KR100252523B1 - 초음속발사체의비상경로를결정하는방법및장치 - Google Patents

Abstract

감지기(80-82)의 부근을 지나치는 초음속 발사체(87)에 의해 발생되는 충격파와 마주칠 수 있으며, 상기 충격파에 응답하여, 각각의 감지기로부터 상기 충격파의 기점에 이르는 단위 조준 벡터의 방위 및 고도각에 관련되어 있는 신호를 발생시킬 수 있는 적어도 3개의 이격배치된 감지기(80-82)를 지니는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체(87)의 비상경로(86)를 결정하는 장치 및 방법이 제공되어 있다. 상기 신호로부터, 각각의 감지기(80-82)로부터 상기 충격파의 기점에 이르는 단위 조준 벡터의 방위 및 고도각을 계산하는 수단이 제공되어 있다. 상기 3개의 감지기(80-82) 각각의 단위 조준 벡터로부터 상기 발사체(87)의 국부 비상경로(86)의 방위 및 고도각을 계산하는 수단이 제공되어 있다.

Description

[발명의 명칭]

초음속 발사체의 비상경로(飛翔經路)를 결정하는 방법 및 장치

[기술분야]

본 발명은 그중에서 특히 초음속 발사체의 비상경로(飛翔經路), 이탈거리 및 속도를 결정하고, 그러한 발사체의 근사한 발사 위치를 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

[발명의 배경]

선행기술은 발사체의 비상경로의 일부를 결정하기 위해 음향 수단이 사용될 수 있다는 것을 오래전부터 인식하여 왔으며, 일반적으로는 보다 통상적인 종이 표적(paper target)대신에, 소형 군비화기(small arms fire)의 정확성에 대한 점수를 매기기 위한 훈련용 표적으로나 그 표적 부근에 발사체가 통과하는 지점을 위치 선정 하기 위해 그러한 음향 수단을 사용하여 왔다. 그러한 일례가 미합중국 특허 제4,514,621호이다. 기본적으로, 이들 장치는 음향 감지기의 그리드판(grid)에 의해 작동되는데, 이 경우에 상기 감지기의 그리드판은 발사체, 예컨대 소총탄의 비상 경로와 수직이다. 상기 소총탄이 상기 감지기의 그리드판을 통해 지나가기 때문에, 상기 감지기는 상기 감지기의 시간 지연을 계산함으로써 상기 감지기의 그리드판을 통한 소총탄의 지나침을 위치선정할 수 있다.

한 그리드판이 다른 그리드판의 이면에 있는 형태로 그러한 2개의 그리드판이 일정간격으로 이격되어 있고, 소총탄의 경로가 상기 그리드판 모두를 통해 지나가는 경우, 소총탄의 비상경로의 일부가 또한 결정될 수 있으며, 그의 대표적인 예가 미합중국 특허 제4,445,808호이다. 상기 특허는 또한 그러한 2중 그리드 시스템이 군용 운송수단, 예컨대 헬리콥터상에 배치되어 있고, 적군 포탄이 상기 2개가 일정 간격으로 이격된 그리드판을 통해 지나가는 경우, 상기 포탄의 비상경로중 일반적인 방향이 결정될 수 있다는 것을 소개하고 있다.

소총탄의 지나침을 위치선정하는 유사한 방법은 음향 변환기라기 보다는 오히려 전기저항 소자와 같은 다른 형태의 감지기를 사용할 수 있으며, 그의 대표적인 예가 미합중국 특허 제3,585,497호 및 제3,656,056호이다.

음향 감지기의 그리드핀을 사용하기보다는 오히려, 단부에 음향 변환기를 갖는 만곡된 기다란 후프(hoop)가 사용될 수 있다. 상기 만곡된 후프 부근에 지나가는 경우, 그러한 만곡된 후프를 지나가는 소총탄의 위치는 계산될 수 있으며, 그의 대표적인 예가 미합중국 특허 제4,351,026호이다.

또한, 만곡된 후프는, 이 후프와 수직인 한정된 범위내에서 표적이 이동하고 있는 경우에도 사용될 수 있으며, 그러한 기술의 대표적인 예가 미합중국 특허 제5,025,424호이다.

다소 유사한 것으로, 미합중국 특허 제4,885,725호는 소총탄이 표적 영역을 지나가는 지점을 결정하고 그러한 소총탄의 속도를 어느 정도 표시하기 위해, 만곡된 후프 대신에, 삼각형태로 배열되고 기계적으로 접속된 복수개의 음향 변환기를 제시하고 있다.

전술한 특허는 주로, 비록 상기에 언급한 바와 같이, 미합중국 특허 제3,445,808호가 헬리콥터와 같은 군용장치를 향한 적군포탄의 일반적인 방향을 결정하기 위한 2중 음향 그리드판의 사용을 제시하고 있지만, 훈련병 화기의 정확성에 대한 점수를 매기는 훈련 장치에 관한 것들이다.

더우기, 미합중국 특허 제4,659,034호는 이동가능한 (견인되는) 표적상에 배치된 복수개의 변환기의 사용 및 그러한 변환기를 사용함으로써, 그러한 표적을 향한 화기의 정확성을 결정하는 것을 제시하고 있다. 그러한 화기의 정확성은 발사체가 상기 견인되는 표적에 얼마나 가까이 가는지(이탈거리로 언급됨)를 포함한다. 마찬가지로, 미합중국 특허 제4,323,993호는 음향 변환기에 의한 이탈거리를 결정하며, 특히 이러한 특허에서는, 발사체가 상기 견인되는 표적을 모두 이탈한다 하더라도 상기 이탈거리가 계산될 수 있다.

미합중국 특허 제4,805,159호는 발사체 및 이동가능한 훈련용 표적사이의 이탈 거리를 추정하는 방법을 제공하고 있다. 그러한 추정을 함에 있어서, 발사체의 비상 경로중 적어도 일부가 또한 추정된다. 그러나, 상기 특허가 소개하고 있는 바와 같이, 발사체의 비상 경로중 적어도 일부의 추정은 실제 발사체 경로의 여러가능한 추정값을 포함하며, 잘못된 추정값을 제거하기 위하여, 추가적인 변환기를 사용하여 잘못된 추정값으로부터 진정한 추정값을 연속적으로 선택한다.

따라서, 일반적으로 선행기술은 표적을 통하거나 표적부근을 지나가는 발사체의 이탈거리를 결정하기 위해 여러 공간장치에서 감지기, 특히 음향 변환기를 주로 사용한다. 그러한 기술에 있어서의 이들 시스템중 어떤 시스템은 발사체의 국부적인 비상 경로중 일반적인 방향을 제공할 수 있지만, 이들 시스템은 발사체의 전체 경로, 결과적으로는 그러한 발사체의 소오스(source)의 위치에 대한 정확한 정보를 제공할 수 없다. 그 이외에도, 이들 선행기술의 시스템은, 그들 구성이 어떻든지간에, 발사체의 국부적인 비상 경로를 결정하기 위하여, 발사체의 방향 및/또는 속도의 예비 지식을 지녀야 한다.

따라서, 선행기술의 시스템은, 발사체의 방향 또는 속도중 어느 하나나 그 모두를 알고 있는 훈련 연습에 있어서만 주로 유용하며, 또한 그러한 연습에 있어서만 주로 사용되었다. 따라서, 상기 시스템은, 발사체의 속도 및/또는 방향을 알고있지 못하는 상태하에서 발사체의 비상 경로의 총체적인 방향, 그러한 발사체의 이탈 거리, 그러한 발사체의 근사한 탄환 직경이나 질량, 및 그러한 발사체 소오스의 근사한 출처에 대한 지식을 주로 습득하는 것이 중요한 전쟁터 조건에 사용될 수 없다. 이러한 정보 모두는, 공격상태에서 가시적으로나 인간의 다른 감각기관으로 군용 유니트가 적군 포탄의 방향, 이탈거리, 탄환직경 및 소오스를 결정할 수 없는 전쟁터 조건에 가장 유용하다.

