KR101695523B1 - 능동 표면온도 조절에 의한 적외선 스텔스 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동 표면온도 조절에 의한 적외선 스텔스 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 물체를 외부 적외선 탐지기로부터 은폐하기 위한 적외선 스텔스 장치로서, 상기 물체의 주변에 위치한 배경에서 방출하는 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도를 검출하는 내부 적외선 탐지기; 및 상기 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도에 따라 상기 물체에서 방출되는 물체 적외선 신호량이 상기 배경 적외선 신호량과 동조되도록, 상기 물체의 표면 온도를 조절하는 제어부를 포함하는 적외선 스텔스 장치가 제공된다.

Description

능동 표면온도 조절에 의한 적외선 스텔스 장치 및 방법{Infra-Red Stealth Device and Method by Active Surface Temperature Control}

본 발명은 능동 표면온도 조절에 의한 적외선 스텔스 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부 적외선 탐지 기능에 대항하여 물체를 은폐할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

현재 제작되고 있는 군사용 장비들은 다양한 신호에 대한 스텔스 기능을 기본적으로 탑재하고 있으며, 이중 적외선 스텔스 기능에 대한 연구가 꾸준히 이루어지고 있다.

지구상에 존재하는 모든 물체는 절대온도 0K 이상일 때 복사에너지를 방출하게 된다. 이때 방출되는 복사에너지는 적외선 영역(중적외선 영역 3~5μm, 원적외선 영역 8~12μm)에서 효과적으로 탐지할 수 있으며, 이에 대응하는 개념으로 물체에서 방출되는 적외선 신호를 효과적으로 저감하는 방법에 관해서도 연구가 진행 중이다.

본 출원인에 의한 한국공개특허 2013-0139484에는 물체 표면에 차단막을 제공하고 차단막에 냉매를 분사하여 적외선을 저감하는 구성을 개시하고 있으나, 이처럼 물체의 온도를 낮추는 것만으로는 적외선 스텔스 기능을 구현하기 어려운 단점이 있다.

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 배경의 적외선 신호량을 고려하여 물체의 표면 온도를 조절함으로써 적외선 탐지가 불가능하게 할 수 있는 능동 표면온도 조절에 의한 적외선 스텔스 장치 및 방법을 제안하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 외부 적외선 탐지기로부터 물체를 은폐하기 위한 적외선 스텔스 장치로서, 상기 물체의 주변에 위치한 배경에서 방출하는 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도를 검출하는 내부 적외선 탐지기; 및 상기 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도에 따라 상기 물체에서 방출되는 물체 적외선 신호량이 상기 배경 적외선 신호량과 동조되도록, 상기 물체의 표면 온도를 조절하는 제어부를 포함하는 적외선 스텔스 장치가 제공된다.

상기 제어부는 상기 외부 적외선 탐지기의 위치를 고려하여 상기 배경의 위치를 결정할 수 있다.

상기 외부 적외선 탐지기의 위치를 저장하는 위치 정보 수집부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 외부 적외선 탐지기의 위치가 변경되는 경우, 상기 내부 적외선 탐지기가 상기 변경된 외부 적외선 탐지기의 위치에 상응하게 결정된 배경에서 방출하는 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도를 검출하도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는 미리 설정된 파장 범위 내에서 물체 적외선 신호량이 상기 배경 적외선 신호량과 동조되도록 상기 물체의 표면 온도를 조절할 수 있다.

상기 제어부는 상기 물체가 외부 복사원에 노출된 경우, 상기 물체의 표면 온도에 의한 적외선 신호량, 상기 외부 복사원으로부터 상기 물체 표면에 입사하는 복사에너지 및 상기 물체와 상기 배경 사이에서의 적외선 신호량 중 적어도 하나를 이용하여 상기 물체의 표면 온도를 조절할 수 있다.

상기 물체의 외부에 배치되는 온도 조절 플레이트를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 온도 조절 플레이트가 전기 신호를 인가하여 상기 온도 조절 플레이트의 온도가 조절되도록 제어할 수 있다.

