행하고 있는 프로세스는 추적상태(TRACKING STATUS)에 있다고 하고 워핑을 수행하는 프로세스는 워핑상태(WARPING STATUS)에 있다고 하자. 예를 들어 프로세스 1이 이전 사수의 지정에 따라 추적 상태에 있으며 이 결과를 이용하여 유도무기가 유도되는 동안 사수의 지정이 다시 한 번 발생하면 프로세스 2가 기존에 쌓여있던 영상들을 이용하여 워핑을 수행한다.
이 때 프로세스 2의 워핑이 끝나서 추적상태가 되면 프로세스 1은 유휴상태(IDLE STATUS)가 되며 이후부터는 프로세스 2의 추적 결과를 이용하여 유도무기를 유도한다.
④ 추적에 불연속성이 존재하여 지속적인 추적이 어렵다.
이상적인 경우 프로세스 1이 추적하던 표적과 프로세스 2가 워핑이 끝나고 추적 상태가 되면서 추적하게 되는 표적은 동일하여야 한다. 그러나, 프로세스 1의 추적이 실패 및/또는 밀림 현상이 존재하는 것이 일반적이므로 프로세스 2의 워핑이 끝나고 추적 상태가 되는 순간 프로세스 1이 직전에 추적하던 좌표와는 차이가 존재하게 되고 이는 추적에 불연속을 야기한다.
추적의 불연속이 크면 클수록 스트랩다운 형태의 유도무기의 경우 유도가 순간적으로 불안정해질 수 있으며 탐색기 영상에도 큰 변화가 순간적으로 발생하기 때문에 추적에 실패할 확률이 급격히 높아진다. 이는 김발형태의 유도무기에서도 마찬가지이며 김발이 순간적으로 급격하게 구동하게 될 것이기 때문에 영상 변화가 심하여 프로세스 2의 추적 성공을 장담하기 어렵다. 이후에는 모든 유도무기 체계가 김발형 무기체계라고 가정한다.
⑤ 사수가 표적을 지정할 수 있는 횟수가 줄어든다.
앞서의 예시처럼 프로세스가 2개 존재하는 경우 프로세스 2의 워핑이 끝날 때 까지 추가적인 사수의 표적 지정이 제한된다. 만약 워핑이 끝나기도 사수의 표적 지정을 허용한다면 다음과 같은 전략으로 입력을 수용할 수 있겠지만 모두 문제가 발생한다.
첫째는 프로세스 1이 추적상태에서 워핑상태로 전환되는 것이다. 그러나 이러한 경우에는 프로세스 2도 워핑상태이기 때문에 유도무기를 유도할 수가 없다.
두 번 째는 프로세스 2가 수행중이던 워핑을 멈추고 새로운 사수의 지정을 입력받아 워핑을 새로 수행하는 것이다. 그러나 이러한 경우에는 결과적으로 프로세스 2의 워핑 시간이 늘어나게 되며 만약 사수의 지정이 지속적으로 발생하면 영원히 프로세스 2는 추적상태가 되지 못하고 프로세스 1의 결과만을 이용하여 끝까지 유도무기를 유도해야 하는 문제점이 있다.
따라서 사수는 두 개의 프로세스 중 한 개라도 유휴상태가 되었는지를 확인 한 후 표적을 지정할 수 있다. 추적 프로세스의 개수가 무한대라면 해결되는 문제처럼 보이지만 사실은 그렇지 않다. 프로세스 2의 워핑이 끝나는 순간 프로세스 1의 추적 결과에서 프로세스 2의 추적결과로 급격한 추적 불연속성이 존재하기 때문에 김발이 큰 각으로 급격하게 움직일 가능성이 크다.
김발이 큰 각으로 급격하게 움직인다는 것은 영상에서 표적의 위치가 갑자기 움직인다는 것이기 때문에 사수는 프로세스 1에서 프로세스 2로의 추적 결과가 이행된 것을 확인 한 뒤에 표적을 지정할 수 있다. 확인 전에 표적을 지정하려고 하다가 급작스러운 화면의 움직임 때문에 잘못된 표적 지정을 할 수 있기 때문이다. 따라서 사수는 프로세스 2의 워핑이 끝난 것을 확인 후 표적 지정을 해야 하기 때문에 동일한 시간안에 표적을 지정할 수 있는 횟수는 줄어들게 된다.
⑥ 타격할 수 있는 표적의 최대속도에 제약이 발생한다.
움직이는 표적이 타겟인 경우, 프로세스 1이 추적을 수행하지만 표적의 이동방향 뒤쪽으로 밀림 현상이 일어난다고 가정하자. 실제로 이러한 경우는 흔하며 이동방향 뒤쪽이라는 것은 땅이나 지형의 일부분이 잘못 추적된다는 것을 의미한다.
