[논문]어뢰대항전술 영향을 고려한 수상함의 대잠탐색패턴 연구

이민규

어뢰대항전술 영향을 고려한 수상함의 대잠탐색패턴 연구
The Study on Anti-Submarine Search Pattern of the Surface Ship Considering the Torpedo Countermeasure Tactics 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.13 no.2, 2010년, pp.204 - 210

Abstract ▼ AI-Helper

The tactical effectiveness, which is the result of applying decision-making algorithms to respond a specific situation with weapons and sensors, is required to analyze according to the integrated combat situation, because each situation, which is intimately involved with each other, influences the surface ship to complete missions successfully. However, the tactical effectiveness have been analyzed in separation of each tactical situation due to the complexity of the integrated tactical situation. This paper is originated from the needs for analyzing the anti-submarine search region of the surface ship after it evades the torpedo by operation of the torpedo countermeasure tactics. It also describes simulation results of effectiveness analysis for the search patterns in the search region.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 어뢰대항전술로 어뢰를 회피한 함정의 대잠탐색전술 분석을 목표로 하고 있다. 이를 위해 어뢰 회피 후 탐색이 요구되는 표적의 회피영역을 분석하였으며, 이 영역에 대한 탐색패턴의 분석을 위해 M&S(Modeling and Simulation)기법을 이용하였다.
특정 공간상에 일률적으로 분석된 기존의 대잠탐색전술 대신에, 본 논문에서는 어뢰대항전술을 고려한 수상함의 대잠탐색전술 패턴에 대해 분석하였다. 기본적으로 위협어뢰의 방위, 어뢰대항시간 및 표적의 회피속도에 따른 수상함의 탐색영역을 정의하였으며, ‘W’패턴을 적용하였을 때 탐색시간에 따라 고려되어야 하는 탐색영역을 분석하였다.

가설 설정

③ 본 시뮬레이션에서는 어뢰대항전술로 어뢰를 회피한 수상함의 대잠탐색패턴을 분석을 목표로 하고 있으므로, 수상함은 초기 어뢰공격을 성공적으로 회피했다고 가정한다.
④ 본 시뮬레이션에서는 수상함이 초기 어뢰방위를 정확히 추정할 수 있다고 가정한다.
잠수함 모델은 플랫폼 모델만 존재하며, 플랫폼 모델은 잠수함의 방향전환 및 속도변경을 통제한다. 시뮬레이션이 시작되면, 잠수함은 어뢰공격을 했다고 가정하고 회피기동을 수행한다. 잠수함의 회피기동 방향은 함장의 지휘결심에 결정되는 요소로서, 특정 방향으로 지정할 수 없기 때문에 식 (7)과 같이 확률식을 사용하여 회피방향을 결정하였다.
6과 같은 탐지각도(Ɵ)별 방향전환 수(n)에 대한 탐지영역 폭(W_n)을 얻을 수 있다. 잠수함의 회피속도가 일정하다고 가정하면 같은 시간에 증가되는 탐색영역의 폭은 일정하다. 따라서 Ɵ의 크기가 작을 경우에는 단시간에 탐색영역을 종단(縱斷)하기 때문에 방향전환 수에 따른 탐색영역 폭이 상대적으로 완만하게 증가한다.

제안 방법

또한, 탐색영역에 대한 탐색패턴을 분석하기 위해 대잠탐색전술 시뮬레이션 S/W를 개발하였다. 개발된 시뮬레이션 S/W는 어뢰대항전술과 연계된 탐색패턴을 분석할 수 있도록 모델링되었으며, 다양한 탐색전술 분석을 위해 모델이 변경되어도 모델의 재사용 및 확장이 용이한 DEVS형식론을 기반으로 설계되었다. 시뮬레이션 결과를 살펴보면, 2장에서 분석한 것처럼 극단적인 탐색각도에서는 탐색성공률이 높지 않았으며, 탐색각도가 40도일 때 탐색성공률이 극대화되고 평균탐지시간이 상대적으로 짧다는 것을 확인하였다.
기본적으로 위협어뢰의 방위, 어뢰대항시간 및 표적의 회피속도에 따른 수상함의 탐색영역을 정의하였으며, ‘W’패턴을 적용하였을 때 탐색시간에 따라 고려되어야 하는 탐색영역을 분석하였다.
7은 대잠탐색전술 시뮬레이션 S/W의 개발계층을 보여준다. 대잠탐색전술 시뮬레이션 S/W는 이산사건 시스템의 수학적 모델링 방법론 중 하나인 DEVS 형식론^[3]으로 설계되어, 이산사건 시뮬레이션 엔진^[4]을 기반으로 개발되었다. DEVS 형식론을 구현할 수 있는 다양한 함수를 제공하는 이산사건 시뮬레이션 엔진은 DEVS 모델 간의 메시지를 통제하며 시뮬레이션을 진행시킨다.
기본적으로 위협어뢰의 방위, 어뢰대항시간 및 표적의 회피속도에 따른 수상함의 탐색영역을 정의하였으며, ‘W’패턴을 적용하였을 때 탐색시간에 따라 고려되어야 하는 탐색영역을 분석하였다. 또한, 탐색영역에 대한 탐색패턴을 분석하기 위해 대잠탐색전술 시뮬레이션 S/W를 개발하였다. 개발된 시뮬레이션 S/W는 어뢰대항전술과 연계된 탐색패턴을 분석할 수 있도록 모델링되었으며, 다양한 탐색전술 분석을 위해 모델이 변경되어도 모델의 재사용 및 확장이 용이한 DEVS형식론을 기반으로 설계되었다.
시뮬레이션이 종료되면 총 실험회수에 대한 탐지성공률과 평균탐지시간이 UI(User Interface)에 표시된다. 본 실험에서는 탐색각도별로 탐지성공률 및 평균탐지시간을 산정하여 비교/분석하였다.
본 연구에서는 표적의 최대이동영역에서 고려될 수 있는 여러 패턴 중 Fig. 4와 같은 ‘W’ 패턴에서 탐색각도(Ɵ)에 따른 탐지확률 및 탐색시간을 분석하였다.
탐지거리는 자체 시스템의 성능뿐만 아리라 환경에 많은 영향을 받기 때문에 몬테칼로 시뮬레이션을 수행할 때 탐지거리에 확률변수가 적용되어야한다. 소나 탐지거리에 대한 정형화된 탐지거리 공식은 존재하지 않기 때문에, 개발된 분석도구에서는 탐지거리에 식 (6)과 같은 정규분포를 적용하여 시스템 성능 및 환경의 불확실성을 대신하였다. Fig.
여기서 어뢰공격을 수행한 잠수함은 공격함 방향의 반대방향으로 회피할 확률이 높으므로, 평균회피방위 μb가 π(rad)인 정규분포를 적용하였다.
이와 같이 극단적인 탐색각도는 탐색성공률을 떨어뜨리기 때문에 탐색성공률을 높일 수 있는 탐색각도의 분석이 요구되며, 본 연구에서는 시뮬레이션 분석도구를 활용하여 탐색성공률과 평균탐지시간을 통해 탐색각도를 분석하였다.