상기 온도 조절 플레이트는 서로 다른 전도성을 갖는 금속들이 결합하여 이루어지며, 펠티어 효과를 이용하여 온도가 조절될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 물체를 외부 적외선 탐지기로부터 은폐하기 위한 적외선 스텔스 방법으로서, 상기 물체의 주변에 위치한 배경에서 방출하는 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도를 검출하는 단계; 및 상기 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도에 따라 상기 물체에서 방출되는 물체 적외선 신호량이 상기 배경 적외선 신호량과 동조되도록 하는 물체의 표면 온도를 결정하는 단계; 및 상기 물체의 표면 온도 제어를 위한 전기 신호를 출력하는 단계를 포함하는 적외선 스텔스 방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 물체의 주변에 위치한 배경의 적외선 신호량에 맞추어 물체의 표면 온도 조절을 통해 물체에서의 적외선 신호량을 조절함으로써 간단한 방법으로 적외선 스텔스 기능을 구현할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적외선 스텔스 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 외부 적외선 탐지기의 위치 변화에 따른 검출 대상이 되는 배경이 변경되는 상태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 스텔스 과정을 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 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.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적외선 스텔스 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 적외선 스텔스 장치는 은폐가 필요한 물체(100)에 제공될 수 있으며, 내부 적외선 탐지기(102), 위치 정보 수집부(104), 제어부(106) 및 온도 가변 플레이트(108)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 적외선 스텔스 장치는 외부 적외선 탐지기(120), 예를 들어, 적외선 탐지 미사일에 탑재된 적외선 탐지기(120)로부터 물체(100)를 은폐하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명은 물체(100)에 장착된 내부 적외선 탐지기(102)가 물체의 주변에 위치한 배경(130)에서 방출되는 적외선 신호량(또는 온도)을 검출하고, 제어부(106)가 검출된 배경(130)의 적외선 신호량에 따라 물체(100)의 표면 온도를 조절하여 배경(130)과 물체(100) 표면에서 방출되는 적외선 신호량이 같아지게 하는 것이다.

여기서, 적외선 신호량은 특정 파장 범위, 바람직하게는 외부 적외선 탐지기(120)에 탐지하는 통상의 적외선 파장 대역에서의 신호량일 수 있다.

보다 상세하게, 물체(100)의 적외선 은폐가 필요한 경우, 제어부(106)는 적외선 탐지기(102)가 물체(100)의 주변 배경(130)에 대한 적외선 신호량을 검출하도록 제어한다.

바람직하게, 제어부(106)는 위치 정보 수집부(104)에 저장된 외부 적외선 탐지기(120)의 위치를 고려하여, 적외선 탐지기(102)가 외부 적외선 탐지기(120)와 물체(100)를 연장하는 곳에 위치하는 배경(130)에서의 적외선 신호량을 검출하도록 제어한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 외부 적외선 탐지기(120)의 위치가 (a)에서 (b)와 같이 변경되는 경우, 제어부(106)는 내부 적외선 탐지기(102)에 의한 배경 적외선 신호량 검출 및 표면 온도 제어 과정을 다시 이루어지도록 한다.

적외선 탐지기(102)에 의해 배경(130)의 적외선 신호량이 검출되는 경우, 제어부(106)는 물체의 표면 온도를 조절한다.

바람직하게, 물체(100)의 주변에는 온도 가변 플레이트(108)가 제공될 수 있으며, 제어부(106)는 온도 가변 플레이트(108)의 온도가 조절되도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 온도 가변 플레이트(108)는 서로 다른 전송성을 갖는 금속이 결합된 것일 수 있다. 본 실시예에 따른 온도 가변 플레이트(108)는 전류의 방향에 따라 흡열 또는 발열이 발생하는 펠티어 효과를 통해 온도를 조절할 수 있다.

제어부(106)와 온도 가변 플레이트(108) 사이에는 전류의 방향 조절을 위한 온도 조절 장치가 제공될 수 있을 것이다.