이러한 경우, 사수가 추적의 실패를 눈으로 확인하고 표적을 재지정 하려고 할 것이다. 사수가 표적을 지정하는 영상에서는 표적이 영상 안에 존재했었으나 이것은 과거 영상이며 프로세스 2가 사수의 입력을 받아서 워핑을 하는 동안에도 표적은 지속적으로 화면의 가장자리쪽으로 이동하고 있으므로 표적의 속도에 따라 프로세스 2가 추적상태가 되기 이전에 이미 표적이 영상을 벗어나서 더 이상 워핑을 수행할 수 없는 상태가 될 수 있다.
이는 시간 지연이라는 제약사항이 무기체계가 타격할 수 있는 표적의 최대 속도를 제한하는 것과 같으며 무기체계의 성능을 좌우할 수 있는 요소이기도 하다.
⑦ 사수가 마지막으로 표적을 지정할 수 있는 거리가 멀어진다.
일반적으로 표적과 유도무기의 거리가 가까우면 가까울수록 표적의 크기가 화면에서 커지기 때문에 추적 알고리즘이 추적을 수행하기 수월하다. 그러나 유도기법의 특성상 마지막으로 지정된 표적을 정확하게 타격하기 위해서는 수초 (약 6초 내외)가 필요하다.
따라서 사수가 마지막으로 표적을 지정할 수 있는 거리는 <유도탄의 속도 X (6초 + 워핑시간 + 지연시간)>으로 제한된다. 먼 거리에서 표적을 사수가 정확하게 지정하는 것이 어렵기 때문에 이는 사수에게 부담으로 작용한다.
⑧ 표적 추적 성능이 나빠진다.
만약 유도탄의 속도를 500m/s라고 가정하고 워핑시간과 지연시간 모두 1초라고 가정하면, 사수가 마지막으로 표적을 지정할 수 있는 거리는 500 X (6 + 1 + 1) = 4000(m)이 된다. 일반적인 이동 표적의 크기가 3mX3m 정도라고 하면, 4000m 거리에서 탐색기 영상에서는 아주 작게 보이거나 거의 보이지 않을 것이다. 이러한 표적을 비행 종료까지 정확하게 추적한다는 것은 너무나도 어려운 일이다. 즉, 표적 타격 확률이 낮아진다.
앞서 설명된 제약 사항 중 ①~④는 탐색기 입장에서 구현 및/또는 운용에 부담이 되는 단점이며 ⑤~⑧은 사용자의 입장에서 무기 운용에 제한이 되는 사항이다. ①~④는 표적 추적을 수행하는 탐색기를 제작하는데 기술적인 문제를 야기하며, ⑤~⑧은 무기 체계 자체의 성능을 결정짓는 제약사항으로써 작전 수행능력에 한계를 갖게 된다.
앞서의 제약사항들에 의하면 시간지연이 존재하는 Man-in-the-loop 유도무기 체계는 빠르게 움직이는 표적을 타격할 수도 없으며 아주 작게 보이는 멀리서 표적을 지정해야 한다.
또한, 그 횟수와 간격마저 지연시간에 영향을 받기 때문에 결국 미사일의 명중률이 낮아질 수밖에 없으며 미사일 명중률의 하락은 결국 운용자의 생존 가능성과 자원의 효율적인 활용도의 하락에 직결된다.
1. 한국공개특허번호 제10-20150055248호 2. 한국공개특허번호 제10-20120119423호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 시간 지연이 존재하는 Man-in-the-loop 유도무기 체계에서 사수의 lock-on 명령을 수행하고 유도무기의 명중률을 높이기 위한 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 시간 지연이 존재하는 Man-in-the-loop 유도무기 체계에서 사수의 lock-on 명령을 수행하고 유도무기의 명중률을 높이기 위한 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법을 제공한다.
