[논문]근거리 미사일방어시스템 성능분석을 위한 전차 구동 모델링 기법

하종수; 조규공

doi:10.9766/kimst.2011.14.2.173

[국내논문] 근거리 미사일방어시스템 성능분석을 위한 전차 구동 모델링 기법
Method of MBT Movement Modeling for Performance Analysis of SRMD System 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.14 no.2, 2011년, pp.173 - 180

Abstract ▼ AI-Helper

SRMD system which protects MBT from the threats in a short range is composed of 2 radars, 2 IRTs 1 CCU and 2 countermeasures. To analyze the performance of this system, there is a need to make the model of MBT on which this system is loaded. In this paper, a method of MBT movement modeling is proposed to fulfill the above need. The methods of the coordinate system transformation among the components and the modeling of a hull's traveling and a turret's turning are proposed. The method of the modeling of a pose variation caused by the vibrations is proposed and the results of the modeling are presented.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 이러한 성능을 분석하기 위한 전차 구동 모델링 기법을 제안한다. 장착된 구성품과 전차 간 좌표 변환 기법과 전차의 주행 및 선회 구동을 모델링하기 위한 기법, 그리고 잔진동이나 지면에 의해발생되는 자세 변화를 모델링하기 위한 기법을 제안하며, 모델링 및 성능분석 결과를 통해 제안하는 기법의 효용성을 검증한다.
이 때 각각의 모델링은 독립적으로 구현되며, 시뮬레이션 수행 시 시간의 흐름에 따라 유기적으로 연동되어 전차의 기동을 모사하게 된다. 본 논문에서는 좌표 변환의 경우 공간상 관계에서 좌표계 간 변환하는 방법과 직교/구 좌표 간 변환하는 방법을 제시하며, 전차의 특성 모델링의 경우 시간 영역에 대한 운동방정식을 이용해 구현하는 방법과 실제 전차의 특성을 반영하는 방법을 제시한다.
SRMD 시스템의 교전성능에 대해 전차 주행은 등속․가속․감속의 형태로 영향을 미친다. 이러한 형태를 모델링하기 위해 본 논문에서는 수식을 이용하는 방법과 실제 데이터를 적용하는 방법을 제시한다.
본 논문에서는 SRMD 시스템이 탑재되는 전차의 주행 및 포탑 선회, 그리고 자세 변화를 모델링하기 위한 기법을 제안하였다. 구성품 및 전차 간 좌표계 변환을 통해 각 구성품에서 연산하는 좌표값이 어떻게 변환되는지를 제시하였으며, 직교 좌표와 구 좌표 간 변환을 통해 서로 다른 좌표값 간의 변환 방법을 제시하였다.

가설 설정

이러한 좌표계들은 식 (2)와 같이 전체 좌표계와 포탑/차체 좌표계 간 관계에서 전체 좌표계가 중심이 되고 포탑/차체 좌표계가 국부 좌표계가 되며, 식 (3)과 같이 포탑/차체 좌표계와 레이더/열상/발사장치 좌표계 간 관계에서는 포탑/차체 좌표계가 중심이 되고 레이더/열상/발사장치 좌표계가 국부 좌표계가 된다. 이 때 각 좌표계들의 공간상 거리는 임의의 점 p(x_p, y_p, z_p)에 있다고 가정한다
7에 나타내었다. 이 때 시뮬레이션 수행시간이 데이터 량을 초과할 경우 전차 주행의 경우와는 달리 포탑이 계속 선회한다고 가정하여 그 전 데이터를 그대로 사용하도록 설계하였다. 흐름도의 결과값은 vt(n)(= Vel(n))이며 M_v(n)은 평균 선회 속도이다