상기한 온도 조절 플레이트(108)는 물체(100)의 외부에 둘러싸인 형태로 제공될 수 있으며, 온도 조절 플레이트(108)의 온도를 조절하여 온도 조절 플레이트(108)를 통해 방출되는 적외선 신호량이 미리 측정된 배경(130)에 의해 방출되는 적외선 신호량과 동조화함으로써, 외부 적외선 탐지기(120)에 의해 물체(100)가 탐지되는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는 수식을 참조하여 적외선 신호량 분석 알고리즘을 상세하게 설명한다.

적외선 신호량 분석 알고리즘에 대해 암실 내부에서와 외부 환경에서의 스텔스 조건에 따라 각각 설명한다.

(1) 암실 내부에서의 스텔스 조건

파장 대역별 물체의 표면으로부터 방출되는 적외선 신호량은 다음 수식으로 계산 가능하다.

여기서,

는 파장대역

과

사이의 복사에너지 양

는 파장 및 온도에 따른 흑체(blackbody) 복사에너지

는 슈테판-볼츠만(Stefan-Boltzmann) 상수

는 파장 범위에서 평균 방사율

는 방위각

는 고도각

배경 복사량(적외선 신호량):

물체 복사량(적외선 신호량):

여기서, 적외선 스텔스를 위한 조건은 다음과 같다.

배경과 동일한 적외선 신호량을 방출하기 위한 물체(온도 조절 플레이트)의 표면온도는 상기한 식을 이용하여 도출된다.

아래의 수식은 배경 복사량을 이용하는 경우와, 배경 온도를 이용하는 경우, 물체(100)의 적외선 스텔스를 위해 조절되어야 하는 온도를 나타낸다.

여기서,

는 전체 파장대역 대비 관심 파장대역

과

의 분율

는 배경의 표면온도,

는 물체의 표면온도로서, 물체가 파장

사이의 영상에서 보이지 않게 되는 온도이다.

(2) 물체가 외부 환경에 노출된 경우의 스텔스 조건

물체가 외부 환경에 노출되는 경우, 물체가 방출하는 적외선 신호량은 다음 수식으로 계산이 가능하다.

여기서,

여기서,

는 자체 방사 복사에너지(self-emitted radiance)

는 물체 표면 반사 복사에너지(reflected radiance)

는 물체와 외부 적외선 탐지기 사이의 대기 복사에너지(path radiance)

: 물체와 외부 적외선 탐지기 사이의 거리

: 외부 복사원으로부터 물체 표면에 입사하는 복사에너지

는 입사 방위각(azimuth angle)

는 반사 방위각

는 입사 고도각(elevation angle)

는 반사 고도각(elevation angle)

온도가

인 배경으로부터 방향

로 나오는 복사량(적외선 신호량)이

라고 할 때, 적외선 스텔스를 위한 조건은 다음과 같다.

물체가 배경과 동일한 적외선 신호를 방출하기 위한 물체의 표면 온도는 상기한 식을 이용하여 계산이 가능하며, 아래의 수식과 같다.

여기서,

는 물체가 파장

사이의 영상에서 보이지 않게 되는 온도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 스텔스 과정을 도시한 도면이다

도 3을 참조하면, 적외선 스텔스 장치의 제어부(106)는 검출이 필요한 배경을 결정한다(단계 300).

단계 300는 외부 적외선 탐지기(120)와 현재 물체(100)의 위치를 고려하여 배경의 위치를 결정할 수 있다.

이후, 내부 적외선 탐지기(102)는 단계 300에서 결정된 배경에 대한 배경 적외선 신호량(또는 온도)을 검출한다(단계 302).

제어부(106)는 검출된 적외선 신호량에 따른 물체의 표면 온도를 결정한다(단계 304).

단계 304에서 결정되는 물체의 표면 온도는 배경 적외선 신호량과 물체 적외선 신호량이 동조되도록 하는 표면 온도를 결정하는 과정이다.

단계 304에서 결정된 표면 온도에 따라 온도 조절 플레이트(108)에 전기 신호를 인가하여 물체의 표면 온도를 조절한다(단계 306).