상기 표적 추적 방법은,
(a) 영상 생성부가 표적을 향해 이동하는 맨 인 더 루프(Man-in-the-loop) 유도무기의 탐색기로부터 탐색 영상을 받아 탐색 영상 정보를 생성하는 단계;
(b) 프로세스 관리부가 상기 탐색 영상 정보를 입력 받아 시간 지연에 따라 버퍼에 저장하고 유지하는 단계; 및
(c) 다수의 추적 프로세스부가 상기 탐색 영상 정보를 이용하여 표적에 대한 추적 결과 정보를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 (b) 단계는, (b-1) 상기 프로세스 관리부가 사용자에 의해 입력되는 표적 지정 명령에 따라 상기 탐색 영상 정보 중 과거의 해당 영상을 지정하는 단계; 및 (b-2) 상기 프로세스 관리부가 지정된 해당 영상을 유휴 상태의 상기 다수의 추적 프로세스부 중 해당 추적 프로세스부에 전달하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계는, (c-1) 상기 해당 추적 프로세스부가 상기 과거의 해당 영상에 따른 후속 영상들을 추적 알고리즘을 이용하여 상기 표적을 추적하는 단계; (c-2) 상기 해당 추적 프로세스부가 워핑에 따른 추적 결과 정보를 상기 프로세스 관리부에 전송하는 단계; 및 (c-3) 상기 프로세스 관리부가 상기 추적 결과 정보에 대해 가중치를 융합하여 최종 추적 결과 정보를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b-2) 단계는, 상기 프로세스 관리부가 상기 다수의 추적 프로세스부의 상태를 모니터링하는 단계; 모니터링 결과, 상기 다수의 추적 프로세스부 중 유휴 상태에 해당하는 추적 프로세스부가 있는지를 확인하는 단계; 확인 결과, 유후 상태의 해당 추적 프로세스부가 있으면 상기 해당 추적 프로세스부에 상기 해당 영상 및 표적 지정 명령을 전송하는 단계; 상기 해당 추적 프로세스부가 초기화 상태로 전환하여 상기 표적 지적 명령을 수행하고 초기화 종료 상태로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 (c-1) 단계는, 상기 프로세스 관리부가 상기 해당 추적 프로세스부를 워핑 상태로 전환하는 단계; 상기 해당 추적 프로세스부가 상기 추적 알고리즘을 이용하여 추적을 수행하는 단계; 및 상기 해당 추적 프로세스부가 상기 추적에 대한 수행 완료후 워핑 종료 상태로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 표적 추적 방법은, 상기 워핑 종료 상태로 전환한 이후, 상기 프로세스 관리부는 상기 탐색 영상 정보와 위핑 종료된 영상 정보의 프레임 차이를 산출하는 단계; 산출 결과, 상기 프레임 차이를 미리 설정되는 기준값과 비교하여 크면 상기 프로세스 관리부가 상기 해당 추적 프로세스부에 워핑 종료 상태 이후의 영상을 전달하고 상기 해당 추적 프로세스부를 다시 위핑 상태로 전환하는 단계; 및 산출 결과, 상기 프레임 차이를 미리 설정되는 기준값과 비교하여 작으면 상기 해당 추적 프로세서부가 추적 상태로 전환하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 가중치는 상기 표적 지정 명령이 복수회 이루어지는 경우 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 가중치는 수학식
Figure 112015128416406-pat00001
(여기서,
Figure 112015128416406-pat00002
는 통신 지연으로 발생하는 영상 프레임의 차이를,
Figure 112015128416406-pat00003
은 영상 생성부로부터 입력받은 최신 프레임 번호를,
Figure 112015128416406-pat00004
는 해당 추적 프로세스부의 워핑 종료된 영상의 프레임 번호를 각각 의미한다)를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 최종 추적 결과 정보는 수학식
Figure 112015128416406-pat00005
(여기서
Figure 112015128416406-pat00006
는 워핑 종료 상태의 제 1 추적 프로세스부의 추적 결과이며
Figure 112015128416406-pat00007
는 상기 제 1 추적 프로세스부의 바로 이전에 표적 지정된 추적 종료 상태의 제 2 추적 프로세스부의 추적 결과를 나타낸다)를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 2 추적 프로세스부가 워핑 종료 상태로 전환되는 순간 상기 제 1 추적 프로세스부는 유휴 상태로 전환되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 표적을 향해 이동하는 맨 인 더 루프(Man-in-the-loop) 유도무기의 탐색기로부터 탐색 영상을 받아 탐색 영상 정보를 생성하는 영상 생성부; 상기 탐색 영상 정보를 입력 받아 시간 지연에 따라 버퍼에 저장하고 유지하는 프로세스 관리부; 및 상기 탐색 영상 정보를 이용하여 표적에 대한 추적 결과 정보를 생성하는 다수의 추적 프로세스부;를 포함하는 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 장치를 제공할 수 있다.
이때, 상기 프로세스 관리부는 사용자에 의해 입력되는 표적 지정 명령에 따라 상기 탐색 영상 정보 중 과거의 해당 영상을 유휴 상태의 상기 다수의 추적 프로세스부 중 해당 추적 프로세스부에 전달하고, 상기 해당 추적 프로세스부는 상기 과거의 해당 영상에 따른 후속 영상들을 추적 알고리즘을 이용하여 상기 표적을 추적하고 워핑에 따른 추적 결과 정보를 상기 프로세스 관리부에 전송하며, 상기 프로세스 관리부는 상기 추적 결과 정보에 대해 가중치를 산출하고 상기 가중치를 융합하여 최종 추적 결과 정보를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 앞서 기술한 ① 내지 ⑧의 제약사항 중 ④~⑧까지의 제약을 없애거나 완화시킬 수 있다. 특히, 앞서 설명된 것처럼 ⑤~⑧까지의 제약사항이 무기체계 자체의 성능을 좌우하는 제약사항이라고 봤을 때, 본 발명에 따르면, 시간지연이 존재하는 맨 인 더 루프(Man-in-the-loop) 무기 시스템의 성능을 비약적으로 높여준다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
①추적에 불연속성을 없애준다.
