선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 탑재비행시험을 통한 표적포착 확률을 사전 검증하여 개발사업 전체의 위험요소를 최소화하는데 큰 기여를 하였다.
- 본 논문에서는 국내 최초로 기본훈련기를 이용한 탑재비행시험 수행 방안과 그 결과를 서술하였다. 탐색기 하드웨어의 작동성능 확인 및 알고리즘의 검증, 국산 센서뭉치 성능시험, 전파고도계 특성비교, 보정항법 성능검증, 연구용 영상자료 획득 등의 유용한 결과를 얻었다.
- 이 논문에서는 국내 개발에 성공한 기본훈련기를 사용하여 국내 최초로 유도무기의 핵심 탑재 장비에 대한 본격적인 탑재비행시험을 수행하여 탑재장비들의 비행 중 성능을 검증한 과정을 탑재 비행시험 방안, 방법, 결과, 결론 및 발전 방향의 내용으로 서술하고자 한다.
제안 방법
- GPS 신호를 활용하여 관성항법 정확도를 향상시키는 보정항법 소프트웨어를 유도조종 장치에 탑재하여 그 결과를 DGPS 방법으로 계측된 기준궤적과 비교하여 항법 장치의 종합적 성능을 평가하였다. 그림 9에는 수평 비행경로의 순수항법장치 결과와 DGPS 결과를 비교하여 도시하였다.
- 유인기의 경우에 비행 안전과 기술적 검토를 위한 지침서를 이용하여 적합성 설계를 검증하고 있다[3]. 검증하는 대표적인 항목은 비행제한조건(중량, 속도, 기동 등), 외장분리영역, 비행안전성, 탑재체 구조 안전성, 외형측정 및 장착 오차 점검, Intra-system EMC (Electro-Magnetic Compatibility) 시험 등이다. 특히, Intra-system EMC 시험은 비행체 탑재 장비와 탑재체 탑재장비 상호간의 전자기파 간섭 유무를 분석하여 탑재시험 시 발생 가능한 위험을 사전에 확인 및 배제하는 중요한 절차이다.
- 시험평가 등에 있다. 구체적으로 서술하면, 다양한 기상환경/계절/시간대에 따른 탐색기 종합성능, 다양한 표적 및 주변 환경에 따른 탐색기종합성능, 다양한 운용모드 및 알고리즘에 따른 탐색기 종합성능에 대한 항목을 시험평가하고, 표적 특성신호 획득/분석/데이터베이스 구축을 위하여 다양한 기상환경/계절/시간대에 따른 표적 특성신호 획득과 다양한 표적 및 주변 환경에 따른 표적 특성신호 획득을 수행하며, 가속도계/ 각속도 자이로/전파고도계 등과 같은 개발 센서들의 비행환경 성능을 시험평가하며, GPS를 사용한 항법장치의 보정항법 성능을 시험평가 한다.
- 비행경로의 위치 정보는 실제 유도탄의 경우와 동일하게 설정할 수 있으나, 속도는 탑재 비행체의 성능에 따라 결정되므로 속도 모사는 불가능하여 결과 분석 시 이를 감안하였다. 그 예로는 탐색기 획득 영상의 프레임 율 (frame rate)을 시험 후 유도탄 속도에 맞추어 조정하고 영상 시뮬레이션 검증을 통하여 탐색기 알고리즘의 적용 가능성을 판단하였다. 또한, 유도탄의 실제 사격 시험과 같이 폐회로 유도조종알고리듬의 성능 검증이 불가능하여, 역시 시험 후 계측 자료를 활용한 전산 시뮬레이션을 통하여 적용 알고리즘의 적절성을 검증하였다.
- 기본훈련기를 비행체로 사용하기 위하여 좌우 주익 하방에 장착하는 외부연료탱크와 유사한 외형과 질량특성을 만족하는 외부탑재체(Pod, 이하 탑재체)를 설계/제작하였다. 이 탑재체는 공력 특성이 입증되고 구조강도가 보장되어야 한다.
- 또한 기본훈련기에 장착되어 있는 원격측정장치 (TLM)를 사용하여 실시간으로 탐색기 영상을 지상에서 수신하여 비행 상황을 확인하면서, 필요시 조종사와 통신하여 비행임무를 즉각 수정할 수 있도록 하였다.
