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문제 정의
- 본문의 내용은 개발된 SIL에 대한 요구도 분석결과를 기술하고, M&S 기법을 활용한 설계결과를 기술하며, SIL 기능/성능에 대한 검증방법 및 결과에 대해 기술한다.
제안 방법
- 1단계는 SIL 소프트웨어 단위시험으로서, CSC/CSU(Computer Software Component/ Computer Software Unit) 별로 상용품인 QAC++ 시험도구를 이용한 코딩규칙 시험과 Code Sonar를 이용한 함수(Function) 단위 기능 시험이 수행되었다.
- 3단계는 SIL 자체 통합시험으로서 MC를 제외한 항전시스템의 모든 실제 장비들이 해당 OFP를 탑재하고 통합된 상태에서 수행되었으며, 기준문서는 SIL SRS와 규격서 및 STD가 적용되었다. MC에는 여전히 하드웨어 제어용 시험프로그램이 탑재되었는데, 이것은 항전시스템 전체를 총괄하는 MC의 점진적 통합시험계획에 따른 결과이다.
- 모델의 동작제어 기능은 입출력 하드웨어 고장모의, 자체점검 결과설정(Built-In-Test), 상태/모드에서의 시험 데이터 입력 등에 사용되며, 모델의 코드를 수정하지 않고도 다양한 조건에서 시험을 수행할 수 있도록 설계되었다. UI는 또한 모델 대신 실제 장비가 사용될 때에도 동일한 UI가 사용되도록 효율적으로 설계하였다. 다른 항전장비의 모델들도 이와 유사한 UI를 제공한다.
- 무인기는 입력된 비행계획에 따라 자동 비행하며 임무를 수행하고, 다양한 고장상황에 대처하도록 장비 다중화 관리 및 비행통제에 관한 요구도가 매우 많고 복잡한 반면, 무인기 내부에서 처리된 결과를 쉽게 확인하기 어려운 특성이 있다. 개발된 SIL은 유인기 SIL이 보유하고 있는 기능들을 기본적으로 제공하면서도 요구도 검증의 효율성을 위해 시험데이터의 가시화 및 시험자동화에 중점을 두고 설계되었다.
- 임무계획 작성은 지상체 및 체계운용 모드별 비행 및 임무계획 정보를 엑셀(Excel) 양식으로 된 UI에서 입력하면 MDF(Mission Data File) 형식대로 자동 작성된다. 경로계획 작성을 위해서는 1000개의 경로점을 미리 내장하여 사용자가 선택만으로 쉽게 작성하도록 설계되었다(또는 지도상에서 사용자가 임의 지점 선택 가능).
- 데이터의 동적인 변화를 확인하고자 할 때는 UI에서 해당 항목을 체크한 상태에서 로깅을 시작하면 스크립트 언어를 사용하여 데이터로거 도구 및 전시&분석 도구가 자동으로 작동되어 각종 시험도구를 통합된 환경에서 사용할 수 있도록 설계하였다.
- 5는 시뮬레이션 모델들의 스케줄링(Scheduling) 설계 결과이다. 모델들은 대응되는 실제 장비들의 입출력 메시지 통신주기를 만족하도록 최대 50Hz로 실행되며, 10msec 주프레임(Major Frame)간 교대 실행을 통해 부하가 균등하게 분산되도록 설계되었다. 주프레임 내부의 부프레임(Minor Frame)은 부하분산 효과가 작아 설계에 적용되지 않았다.
- 주프레임 내부의 부프레임(Minor Frame)은 부하분산 효과가 작아 설계에 적용되지 않았다. 모델들은 최대 실행시간 분석을 통해 3개의 SBC 간에 분할 할당되었고, SBC-1은 시뮬레이션 제어 시스템 자체 소프트웨어의 실행을 위해 부하가 작은 모델들을 실행하도록 설계하였다.
- UI는 모델의 입력 데이터 영역과 출력 데이터 영역, 모델의 동작을 제어하는 영역으로 구분하여 시험의 편리성을 제공하였다. 모델의 동작제어 기능은 입출력 하드웨어 고장모의, 자체점검 결과설정(Built-In-Test), 상태/모드에서의 시험 데이터 입력 등에 사용되며, 모델의 코드를 수정하지 않고도 다양한 조건에서 시험을 수행할 수 있도록 설계되었다. UI는 또한 모델 대신 실제 장비가 사용될 때에도 동일한 UI가 사용되도록 효율적으로 설계하였다.
- 무인기 항전시스템의 요구도 검증을 위해 통합시험능력(Integrated Test Capability)을 제공하는 통합시험환경(SIL)을 개발하였다.