기존의 방법을 사용하는 경우, TP1의 추적 결과와 TP2의 추적 결과에 차이가 있으면, TP2의 워핑이 끝나는 순간 최종 추적 좌표가 TP1의 좌표에서 TP2의 좌표로 한 번에 점프 할 수 있다. 그러나, 본 발명을 적용하면 TP2의 워핑이 시작되면서부터 점점 TP2의 좌표에 가중치가 높아지게 적용된다. 따라서 최종 추적 좌표가 점점 TP2쪽으로 옮겨져 오게 되고 유도 무기도 최종으로 지정된 표적쪽으로 점점 유도가 된다.
따라서 TP2의 워핑이 끝나고 추적이 시작되는 순간에도 최종 추적 결과에 차이가 없어지면서 부드럽게 추적이 유지된다. 이것은 김발이 급격한 운동을 하지 않기 때문에 모든 움직임이 연속적으로 부드럽게 유지되는 장점이 있다.
또한, 스트랩다운 형태의 유도무기라 할지라도 갑자기 유도각이 커지면서 유도가 불안정해지는 것을 막아준다.
② 사수가 표적 지정을 자주 할 수 있다.
기존의 방법을 사용하는 경우, TP2의 워핑이 끝난 것을 확인한 후 사수의 표적 지정이 가능하다. 그러나 본 발명을 적용하면 사수는 TP2의 워핑이 끝난 것을 확인하지 않고도 표적을 지정할 수 있다. 기존의 방법과는 다르게 TP1의 추적결과에서 TP2의 추적결과로 부드럽게 옮겨오기 때문에 화면에서 표적의 위치가 급작스럽게 변하지 않는다. 따라서 사수는 추적 프로세스들의 상태와는 관계없이 원할 때 표적 지정을 수행할 수 있다. 프로세스의 개수가 늘어나면 늘어날수록 사수로부터 입력받는 유효한 표적 지정이 늘어나게 되므로 더욱 우수한 시스템이 구축될 수 있다.
③ 타격 가능한 표적의 최대속도가 늘어난다.
기존의 방법에서는 TP1이 추적에 문제가 있는 경우, 이를 사수가 인지하고 새로 표적을 지정하더라도 TP2의 워핑이 끝나기 전까지는 김발은 TP1의 잘못된 표적을 추적하고 있다. 따라서 이동하는 물체의 경우 TP2의 워핑이 끝나기 전에 표적이 화면 밖으로 벗어날 수 있다.
그러나 본 발명을 적용하면 TP2의 워핑이 시작되면서부터 김발이 새로 지정한 표적쪽으로 부드럽게 옮겨오기 때문에 표적이 화면을 벗어날 확률이 줄어든다. 이것은 타격 가능한 표적의 최대 속도가 늘어나는 효과가 있다.
④ 사수가 마지막으로 표적 지정할 수 있는 거리가 극단적으로 줄어든다.
앞서의 제약사항에서 언급했던 것처럼 유도기법의 특성상 마지막으로 지정된 표적을 정확하게 타격하기 위해서는 수초(6초 내외)가 필요하다. 그러나 이것은 이전에 지정된 표적의 위치와 현재 지정된 표적의 위치가 서로 다를 때의 제약사항이다. 기존의 방법에서는 TP1의 추적결과와 TP2의 추적결과가 서로 상이할 가능성이 높기 때문에 마지막으로 지정한 표적을 타격하기 위해서는 6초가 필요하다.
그러나 본 발명을 적용하면 TP1과 TP2의 결과가 부드럽게 연결되기 때문에 유도의 입장에서는 표적의 속도가 빨랐다 느렸다 하는 것으로만 인식된다. 따라서 6초의 제약사항은 없어지고 워핑시간과 지연시간 제약사항만 남는다. 따라서 앞서 제시된 것처럼 유도무기의 속도를 500m/s라고 하면 사수가 마지막으로 표적을 지정할 수 있는 거리는 500X2(워핑시간 1초 + 지연시간 1초)=1000m이 된다. 기존의 4000m에 비교하면 1/4로 줄어들었다.
⑤ 표적 추적 성능이 높아진다.