이는 종종 현대식 교전상태의 경우이다. 예를 들면, 현대식 탱크 교전 상태에 있어서, 전쟁터는 수 킬러미터에 걸쳐 있을 수 있으며, 적군 포탄의 인입, 예를 들면 포격은 우군포탄에 의해 작용된 잡음 및 다른 배경 교전 잡음 때문에 혼란된다. 예를 들면, 탱크 지휘관이 근접한 이탈 적군 포탄의 뚜렷한 소리를 들을 수 있지만, 교전 잡음의 혼란으로 그러한 적군 포탄의 비상 경로의 근사한 방위각이나 고도를 결정할 수 없을 가능성이 있다. 따라서, 탱크 지휘관은, 포탄이 장거리, 또는 단거리로부터 발사되는지의 여부나 포격이 전방, 후방 또는 측방으로부터 생기는지의 여부, 또는 그러한 포탄의 근사한 직경조차도 결정할 수 없다. 그러한 정보를 갖고 있지 않으면, 예컨대, 탱크 지휘관은 그러한 적군 포탄에 신속하고도 명확하게 응답할 수 없으며, 이전의 근접한 이탈 포탄의 위험은 복귀억제 발사를 매우 중요시하는 연이은 적군 포탄으로인해 현저하게 증가할 수 있다.

또한, 선행기술의 장치는 훈련용 화기에 대한 점수를 매길 수 없는데, 이 경우에 훈련용 화기는 알려져 있지 않은 속도 및/또는 방향에 관한 것이다. 이는 대개, 예를 들면 움직이고 이동하는 탱크가 표적, 예컨대 폐용이 된 탱크의 발포하는 수동 훈련용 화기에 있어서의 경우이다.

그러므로, 알다시피, 본 기술의 실질적인 잇점은, 포격, 또는 오히려 소형의 군비 화기와 같은 속도 및 방향을 알지 못하는 초음속 발사체의 전체 비상경로를 주로 결정하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 그러한 비상 경로는 그와 같이 인입하는 적군포탄의 기점에 대한 대략적인 위치를 제공한다. 그 이외에도, 그와 같이 인입하는 적군포탄의 이탈 거리가 계산되는 경우, 추가적이고도 탁월한 보다 정확한 적군포탄의 가능성이 결정될 수 있다. 이는 즉각적이고도 효과적인 복귀 억제 발사에 대한 기회를 제공한다. 더우기, 수동 훈련용 화기에도 적용될 수 있는 그러한 방법 및 장치를 제공하는 데 유리하다.

[발명의 개요]

본 발명은 3가지 주된 발견과 몇가지 부수적인 발견을 기초로 한다. 첫번째로, 초음속 발사체에 의해 발생되는 충격파에 직면하도록 배치되어 있는 적어도 3개의 이격 배치된 감지기가 상기 충격파에 응답하여 각각의 감지기로부터 상기 충격파의 기점에 이르는 단위 조준 벡터의 방위 및 고도각에 관련되는 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다는 것을 발견하였다. 물론, 단위 벡터는, 방향을 지니지만, 어떠한 크기(이 경우에는 거리)도 지니지 않는다. 따라서, 각각의 감지기로부터 상기 충격파의 기점에 이르는 거리, 결과적으로 비상 경로는 알려져 있지 않은 상태이며, 이들 단위 조준 벡터는 대단히 많은 가능한 실제 비상 경로를 나타낼 수 있다.

두번째 중요한 발견으로서, 가장 놀랍게도, 각각의 단위 조준 벡터는 비상 경로의 방위 또는 고도각이 어떻든지간에 비상 경로와 동일한 각도를 이루어서 수많은 가능한 비상경로 해법대신에, 단지 하나의 실제 비상경로 해법이 계산될 수 있다는 것을 발견하였다.

부차적인 발견으로서, 그러한 감지기는 3개의 이격배치된 변환기에 의해 가장 편리하게 구성될 수 있으며, 상기 변환기 각각은, 각각의 변환기상의 순차적인 압력에 응답하여 각각의 변환기에 직면하는 충격파에 의해 형성되는 신호를 순차적으로 발생시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 그러므로, 각각의 감지기를 이루는 3개의 변환기는 각각의 감지기에 대한 단위 조준 벡터의 방위 및 고도각에 관련되는 신호를 발생시키고, 3개의 그러한 감지기의 결합의 경우, 충격파의 기점에 대한 3개의 정확한 단위 조준 벡터, 결과적으로는 발사체의 비상경로가 결정될 수 있다.

이러한 실시예에서, 각각의 감지기의 단위 조준 벡터는 충격파가 감지기에서 변환기 각각에 직면하는 시간을 측정함으로써 결정되고, 이러한 3개의 변환기의 시간 관계는 감지기로부터 발사체의 비상 경로에 이르는 정확한 단위 조준 벡터를 제공한다. 이들 단위 조준 벡터가 비상 경로와 동일한 각도를 형성하는 본 발명의 중요한 발견 때문에, 단위 조준 벡터의 크기(이 경우에 거리)가 계산될 수 있다. 그러한 크기가 계산되는 경우, 공간에 있는 3개의 지점은 결과적으로 한정됨에 따라서, 공간에 있는 이들 3개의 지점은 거의 모든 환경하에서 발사체의 국부 비상경로의 방위 및 고도각을 한정한다.

부차적인 발견으로서, 그러한 결정에 가장 적합한 충격 외란의 부분은 선행 구간(또한 충격 전면부(shock frant)라 칭함)이며 가장 적합한 충격 외란은 감지기에 의해 수신되는 첫번째 충격파(또는 주 충격파라 칭함)이다.

또다른 부차적인 발견으로서, 3개의 감지기가 발사체의 비상경로를 결정하는데 필요하지만, 3개의 감지기가 비상경로를 결정할 수 없는 어떤 매우 제한된 상황이 존재하며, 상기 비상경로를 결정하는 증대된 신뢰성을 위해, 3개 이상의 복수 감지기가 사용되는데, 각각의 감지기는 복수개의 감지기 각각으로부터 발사체의 비상경로에 이르는 유사한 단위 조준 벡터를 투영한다. 그 이외에도, 복수개의 그러한 감지기가 어떤 상황에서는, 그러하게 배치될 수 있지만, 발사체의 비상 경로를 결정하는 데에는 어느 특정의 비상 경로에 대하여 복수개의 감지기 모두를 사용하기 보다는 오히려 그러한 복수개의 감지기중 단지 선택된 감지기가 보다 양호하게 사용될 수 있다는 것을 발견하였다.

또 다른 가장 중요한 주요 발견으로서, 상기한 감지기의 배치에 대하여, 발사체의 속도가 결정될 수 있으며, 더우기 상기 감지기를 통한 발사체의 주위 밀도라인(ambient density line) 및 주요 충격 전면부의 지나침에 시간경과를 결정함으로써, 발사체의 길이가 또한 비교적 정확하게 계산될 수 있다는 것을 발견하였다. 더우기, 이러한 관점에서, 발사체의 길이, 발사체의 속도, 및 이탈거리에 표준화된 주요 충격 전면부의 강도는, 공지된 발사체 특성으로부터, 유사한 발사체 자체가 결정될 수 있도록 충분한 정보를 제공한다는 것을 발견하였다. 발사체(결과적으로는 발사체의 고유 특성)를 알고, 발사체의 국부 속도 및 국부 비상경로를 결정함으로써, 전체 비상경로가 계산될 수 있으며, 이는 이러한 발사체의 기점의 위치에 대한 근접한 근사값을 제공한다.

따라서, 상기 발사체의 이탈 거리는 결정될 수 있으며, 상기 발사체의 비상경로도 결정될 수 있고, 발사체의 부류 또는 그러한 발사체 자체가 결정될 수 있으며, 그러한 발사체의 기점에 대한 근사한 위치도 결정될 수 있다. 이와 같이 결정된 정보에 따라, 예를 들면, 탱크 지휘관은, 관심있는 발사체가 이전에 알려져 있지 않은 속도 및 방향에 관한 것인 전쟁터 상태에서 조차도, 그러한 발사체의 소오스에 대한 실제적이고도 억압적인 발사명령을 내릴 수 있다.

