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문제 정의
- 이 논문에서는 운용 및 평가시험을 시행한 자료 중심으로 기술하고자 한다. 시험에 사용한 데이터는 각기 다른 지역에서 실제로 항공기를 띄우고 탐지레이더가 10분간 관측하여 획득한 모의 데이터를 사용하였다.
- 이 논문에서는 이러한 문제점 및 제한사항을 극복하기 위해 탐지레이더에서 비행하는 표적을 탐지 및 식별하고 그 자료를 지상전술C4I체계와 연동하여 표적정보를 사용자에게 전파함으로써 신속한 상황처리를 할 수 있도록 운용될 뿐만 아니라, 상황실로 실시간 경보를 전파하며 적시적인 지휘 결심을 수행할 수 있도록 한다. 구현 핵심내용은 탐지 레이더와 지상전술C4I체계 연동을 통하여 항적자료를 상황도에 자동도시, 현황을 관리하고, 경보전파 등의 지휘결심 지원 기능을 제공하며, 실시간으로 전장상황을 파악할 수 있도록 하여 전장을 가시화하는 것이다.
- 이에 탐지레이더 자료를 이용하여 비행체에 대한 자동화된 항적추적 체계가 필요하였다. 이 논문에서는 탐지레이더에 의한 비행체정보를 디지털 지도상에 실시간 도시하여 평시 공중 경계력을 보강하기 위한 항적추적관리시스템을 제안하였다. 제안 시스템은 소요를 분석하고 유사시 실시간 통합전장 상황 하에서도 항적추적관리 및 신속한 상황조치를 할 수 있도록 개발하였다.
제안 방법
- 이러한 좌표 체계는 각기 환산하는 방식이 상이하여 좌표 체계 간 상호 전환은 상당히 중요한 사항이며 특히, 지리참조 좌표는 공중에서 고속으로 이동하는 표적의 위치를 표정하기에 지리좌표나 군사(UTM)좌표는 부적합하므로 별도의 좌표법을 고안하여 공중 위치를 표정 하도록 한 좌표 체계로써 연합 및 합동작전에서 주로 방공작전에 공통으로 사용하며, 평면위치 지시기 및 상황판, 조기경보 표정 판상에 지리참조 격자를 표시하여 활용한다. 각 좌표 간 전환의 기본은 지리좌표이며 모든 좌표는 지리좌표로 변환 후상호 전환이 가능하도록 설계되었다. 특히, 이 시스템에서는 UTM좌표와 지리참조 좌표간의 상호 전환기능을 제공하기 위해 지리참조 좌표를 미터좌표로 변환하는 알고리즘을 설계하였다.
- 상호운용의 적합성으로 구분하였다. 각 평가항목을 시험하기 위한 다수의 기준과 전제조건을 선정하였다. 1, 2항에 대한 시험결과로는 상황도 도시 시간과 제원수신기의 수신 시간을 비교 해보면<표 1>과 (그림 8)에서 보듯이 레이더 자료의 도시 시간이 기존 수작업 운용체계 수신시각 보다 3~14초 빠르게 나타났으나 시험 당시의 네트워크 운용의 과부하 영향으로 지역별, 측정시간대별로 많은 차이를 보이기 때문에 실시간 경보전파를 위해서는 전파체계를 위한 네트워크 성능개선이 필요한 '문제점으로 나타났다.
- 체계통합시험은 독립된 작업 단위별 또는 한 개 이상의 주요기능을 수행하는 범위 내에 작성된 프로그램 간의 인터페이스의 적절성 시험과 개발단위 형상항목 간의 자료교환 내용의 합당성, 접속관계의 타당성, 완결성을 주요 시험 대상으로 하였다. 기술시험(Development Test)은 최소한 하나의 중요기능을 시험할 수 있는 범위 내에서 모듈간 또는 프로그램간의 인터페이스 적절성을 검증하고 실제 운영환경 하에서 개발계획 또는 분석단계에서 설정한 정보화 요구 목표에 부합되는가를 검증하였다.
- 다수의 레이더를 운용할 경우 동일한 감시 구역 내의 공통 정보들은 거의 동일하므로 상이한 사항만 감지토록 하였으며, 1개의 표적에 대해 2대 이상의 레이더가 감지하였을경우 상황도상에 동일하게 표시되도록 프로그램으로 처리한다. 동일한 표적을 여러 대의 레이더가 감지하였을 경우, 각각의 레이더는 자신의 위치로부터 거리, 방위각, 비행방향, 속도 등을 MFE를 통해서 DLP 서버로 전송하게 된다.