기존 방법에서는 표적을 먼 거리에서 지정해야 했으며 갑작스런 김발 등의 움직임으로 인해 영상에서 표적을 추적하는 것이 어려웠다. 그러나 본 발명을 적용하면 표적을 더욱 가까운 거리에서 지정할 수 있으며 영상이 급격히 흔들리지 않으므로 추적 성능이 높아진다. 따라서 표적을 타격할 확률이 더욱 높아져 더욱 좋은 성능의 무기체계가 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 장치(100)의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법 및 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 장치(100)의 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 유도 무기(미도시)의 탐색기(미도시)로부터 탐색 영상을 받아 표적 영상 정보를 생성하는 영상 생성부(110), 이 영상 생성부(110)로부터 표적 영상 정보를 받아 처리하는 프로세스 관리부(120), 1개의 프로세스 관리부(120)로부터 표적 영상 정보를 이용하여 표적에 대한 추적 결과 정보를 생성하는 n개(도 1에서는 편의상 3개로 도시함)의 추적 프로세스부(130-1 내지 130-3) 등을 포함하여 구성된다. 도 1에서 실선 화살표는 표적 영상의 흐름을 의미하며 점선 화살표는 해당 표적 영상 정보에 대한 추적 결과 정보의 흐름을 의미한다.
영상 생성부(110)는 유도 무기(미도시)의 탐색기(미도시)로부터 탐색 영상을 받아 표적 영상 정보를 생성하는 기능을 수행한다. 부연하면, 유도 무기가 이동하면서 이 유도 무기에 구성되는 탐색기(미도시)가 바라보는 탐색 영상이 생성되며, 이 탐색 영상이 무선 통신을 통해 영상 생성부(110)로 전송되어 표적 영상 정보가 생성된다.
프로세스 관리부(120)는 영상 생성부(110)로부터 입력받은 표적 영상 정보를 버퍼에 저장하고 유지한다. 또한, 사수(즉 사용자)로부터 표적 지정 명령을 입력받으면 버퍼에 저장되어 있는 표적 영상 정보 중 과거의 해당 영상을 유휴 상태의 제 1 내지 제 3 추적 프로세스부(130-1 내지 130-3)에 전달하고 지정 명령을 수행하도록 한다.
또한, 프로세스 관리부(120)는 앞서 지정된 영상의 후속 영상들을 워핑 상태의 제 1 내지 제 3 추적 프로세스부(130-1 내지 130-3)에 전달하면서 워핑 결과를 관리한다. 일반적으로, 설명된 수십에서 수백 장의 영상을 거슬러 올라가 처리하는 동안 시간이 지속적으로 흐르고 있으므로 버퍼(즉, 메모리)에는 추가적인 영상이 쌓이게 되고 빠른 속도로 추적 알고리즘이 동작하면서 따라잡아야 한다. 이러한 동작을 수행하는 것을 워핑(warping)이라고 부르며 이 동안에 소요된 일정 시간을 워핑 시간(warping time)이라고 한다.
워핑 상태와 추적 상태에 있는 각 추적 프로세스로부터 전달받은 추적 결과들을 이용하여 가중치를 산출하고 이를 병합(즉, merging)하여 최종 결과 정보를 산출한다. 이를 위해, 프로세스 관리부(120)는 제 1 내지 제 3 추적 프로세스부(130-1 내지 130-3)에 대한 각 추적 프로세스의 상태를 관리한다.
제 1 내지 제 3 추적 프로세스부(130-1 내지 130-3)는 프로세스 관리부(120)로부터 표적 지정 명령을 수신하고 수행한다. 또한, 프로세스 관리부(120)로부터 탐색 영상 정보를 전달받아 추적 알고리즘에 따라 표적에 대한 추적을 수행하고 추적 결과 정보를 프로세스 관리부(120)로 다시 전달한다.
도 1에 기재된 "…부"등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 과정을 보여주는 흐름도이다. 부연하면,
프로세스 관리부(120)와 추적 프로세스부(130-1 내지 130-3)는 도 2에 도시된 것처럼 실시간으로 영상 및/또는 정보를 주고받으며 전체적인 추적을 수행한다. 추적 프로세스부(130-1 내지 130-3)의 모든 상태는 프로세스 관리부(120)로부터 지정된다. 다음은 실제로 일어날 수 있는 시나리오를 가정하여 프로세스 관리부와 각 추적 프로세스부의 동작에 대한 예시이다.
우선, 프로세스 관리부(도 1의 120)가 영상 생성부(도 1의 120)로부터 탐색 영상 정보를 입력받아 순차적으로 저장하고 버퍼(미도시)를 유지한다. 이때, 프로세스 관리부(120)가 사수(즉, 사용자)로부터 표적 지정 명령을 수신하면 표적 지정된 영상은 과거의 영상이기 때문에 과거의 해당 영상을 버퍼에서 찾는다.
프로세스 관리부(120)는 각 추적 프로세스부(130-1 내지 130-3)의 상태를 모니터링하여 유휴 상태의 추적 프로세스부가 있는지 확인한다(단계 S210).
