[논문]다중반사 구조를 갖는 복합구조물의 RCS 감소를 위한 광대역 다층 전파흡수체 설계

김국현; 조대승; 김진형

doi:10.3744/snak.2007.44.4.445

다중반사 구조를 갖는 복합구조물의 RCS 감소를 위한 광대역 다층 전파흡수체 설계
Broad-band Multi-layered Radar Absorbing Material Design for Radar Cross Section Reduction of Complex Targets Consisting of Multiple Reflection Structures 원문보기

大韓造船學會論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.44 no.4, 2007년, pp.445 - 450

김국현 ((주)한진중공업 특수선개발팀) , 조대승 (부산대학교 조선해양공학과) , 김진형 ((주)크리에이텍)

Abstract ▼ AI-Helper

An optimum design process of the broad-band multi-layered radar absorbing material, using genetic algorithm, is established for the radar cross section reduction of a complex target, which consists of multiple reflection structures, such as surface warships. It follows the successive process of radar cross section analysis, scattering center analysis, radar absorbing material design, and reanalysis of radar cross section after applying the radar absorbing material. It is demonstrated that it is very effective even in the optimum design of the multi-layer radar absorbing material. This results from the fact that the three factors, i.e.. the incident angle range, broad-band frequencies, and maximum thickness can be simultaneously taken into account by adopting the genetic algorithm.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 광역(global) 최적화 기법중 하나인 유전자 알고리즘을 이용해 실제 복합구조물의 RCS 감소에 활용할 수 있는 광대역 전파흡수체 최적설계방법을 구현하였다. 또한, 실제 수상함정에 탑재되는 장비의 RCS를 감소시키기 위해 RCS 해석과 산란중심 해석을 수행하고 본 연구 결과를 활용하여 파악된 문제영역에 적합한 광대역 다층 전파흡수체를 설계, 적용하고 RCS 재해석을 통해 그 효과를 고찰하였다.
본 연구에서는 광역(global) 최적화 기법중 하나인 유전자 알고리즘을 이용해 실제 해양표적의 RCS 감소에 활용할 수 있는 광대역 전파흡수체 최적 설계 방법을 제시하였다. 또한, 이를 이용하여 수상함정의 근접방어체계 중 하나인 SAAM 발사대의 문제영역에 적용하고 그 효과를 고찰하였다.

제안 방법

횹수체를 설계하였다. 또한, 설계된 전파흡수체를 문제영역에 적용할 패의 RCS 감소효과를 재해석을 통해 확인하였다(Fig. 3).
최적설계방법을 구현하였다. 또한, 실제 수상함정에 탑재되는 장비의 RCS를 감소시키기 위해 RCS 해석과 산란중심 해석을 수행하고 본 연구 결과를 활용하여 파악된 문제영역에 적합한 광대역 다층 전파흡수체를 설계, 적용하고 RCS 재해석을 통해 그 효과를 고찰하였다.
제시하였다. 또한, 이를 이용하여 수상함정의 근접방어체계 중 하나인 SAAM 발사대의 문제영역에 적용하고 그 효과를 고찰하였다.
본 연구방법의 실제 복합구조물에 대한 응용 가능성을 살펴보기 위해 수상함정의 근접방어 시스템 중 하나인 SAAM 발사대(Hooton 1999)에 대한 RCS와 피크 발생부위에 대한 산란중심을 해석하고, 이로부터 도출된 문제영역에 적합한 다층전파 횹수체를 설계하였다. 또한, 설계된 전파흡수체를 문제영역에 적용할 패의 RCS 감소효과를 재해석을 통해 확인하였다(Fig.
본 연구에서는 광대역 다층 전파흡수체 설계를 위해 Fig. 2에 나타낸 절차에 따라 유전자 알고리즘을 전개하였다. 이때, 2개체 엘리티스트 모델 (elitist model), 토너먼트 선택 (tournament selection), 1점 교배(one point crossover), 1점 돌연변이 (one point mutation) 등의 작동기를 사용하였다.
본 연구에서는 전파흡수체의 설계에서 있어서 경량화를 고려하지 않고(w = 0)반사율만을 고려하였다.
2에 나타낸 절차에 따라 유전자 알고리즘을 전개하였다. 이때, 2개체 엘리티스트 모델 (elitist model), 토너먼트 선택 (tournament selection), 1점 교배(one point crossover), 1점 돌연변이 (one point mutation) 등의 작동기를 사용하였다.
한편, 파악된 문제영역에 대한 RCS 감소를 위해 Table 1에 명시된 조건에 따라 유전자 알고리즘을 이용한 최적전파흡수체를 설계하였다. 일반적으로 유전자 알고리즘을 이용한 다층 전파흡수체 설계에서는 초기 개체수는 30에서 100 사이의 값, 교배확율은 0.
한편, 해석모델의 문제영역에 설계된 전파흡수체 적용시의 효과를 확인하고자 RCS 재해석을 수행하였다. Fig.