- 다음은 항적 추적 관리 시스템 과 상호운용 적 합성 을 확인하기 위해 기존의 FCR 체계와 항적추적관리시스템을 비교하여 정확도와 효율성을 비교확인 하였다.<표 2>에서 보여주듯이 FCR 체계는 1분 단위로 표정하고, 항적추적관리시스템은 2초 단위로 표정하고 있다.
- 레이더로부터 수신된 신호를 처리하기 위해 별도의 다기능접속장치와 중복자료 처리를 위한 서버급 장비 등을 통하여 체계로 접속하도록 하여 체계내부의 시스템 운용 부하를 감소할 수 있도록 구성하였다. 데이터베이스는 ORACLE 9i를 사용하였으며 다수의 레이더 신호를 처리하고 실시간으로 전시하기 위해서는 파일 및 DB 자료를 병행 처리하면서 클라이언트/서버 모듈 운용환경으로 설계하였다. 운영체제는 클라이언트용으로는 Windows 2000을 기반 운용체제로 선정하고 서버는 UNIX 계열의 운영체제를 최적의 사양으로 선택 설계하였다.
- 데이터의 흐름은 탐지레이더에서 획득한 표적제원이 무전기를 통하여 다기능접속장치로 수신되고, 이 자료를 실시간 데이터처리기(DLP)에서 중복정보를 선별처리한 후에, 상황도관리 주 서버에서 클라이언트로 전파하고 사용자 단말의 디지털 지도상에 전시하도록 함으로써 반응시간 단축과 상황유지 및 지휘 결심을 지원하고, 필요시 저장기능을 통해 과거 중요 항적 추적 자료를 복원하여 분석할 수 있도록 한다.
- 레이더 수신 신호의 처리는 먼저 유입되는 신호 자체가 Binary(Hexa Code)형태의 스트림 데이터로 입력되기 때문에 장치 내에 별도의 신호처리 프로그램을 두어 디코딩 (Decoding)함으로써 T과 '0'의 일렬의 행으로 변환하여 원하는 정보를 추출하도록 하였다. (그림 6)은 신호변환 알고리즘의 처리를 코드화 한 것이다.
- 특히, 연동관련 장비의 탑재 프로그램은 윈도우 C를 사용하여 프로그램 하였으며, 상황도 분야는 MapX가 사용되었다. 레이더로부터 수신된 신호를 처리하기 위해 별도의 다기능접속장치와 중복자료 처리를 위한 서버급 장비 등을 통하여 체계로 접속하도록 하여 체계내부의 시스템 운용 부하를 감소할 수 있도록 구성하였다. 데이터베이스는 ORACLE 9i를 사용하였으며 다수의 레이더 신호를 처리하고 실시간으로 전시하기 위해서는 파일 및 DB 자료를 병행 처리하면서 클라이언트/서버 모듈 운용환경으로 설계하였다.
- 시험 및 평가는 기능단위 시험을 거쳐 프로그램의 적절성이 검증된 이후에, 개별 프로그램이 아닌 전체 시스템으로서의 체계통합시험, 기술시험, 운용 및 평가시험 등을 실시하였다. 체계통합시험은 독립된 작업 단위별 또는 한 개 이상의 주요기능을 수행하는 범위 내에 작성된 프로그램 간의 인터페이스의 적절성 시험과 개발단위 형상항목 간의 자료교환 내용의 합당성, 접속관계의 타당성, 완결성을 주요 시험 대상으로 하였다.
- 신호 처리 시 가장 큰 문제가 속도에 있음을 고려하여, 레이더 한 대의 신호를 하나의 구조체를 사용하여 메모리상에서의 이동을 최대한 적게 하여 처리속도를 높이도록 설계하였다.