유휴 상태의 추적 프로세스부가 존재하는 경우 프로세스 관리부(120)는 위에서 찾은 해당 영상 정보 및 표적 지정 명령을 해당 추적 프로세스부에 전달한다. 이 때 제 1 추적 프로세스부(TP1)(130-1)는 초기화 상태(INIT_STATE)가 된다(단계 S220).
표적 지정 명령을 수신한 제 1 추적 프로세스부(TP1)(130-1)는 표적 지정명령을 수행하고 초기화 종료 상태(INIT_FINISH_STATE)로 전환된다(단계 S230).
제 1 추적 프로세스부(TP1)가 초기화 종료 상태로 전환되면 프로세스 관리부(120)가 표적 지정 명령에 따라 표적 지정에 사용된 해당 영상을 제 1 추적 프로세스부(TP1)에 전달하고 해당 제 1 추적 프로세스부(TP1)를 워핑 상태로 전환한다(단계 S240).
워핑 상태가 된 제 1 추적 프로세스부(TP1)는 전달받은 영상을 이용하여 추적을 수행하고 워핑종료 상태(WARPING_FINISH_STATE)로 전환된다(단계 S250).
제 1 추적 프로세스부(TP1)가 워핑종료 상태로 전환되면, 프로세스 관리부(120)는 영상 생성부(110)로부터 최근 입력받은 탐색 영상 정보와 워핑 종료된 영상 정보의 프레임 차이를 계산하여 미리 설정되는 기준값보다 차이가 크면 제 1 추적 프로세스부(TP1)에 워핑 종료된 이후의 영상을 전달하고 다시 워핑상태로 만든다. 프레임 차이가 작은 경우 단계 S240 및 단계 S250을 지속적으로 반복 수행한다.
이 때 만약 영상 생성부(110)로부터 최근 입력받은 영상과 워핑 종료된 영상의 프레임 차이가 작으면 최근 입력받은 탐색 영상 정보를 해당 프로세스에 전달하면서 추적 상태로 전환한다(단계 S2620).
추적 프로세스부(TP1)는 전달받은 영상으로 추적 알고리즘을 이용하여 추적을 수행하고 추적 종료 상태(TRACK_FINISH_STATUS)로 전환된다(단계 S270).
제 1 추적 프로세스부(TP1)가 추적 종료 상태로 전환되면, 프로세스 관리부(120)는 최근 입력받은 탐색 영상 정보를 제 1 추적 프로세스부(TP1)에게 전달하고 이 제 1 추적 프로세스부(TP1)를 추적상태로 전환한다.
프로세스 관리부(120)는 제 1 추적 프로세스부(TP1)로부터 전달받은 추적 결과 정보를 최종 추적 결과로써 외부로 전달한다(단계 S280,S290).
한편, 사수로부터 추가적인 표적 지정 명령의 입력이 없는 동안은 위 단계 280 내지 S290이 반복 수행된다.
이와 달리, 만약 사수가 표적 지정 명령을 한 번 더 입력하면 프로세스 관리부(120)는 유휴상태의 추적 프로세스가 존재하는지 확인한다. 유휴 상태의 프로세스가 존재하는 경우 해당 제 2 추적 프로세스부(TP2)(130-2)에 표적 지정 명령을 전달하고 제 2 추적 프로세스부(TP2)를 초기화 상태로 전환한다.
제 2 추적 프로세스부(TP2)가 초기화 종료 상태로 전환되면 프로세스 관리부(120)는 제 2 추적 프로세스부(TP2)를 워핑 상태로 만든다.
제 2 추적 프로세스부(TP2)가 워핑 종료 상태로 전환되면 프로세스 관리부(120)는 제 2 추적 프로세스부(TP2)의 가중치(
Figure 112015128416406-pat00008
)를 다음과 같은 수식으로 계산한다.
Figure 112015128416406-pat00009
여기서,
Figure 112015128416406-pat00010
는 통신 지연으로 발생하는 영상 프레임의 차이를,
Figure 112015128416406-pat00011
은 영상 생성부로부터 입력받은 최신 프레임 번호를,
Figure 112015128416406-pat00012
는 TP2의 워핑 종료된 영상의 프레임 번호를 각각 의미한다.
Figure 112015128416406-pat00013
는 0~1 사이의 값을 가지며 만약 음수가 되면 0으로 강제 할당된다.
프로세스 관리부(120)는 다음과 같은 수식을 이용하여 최종 추적 결과(
Figure 112015128416406-pat00014
)를 계산한다.
Figure 112015128416406-pat00015
여기서
Figure 112015128416406-pat00016
는 워핑종료 상태의 추적 프로세스인 제 2 추적 프로세스부(TP2)의 추적 결과이며
Figure 112015128416406-pat00017
는 상기 제 2 추적 프로세스부(TP2)의 바로 이전에 표적 지정된 추적 종료 상태의 제 1 추적 프로세스부(TP1)의 추적 결과이다.