제안 방법

본 논문에서는 이러한 성능을 분석하기 위한 전차 구동 모델링 기법을 제안한다. 장착된 구성품과 전차 간 좌표 변환 기법과 전차의 주행 및 선회 구동을 모델링하기 위한 기법, 그리고 잔진동이나 지면에 의해발생되는 자세 변화를 모델링하기 위한 기법을 제안하며, 모델링 및 성능분석 결과를 통해 제안하는 기법의 효용성을 검증한다.
발사장치 모델에서는 통제컴퓨터에서 지시한 위치로 주어진 시간에 대응탄 모델을 발사하게 되고, 대응탄 모델은 모델 특성에 맞게 비행하여 주어진 시간에 파편 모델을 비산한다. 이렇게 비산된 파편 모델과 위협체 모델 간의 충돌 개수 및 위치를 분석함으로써 교전성능을 분석한다. 그러나 본 시스템이 전차에 탑재될 경우 전차의 기동 특성이 교전성능에 영향을 미치므로 전차를 모델링하여 교전성능분석에 반영할 필요가 있다.
제안하는 전차 구동 모델링 기법은 좌표 변환 기법,전차 주행 모델링, 포탑 선회 모델링, 자세 변화 모델링으로 구분할 수 있다. 이 때 각각의 모델링은 독립적으로 구현되며, 시뮬레이션 수행 시 시간의 흐름에 따라 유기적으로 연동되어 전차의 기동을 모사하게 된다.
5에 나타내었다. 이 때 시뮬레이션 수행시간이 데이터 량을 초과할 경우 해당하는 데이터가 없으므로 그 전 데이터의 LSE(Least Square Error)^[6]를 계산하여 가속도 Acc(n)을 구하고 이를 이용하여 전차의 주행속도와 주행거리를 연산한다.
포탑 선회도 전차 주행과 동일하게 등속․가속․감속의 형태로 나타난다. 이를 모델링하기 위해 수식을 이용하는 방법과 실제 데이터를 적용하는 방법을 사용한다.
11에 도시하였다. 그림은 전차 구동 모델링 GUI를 나타내는데, 전차의 주행 조건을 시작 조건/도달 조건/자세 변화로 구분하고,시작과 도달 조건은 전차의 위치를 나타내기 위한 거리/방위각/고각 조건과 속도 조건을 설정하도록 설계하였으며 자세 변화는 각도와 주기를 설정하도록 설계하였다. 포탑 선회 조건은 속도/가속도/초기각도/시작 시간을 설정하도록 설계하였으며, 주행 속도/선회속도/자세 데이터의 사용을 선택할 수 있도록 설계하였다.
그림은 전차 구동 모델링 GUI를 나타내는데, 전차의 주행 조건을 시작 조건/도달 조건/자세 변화로 구분하고,시작과 도달 조건은 전차의 위치를 나타내기 위한 거리/방위각/고각 조건과 속도 조건을 설정하도록 설계하였으며 자세 변화는 각도와 주기를 설정하도록 설계하였다. 포탑 선회 조건은 속도/가속도/초기각도/시작 시간을 설정하도록 설계하였으며, 주행 속도/선회속도/자세 데이터의 사용을 선택할 수 있도록 설계하였다.
이 때 교전지점은 발사장치와 대응탄에 의한 오차는 반영되지 않은 연산값을 의미한다. 전차 구동 모델링 조건은 전차 주행속도 xxkm/h, 포탑 선회속도 xxdeg/s, 자세변화 xxdeg/Hz로 설정하였다.
본 논문에서는 SRMD 시스템이 탑재되는 전차의 주행 및 포탑 선회, 그리고 자세 변화를 모델링하기 위한 기법을 제안하였다. 구성품 및 전차 간 좌표계 변환을 통해 각 구성품에서 연산하는 좌표값이 어떻게 변환되는지를 제시하였으며, 직교 좌표와 구 좌표 간 변환을 통해 서로 다른 좌표값 간의 변환 방법을 제시하였다.
운동 방정식에 기반한 수식 및 실제 데이터를 확장 적용하여 전차 주행 정보 및 포탑 선회 정보, 그리고 자세 변화 정보를 생성하는 기법을 제안함으로써 전차 구동을 모델링하기 위한 설계 기법을 제시하였다. 이를 바탕으로 GUI 기반 전차 구동 모델링 프로그램을 구현하였으며, SRMD 시스템 성능분석 결과를 통해 제안하는 전차 구동 모델링 기법이 교전지점 연산성능에 어떤 영향을 주는지를 분석하여 제시하였다.
운동 방정식에 기반한 수식 및 실제 데이터를 확장 적용하여 전차 주행 정보 및 포탑 선회 정보, 그리고 자세 변화 정보를 생성하는 기법을 제안함으로써 전차 구동을 모델링하기 위한 설계 기법을 제시하였다. 이를 바탕으로 GUI 기반 전차 구동 모델링 프로그램을 구현하였으며, SRMD 시스템 성능분석 결과를 통해 제안하는 전차 구동 모델링 기법이 교전지점 연산성능에 어떤 영향을 주는지를 분석하여 제시하였다.