이론/모형

이를 위해 어뢰 회피 후 탐색이 요구되는 표적의 회피영역을 분석하였으며, 이 영역에 대한 탐색패턴의 분석을 위해 M&S(Modeling and Simulation)기법을 이용하였다.

성능/효과

개발된 시뮬레이션 S/W는 어뢰대항전술과 연계된 탐색패턴을 분석할 수 있도록 모델링되었으며, 다양한 탐색전술 분석을 위해 모델이 변경되어도 모델의 재사용 및 확장이 용이한 DEVS형식론을 기반으로 설계되었다. 시뮬레이션 결과를 살펴보면, 2장에서 분석한 것처럼 극단적인 탐색각도에서는 탐색성공률이 높지 않았으며, 탐색각도가 40도일 때 탐색성공률이 극대화되고 평균탐지시간이 상대적으로 짧다는 것을 확인하였다.

후속연구

향후에는 본 논문에서 분석된 대잠탐색영역을 토대로 다른 형태의 탐색패턴에 대한 연구가 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	함정 전투체계는 어떻게 구성되는가?	함정 전투체계는 지휘무장통제체계를 기반으로 통제되는 다양한 무장 및 센서체계로 구성되며, 각종 위협세력에 대해 효과적으로 임무를 달성할 수 있도록 지휘관에게 여러 정보를 제공한다[1]. 함정이 전투를 수행할 때 전투능력에 크게 영향을 미치는 요소는 구성 무기체계의 성능과 운용전술이다.
	수상함이 잠수함으로부터 초기공격을 받을 확률이 높은 이유는?	일반적으로 잠수함의 탐지거리는 수상함의 탐지거리보다 길다. 따라서 수상함은 잠수함으로부터 초기공격을 받을 확률이 높으며, 위협어뢰를 인지한 함정은 탐지되는 어뢰의 방위에 따른 어뢰대항전술로 대응한다.
	함정이 전투를 수행할 때 전투능력에 크게 영향을 미치는 요소는 무엇인가?	함정 전투체계는 지휘무장통제체계를 기반으로 통제되는 다양한 무장 및 센서체계로 구성되며, 각종 위협세력에 대해 효과적으로 임무를 달성할 수 있도록 지휘관에게 여러 정보를 제공한다[1]. 함정이 전투를 수행할 때 전투능력에 크게 영향을 미치는 요소는 구성 무기체계의 성능과 운용전술이다. 일반적으로, 함정에 탑재되어 있는 구성 무기체계의 성능은 기술적으로 제한이 되어 있으며, 위협세력으로 부터 발생되는 상황은 예측할 수 없는 경우가 많기 때문에 함정을 운용하는데 있어서 상황에 적절한 전술운용은 임무수행능력을 극대화시켜준다.

참고문헌 (8)

노정호, 이성은, "Open Architecture 기반 함정전투 체계 개발추세 및 전망", 국방과학기술플러스, Vol. 84, 국방과학연구소, 2009.
Frits. A, "Formulation of Desgin and Tactics Optimization", Ph.d thesis, Geogia Institute of Tech. 2004.
송해상, 김탁곤, "The DEVS Formalism : A Framework for Specification of Discrete Event Processes Control", 유도무기 학술대회 논문집, 1994.
김탁곤, "DEVSim++ v.3.0 Developer's Manual", KAIST, 2006.
이동훈, "함포 중심 교전의 DEVS 모델링 연구", 국방과학연구소, NSDC-412-060155, 2006. 1.
김탁곤, 나영인, "대어뢰전 복합 운용 전술 효과도 분석", 국방과학연구소, ADDR-417-090376, 2008. 12.
신성철, 서주노, 최봉완, 전재효, 박영만, "대잠 효과도 분석을 위한 HMS 운용전술에 관한 연구", 국방과학연구소, ADDR-415-081734, 2008. 10.
최봉완, 조성진, 전재효, 양재영, "시뮬레이션에 의한 탐지확률과 프랙탈 차원의 상관관계를 이용한 대잠탐색패턴의 효과도 평가", 해양무기학술대회 논문집, 2008.

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