- 최근 정밀타격 공대지 유도무기인 SCALP EG(Storm Shadow) 개발의 경우에는 헬기에 유도조종장치와 탐색기를 탑재하여 비행시험 전 시험용 모의 표적에 대하여 100 쏘티이상의 탑재비행시험을 수행한 후 실제 사격에서 표적을 명중시켰다[2]. 또한, Tomahawk의 개발 경우에도 TIMS(Tomahawk In-flight Missile Simulator)를 활용하여 유도탄 항법 및 데이터링크 통신시험, 원격측정 및 비행안전 기능점검을 위하여 항공기를 사용하여 탑재비행시험을 수행하였고, 매 비행시험 전 비행임무계획과 비행소프트웨어를 검증하기 위하여 비행 임무 형상과 유사한 궤적으로 탑재비행시험을 수행하였다.
- 모든 자료기록은 40Hz 주기로 이루어지고, 그 주요 항목은 표 2와 같다. 또한, 실시간으로 탐색기 작동 상태를 확인하면서 비행 중 요구사항을 반영하기 위하여 기본훈련기의 원격측정장치를 사용하여 탐색기 영상을 실시간으로 비행 상황실에 도시 (Display) 하였다. 그림 4는 비행 안전 및 통제 목적의 항공기 자세 및 계기 시현 화면으로, 롤/피치/요 자세각, 각각의 조종면 변위, 엔진 회전수 등이 표현되고 있다.
- 선진국의 사례로 초기 대함 유도탄 탑재 비행시험의 경우에는 비행체의 전방부에 유도장치와 초고주파 탐색기를 장착하고 탐색기 성능을 비교 평가하기 위한 TV 카메라를 장착한 형상으로 탑재 비행시험을 수행하였고, 이후 별도의 탑재 비행시험용 ATIMS(Airborne Turret Infrared Measurement System)라고 명명한 외부 탑재체(External Pod) 를 제작하여 적외선 탐색기에 대한 탑재 비행시험을 수행하였다[1]. 최근 정밀타격 공대지 유도무기인 SCALP EG(Storm Shadow) 개발의 경우에는 헬기에 유도조종장치와 탐색기를 탑재하여 비행시험 전 시험용 모의 표적에 대하여 100 쏘티이상의 탑재비행시험을 수행한 후 실제 사격에서 표적을 명중시켰다[2].
- 수정 작성하였다. 소프트웨어 준비 단계에서 관성항법장치 초기정렬, 이륙 신호 발생, 경로점 통과 기준, 항공기 탑재 공력측정 장치 (testboom) 기압고도 신호 이용, 탐색기 지향 명령 제어 방안 등을 고려하였고, 탐색기용 표적 자료 및 자동표적인식 알고리듬을 작성하여 탑재하였다.
- 수행되었다. 이후 2006년도까지 서산 비행장 및 안흥 국방과학연구소 해상 시험장 일원에서 총 150 쏘티 이상의 시험을 수행하였고, 동일 탑재체를 민간 헬리콥터에 장착하여 탑재 비행시험을 수행하였다[5, 6]. 그림 5와 그림 6에는 각각 외부 탑재체가 장착되어 비행하고 있는 KTX-1 항공기와 민간 헬리콥터를 도시하였다.
- 참고문헌 [3]의 절차에 따라 비행안전에 대한 기술적 검토를 수행하고, 기본훈련기와 탑재체 의전 자기적 상호간섭 유무를 검증하기 위하여 Intra-system EMC 시험을 실시하여 간섭이 없음을 확인하였다.
- 그림 1에는 탐색기 표적 포착 . 추적 시험 성능 등을 포함한 탑재비행시험 방안을 개념적으로 표현하였다.
- 제작과 비행체와의 적합성 검증을 완료하면 탑재 장비 및 소프트웨어의 구체적성능 항목을 평가하기 위하여 특정 비행경로를 계획해야 한다. 탐색기 성능을 시험평가 할 표적 설치 또는 기존 표적을 선정하고, 항법 성능과 센서 특성 등을 시험평가 할 비행궤적을 작성한다. 그림 3에는 접근 방향에 따라 탐색기 포착성능을 비교하기 위한 경로 계획의 사례를 도시하였다.