제 2 추적 프로세스부(TP2)의 워핑이 끝나고(즉, 워핑 종료 상태로 전환) 추적 상태가 되는 순간 제 1 추적 프로세스부(TP1)는 유휴 상태로 전환한다. 이 때
Figure 112015128416406-pat00018
가 0이 되므로 최종 추적 결과는
Figure 112015128416406-pat00019
가 된다.
만약 제 2 추적 프로세스부(TP2)의 워핑이 끝나고 추적상태가 되기 전에 사수로부터 세 번째 표적 지정 명령이 입력되면 프로세스 관리부(120)는 추가적으로 유휴상태인 추적 프로세스가 있는지 검사한다.
만약 유휴 상태인 추적 프로세스가 존재하지 않는다면 해당 명령을 무시한다. 만약 유휴 상태인 추적 프로세스가 존재한다면 제 2 추적 프로세스부(TP3)(130-3)에 표적 지정 명령을 전달한다.
이 때 제 1 추적 프로세스부(TP1)는 추적상태이며, 제 2 추적 프로세스부(TP2)는 워핑 상태, 제 3 추적 프로세스부(TP3)도 워핑 상태가 된다. 이 때 최종 추적 결과는 다음과 같이 계산된다.
Figure 112015128416406-pat00020
도 2를 계속 참조하면, 모든 프로세스가 종료하면 프로세스 관리부(120) 및 추적 프로세스부(130-1 내지 130-3)는 유휴 상태로 전환된다(단계 S291,S292)
본 발명의 일실시예에서는 추적 프로세스부가 3개인 것으로 가정했지만 추적 프로세스가 늘어나더라도 각 프로세스가 추적상태나 추적 종료 상태, 워핑 상태, 워핑 종료상태에 있으면 그 결과는 앞서 표현된 수식처럼 계산될 수 있다. 추적 프로세스가 추적 상태라고 하더라도 가장 최근의 추적 결과를 활용하면 되기 때문이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 적용되는 시간 지연이 존재하는 Man-in-the-loop 유도무기 체계는 기존의 방법과는 운용하는 방법을 달리 할 수 있다. 기존의 방법이 적용된 유도무기 체계는 사수가 표적 지정을 할 때 직전에 지정한 표적의 추적 상태를 확인하고 추적에 문제가 있는 경우에만 표적을 다시 지정하는 등 표적 지정을 최소한으로 유지해야 한다. 그렇지 않고 표적을 지정하다가 화면이 급작스럽게 움직이는 타이밍에 잘못 표적을 지정하면 이후에 표적을 다시 지정하더라도 표적이 화면을 벗어나는 일이 발생할 수 있다.
그러나 본 발명의 일실시예를 적용하면 사수는 표적을 가능한 한 자주 지정하는 것이 좋을 수 있다. 추적간에 영상이 크게 흔들릴 확률이 극히 낮기 때문에 사수가 실수로 잘못 지정할 확률도 맞아짐과 동시에, 설사 잘못 지정했다고 하더라도 곧바로 다시 지정하면 표적이 화면을 벗어날 확률이 낮기 때문이다. 따라서 본 발명을 적용한 무기체계에서 가장 바람직한 운용방법은 유도무기가 탄착될 때 까지 사수가 화면에 보이는 표적을 지속적으로 지정하는 것이다. 이것이 시간 지연이 존재하는 Man-in-the-loop 유도무기 체계에서 가장 표적 명중 확률을 높일 수 있는 운용 방법이다.