따라서, 간략하게 기술하면, 본 발명은 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치를 제공한다. 이러한 장치에서, 적어도 3개의 이격배치된 감지기는 상기 감지기 부근을 지나치는 초음속 발사체에 의해 발생되는 충격파에 직면할 수 있다. 또한, 상기 감지기는 상기 충격파에 응답하여 신호를 발생시킬 수 있는데, 이러한 신호는 각각의 감지기로부터 충격파 기점에 이르는 단위 조준 벡터의 방위 및 고도각에 관한 것이다. 그러한 신호로부터, 각각의 감지기로부터 충격파의 기점에 이르는 단위 조준 벡터의 방위 및 고도각을 계산하는 수단이 제공되어 있다. 또한, 3개의 감지기 각각의 단위 조준 벡터로부터 발사체의 국부 비상경로의 방위 및 고도각을 계산하는 수단이 제공되어 있다.

마찬가지로, 미지의 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상 경로를 결정하는 방법이 제공되어 있다. 이러한 방법에 있어서는, 적어도 3개의 이격 배치된 감지기가 제공되어 있는데, 이러한 감지기는 감지기 부근을 지나가는 초음속 발사체에 의해 발생되는 충격파와 마주칠 수 있다. 또한, 상기 감지기는 그러한 충격파에 응답하여 신호를 발생시킬 수 있는데, 이러한 신호는 각각의 감지기로부터 상기 충격파에 이르는 단위 조준 벡터의 방위 및 고도각과 관련되어 있다. 각각의 감지기로부터 충격파의 기점에 이르는 다위 조준 벡터의 방위 및 고도각은 상기 신호로부터 계산된다. 상기 3개의 감지기 각각의 단위 조준 벡터로부터, 상기 발사체의 국부 비상경로의 방위 및 고도각이 계산된다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 초음속 발사체에 의해 발생되는 음파 외란에 대한 개략적인 예시도이다.

제2도는 초음속 발사체에 의해 발생되는 대부분 알려져 있는 외란에 대한 개략적인 예시도이다.

제3도는 지나가는 충격파와 마주치는 음파 변환기로부터 발생되는 신호의 오실로스코프 추적에 대한 예시도이다.

제4a도는 3개의 이격 배치된 감지기에 의해 발생되는 벡터로부터 발사체의 비상 경로가 계산될 수 있는 방법의 개략적인 예시도이다.

제4b도는 제4a도의 벡터 일부에 대한 아웃 테이크(out take)이다.

제5도는 지나가는 초음속 발사체의 비상 경로에 이르는 벡터를 계산하는 방법에 대한 개략적인 예시도이다.

제6도는 적절한 감지기 배치에 대한 예시도이다.

제7도는 적절한 장치 배치에 대한 예시도이다.

제8도는 본 발명의 3개의 감지기중 2개의 감지기와 발사체의 비상 경로가 나란할 경우의 계산을 위한 특정한 경우에 대한 개략적인 예시도이다.

제9도는 충격파와 마주쳐서 지나가는 동안 본 발명의 감지기에 의해 발생되는 신호에 대한 이상화된 예시도이다.

제10도는 지나가는 발사체의 개략적인 예시도이며, 군용 차량상의 본 발명의 감지기의 배치에 대한 개략적인 예시도이다.

제11도는 제10도와 유사하지만, 군용 차량이 헬리콥터인 예시도이다.

제12도는 소형 무기, 즉 소총과 관련된 본 발명의 감지기의 사용을 예시한 도면이다.

제13도는 소총상에 본 발명의 감지기를 변형적으로 배치한 것을 보여주는 도면이다.

제14도는 휴대용 장치상에 배치된 본 발명의 감지기를 보여주는 도면이다.

[발명의 상세한 설명]

상기 장치 및 방법에 대한 세부사항을 고려하기전에, 본 발명이 동작한다고 믿는 이론에 의해 본 출원인이 속박되지 않는다는 것을 본 명세서에서 분명히 지적하고 있지만, 이러한 이론의 설명을 우선 제공하고자 한다.

알다시피, 초음속 발사체가 대기를 통해 활주하는 경우, 일련의 충격 외란이 생긴다. 발사체가 전진부분, 예를 들면, 팁(tip) 또는 돌출부(nose)를 갖는 탄도 발사체인 경우, 이들 외란은 잘 정의되어 있다. 상기 전진 부분으로부터의 외란은 주 충격파이며, 상기 주 충격파의 잘 정의된 선행구간(leading edge)은 주 충격 전면부로서 언급되어 있다.

충격파는 제1도에 예시되어 있는 바와 같이, 상기 충격 전면부와 수직인 음속으로 전파된다. 충격 각도(1)의 사인 θ는 발사체 속도(V)로 분할되는 음속(V_S)에 의해 제공되며

Sin(θ)=V_S/V (1)

이다.

제2도는 실제 발사체, 실제 발사체의 충격 외란 및 실제 발사체의 흔적에 대한 쉴리렌(Schlieren) 사진을 나타낸 도면이다. 알다시피, 극히 예리한 경계부분은 발사체의 전진 부분, 대개는 돌출부로부턴 생기는 주 충격파에 의해 형성되는 주 충격 전면부분에 존재한다. 이러한 경계부분의 개시는 길이에 있어서 1 내지 10분자 평균 자유행정인 것이 전형적이므로, 아주 잘 정의되어 있다. 이러한 충격 전면부분은 예를 들면 감지기에 의해 측정되는 경우 압력에 있어서의 극히 빠른 상승을 야기시키는데, 이러한 빠른 압력 상승은 나노초이하이다.

발사체의 베이스의 코너로부터 생기며 주 충격 전면 부분과 주로 나란한 라인은, 실제로는 원뿔 형상이지만, 주위 밀도라인으로 언급될 수 있다. 이러한 라인은 주로 주위 공기압력과 동일한 것인 등압선의 위치를 나타낸다. 적은 편이며 별로 잘 정의되어 있지 않은 충격파(20)는 발사체를 따라 주 충격 전면부의 뒤 및 주위 밀도라인의 앞에서 발생한다. 또한, 주위 밀도라인의 뒤 및 완화 충격 전면부에 이르기까지 발생하는 소수의 하강 충격파가 존재하는데, 이러한 지점에서 상기 충격파는 발사체의 흔적(22)으로 물러난다.

이들 충격파 및 그들 전면부의 작용은 제3도에 도시되어 있는 바와 같이, 오실로 그래프 화면의 표시로부터 알 수 있다. 그러한 기록은 M16소총으로부터 발사된 5.56mm 소총탄에 의해 발생되는 충격파에 기인하는 탄도 마이크로폰상에서의 압력의 측정값이다. 지점(A)에서는, 주위 압력으로부터 높은 개시값까지 상승하는 강한 압력 증가가 존재하여, 주 충격파의 충격 전면부의 지나침을 나타낸다. 그러한 소총탄이 상기 마이크로폰을 지나치는 경우, 지점(B)에서 상기 압력이 주위 압력이하로 강하하여, 주이 밀도라인을 나타낸다. 상기 흔적 및 완화 충격 전면부의 압력은 지점(C)에 나타나 있다.

여러 충격파의 속도는 이들 충격파가 활주하고 있는 가스의 밀도의 함수이다. 압력, 결과적으로는 밀도가 주위 밀도라인의 정면에서 주위 압력보다 높기 때문에, 상기 주위 밀도라인 및 상기 주 충격 전면부(제2도 참조) 사이의 영역에 있는 충격파는 상기 주 충격 전면부로부터의 파보다 빠르게 활주하여 결국에는 상기 주 충격 전면부를 따라간다. 그 반면에, 상기 주위 밀도라인 및 완화 충격 전면부 사이에서 발생하는 충격파는 보다 낮은 압력, 결과적으로는 밀도를 통해 활주하므로써, 상기 주 충격 전면부로부터의 파보다 훨씬 느리게 전파하고, 결과적으로는 지점(C)에서 하강 흔적으로 물러난다.

상기한 내용을 고려하여, 발사체의 베이스로부터 방사하는 주위 밀도라인은 발사체 길이가 제3도의 흔적으로부터 평가될 수 있다라고 충분히 정의된다는 것을 발견하였다. 예를 들면, 크로노그래프 측정은 시험 소총탄의 속도가 대략 3,150ft./sec이었다는 것을 나타낸다. 이는 sin(θ)=1,050/3,150 또는 θ=19.5⁰(등식 (1) 참조)의 충격 원뿔각을 제공한다. 소총탄의 길이(L_B)는 대략

L_B=V_St/sin(θ)=Vt(2)

으로 제공되는데, 이 경우에 t는 제2도의 주충격 전면부에 수직인 라인을 따라 존재하는 지점(A) 및 지점(B)사이의 시간이다. 각각의 분할이 제2도에서는 4.1마이크로초이기 때문에, 이는 대략 16.4마이크로초의 시간을 초래시킴으로써, 0.62인치의 길이를 초래시킨다. 5.56mm 소총탄의 실제 길이는 0.678인치이었다.