- 탐색기 종합성능 시험평가와 특성자료 획득을 위하여 다양한 기상환경, 다양한 표적 및 주변 환경, 다양한 운용모드 및 알고리듬에 대한 시험을 계획하고 수행하였다. 그 결과 미리 선정된 다양한 형태의 지상 표적들을 대상으로 표적 포착 및 추적 성능 검증을 완료하였다.
- 탑재비행시험 절차를 정립하여 시험 절차 서를 작성하고, 이에 따라 탑재체 내에 탑재된 유도조종 장치의 유도탄용 탑재 프로그램을 탑재 비행시험용으로 수정 작성하였다. 소프트웨어 준비 단계에서 관성항법장치 초기정렬, 이륙 신호 발생, 경로점 통과 기준, 항공기 탑재 공력측정 장치 (testboom) 기압고도 신호 이용, 탐색기 지향 명령 제어 방안 등을 고려하였고, 탐색기용 표적 자료 및 자동표적인식 알고리듬을 작성하여 탑재하였다.
- 탑재비행시험의 자료획득을 위하여 탑재체 내에 탐색기 영상을 기록할 디지털 영상 기록 장치 및 유도조종 장치의 1553B 자료를 기록할 디지털 자료기록장치를 장착하였다. 탐색기 영상에는 시간 동기를 위한 GPS 시간이 같이 기록된다.
- 탑재체 내부에 필요한 장비들을 배치(그림 2) 하였고, 전원과 비행고도 정보를 위하여 기본훈련기의 전원과 기압고도 신호를 사용하였다. 또한 기본훈련기에 장착되어 있는 원격측정장치 (TLM)를 사용하여 실시간으로 탐색기 영상을 지상에서 수신하여 비행 상황을 확인하면서, 필요시 조종사와 통신하여 비행임무를 즉각 수정할 수 있도록 하였다.
- 그림 9에는 수평 비행경로의 순수항법장치 결과와 DGPS 결과를 비교하여 도시하였다. 특히 전파 고도계를 이용한 고도 자료 및 GPS 자료 등을 종합적으로 획득하고 분석하여 개발 단계의 보정항법 알고리즘을 검증하고 개선사항을 도출하는데 기여하였다.
대상 데이터
- 비행경로를 시험목적에 따라 설정하고, 경로점 (Way-point)와 해당 정보를 반영한 임무 자료 파일을 준비하였다. 비행경로의 위치 정보는 실제 유도탄의 경우와 동일하게 설정할 수 있으나, 속도는 탑재 비행체의 성능에 따라 결정되므로 속도 모사는 불가능하여 결과 분석 시 이를 감안하였다.
성능/효과
- 계획하고 수행하였다. 그 결과 미리 선정된 다양한 형태의 지상 표적들을 대상으로 표적 포착 및 추적 성능 검증을 완료하였다. 시험 진행 과정에서 탐색기의 표적 오포착, 추적점 흔들림, 추적점 상실 등과 같은 알고리즘 개선 및 보완요구사항이 도출되었고, 정량적 영상분석 및 계측 신호 분석을 통하여 매개변수 조정, 구성 알고리즘의 수정방안 등이 강구되고 정립되었다.
- 탑재 비행시험에 활용할 수 있는 국내 개발된 항공기가 없었고, 탑재비행 시험장비 외부 탑재체에 대한 비행체와의 적합성을 입증해야 되는데, 국외도입된 항공기를 사용할 시에는 이에 대한 절차 및 과정을 보장할 수 없었다. 그 결과 민간 헬기를 대여하여 전파고도계 및 탐색기의 단품 수준 기능을 비행환경에서 간단하게 점검하였고, 기본훈련기의 후방석에 항법장비를 탑재하여 단품 기능 점검을 수행한 수준이었다.
- 검증되었다. 따라서 막대한 자원이 소요되는 비행시험의 기술적 위험도를 줄이는데 현저한 공헌을 하였고, 그 결과 전체적인 무기체계의 연구개발 과정에서 일정단축, 예산절감, 시험기술축척 등의 효과를 얻었다. 완성된 유도탄의 실제 사격시험 1회 소요 비용이 수십억 원 이상인 점을 고려한다면, 탑재비행시험을 통한 예산 절감 정도를 짐작할 수 있을 것이다.