- 데이터베이스는 ORACLE 9i를 사용하였으며 다수의 레이더 신호를 처리하고 실시간으로 전시하기 위해서는 파일 및 DB 자료를 병행 처리하면서 클라이언트/서버 모듈 운용환경으로 설계하였다. 운영체제는 클라이언트용으로는 Windows 2000을 기반 운용체제로 선정하고 서버는 UNIX 계열의 운영체제를 최적의 사양으로 선택 설계하였다. 데이터 통신망은 전술 통신망체겨】(스파이데를 기본 네트워크로 하고, 클라이언트/서버 환경으로 운용해야 하는 주둔지 내의 지휘통제실은 TCP/IP 프로토콜을 적용한 LAN으로 설치 운용한다.
- 운용 및 평가시험은 3가지의 대항목으로 분류하여, 첫째 레이더에 의거 탐지 및 식별된 제원 자료를 실시간 전파 성능, 둘째 상황도에 도시되는 성능, 셋째 기존의 제원 수신기와 상호운용의 적합성으로 구분하였다. 각 평가항목을 시험하기 위한 다수의 기준과 전제조건을 선정하였다.
- 부분 등으로 나눈다. 이것을 위해 탐지레이더 운용 개념을 중점적으로 파악하며, 레이더 전파 신호의 추출에 있어 무전기와 제원수신기의 운용개념과 장비의 특성을 분석하고, 데이터를 추출하여 다기능접속장치(MFE)에 의해 컴퓨터와 연동하도록 한다. (그림 2)는 탐지레이더의 자료를 이용한 항적추적관리시스템 운용을 도식화한 것이다.
- 적절성을 평가하게 된다. 이를 위해서 실제 체계운용자에 의한 시험운용을 하도록 여러 계층의 실무자가 참석 하여 사용자 입장에서 평가 및 검증 단계를 거쳤다.
- 이 잡음은 수신 받은 데이터의 신뢰도를 저하시키는 요인으로 작용될 수 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 이를 정보화하기 전에 먼저 잡음 여부를 체크하게 되는데 만약 수신된 신호에 잡음이 생겼을 경우 본 시스템은 수신 신호를 원래 상태로 설정하고 다시 정제된 데이터를 받기 위해 대기하도록 하였다. (그림 5)는 잡음제거를 위한 체크 알고리즘을 나타낸다.
- 그러나 표적 중복처리의 경우 모든 정보에 대해 모든 내용을 비교하는 것보다 단계적으로 즉 X좌표가 오차범위 이내일 경우 Y좌표를 비교하고, Y좌표도 오차범위 이내일 경우 비행방향을 비교하는 순으로 비교하면 연산의 횟수를'감소시킬 수 있다. 이를 해결하기 위해서 DLP 서버를 별도로 배치하여 처리하였다.
- 이 논문에서는 탐지레이더에 의한 비행체정보를 디지털 지도상에 실시간 도시하여 평시 공중 경계력을 보강하기 위한 항적추적관리시스템을 제안하였다. 제안 시스템은 소요를 분석하고 유사시 실시간 통합전장 상황 하에서도 항적추적관리 및 신속한 상황조치를 할 수 있도록 개발하였다. 개발된 시스템의 성능의 우수성을 입증하기위하여 운용 및 시험평가를 수행하여 그 효율성을 입증하였다.
- 각 좌표 간 전환의 기본은 지리좌표이며 모든 좌표는 지리좌표로 변환 후상호 전환이 가능하도록 설계되었다. 특히, 이 시스템에서는 UTM좌표와 지리참조 좌표간의 상호 전환기능을 제공하기 위해 지리참조 좌표를 미터좌표로 변환하는 알고리즘을 설계하였다. 여기서 참고할 것은 지리참조 좌표는 정확한 좌표 체계가 아니라 오차가 심한 좌표, 즉 단지 참조좌표여서 지리 참조좌표 — 지리좌표 UTM좌표 — 미터 좌표로의 변환이 쉽지 않을 뿐만 아니라 오차가 포함되어 있음을 알 수 있다.
- 표적정보의 상황도상 도시는 수신되는 정보 중 레이더의 좌표와 레이더로부터 거리와 방위각을 이용하여 지도상의 위치를 UTM좌표로 부여하여 도시되도록 하였으며, 표시되는 비행체의 심볼 (Symbol)은 비행 방향에 따라 회전(Rotation) 되도록 함으로써 심볼의 방향이 곧 비행체의 비행 방향임을 쉽게 인지 가능토록 하였다.
대상 데이터
- 한다. 시험에 사용한 데이터는 각기 다른 지역에서 실제로 항공기를 띄우고 탐지레이더가 10분간 관측하여 획득한 모의 데이터를 사용하였다.