다음으로, 제어부(106)는 배경의 변경이 필요한지 여부를 판단한다(단계 308).

여기서, 배경 변경의 판단은 물체의 위치 이동 또는 외부 적외선 탐지기의 위치 이동으로 물체와 동조되어야 하는 배경이 변경되었는지 여부를 판단하는 과정이다.

만일 배경의 변경이 필요한 것으로 판단되는 경우, 제어부(106)는 단계 302 내지 206 과정이 다시 수행되도록 제어한다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (10)

1. 외부 적외선 탐지기로부터 물체를 은폐하기 위한 적외선 스텔스 장치로서,
   상기 물체의 주변에 위치한 배경에서 방출하는 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도를 검출하는 내부 적외선 탐지기; 및
   상기 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도에 따라 상기 물체에서 방출되는 물체 적외선 신호량이 상기 배경 적외선 신호량과 동조되도록, 상기 물체의 표면 온도를 조절하는 제어부를 포함하되,
   상기 제어부는 상기 외부 적외선 탐지기의 위치를 고려하여 상기 배경의 위치를 결정하는 적외선 스텔스 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 외부 적외선 탐지기의 위치를 저장하는 위치 정보 수집부를 더 포함하되,
   상기 제어부는 상기 외부 적외선 탐지기의 위치가 변경되는 경우, 상기 내부 적외선 탐지기가 상기 변경된 외부 적외선 탐지기의 위치에 상응하게 결정된 배경에서 방출하는 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도를 검출하도록 제어하는 적외선 스텔스 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 미리 설정된 파장 범위 내에서 물체 적외선 신호량이 상기 배경 적외선 신호량과 동조되도록 상기 물체의 표면 온도를 조절하는 적외선 스텔스 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 물체가 외부 복사원에 노출된 경우, 상기 물체의 표면 온도에 의한 복사에너지, 상기 외부 복사원으로부터 상기 물체 표면에 입사하는 복사에너지, 상기 물체의 표면 반사 복사에너지, 상기 물체와 상기 외부 적외선 탐지기 사이의 대기 복사에너지 및 상기 물체와 상기 외부 적외선 탐지기 사이의 거리 중 적어도 하나를 이용하여 상기 물체의 표면 온도를 조절하는 적외선 스텔스 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 물체의 외부에 배치되는 온도 조절 플레이트를 더 포함하되,
   상기 제어부는 상기 온도 조절 플레이트가 전기 신호를 인가하여 상기 온도 조절 플레이트의 온도가 조절되도록 제어하는 적외선 스텔스 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 온도 조절 플레이트는 서로 다른 전도성을 갖는 금속들이 결합하여 이루어지며, 펠티어 효과를 이용하여 온도가 조절되는 적외선 스텔스 장치.
8. 물체를 외부 적외선 탐지기로부터 은폐하기 위한 적외선 스텔스 방법으로서,
   (a) 상기 물체의 주변에 위치한 배경에서 방출하는 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도를 검출하는 단계; 및
   (b) 상기 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도에 따라 상기 물체에서 방출되는 물체 적외선 신호량이 상기 배경 적외선 신호량과 동조되도록 하는 물체의 표면 온도를 결정하는 단계; 및
   상기 물체의 표면 온도 제어를 위한 전기 신호를 출력하는 단계를 포함하되,
   상기 (a) 단계에 선행하여 상기 외부 적외선 탐지기의 위치를 고려하여 상기 배경의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 적외선 스텔스 방법.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,
    상기 (a) 단계에 선행하여, 상기 외부 적외선 탐지기의 위치를 저장하는 단계를 더 포함하되,
    상기 (a) 단계는 상기 외부 적외선 탐지기의 위치가 변경되는 경우, 내부 적외선 탐지기가 상기 변경된 외부 적외선 탐지기의 위치에 상응하게 결정된 배경에서 방출하는 배경 적외선 신호량 또는 배경 온도를 검출하는 적외선 스텔스 방법.

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