대상 데이터

하였다. 이때, 해당부위에 대한 전자기파의 입사각 도는 50도에서 60도 사이의 값임을 확인하였으며, 전파흡수체 재료특성은 Michielssen의 물성 자료(Michielssenet al. 1993)를 활용하였다.

이론/모형

최적설계가 필요하다. 이를 위해 본 논문에서는 광역(global) 최적화 알고리즘인 유전자 알고리즘(genetic algorithm)을 적용하였다.
해석모델에 대한 초기 ROS 해석은 고주파수 후방산란파' 해석에 효과적인 것으로 알려진 기하광학/물리광학 혼합방법(김국현 등 2005a, 김국현 등 2005c, 김국현 2007)을 적용하여 주파수18 GHz 고각 8도, 전방위각에 대해 1도 간격으로, V7-편파 성분만을 고려하여 수행하였다. 수치해석 결과는 Fig.

성능/효과

유전자 알고리즘을 이용한 전파홉수체 최적 설계 방법은 RCS가 과도하게 나타나는 입사각 범위와 복수 주파수를 동시에 고려할 수 있으며, 다층전파 흡수체의 효율적 최적 설계에 유용하게 적용될 수 있음을 확인하였다. 한편, 향후 실험 또는 실측자료에 대한 비교연구가 추가적으로 이루어져야 할 것으로 사료된다.

후속연구

수 있음을 확인하였다. 한편, 향후 실험 또는 실측자료에 대한 비교연구가 추가적으로 이루어져야 할 것으로 사료된다.

참고문헌 (10)

김국현, 김진형, 조대승, 2005a, 'Object Precision 방법을 이용한 복합구조물의 RCS 해석,' 대한조선학회 논문집, 제 42권, 제 2호. pp. 159-164

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김국현, 김진형, 조대승, 2005b, '복합구조물의 RCS 저감을 위한 효율적 산란중심 해석에 관한 연구,' 대한조선학회 논문집, 제 42권, 제 4호, pp. 421-426

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김국현, 조대승, 김종철, 2005c, '수중표적에 대한 고주파수 음향산란 해석,' 대한조선학회 논문집, 제 42권, 제 5호, pp. 528-533

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김국현, 2007, 해양표적의 고주파수 후방산란 해석과 응용, 부산대학교, 박사학위논문
Hooton, E.R., 1999, Jane's Naval Weapon Systems, Jane's Information Group
Klement, D., Preissner, J. and Stein V., 1988, 'Special Problems in Applying the Physical Optics Method for Backscatter Computation of Complicated Objects,' IEEE Trans. Ant. Prop., Vol. 36, No. 2, pp. 228-237

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Knott, E.F., Guley, M.T. and Shaeffer, J.F., 1993, Radar Cross Section, 2nd Ed., Artech House Publisher
Michielssen, E. and Mittra, R., 1992, 'RCS Reduction of Dielectric Cylinders Using the Simulated Annealing Approach,' IEEE Microwave and Guided Wave Letters, Vol. 2, No. 4, pp. 146-148

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Michielssen, E., Saier, J.M., Ranjithan, S. and Mattra, F., 1993, 'Design of Lightweight, Broad-Band Microwave Absorbers Using Genetic Algorithms,' IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 41, No. 6/7, pp. 1024-1031

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Vinoy, K.J. and Jha, R.M., 1996, Radar Absorbing Material: From Theory to Design and Characterization, Kluwer Academic Publishers, Norwell, Boston, USA

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