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문제 정의
- 본 논문에서는 주요 함소와 이를 보호하는 수상함이 수행하는 대잠 방어 계획에 대한 효과도를 분석하였다. 이를 위해 수상함에 탑재되는 대잠 무기체계인 선체고정형음탐기체계와 어뢰음향대항체계를 분석하여 모델링 하였으며, 대잠 방어 계획의 효과도에 영향을 미치는 요소들을 식별하고 일반화하여 모델링하였다.
- 본 연구에서는 대잠 방어 계획의 효과도 분석을 위한 지표로서 대잠 센서의 최초 어뢰 탐지거리를 적용하였다. 적의 잠수함에서 발사된 후 아군 함정을 향해 접근하는 어뢰를 조기에 탐지할수록, 함정에 탑재된 어뢰대항체계를 운용할 수 있는 기회와 어뢰회피기동을 수행하기 위한 더 많은 시간을 확보할 수 있기 때문에 최초 어뢰 탐지거리는 대잠 방어 계획의 중요한 효과도 지표가 된다.
- 하지만 최근에는 함정에 탑재되는 전투체계가 이러한 센서 및 무장 체계들을 통합하여 운용하는 형태로 발전하고 있다. 이러한 발전 추세에 따라 본 연구에서는 수상함의 종합적인 대잠 효과도를 분석하기 위해, 함정에 탑재된 각각의 무장체계들이 전투체계의 구성요소로 통합 운용되는 환경을 고려하려 효과도 분석을 수행하였다.
가설 설정
- 본 연구에서는 어뢰의 음원 준위, 음파의 전달 손실 및 각종 소음 준위가 방위와 관계없이 동일하다고 가정한다. 이러한 가정을 전제로, 선체고정형음탐기체계의 경우 원통형 센서로 전 방향에 걸쳐 지향 지수와 탐지임계치가 일정하므로, 아군 함정을 향해 접근하는 적의 어뢰는 전방위에 걸쳐 동일한 거리에서 탐지되는 것으로 모델링 하였다.
- 본 연구에서는 적의 어뢰가 전 방위에서 동일한 확률도 아군 주요 함소로 접근하는 상황을 가정하였다. 하지만 실제 전장 환경에서는 특정 방위 범위에서 어뢰가 접근할 가능성이 있는 것으로 예상할 수 있다.
- r과 θ의 변화에 따라 함대 방어진의 형태가 달라진다. 실제 전장 환경에서는, 이와 같이 근거리에 여러 함선이 배치될 경우, 주변 함정에서 발생하는 소음 및 센서 간의 상호 간섭으로 대잠 탐지 능력에 제한을 받게 되지만, 본 연구에서는 함정 간의 상호 간섭은 없는 것으로 가정하였다.
- 어뢰를 발사하는 적 수중 세력은 아군의 주요 함소의 수중 소음을 분석해 위치와 침로 및 속력을 파악하고 있으며, 아군의 주요 함소를 직접 공격하기 위해 아군 주요 함소와의 충돌 경로로 직주 어뢰를 발사하는 것으로 가정하여 모델링 하였다.
- 본 연구에서는 어뢰의 음원 준위, 음파의 전달 손실 및 각종 소음 준위가 방위와 관계없이 동일하다고 가정한다. 이러한 가정을 전제로, 선체고정형음탐기체계의 경우 원통형 센서로 전 방향에 걸쳐 지향 지수와 탐지임계치가 일정하므로, 아군 함정을 향해 접근하는 적의 어뢰는 전방위에 걸쳐 동일한 거리에서 탐지되는 것으로 모델링 하였다. 단, 일반적인 수상함의 추진 및 기동과 관련해 발생하는 소음을 고려해, 함미방향으로의 탐지 거리가 다소 감소하는 것으로 모델링 하였다
- 선체고정형음탐기체계 및 어뢰음향대항체계의 탐지 거리에 영향을 미치는 센서 자체의 성능 및 해양 환경, 수상함의 기동속력 및 자체 소음 등의 요소를 종합하여 본 연구에서는 최대 탐지가능거리라는 값으로 표현하였다. 적어뢰의 경우 아군 수상함의 탐지거리 밖, 아군 주요 함소로부터 20단위 떨어진 거리에서 발사돼 일정한 속력으로 주요 함소를 향해 기동하는 것으로 설정하였다
- 실제 전장 환경에서는 적의 어뢰가 아군 함정에 탑재된 센서 체계의 탐지 가능 범위 내에 존재하더라도, 음파의 전달특성 등 다양한 수중 환경요소의 영향에 따라 탐지 여부가 결정된다. 하지만 본 연구에서는 연구 대상이 되는 주요 변수 이외의 영향을 배제하기 위해 수상함의 수중 센서체계의 탐지 범위 내에 존재하는 모든 어뢰에 대해 탐지 및 추적을 유지하는 것으로 가정하였다.
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