- 이것은 개발 중인 MC OFP의 자체 오류와 SIL 시험장비 오류를 분리하기 위해서이다. 사용자는 MC에 연결된 하이퍼터미널(Hyper-Terminal)을 통해 SIL STD(Software Test Description)에 정의된 시험 데이터를 수동으로 입력하고, UI의 사용자 패널이나 모니터링 시험도구를 통해 출력 데이터를 확인하였다.
- 상황전시 모듈은 지도 배경의 전술상황(무인기 위치, 경로계획, 경로점정보, 비행상황 등)을 전시하기 위해 상용의 Google Earth 지도에 KML(Keyhole Markup Language)을 사용하여 사용자의 그래픽 요소들을 구현하였다. 또, 시험의 효율성을 위해 모의 비행체를 원하는 경로점으로 즉시 이동 시킬 수 있는 기능도 제공한다.
- SIL에 탑재된 실제 장비들은 MC를 포함하여 모두 해당 OFP를 탑재하고, 항전장비 모델은 실제 장비의 동작을 위한 여러 가지 입력 데이터를 모의하거나, 출력 데이터를 모니터링 하는데 사용되었다. 시험의 기준문서는 항전시스템 규격서와 STD가 적용되었다.
- 실제 비행을 모의하는 비행모의기는 상용품인 Microsoft ESP(Enterprise Simulation Platform)를 사용하였으며, 비행모드나 경로점 제어를 위해 SimConnect API(Application Program Interface)를 사용하여 응용프로그램을 개발하였다.
대상 데이터
- 본 논문에서 기술하는 SIL은 국내에서 개발경험이 많지 않은 고정익 무인기 항전시스템을 대상으로 한다. 무인기는 입력된 비행계획에 따라 자동 비행하며 임무를 수행하고, 다양한 고장상황에 대처하도록 장비 다중화 관리 및 비행통제에 관한 요구도가 매우 많고 복잡한 반면, 무인기 내부에서 처리된 결과를 쉽게 확인하기 어려운 특성이 있다.
이론/모형
- 2단계는 SIL 하드웨어/소프트웨어 통합시험으로서, 기준문서는 SIL SRS(Software Requirement Specification)가 적용되었다. 이 단계의 시험에서 항전장비는 모두 모델을 사용하였으며, MC는 실제장비가 사용되었으나 OFP(Operational Flight Program) 대신 하드웨어 제어 기능만을 가진 시험용 소프트웨어가 탑재되었다.
성능/효과
- 개발된 SIL은 4단계의 검증과정을 통해 기능/성능의 정확성과 신뢰성이 검증되었으며, 무인기 지상체 및 비행체 통합을 위한 체계 SIL에서도 정상 동작함을 확인하였다. 또한, ATL로 작성된 시험 스크립트를 사용하여 시험을 자동으로 수행하는 기능이 SIL에 포함되었으나 대상 무인기 과제에서는 개발기간의 문제로 실제 적용하지는 못 하였다.
- 개발된 SIL은 상기 4단계의 시험을 모두 완료하였으며, 무인기 지상체 및 비행체 통합을 위한 체계 SIL에서도 정상 동작함을 확인하였다.
- 개발된 SIL은 비행체 제어명령과 임무계획 생성을 위한 지상제어 모의, 항전시스템 실제 장비와 시뮬레이션 모델로 구성된 비행체 모의, 비행 제어 명령에 따라 비행을 모의하는 비행환경 모의가 폐루프(Closed-Loop) 구조로 연동된다. 사용자는 지상제어 모의를 통해 자동화된 임무계획 작성과 시험절차에 따른 비행제어 명령을 비행체 모의로 전송할 수 있고, 비행체 항전시스템의 제어에 따른 모의 비행과 임무진행 상황을 6개의 모니터를 통해 간편하고 정확하게 확인할 수 있다. SIL에 탑재된 모든 항전장비는 고장발생 모의시험이 가능하고, 대응되는 시뮬레이션 모델로 전환되어 다양한 상태와 모드에서 시험이 가능하다.
후속연구
- 또한, ATL로 작성된 시험 스크립트를 사용하여 시험을 자동으로 수행하는 기능이 SIL에 포함되었으나 대상 무인기 과제에서는 개발기간의 문제로 실제 적용하지는 못 하였다. 추후 유사 무인기 SIL 개발에서는 SIL의 기능과 성능을 확장하고, ATL 기능을 활용하여 시험효율 및 정확성을 증대시킬 계획이다.
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