성능/효과
- 1, 2항에 대한 시험결과로는 상황도 도시 시간과 제원수신기의 수신 시간을 비교 해보면과 (그림 8)에서 보듯이 레이더 자료의 도시 시간이 기존 수작업 운용체계 수신시각 보다 3~14초 빠르게 나타났으나 시험 당시의 네트워크 운용의 과부하 영향으로 지역별, 측정시간대별로 많은 차이를 보이기 때문에 실시간 경보전파를 위해서는 전파체계를 위한 네트워크 성능개선이 필요한 '문제점으로 나타났다.
- 226건을 표정하였으며, 다수의 레이더를 운용할 경우는 (그림 10)에서 보는 바와 같이 FCR 체계에서는 10분 동안 21 건을 실시하였고, 항적추적관리시스템에서는 10분 동안 1530 건을 처리하여 600여 개의 항적을 도시하므로 여러 대의 레이더를 동시에 운용하여 탐지된 표적이 다수일 경우 매우 우수한 효율성을 입증할 수 있었다.
- 제안 시스템은 소요를 분석하고 유사시 실시간 통합전장 상황 하에서도 항적추적관리 및 신속한 상황조치를 할 수 있도록 개발하였다. 개발된 시스템의 성능의 우수성을 입증하기위하여 운용 및 시험평가를 수행하여 그 효율성을 입증하였다. 이 정보체계를 개발함으로써 얻어지는 기대효과는 다수의 비행체가 탐지될 경우 표적을 수작업으로 표정할 필요가 없어 표적 정보의 정확성 향상과 표정시간을 단축할 수 있으며, 감시지역 내의 공중 상황을 종합하고, 실시간 지휘 통제 및 신속한 상황 조치가 가능할 것으로 판단된다.
- 할 사항으로 도출되었다. 그러나 운용 및 평가 시험 결과에서 보듯이 개발된 항적추적관리시스템에서 각 비행표적에 대한 좌표일치와 중복자료 처리의 정확성과 다수의 레이더를 동시에 운용하여 비행체를 탐지할 때는 표적에 대한 동시 표정능력은 매우 우수하였다.
- 단말의 디지털 지도상에 전시하게 된다. 이 연구를 통해 설계되고 개발된 시스템은 경보 반응시간 단축과 상황 유지 및 지휘결심을 지원하고, 필요시 저장기능을 통해 과거 중요 항적추적 상황을 실시간 복원 및 분석이 가능한 장점이 있다. 이 논문의 구성은 2장에서는 현재의 탐지레이더 운용 현상을 분석하고, 3장에서는 레이더자료를 이용하여 항적을 추적할 수 있도록 항적추적관리시스템을 설계하며, 4장에서는 항적추적관리시스템을 구현하고 , 5 장에서는 시험결과를 분석하며 마지막으로 6장에서는 결론 및 향후연구를 제시한다.
후속연구
- 개발된 시스템의 성능의 우수성을 입증하기위하여 운용 및 시험평가를 수행하여 그 효율성을 입증하였다. 이 정보체계를 개발함으로써 얻어지는 기대효과는 다수의 비행체가 탐지될 경우 표적을 수작업으로 표정할 필요가 없어 표적 정보의 정확성 향상과 표정시간을 단축할 수 있으며, 감시지역 내의 공중 상황을 종합하고, 실시간 지휘 통제 및 신속한 상황 조치가 가능할 것으로 판단된다.
- 지역별 배치된 통신장비와 다기능접속장치의 무선통신 운용환경과 장비 간의 네트워크성능에 따라서 제원 수신기까지 레이더 자료의 수신시간 차이는 향후 지속적으로 개선 보완하여야 할 사항으로 도출되었다. 그러나 운용 및 평가 시험 결과에서 보듯이 개발된 항적추적관리시스템에서 각 비행표적에 대한 좌표일치와 중복자료 처리의 정확성과 다수의 레이더를 동시에 운용하여 비행체를 탐지할 때는 표적에 대한 동시 표정능력은 매우 우수하였다.
- 향후 연구과제로는 열악한 전술통신환경에서 신속하고 능동적으로 정보를 전파할 수 있도록 이벤트 통지 서비스 개념을 도입하여 시스템을 보완할 예정이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.