대상 데이터

본 시스템은 위협체를 탐지하는 센서인 탐지추적레이더와 열상탐지추적기, 위협판단 및 대응을 통제하는 장치인 통제컴퓨터, 위협체를 무력화시키는 대응수단인 발사장치와 대응탄으로 구성된다^[1]. 따라서 본 시스템의 성능을 분석하기 위해서는 이러한 구성품들과 함께 구성품 간의 연동을 통한 교전성능을 분석하여야 한다.

이론/모형

1과 같은 개념으로 수행된다^[3]. 이를 위해 각 모델을 객체 지향적으로 구현하여 교전성능을 구하게 되는데 각 모델마다 고유의 오차요소를 포함하므로, 이러한 불확실성은 몬테카를로 기법을 적용하여 Fig. 1의 일련의 절차를 반복적으로 시뮬레이션함으로써 성능분석을 수행한다.

성능/효과

이와 같은 조건 설정을 통해 다양한 전차의 구동을모델링할 수 있으며, 그 결과 3차원 또는 2차원으로 전차 구동 모델링 결과를 확인할 수 있으며, 그 외 전차 형상 및 주행 속도/선회 속도/자세 변화의 그래프를 GUI를 통해 확인할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	능동파괴체계란?	능동파괴체계(Hard-Kill System)는 근거리 미사일방어(SRMD : Short Range Missile Defense) 시스템으로서 전차(MBT : Main Battle Tank)에 탑재되어 대전차 미사일을 탐지/추적한 후 대응탄을 발사하여 무력화시키는 것을 목적으로 한다.
	SRMD 시스템의 구성은?	본 시스템은 위협체를 탐지하는 센서인 탐지추적레이더와 열상탐지추적기, 위협판단 및 대응을 통제하는 장치인 통제컴퓨터, 위협체를 무력화시키는 대응수단인 발사장치와 대응탄으로 구성된다[1]. 따라서 본 시스템의 성능을 분석하기 위해서는 이러한 구성품들과 함께 구성품 간의 연동을 통한 교전성능을 분석하여야 한다.
	능동파괴체계의 목적은?	능동파괴체계(Hard-Kill System)는 근거리 미사일방어(SRMD : Short Range Missile Defense) 시스템으로서 전차(MBT : Main Battle Tank)에 탑재되어 대전차 미사일을 탐지/추적한 후 대응탄을 발사하여 무력화시키는 것을 목적으로 한다.

참고문헌 (6)

송영덕 외, "능동파괴장치의 체계적용성 연구", 제14회 지상무기 학술대회, 2006.
금동정 외, "차기전차 기동체계 설계", 국방과학연구소 기술보고서, 2003.
하종수 외, "하드킬 시스템을 위한 SILS 설계", 제16회 지상무기 학술대회, 2008.
I. M. Yaglom and A. Shields, Geometric Transformations, The Mathematical Association of America, 1962.
K. A. Stroud., Engineering Mathematics, 4th Edition, Macmillan
Kwak and Hong, Linear Algebra, Birkhauser.

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