100: 표적 추적 장치
110: 영상 생성부
120: 프로세스 관리부
130-1 내지 130-3: 제 1 내지 제 3 추적 프로세스부

Claims (9)

  1. (a) 영상 생성부가 표적을 향해 이동하는 맨 인 더 루프(Man-in-the-loop) 유도무기의 탐색기로부터 탐색 영상을 받아 탐색 영상 정보를 생성하는 단계;
    (b) 프로세스 관리부가 상기 탐색 영상 정보를 입력 받아 시간 지연에 따라 버퍼에 저장하고 유지하는 단계; 및
    (c) 다수의 추적 프로세스부가 상기 탐색 영상 정보를 이용하여 표적에 대한 추적 결과 정보를 생성하는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계는, (b-1) 상기 프로세스 관리부가 사용자에 의해 입력되는 표적 지정 명령에 따라 상기 탐색 영상 정보 중 과거의 해당 영상을 지정하는 단계; 및 (b-2) 상기 프로세스 관리부가 지정된 해당 영상을 유휴 상태의 상기 다수의 추적 프로세스부 중 해당 추적 프로세스부에 전달하는 단계;를 포함하며,
    상기 (c) 단계는, (c-1) 상기 해당 추적 프로세스부가 상기 과거의 해당 영상에 따른 후속 영상들을 추적 알고리즘을 이용하여 상기 표적을 추적하는 단계; (c-2) 상기 해당 추적 프로세스부가 워핑에 따른 추적 결과 정보를 상기 프로세스 관리부에 전송하는 단계; 및 (c-3) 상기 프로세스 관리부가 상기 추적 결과 정보에 대해 가중치를 융합하여 최종 추적 결과 정보를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b-2) 단계는,
    상기 프로세스 관리부가 상기 다수의 추적 프로세스부의 상태를 모니터링하는 단계;
    모니터링 결과, 상기 다수의 추적 프로세스부 중 유휴 상태에 해당하는 추적 프로세스부가 있는지를 확인하는 단계;
    확인 결과, 유후 상태의 해당 추적 프로세스부가 있으면 상기 해당 추적 프로세스부에 상기 해당 영상 및 표적 지정 명령을 전송하는 단계;
    상기 해당 추적 프로세스부가 초기화 상태로 전환하여 상기 표적 지정 명령을 수행하고 초기화 종료 상태로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c-1) 단계는,
    상기 프로세스 관리부가 상기 해당 추적 프로세스부를 워핑 상태로 전환하는 단계;
    상기 해당 추적 프로세스부가 상기 추적 알고리즘을 이용하여 추적을 수행하는 단계; 및
    상기 해당 추적 프로세스부가 상기 추적에 대한 수행 완료후 워핑 종료 상태로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 워핑 종료 상태로 전환한 이후, 상기 프로세스 관리부는 상기 탐색 영상 정보와 워핑 종료된 영상 정보의 프레임 차이를 산출하는 단계;
    산출 결과, 상기 프레임 차이를 미리 설정되는 기준값과 비교하여 크면 상기 프로세스 관리부가 상기 해당 추적 프로세스부에 워핑 종료 상태 이후의 영상을 전달하고 상기 해당 추적 프로세스부를 다시 워핑 상태로 전환하는 단계; 및
    산출 결과, 상기 프레임 차이를 미리 설정되는 기준값과 비교하여 작으면 상기 해당 추적 프로세서부가 추적 상태로 전환하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중치는 상기 표적 지정 명령이 복수회 이루어지는 경우 산출되는 것을 특징으로 하는 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중치는 수학식
    Figure 112015128416406-pat00021
    (여기서,
    Figure 112015128416406-pat00022
    는 통신 지연으로 발생하는 영상 프레임의 차이를,
    Figure 112015128416406-pat00023
    은 영상 생성부로부터 입력받은 최신 프레임 번호를,
    Figure 112015128416406-pat00024
    는 해당 추적 프로세스부의 워핑 종료된 영상의 프레임 번호를 각각 의미한다)를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 최종 추적 결과 정보는 수학식
    Figure 112015128416406-pat00025
    (여기서
    Figure 112015128416406-pat00026
    는 워핑 종료 상태의 제 1 추적 프로세스부의 추적 결과이며
    Figure 112015128416406-pat00027
    는 상기 제 1 추적 프로세스부의 바로 이전에 표적 지정된 추적 종료 상태의 제 2 추적 프로세스부의 추적 결과를 나타낸다)를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 추적 프로세스부가 워핑 종료 상태로 전환되는 순간 상기 제 1 추적 프로세스부는 유휴 상태로 전환되는 것을 특징으로 하는 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 방법.
  9. 표적을 향해 이동하는 맨 인 더 루프(Man-in-the-loop) 유도무기의 탐색기로부터 탐색 영상을 받아 탐색 영상 정보를 생성하는 영상 생성부;
    상기 탐색 영상 정보를 입력 받아 시간 지연에 따라 버퍼에 저장하고 유지하는 프로세스 관리부; 및
    상기 탐색 영상 정보를 이용하여 표적에 대한 추적 결과 정보를 생성하는 다수의 추적 프로세스부;를 포함하며,
    상기 프로세스 관리부는 사용자에 의해 입력되는 표적 지정 명령에 따라 상기 탐색 영상 정보 중 과거의 해당 영상을 유휴 상태의 상기 다수의 추적 프로세스부 중 해당 추적 프로세스부에 전달하고, 상기 해당 추적 프로세스부는 상기 과거의 해당 영상에 따른 후속 영상들을 추적 알고리즘을 이용하여 상기 표적을 추적하고 워핑에 따른 추적 결과 정보를 상기 프로세스 관리부에 전송하며, 상기 프로세스 관리부는 상기 추적 결과 정보에 대해 가중치를 산출하고 상기 가중치를 융합하여 최종 추적 결과 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 시간 지연이 존재하는 맨 인 더 루프 시스템에서 가중치 융합을 이용한 표적 추적 장치.
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