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자율무인잠수정의 자율기술 수준 및 발전 동향 원문보기

電子工學會誌 = The journal of Korea Institute of Electronics Engineers, v.38 no.7 = no.326, 2011년, pp.20 - 29  

서주노 (군사관학교 기계공학과) ,  최중락 (국방과학연구소)

초록
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무인잠수정(Unmanned Underwater Vehicle, UUV)은 하드웨어 구성과 관련하여 ROV (Remotely Operated Vehicle), SAUV (Semi-Autonomous Underwater Vehicle), AUV (Autonomous Underwater Vehicle) 등으로 구분할 수 있으며, 그 중에서 자율무인잠수정(AUV)은 주어진 임무의 난이도, 작업 환경의 정보, 그리고 운용자의 간섭 정도에 따라 다양한 수준으로 자율 정도를 분류한다. 무인잠수정은 미국을 중심으로 1952년부터 개발되기 시작하였으며 최초는 전적으로 운용자에 의해서 직접 운용되는 ROV가 주를 이루었다. 자율무인잠수정은 1980년대부터 다양한 수중관련 기술 및 컴퓨터 발전과, 민군의 사용분야가 증가되면서 급속한 발전을 이루어 왔으며 이에 따라 AUV 자율수준 정의와 기술개발도 급속한 진전이 이루어져 왔다. 본 기고에서는 무인잠수정의 개발현황, 자율개념 및 자율수준(Autonomy Levels for Underwater Vehicle, ALFUV)의 정의, 자율을 정립함에 필요한 방법 또는 기술 등을 알아보고 마지막으로 자율 알고리즘으로 개발된 구조의 표준화를 중심으로 현황을 파악하였으며 또한 미래의 자율수준 개발 동향을 살펴보았다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 군사적으로 사용하는 자율무인잠수정은 많은 부분 미국을 중심으로 개발이 되어 왔기 때문에 본 기고에서는 미 해군을 중심으로 살펴본다. 미 해군의 무인잠수정 개발은 해상무기 체계 시험 후 중요 자료와 잔해를 수거하기 위하여 1960년대 CURV를 개발하는 연구로부터 시작되었다[1].
  • 따라서 본 기고에서는 미래 해양 전장 환경에서 핵심적 무인체계인 자율무인잠수정(AUV)의 자율수준 정의와 자율에 필요한 기술 등을 살펴보고 미래 자율무인잠수정의 자율 기술 발전 동향을 고찰하였다. 연구 논문의 구성은 제Ⅰ장 서론에 이어 제Ⅱ장에서는 자율무인잠수정의 개발 현황 및 운용을 분석하였으며, Ⅲ장에서는 자율정의 및 자율 수준분류를 정리하였고, Ⅳ장에서는 자율무인함정에 적용되는 자율 기술의 일반적 현황과 발전 동향을 분석하고, 제Ⅴ장에서는 자율 무인잠수정의 운항제어 기술에 대하여 자세히 설명하였다.
  • 그러나 잠수함이 잠복하는 경우는 상대에게 탐지될 확률이 있으며 이 경우는 매우 위험하다. 따라서 원거리에서 자율무인 잠수함을 발진하여 적 항구 입구나 길목에서 기다리도록 하여 잠수함을 접촉 공격하는 것이다. 대잠전에 사용되는 자율무인잠수정은 장기간 일정 지점에서 머물러 있어야 하고 적 잠수함의 소음을 접촉하고 스스로 식별 할 수 있어야 한다.
  • 연구 논문의 구성은 제Ⅰ장 서론에 이어 제Ⅱ장에서는 자율무인잠수정의 개발 현황 및 운용을 분석하였으며, Ⅲ장에서는 자율정의 및 자율 수준분류를 정리하였고, Ⅳ장에서는 자율무인함정에 적용되는 자율 기술의 일반적 현황과 발전 동향을 분석하고, 제Ⅴ장에서는 자율 무인잠수정의 운항제어 기술에 대하여 자세히 설명하였다. 마지막 제Ⅵ장에서는 연구의 성과를 정리하였으며 미래 자율 무인잠수정의 자율 기술개발을 위한 기술적 제안을 하였다.
  • 이러한 경우에 무인잠수정은 스스로 문제를 해결 할 수 있는 자율 기능이 필수적이다. 본 절에서는 무인잠수정이 임무를 수행하는 동안 만날 수 있는 변화된 환경에 지속적으로 적응될 수 있는 자율 알고리즘과 구조적 기술 등을 살펴본다. Peddro는 그의 논문{21}에서 자율수준에 따른 무인잠수정 자율구조를 4가지로 분류하여 설명하고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무인체계에 있어서 자율이란? 무인체계에 있어서 자율(Autonomy)이란 운용자 또는 운용자가 설계한 도구를 통하여 주어진 임무를 수행하기 위하여 무인잠수정에 탑재된 센서를 이용 상황을 인지하고, 분석하여 스스로 임무 수행의 의사 결정을 하여 행동하는 일연의 모든 능력으로 정의 될 수 있다. 따라서 일반적으로 무인잠수정의 자율 수준은 <그림 5>와 같이 3가지 환경요소, 즉 임무의 복잡성, 작업환경의 난이성, 그리고 운용자의 간섭 정도에 따라 복합적으로 작용하여 정의된다.
대잠전에 사용되는 자율무인잠수정에 필요한 자율구조 핵심기술은 무엇인가? 기뢰대항전에 사용되는 무인잠수정은 기뢰의 위치를 확인하고 식별할 수 있는 수중센서와 제어 기술이 요구될 것이다. 대잠전에 사용되는 자율무인잠수정(AUV)은 은밀하게 적 잠수함을 식별하고 추적 공격하는 임무를 가지고 있기 때문에 자율무인잠수정이 필요한 자율구조 핵심기술은 수중통신, 항법, 에너지, 추진, 임무장비, 센서신호처리, 그리고 자율제어 기술 등이 복합적으로 필요하다[8,9,18]. <그림 11>은 2005년에 미 해군이 조사한 핵심 소요기술을 분야별 기술 개발정도를 도표화 한 것이다.
자율무인잠수정의 자율 구조의 한 부분인 Low Level은 어떤 기능이 포함되는가? 오른쪽 적은 구역부분은 Low Level 부분으로 실제 High Level에서 주어진 명령을 수행하는 H/W 구성으로 인간의 손과 발의 역할이다. 여기에는 무인잠수정의 제어, 센서 작동, 추진기 회전 등이 포함될 수 있다. Low Level 제어 구조 방식에는 Deliberate 제어구조, Reactive 제어구조, 그리고 Hybrid 제어구조 등으로 구분하여 적용하고 있다.
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