- 9인 탑재장비를 시험평가 하는 경우 전체 시험 횟수 중 일정 비율의 실패 결과를 얻는다 하더라도 그 신뢰수준은 증가하는 결과를 얻는다(표 1). 따라서 제한된 횟수의 유도무기 실제 사격 시험으로는 확보할 수 없는 시험결과의 신뢰수준을 일정 횟수 이상의 탑재 비행시험을 통하여 얻을 수 있다.
- 그 예로는 탐색기 획득 영상의 프레임 율 (frame rate)을 시험 후 유도탄 속도에 맞추어 조정하고 영상 시뮬레이션 검증을 통하여 탐색기 알고리즘의 적용 가능성을 판단하였다. 또한, 유도탄의 실제 사격 시험과 같이 폐회로 유도조종알고리듬의 성능 검증이 불가능하여, 역시 시험 후 계측 자료를 활용한 전산 시뮬레이션을 통하여 적용 알고리즘의 적절성을 검증하였다.
- 준비하였다. 비행경로의 위치 정보는 실제 유도탄의 경우와 동일하게 설정할 수 있으나, 속도는 탑재 비행체의 성능에 따라 결정되므로 속도 모사는 불가능하여 결과 분석 시 이를 감안하였다. 그 예로는 탐색기 획득 영상의 프레임 율 (frame rate)을 시험 후 유도탄 속도에 맞추어 조정하고 영상 시뮬레이션 검증을 통하여 탐색기 알고리즘의 적용 가능성을 판단하였다.
- 5) 결과에 대한 신뢰수준을 다음의 수식으로 정리할 수 있다. 시험을 한 번도 실패하지 않을 경우 연속된 4회의 시험 결과 신뢰수준 93.75%를, 한번 실패할 경우 전체 6회의 시험으로 신뢰수준 90.63%를, 두 번 실패할 경우 전체 9회의 시험으로 신뢰수준 92.97%를 얻을 수 있다.
- 탐색기 하드웨어의 작동성능 확인 및 알고리즘의 검증, 국산 센서뭉치 성능시험, 전파고도계 특성비교, 보정항법 성능검증, 연구용 영상자료 획득 등의 유용한 결과를 얻었다.
- 탑재비행시험을 통하여 연구개발 단계에 있는 핵심 부품 및 기술들이 실제 비행 환경에서 종합적으로 검증되었다. 따라서 막대한 자원이 소요되는 비행시험의 기술적 위험도를 줄이는데 현저한 공헌을 하였고, 그 결과 전체적인 무기체계의 연구개발 과정에서 일정단축, 예산절감, 시험기술축척 등의 효과를 얻었다.
- 탑재시험 자료 계측과 관련하여 정밀 비행궤적 측정을 위한 DGPS 자료, 정밀 자세측정 장비, 계측자료 시간동기 등의 중요성을 절감하였다.
후속연구
- 판단한다. 그 결과 좀 더 향상된 성능의 탐색기 알고리즘 개발이 가능할 것이다.
- 또한, 비행 중 획득된 탐색기의 다양한 영상자료는 추후의 연구개발 과정에서 영상 소프트웨어 시뮬레이션 등과 같은 분야에 유용하게 사용되리라 판단한다. 그 결과 좀 더 향상된 성능의 탐색기 알고리즘 개발이 가능할 것이다.
- 따라서 막대한 자원이 소요되는 비행시험의 기술적 위험도를 줄이는데 현저한 공헌을 하였고, 그 결과 전체적인 무기체계의 연구개발 과정에서 일정단축, 예산절감, 시험기술축척 등의 효과를 얻었다. 완성된 유도탄의 실제 사격시험 1회 소요 비용이 수십억 원 이상인 점을 고려한다면, 탑재비행시험을 통한 예산 절감 정도를 짐작할 수 있을 것이다.
- 향후 국내의 탑재비행시험은 시험목적에 따라 다양한 비행체(고등 훈련기 T-50과 같은 고속 비행체, 헬기, 무인항공기 등)을 이용하는 방안과 야간.악천후 상황에서의 탑재비행시험 수행 등과 같은 방향으로 발전하리라 예견된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.