상기 충격파의 일부가 개별 감지기를 타격하는 것을 확립하는 것이 바로 충격파의 충격 전면부의 전파의 수직이다. 처음에, 개별 감지기를 타격하는 원뿔형상의 충격파의 부분이 평면파이라고 간주될 수 있다고 가정하며, 이는, 충격파가 한 감지기로부터 어느 정도의 거리만큼 떨어져 지나가는 발사체로부터 발생되는 경우에 적절한 가정이다. 예를 들면, 3인치 감지기로부터 1피트 정도만 떨어져 지나가는 소총탄의 비상 경로에 대하여, 이러한 가정은 1도의 오차 이하로 이끈다. 이러한 오차는 상기 감지기로부터 소총탄에 이르는 거리가 증가하는 경우에 신속하게 감소한다. 그러나, 발사체가 한 감지기의 부근을 지나가고 평면파의 가정이 허용할 수 없는 오차를 도입시킨다면, 이탈거리가 한 감지기에 근접하는 경우, 상기 계산의 반복이 충격파의 형상에 대하여 보정하도록 이행될 수 있다.

제4도에서는, 공간내 벡터()를 갖는 감지기(S₁, S₂, S₃)는 한 평면을 결정한다. 그러므로, 벡터()는 감지기(S₁)로부터 감지기(S₂)의 거리(크기) 및 방향을 제공하며, 마찬가지로 벡터()는 유사한 거리 및 방향을 제공한다. 이러한 평면상에서는, 상기 평면에 대한 알지 못하는 방위에, 알지 못하는 속도의 발사체의 비상경로가 있다. 각 감지기의 조준 벡터는 하기에 보다 상세하게 설명되겠지만, 각각의 감지기에 의해 결정된다. 물론, 조준 벡터는 단지 방향만을 지니며 어떠한 크기(이 경우에는 거리)도 지니지 않음으로써 단위 조준 벡터로서 언급될 수 있다. 그러므로, 이들 단위 조준 벡터는 공간에서의 다수의 서로 다른 3개의 지점, 결과적으로는 다수의 가능한 비상 경로를 설정할 수 있다.

그러나, 상기에서 간단하게 기술한 바와 같이, 각각의 단위 조준 벡터가 충격파의 지점에 대한 발사체의 주어진 속도에서의 동일한 각도(결과적으로는 비상경로)를 형성한다는 것을 의외적으로 발견하였다. 그러므로, 이러한 발견은 각 단위 조준 벡터의 크기(거리)를 계산하는 것을 가능하게 함으로써, 상기 크기가 결정되는 경우, 상기 단위 조준 벡터는 완전 조준 벡터()로서 제4도에 도시되어 있는 바와 같이, 완전 조준 벡터(방향 및 크기)로 된다. 그러한 발견이 없는 경우, 상기 비상경로의 계산은 불가능하게 된다. 그러한 완전 조준 벡터가 제4도에 도시되어 있는 바와 같이, 결정되는 경우, 각각의 완전 조준 벡터는 공간에서의 단지 하나만의 지점을 초래시키고, 공간에서의 3개의 지점은, 각각의 완전 조준 벡터로부터 하나씩 거의 모든 경우에 대하여 발사체의 실제 비상 경로를 완전하게 설정한다.

벡터()는 국부 비상경로 단위 벡터로서 정의되어 있다. 벡터()(제4b도 참조)는의 정점으로부터 발사체의 비상경로를 따라의 정점에 이르는 거리 및 방향을 지정하고, 마찬가지로 제4a도에 도시되어 있는 바와 같이, ±와 평행한 벡터()가 존재하게 된다. 벡터( )가 ±에 각각 평행한데, 이 경우는 국부 비상경로이다.

제1의 주요 관찰은 단위 조준 벡터에 대한 비상경로 벡터()의 벡터 도트-프로덕트(vector dot-product)가 Φ=θ+90°(θ는 충격 원뿔각임)인 경우에 바로 cos(Φ)인 것이다. 그러므로, 단위 조준 벡터가로 지정되어 있는 경우에,

이고

(4.4) cos(Φ)=sin(θ)

이므로 이들 도트-프로덕트는 이때 단순히 V_S/V와 동일하다.

이라는 것을 제4b도로부터 주지됨으로써, 마찬가지로

이 되어,

가 된다.

식(4.3)은

을 형성하는데 사용될 수 있다. 식(4.5) 내지 식(4.7)을 식(4.8) 내지 식(4.10)으로 대체하여 상기 도트-프로덕트 분배를 이행하면,

또는, 재 배열하면,

임을 알 수 있다. 또 다른 간단한 조작을 통해, 다음과 같은 식의 군이 유도된다.

이 경우에는 K는 상수이다.

식(4.17) 내지 식(4.19)에 있는 중간 항은 각각의 감지기로부터 비상 경로에 이르는 단위 조준벡터의 방위 및 고도각으로부터, 및 상기 감지기의 알고 있는 위치로부터 계산되는 양을 포함한다. 따라서, 일단 감지기가 조준을 이루는 경우, K 상수(K₁₂,K₁₃,K₂₃)는 고정된다. 이는 이때 K상수에 관한의 크기에 대하여 풀기 위한 간단한 단계이다.

그러므로, 이들 식은 단위 조준 벡터의 크기 및 방향을 결정함에 성공하여서 완전 조준벡터()를 초래시킨다. 상기 단위 조준벡터()는 각 감지기의 신호로부터 계산된 방위 및 고도 각으로부터 결정된다.

모든 경우에 있어서 국부 비상 경로를 배치시키는데 이들벡터중 단지 2개의벡터만이 필요하다는 것을 알 수 있지만, 3개의벡터는 거의 모든 경우에 있어서 비상경로를 제공하게 된다. 더우기, 이러한 비상 경로는 단위 벡터()와 동일선상에 있다는 점에 유념하기로 한다. 이는 식(4.3)의 도트-프로덕트가 구성됨으로써 양(V_S/V)이 유도될 수 있다는 것을 암시한다. 음속의 가정이 세워지거나 측정될 수 있는 경우, 발사체의 속도는 계산될 수 있다.

상기에서 설명했던 바와 같이, 각각이 단위 조준 벡터의 방위 및 고도각과 관련된 신호를 발생시킬 수 있고, 결과적으로는 착신 충격파의 법선에 대한 방위 및 고도각을 결정할 수 있는 적어도 3개의 감지기가 주어지면, 비상 경로 및 발사체 속도의 해가 구해질 수 있다.

상기의 실제 적용예에 있어서, 및 바람직한 실시예로서, 필요한 신호가 삼각형, 즉 등벽 삼각형이 정점에 3개의 압력 감응 변환기(3개의 그러한 변환기가 단일의 감지기를 구성함)를 배치시킴으로써 발생될 수 있다. 이들 신호는 상기 변환기중 첫번째 변환기와 충격 전면부가 만나는(충돌(hit)로서 언급되는) 시간(t_F)과 상기 변환기중 제2변환기의 충돌시간에 있어서의 차, 첫번째 충돌 변환기와 마지막 충돌 변환기 사이의 시간차(t_L), 상기 첫번째 충돌 변환기의 식별, 및 상기 제2충돌 변환기의 식별을 포함하는 측정을 허용한다.

그러한 기점은 제5도에 나타나 있는 바와 같이 변환기(3)에 위치되어 있다. 평면 충격파는 변환기(1)를 첫번째로, 변환기(2)를 두번째로, 그리고 변환기(3)를 마지막으로 충돌하도록 가정되어 있다. 이러한 순서에 있어서의 변화는 방위 및 고도각을 올바른 사분면으로 나타내게 하기 위하여 좌표의 회전을 필요로 한다. 평면파가 변환기(1)를 타격하는 바와 같이 기하학적 구조가 "고정"되는 경우, 시간(t_F)은 평면파가 변환기(2)로부터의 거리(S₂≡t_fV_S) 및 변환기(3)로 부터의 거리(S₃≡t_LV_S)에 있다는 것을 암시한다. 이는, 제5도에 예시되어 있는 바와 같이, 착신 평면과와 라인(S₃)의 교점에서 X, Y, 및 Z좌표를 결정함으로써 달성될 수 있다.

변환기가 등변 삼각형을 이루어 배치되어 있기 때문에, 이러한 실시예의 유도는 다음과 같은 결과를 제공한다.

(4.31) x=S₃(S₂-S₃)/S

(4.32) y=-(S₂S₃+S₃ ²)/(S(3))^1/2)

(4.33) z=(S₃ ²(S²-(S₃-S₂)²)/S²-y²]^1/2

이 경우에, S는 변환기 각각 사이의 거리이다. 물론, 등변 삼각형 배치와는 다른 배치가 사용되는 경우, S는 x, y 및 z에 대하여 동일하지 않게 된다.

착신 평면파에 대한 수직 벡터의 방위각(0) 및 고도각(0)은 이때

(4.34)θ=tan^-1(y/x)

(4.35)ψ=tan^-1(z/(x²+y²)^1/2)

로 주어진다.

발사체 식별, 예를 들면, 적어도 대략적인 구경은, 또한 상기의 식으로부터 얻어낼 수 있다. 상기에 기술한 바와 같이, 상기 식의 초기 해는, 즉 제4a도 및 제4b도와 관련하여 기술한 벡터로 발사체의 속도 및 국부 비상 경로를 제공한다. 또한, 상기에 기술한 바와 같이, 발사체 길이의 결정은 달성될 수 있는 데, 예를 들면, 상기의 내용에서는 5.56mm 소총탄으로 기술되어 있다. 충격파의 개시의 크기가, 이탈거리로 정규화되어 있는 경우, 질량에 비례한다. 이들 3가지의 정보, 즉 정규화 크기, 속도 및 발사체 길이는 적어도 제한된 부류의 가능성의 범위내에서 발사체의 식별을 만들어내는데 충분하다.

이러한 점에 있어서는, 전세계에 걸쳐 제조되는 대부분의 군용 발사체의 치수, 항공 역학관계 및 파(wave)생성은 알려져 있거나 확정되어져 있을 수 있다. 발사체 길이가 결정되는 경우, 이는 한정된 부류에 발사체를 배치시킨다. 주 충격 전면부 크기에비례하는, 주 충격파의 개시의 크기는, 발사체의 질량을 한정하여 상기 부류중 부차적인 부류에 발사체를 배치시킨다. 이때, 속도는 특정의 발사체 또는 적어도 발사체의 부차적인 부류에 대하여 발사체를 분류시킨다. 예를 들면, 상기 발사체의 결정된 길이는 소형 무기의 퍼지는 경로 및 보다 큰 구경의 퍼지는 경로를 구별할 수 있으며, 예를 들면 그러한 대략적인 길이를 갖는 그러한 퍼지는 경로의 한정된 군 또는 부류의 범위내에 보다 큰 구경의 퍼지는 경로를 배치시킬 수 있다. 충격파의 개시의 크기는 발사체의 질량에 비례하며, 발사체의 길이로써, 대략적인 구경을 결정한다. 길이 및 구경은 발사체의 보다 제한된 군 또는 부차적인 부류를 한정한다. 속도는 발사체의 보다 제한된 군을 부가적으로 한정하며, 그러한 길이 및 구경으로써 특정의 발사체를 식별하는데 충분하다.

그러한 식별은 하기에 설명되겠지만 전체적인 비상경로를 결정하는데 유용할 뿐만 아니라, 적군 및 우군 포격을 구별하는데 가장 유용하므로, 우군 포격이 우군 군부대로 향하게 되는 전쟁터 사고를 피할 수 있게 한다.

발사체 식별이 이루어진 후에, 발사체의 정확한 질량 및 견인(drag)의 계수는 알려져 있는 데이타 및 확정된 데이타로 부터 확정될 수 있다. 이들 두가지의 정보는 발사체의 비상경로를 원점(발사체 이탈거리를 고려한 경우임)에 대하여 다시 계산하는데 충분한 데이타를 제공한다. 이는 표준 포격 제어 알고리즘을 통해 달성될 수 있다. 온도 또는 편류(windage)와 같은 다른 환경 정보는, 원한다면, 그러한 계산을 정확하게 하는데 사용될 수 있다. 마지막으로, 특정 발사체의 명확한 식별이 얻어질 수 없는 경우에도, 그러한 부류의 식별은 원점 계산에 있어서의 단지 조그마한 오차를 초래시키는 일반적인 견인 계수를 만들어낼 수 있다.

제6도에는 바람직한 감지기의 전형적인 특정 실시예가 도시되어 있지만, 감지기는, 상기에 기술한 바 있으며 하기에 보다 충분하게 설명한 바와 같은 요건들로 일관된 어느 바람직한 구성일 수 있다. 제6도에 도시되어 있는 예에 있어서는, 각각의 변환기(60,61,62)(3개의 변환기가 제6도에 도시되어 있음)는 지지체(63)(이후에 보다 충분하게 기술됨)상에 장착되어 있다. 상기 변환기는, 변환기와 마주치는 충격파에 의해 만들어지는 변환기상의 압력에 응답하여 신호를 발생시킬 수 있는 어느 음향 변환기일 수 있다. 상기 변환기는 광 신호, 음향신호, 전기신호, 또는 다른 신호를 발생시킬 수 있지만, 상업적으로 이용가능한 압전 결정(piezoelectric crystal)은 이러한 점에서 매우 편리하다. 예를 들면, 제6도에 도시되어 있는 변환기는 Electro-Ceramics에 의해 만들어진 그러한 압전결정이며, 비록 상기 변환기의 어느 바람직한 구성이 사용될 수 있지만, 직경이 1인치이고 두께가 0.125인치이다. 와이어(64)는, 결정의 표면이 Scotch Brite와 같은 연마재료로 준비된 후에 결정의 각측에 납땜되어 있다. 각 결정의 극성은, 상기 결정의 각 입력이 하기에 설명되는 검출 전자 회로로 가는 동일 극성을 갖도록 특별히 언급되어 있다. 양(+) 전압 출력은 충격파에 의한 결정의 응답시에 발생된다. 상기 결정은 실리콘을 기재로 하는 접착제와 같은 접착제로 상기 지지체(63)에 붙일 수 있으며, 바람직스럽게는, 상기 지지체는 종래의 충격 흡수재, 예컨대 Isodamp이다. 이러한 재료는, 하기에 보다 충분하게 설명되겠지만, 유용한 음향 제동 특성을 갖는다. 변환기 결정 각각은, 제4a도 및 제4b도와 관련하여 설명된 이유로해서, 공지된 기하학적 구조, 예컨대, 결정 사이의 거리중 임의의 길이 및 어느 공지된 기하학적 구조가 사용될 수 있지만, 3인치의 변의 길이를 갖는 등변 삼각형으로 지지체(63)상에 배치되어 있다. 그러나, 상기 등변 삼각형은 상기에 기술된 계산을 단순화시키며 그러한 이유로해서 바람직한 실시예이다.

3개의 변환기(60,61,62)각각으로 부터 2개씩 존재하는 6개의 와이어(64)는, 각각의 변환기에 대하여 한 데이타 수집 모듈을 갖는, 제7도에 도시되어 있는 바와 같은 데이타 수집 모듈에 입력된다. 이들 모듈은, 주 충격파, 보다 바람직하게는 주 충격 전면부에 의해 어느 변환기가 첫번째 충돌을 갖는지, 상기 충격파에 의해 어느 변환기가 두번째 충돌을 갖는지, 그리고 상기 첫번째 충돌 및 상기 두번째 충돌 사이의 시간과 아울러 상기 첫번째 충돌 및 마지막 충돌 사이의 시간을 결정한다. 이러한 정보는, 또한 제7도에 도시되어 있는 바와 같이, 관련된 필요한 전원으로써, 병렬 포트 멀티플렉서-병렬-직렬 어댑터와 같은 어느 종래의 장치에 의해, 상기에 설명한 바와 같은 필요한 계산을 이행하도록 컴퓨터에 공급된다. 예를 들면, 이러한 배치는 12개의 8-비트 병렬 입력 포트 및 스위치 각각을 다시 단일의 8-비트 병렬 포트에 수용할 수 있다. 출력은 병렬-직렬 어댑터를 통해 상기 컴퓨터에 공급된다. 이러한 배치의 구성요소 모두는, 감지기를 제외하고는, 상업상 입수 가능한 것이며 본 기술에 공지되어 있는 것이다. 그러므로, 그에 대한 더 이상의 설명은 필요치 않다.

컴퓨터에서 한번이라도, 데이타가 상기에 기술한 계산에 사용되는 경우 상기 데이타는 감지기의 각 변환기에 대한 방위 및 고도 정보로 변환된다. 그 이외에도, 상기에 기술한 바와 같이, 적어도 3개의 감지기가 존재하며, 상기에 기술한 바와 같은 유사한 배치가 감지기용으로 사용된다. 상기 컴퓨터는 각각의 감지기로 부터 상기 데이타를 취하여 각각의 감지기로부터 발생되는 완전 조준 벡터의 방위 및 고도를 얻기 위해 상기에 기술한 수학적 계산을 이행한다. 예를 들면, 제6도에 도시되어 있는 배치에 있어서, 상기 벡터의 기점은 3개의 변환기의 중점(66)이며, 상기 변환기의 완전 조준 벡터는 제4도에 도시되어 있는 바와 같이, 발사체 비상 경로에 연장되어 있다. 그러므로, 그러한 계산은, 감지기의 부근에서 발사체의 비상 경로의 위치, 방위 및 고도뿐만 아니라 발사체의 속도를 얻는다.

상기한 내용이 본 발명의 유용한 실시예를 기술하고 있지만, 적어도 3개의 감지기의 변환기 각각과 충격파가 마주치는 시간을 측정하는 다른 수단이 사용될 수 있으며, 상기 감지기의 변환기 각각과 충격파가 마주치는 시간을 측정하기 위한 어떤 수단이 제공되는 것이 단지 필요한데, 그 이유는 그러한 것이 특정한 수단이 아니라 본 발명에 중요한 그러한 수단에 의한 시간의 측정이라는 점이라는 것이 매우 명백하기 때문이다.

마찬가지로, 발사체의 비상경로의 측정된 시간, 방위 및 고도각으로부터 계산하기 위한 어느 수단이 사용될 수 있다. 제7도에 도시되어 있는 배치가 매우 만족스럽고 바람직한 실시예이지만, 그러한 계산을 이행하는 다른 배치가 사용될 수 있다.

마찬가지로, 컴퓨터가 발사체 비상경로의 방위 및 고도각을 계산하는데 사용되지만, 그러한 계산은, 비록 모든 용도에 대하여, 그러한 것이 특히 전쟁터 상태에 대해 매우 느리지만, 본래의 수학적 풀이에 의해 이행될 수 있다. 따라서, 대개는, 컴퓨터가 그러한 계산용으로 사용될 수 있다.

또한, 특히 전쟁터 상태에서, 다수의 음향파가 존재할 수 있다는 점을 인식할 것이다. 그러므로, 상기 장치가 다른 음향파를 초래시키는 배경 전쟁 잡음, 및 관심사의 지나치는 발사체에 의해 만들어진 충격파를 구별할 수 있는 것이 중요하다. 상기 감지기는 지나치는 발사체에 의해 전파되는 충격파에 영향을 받으며, 상기에 기술한 바와 같은 어떤 정보가 주위 밀도라인으로부터 얻어지기 때문에, 감지기는, 발사체의 길이를 계산하기 위한 수단을 제공하도록, 상기 주위 밀도라인에 영향을 받는다. 그 반면에, 감지기 및/또는 관련 장치는 지나치는 발사체의 충격파와 배경 전쟁 잡음을 구별하여야 한다.

그러한 감도를 만들어내는데에는 종래의 수단이 사용가능하다. 예를 들면, 변환기 또는 데이타 수집 모듈이나 컴퓨터는, 변환기에 의해 발생되는 그러한 신호가 배경 전쟁 잡음의 훨씬 더 긴 상승 시간에 대립하는 것으로서 예컨대 나노초 미만의 범위에서, 지나치는 발사체의 충격 전면부와 일치하는 상승 시간을 갖는 경우에 상기 신호가 컴퓨터에 의해서 단지 허용될 정도일 수 있다. 변형적으로, 지나치는 발사체의 충격 전면부에 영향을 받으며 확산된 전쟁 배경 잡음에 영향을 받지 않는 개별 감지기는 상기 감지기로부터 상기 컴퓨터까지의 신호의 전달을 분배하거나 방해하기 위한 게이트로서 사용될 수 있다.

상기의 내용으로부터 알 수 있으며 본 명세서에 기재된 발명의 배경 부분에서 기술되어 있는 선행기술과 직접적으로 대립되는 바와 같이, 감지기의 변환기 사이나 감지기 사이의 "혼신(cross-talk)"은 가능한한 적어야 한다. 따라서, 그러한 선행기술에 대립되는 것으로서, 본 발명의 변환기/감지기는 실질적으로 서로 음향 분리되어야 한다. 제6도에 도시되어 있으며 제6도와 관련하여 기술되어 있는 바와 같이, 변환기용 지지체는 종래의 Isodamp와 같은 음향 제동 재료이다. 상기 지지체가 예를 들면 탱크상에 장착되어 있는 경우, 음향 제동 재료는 서로 및 탱크 그 자체로부터 한 세트의 3개의 변환기를 분리시킨다. 그와는 달리, 변환기 또는 감지기 사이의 "혼신"은 착신 충격파와는 다른 것으로부터 음향 충격 에너지를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 충격파와 배경 전쟁 잡음과의 구별을 불가능하게 할 정도로 변환기에서 압력 상승을 매우 확산시킬 수 있다.

제8도에 예시되어 있는 바와 같이, 예컨대 공통 감지기판에 배치되어 있는 적어도 3개의 감지기(80,81,82)는 발사체(87)의 비상경로(86)에 대하여 적어도 3개의 완전 조준 벡터(83,84,85)를 발생시키는데 필요한데, 이 경우에 발사체(87)는 충격파(88)를 만들어낸다. 그러나, 제8도에 도시되어 있는 바와 같이, 그러한 기회가 작을 경우, 2개의 감지기의 라인과 나란한 비상경로상에서 발사체가 2개의 감지기를 지나가게 하는 것이 가능하다. 그러한 경우에, 상기 비상경로의 상기 해는 불능이다. 상기의 수학적 분석의 예시로서,이라 놓자, 이는 단지가 나란하며 동일하다. 즉, 감지기(81,82)가 비상경로와 동일 평면에 놓여있지만 감지기(80)가 상기 평면에 있지 않다는 것을 암시한다. 상기 식(4.19)은 무용한 것으로 되어, 2개의 미지수를 이루는 2개의 식을 방치한다. 그러나, 감지기(81,82)에의 초기 도달시간(△t₁₂)의 차에 대한 정보를 사용함으로써,

또는=V_S/V이라는 점을 상기하여 재배열하면,

과 같은 관계가 구성될 수 있다. 감지기(82)전에 감지기(81)에 신호가 도달하는 경우에 △t₁₃이 양(+)이라는 규정이 채택되어 왔다. 식(4.5)으로 단위 벡터()의 도트 연산을 이행하면,

가 된다. 식(4.25) 및 식(4.26)을 등식으로 나타내어 도트 프로덕트를 이행하면,

또는 항을 재배열하면,

가 된다. 식(4.17)으로부터를 사용하여 식(4.27)에 대입하고,에 대하여 풀면,

가 된다. 다시, 식(4.17) 및 식(4.18)을 사용하면,

가 된다. 앞서 기술한 바와 같이, 완전 조준 벡터의 크기는 이제 식(4.28) 내지 식(4.30)으로부터 계산되고, 이들 벡터의 단위 방향은 감지기 출력이다. 이러한 해결 가능한 축퇴(縮退)경우는 3개의 감지기가, 발사체가 감지기의 3개 모두의 평면에서 및 3개의 감지기에 의해 경계되는 영역 외측에 있는 경우(극히 가망없이 생김)를 제외한 모든 경우에 비상경로 및 속도에 대한 해를 제공할 수 있다라는 중요한 암시를 준다. 더우기, 이는, 비동일 평면상으로 배열된 4개의 감지기 시스템이 적어도 하나가 비상경로의 평면에 있지 않는 3개의 감지기를 사용함으로써, 모든 경우에 있어서의 해를 제공할 수 있다는 것을 암시한다.

또한 알 수 있는 바와 같이, 한 평면내의 3개의 감지기의 배치가 모든 군용 용도에 실용적일 수 없으며, 그 이외에도 군용 용도는, 탱크등의 포탑과 같은 군용 장비상의 장치에 의해 하나이상의 감지기로부터 어느 정도, 일부 군용장비의 부근을 지나치는 발사체의 충격파가 차폐될 정도일 수 있다. 그러므로, 그러한 용도에서, 복수개의 3개 이상의 감지기가 제공되어 있으며, 비상경로의 방위 및 고도각을 계산하기 위해 복수개의 감지기중 적어도 3개의 감지기를 선택하는 수단이 제공된다. 예를 들면, 복수개의 감지기가 사용되는 경우 및, 변환기 및/또는 감지기 각각에 대하여 각각의 데이타 수집 모듈(제7도 참조)에 데이타가 수집되는 동안, 컴퓨터는 단지 3개의 선택된 감지기로부터의 계산을 이행할 수 있다. 그러한 선택은 변환기 및/또는 감지기, 또는 다른 유사한 구별 수단에 의해 발생되는 신호의 명료성 또는 상승 시간에 대하여 상기 컴퓨터로 이루어지게 된다.

이상화된 예시인 제9도에 예시되어 있는 바와 같이, 구별 수단은, 시간 단위(1)(단지 예시를 위한 것으로만 도시되어 있는 임의의 단위)로 예시되어 있는 바와 같이, 나노초 이하보다 작은 부분에서 첨두값까지 상승하는 첫번째 충격파를 지니지 않는 어느 신호라도 제거할 수 있다. 또한, 모든 군용 발사체가 어떤 한정된 길이내에 특정한 길이를 지니기 때문에, 규정된 시간(제9도에서 임의의 단위(1 내지 2.5))내에서 주위 밀도 라인으로부터의 압력 상승과 주위 밀도라인까지의 압력 강하를 지니지 않는 신호는 제거된다. 또한, 어느 발사체가 흔적을 지니기 때문에, 주위 밀도라인 이하로 떨어지지 않고 그리고나서 주위 밀도라인 이하로 상승하지 않는 어떠한 신호도 제거된다. 다른 기준이 채택될 수 있다.

따라서, 컴퓨터는 모든 감지기를 상세히 조사하여 그와 같이 설정된 기준을 만족시키지 않는 계산 목적용 신호를 제거한다. 그러한 기준을 만족시키는 그러한 감지기로부터, 제2 또는 제3 또는 또 다른 기준은, 상기 라인을 따라, 단지 3개 또는 4개 또는 그 정도의 감지기에 대한 계산 목적용 허용 신호를 좁힐 수 있는데, 예컨대 그러한 것은 단지 3개만의 감지기 신호가 계산 목적으로 허용될때까지 부가적으로 좁혀질 수 있다.

상기의 내용으로부터, 감지기로부터 전송되는 신호가 충격파의 압력 증가에 비례하는 어느 신호, 예컨대 음 신호, 광 신호, 전기신호등일 수 있다. 마찬가지로, 감지기는 그러한 비례신호를 발생시키는 것이다. 그러나, 전기신호는 사용하기에 보다 간편하며 바람직스럽다.

상기에 주지된 바와 같이, 감지기의 바람직한 실시예는 각각의 감지기가 3개의 이격 배치된, 바람직하기로는 동일 평면상에 있는 변환기를 지니는 경우이다. 그러나, 감지기는, 상기의 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 단위 조준 벡터가 계산될 수 있는 필요한 단위 조준 벡터나 신호를 감지기가 발생시키는 동안, 어느 바람직한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 다수의 변환기는, 중심이 단위 조준 벡터의 기점인 반구체의 표면상에 장착될 수 있다. 어느 변환기가 충격파에 의해 첫 번째로 충돌되는지를 검출함으로써, 기점에 대한 상기 첫번째 충돌 변환기의 위치는 단위 조준 벡터를 제공한다. 변형적으로, 단위 조준 벡터를 내부적으로 발생시키는 결정 또는 다른 유사한 감지기가 사용될 수 있다.

군용 용도에 의존하여, 감지기는 근접하게 이격배치될 수 있거나 어느 정도의 거리를 두고 이격배치될 수 있다. 예를 들면, 소총상에 배치될 수 있는 것과 같은 휴대용 유니트의 경우, 감지기는 적어도 1cm 이격 배치되어 있어야 하지만, 일반적으로는 적어도 3cm 이격배치되어 있는 것이 바람직하며, 대부분의 용도에 대하여는, 대략 100cm 이격배치되어 있는 것이 바람직스럽고, 또한, 변형적으로는 복수개의 3개 이상의 감지기가 사용되는 선택된 감지기는 적어도 100cm 이격 배치되어 있다. 중앙 전쟁터 검출 유니트에 대하여, 감지기는 적어도 200cm 및 심지어 30미터정도에 도달할때까지 이격배치되어 있을 수 있다.

전술한 내용의 예로서, 제10도는 감지기가 탱크상에 장착되어 있으며 복수개의 그러한 감지기가 상기 탱크주위에 배치되어 있는 본 발명의 용도를 도시한 것이다. 복수개의 그러한 감지기를 그와 같이 배치하는 경우, 어떠한 각도 또는 방위로 발사체가 탱크를 지나간다 할지라도, 적어도 3개의 감지기는 충격파의 시간 및 시간 경과를 정확하게 결정할 수 있다. 상기에 기술한 바와 같이, 선택된 기준에 의존하는 복수개의 감지기중에서, 3개 또는 그 이상의 감지기는 지나치는 발사체의 비상경로의 방위 및 고도를 계산하기 위해 선택된다. 상기에 기술한 계산을 이행함으로써, 탱크 지휘관은 억제 발사를 복귀시킬 수 있다. 그 이외에도, 그러한 계산에 의해 탱크 지휘관은 검출 장비, 예컨대, IR검출기(좁은 시야를 갖음)를 착신 발사로 향하게 하여 예를 들며 적군 탱크의 위치를 검출할 수 있게 된다.

제11도는 3개의 감지기가 헬리콥터의 후방 받침대상에 장착되어 있는 서로 다른 일부분의 군용 장비를 예시한 것이다. 그러한 후방 받침대는, 어떠한 각도나 방위로 발사체가 상기 감지기를 지나간다할지라도, 발사체의 비상경로를 주로 정확하게 결정할 수 있다.

제12도는 음향 신호처리 유니트(ASPU)로서 언급되는 적합한 데이타 처리 유니트(123)와 함께 소총상에 장착되는 3개의 감지기(120,121,122)를 도시한 것이다. 상기 감지기중 하나가 소총의 총신(124)상에 장착되어 있는 반면에, 상기 감지기중 2개는 신축자재 감지기 아암(125,126)상에 장착된다. 이는, 알지 못하는 방향으로부터 들어오는 소형 화기와 같은 발사체의 방향을 결정하기 위한 감지기를 제공한다.

제13도는 제12도와는 반대로 되는 허용가능하지만 덜 바람직스러운 실시예를 도시한 것인데, 이 경우에 3개 모두의 감지기(130,131,132)는 소총의 총신(133)상에 장착되어 있다. 분명한 점으로는, 발사체가 감지기의 라인을 따라 들어오는 경우나 감지기의 그러한 라인에 매우 근접하게 들어오는 경우, 데이타 처리 유니트(134)(ASPU)에 의한 현재의 계산은 가능하지 않다.

제14도는, 예를 들면 분대 지휘관인 들어오는 화기의 방향을 결정할 수 있도록 감지기(140,141,142)를 갖는 휴대용 유니트가 제공되어 있는 다른 용도를 도시한 것이다.

상기 감지기의 설치 구조는, 감지기를 배치시키는 실제 용도를 새겨두면서, 상기 감지기가 배치되는 특정의 군용장비에 의존하게 된다. 감지기가 제10도에 도시되어 있는 탱크와 같은 동력에 의한 차량상에 장착되는 경우, 감지기는 상기 차량 표면상에 장착되고 표준의 높은 이력(hysteresis) 충격 분리 기술 및 재료를 사용하여 차량 유도잡음으로부터 분리되어야 한다. 배선 장치(도시되지 않음)는 탱크 차량의 어느 정도 덜 공격받는 위치에서 관통시키고 음향 신호 처리 유니트(ASPU)(제10도에는 도시되어 있지 않음)에 상기 감지기에 의해 발생된 신호를 전달시킨다. 상기 ASPU는 필요한 종래의 타이밍 회로, 구별회로 및 계산 알고리즘을 포함하며 상기에 설명한 바와 같이, 발사체의 기점의 위치, 이탈거리, 및 발사체 속도를 설정한다. 또한, ASPU는, 상기에 설명한 바와 같이 그러한 발사체와 본 발명에 의해 얻어지는 정보를 비교하기 위한 공통의 우군 및 적군 발사체의 탄도 데이타 베이스를 포함한다.

제12도 및 제13도에 도시되어 있는 ASPU는 동일하거나 탱크상에 장착된 ASPU의 간결한 변형체일 수 있다. 예를 들면, 제12도 및 제13도의 ASPU는 단순히 발사체 비상경로의 방위 및 고도, 그리고 아마도 단지 발사체가 포탄 또는 소형 화기인지의 표시를 나타내는 것일 수 있다.

따라서, 본 발명은 매우 정확하고 용이하게 달성되는 수단 및 발사체의 비상 경로를 결정하는 방법을 제공한다. 상기 장치는 상업상 입수 가능하며 상기에 기술한 바와 같이 다양한 용도를 위한 다양한 구성으로 조립될 수 있는 구성요소로 구성되어 있다. 상기 장치는 조립하기에 비교적 비용이 들지 않으며 동작시키기에 용이하므로, 전쟁터 상태에 요긴하다. 따라서, 본 발명은 본 기술에 있어서 상당한 진보를 제공한다.

따라서 지금까지 본 발명을 기술하였지만, 본 발명은 첨부된 특허청구의 범위 및 사상에 포함되도록 의도되어 있는 상기의 특정, 실시 태양의 설명이외의 여러 변형들을 허용한다는 점을 알 수 있을 것이다.

Claims (36)

1. (1) 감지기 부근을 지나치는 초음속 발사체에 의해 발생되는 충격파와 마주칠 수 있으며 상기 충격파에 응답하여, 각각의 감지기로부터 상기 충격파의 기점에 이르는 단위 조준 벡터의 방위 및 고도각에 관련되어 있는 신호를 발생시킬 수 있는 적어도 3개의 이격배치된 감지기,

   (2) 상기 신호로부터, 각각의 감지기로부터 상기 충격파의 기점에 이르는 단위 조준 벡터의 방위 및 고도각을 계산하는 수단, 및

   (3) 상기 3개의 감지기 각각의 단위 조준 벡터로부터 상기 발사체의 국부 비상경로의 방위 및 고도각을 계산하는 수단

   을 포함하는, 알지 못하는 속도 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 감지기는 발사체에 의해 전파되는 충격파에 영향을 받는 변환기를 갖는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
3. 제2항에 있어서, 감지기의 변환기를 지나침에 있어서 상기 충격파의 시간경과를 측정하기 위한 수단을 포함하는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 변환기를 지나침에 있어서 상기 충격파의 시간경과의 차를 측정하기 위한 수단을 포함하는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 변환기는 상기 충격파의 충격 전면부에 영향을 받는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 감지기는 상기 충격파에 및 주위 밀도라인에 영향을 받으며, 감지기를 거쳐 상기 충격파 및 주위 밀도라인의 지나침의 시간 경과로 부터의 상기 발사체의 길이의 계산을 위한 수단이 제공되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
7. 제2항에 있어서, 각각의 감지기에는 3개의 변환기가 존재하는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 변환기는 등변 삼각형으로 배치되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상 경로를 결정하는 장치.
9. 제1항에 있어서, 적어도 3개의 감지기는 삼각형을 형성하도록 배치되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
10. 제1항에 있어서, 복수개의 3개 이상의 감지기가 존재하며, 상기 발사체의 국부 비상 경로의 방위 및 고도각을 계산하기 위해 상기 복수개의 감지기로부터 적어도 3개의 감지기를 선택하는 수단이 제공되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
11. 제2항에 있어서, 감지기의 변환기는 적어도 3cm 이격 배치되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상 경로를 결정하는 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 감지기는 적어도 200cm 내지 30미터에 이르기까지 이격배치되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 감지기는 실질적으로 서로 음향 분리되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
14. 제2항에 있어서, 상기 변환기는 실질적으로 서로 음향 분리되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 감지기는 동력에 의한 차량, 대포, 소총 또는 휴대용 기부(base) 상에 장착되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 감지기는 탱크상에 장착되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
17. 제2항에 있어서, 상기 변환기는 압전 결정(piezoelectric crystal)인, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 결정은 음향 제동 재료상에 장착되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 장치.
19. (1) 감지기의 부근을 지나치는 초음속 발사체에 의해 발생되는 충격파와 마주칠 수 있으며, 각각의 감지기로부터 상기 충격파의 기점에 이르는 단위 조준 벡터의 방위 및 고도각에 관련되어 있는 신호를 발생시킬 수 있는 적어도 3개의 이격배치된 감지기를 제공하는 단계,

    (2) 상기 신호로부터, 각각의 감지기로부터 상기 충격파의 기점에 이르는 단위 조준 벡터의 방위 및 고도각을 계산하는 단계, 및

    (3) 상기 3개의 감지기 각각의 단위 조준 벡터로부터, 상기 발사체의 국부 비상경로의 방위 및 고도각을 계산하는 단계

    을 포함하는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 감지기는 발사체 의해 전파되는 충격파에 영향을 받는 변환기를 지니는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
21. 제20항에 있어서, 감지기의 변환기를 지나침에 있어서 상기 충격파의 시간 경과를 측정하는 단계를 포함하는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 변환기를 지나침에 있어서 상기 충격파의 시간 경과의 차를 측정하는 단계를 포함하는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 변환기는 상기 충격파의 충격 전면부에 영향을 받는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상 경로를 결정하는 방법.
24. 제19항에 있어서, 상기 감지기는 상기 충격파에 및 주위 밀도라인에 영향을 받으며, 상기 발사체의 길이는 감지기를 통한 상기 충격파 및 상기 주위 밀도라인의 지나침의 시간 경과로부터 계산되는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상 경로를 결정하는 방법.
25. 제20항에 있어서, 각각의 감지기에는 3개의 변환기가 존재하는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
26. 제25항에 있어서, 상기 변환기는 등변 삼각형으로 배치되는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
27. 제19항에 있어서, 적어도 3개의 감지기는 삼각형을 형성하도록 배치되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
28. 제19항에 있어서, 복수개의 3개 이상의 감지기가 존재하며, 상기 발사체의 비상경로의 방위 및 고도각을 계산하기 위해 상기 복수개의 감지기로부터 적어도 3개의 감지기가 선택되는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
29. 제20항에 있어서, 감지기의 변환기는 적어도 3cm 이격에 배치되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
30. 제19항에 있어서, 상기 감지기는 실질적으로 서로 음향분리되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
31. 제20항에 있어서, 상기 변환기는 실질적으로 서로 음향분리되어 있는, 알지못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
32. 제29항에 있어서, 상기 감지기는 적어도 200cm 내지 30미터에 이르기까지 이격배치되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
33. 제19항에 있어서, 상기 감지기는 동력에 의한 차량, 대포, 소총 또는 휴대용 기부(base)상에 장착되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상 경로를 결정하는 방법.
34. 제33항에 있어서, 상기 감지기는 탱크상에 장착되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상 경로를 결정하는 방법.
35. 제20항에 있어서, 상기 변환기는 압전 결정(piezoelectric crystal)인, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.
36. 제35항에 있어서, 상기 결정은 음향 제동 재료상에 장착되어 있는, 알지 못하는 속도 및 방향의 초음속 발사체의 비상경로를 결정하는 방법.