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대잠 헬기와의 협동 작전을 고려한 수상함의 최적 대잠탐색 패턴 산출을 위한 시뮬레이션
Construction of Optimal Anti-submarine Search Patterns for the Anti-submarine Ships Cooperating with Helicopters based on Simulation Method 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.23 no.1, 2014년, pp.33 - 42  

유찬우 (국방과학연구소 함정전투체계개발단) ,  박성운 (국방과학연구소 함정전투체계개발단)

초록
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본 연구에서는 수상함과 대잠헬기가 협동작전을 수행하는 환경에서의 수상함의 최적 탐색 패턴을 도출하기 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 이를 위해 대잠 탐색 작전을 수행하는 수상함과 대잠헬기의 기동 및 탐색 임무를 모델링하였으며, 탐색의 대상이 되는 잠수함의 회피 기동을 확률적 방법으로 모델링 하였다. 또한 수상함과 대잠 헬기가 수행하는 대잠 탐색 임무의 효과도를 정량적으로 측정하기 위한 지표들을 정의하였다. 대잠 탐색 작전의 주요 변수 중 하나인 수상함과 잠수함 예상위치간 초기 거리의 변화에 따른 시나리오들을 생성하였다. 각 시나리오에 대해, 수상함이 단독으로 최적 탐색 패턴에 따라 임무를 수행하는 경우와, 수상함과 대잠헬기가 협동 작전을 수행하는 경우에 대해 시뮬레이션을 수행하였다. 이를 통해 최근까지의 주요 연구 대상이 되어온 수상함들의 단독 작전을 가정한 최적 탐색 패턴으로는, 대잠헬기와의 협동 작전 환경에서 최대의 탐지 효과도를 얻을 수 없음을 밝히고, 협동 작전 환경에서 잠수함 탐지 확률을 최대화 하기위한 수상함의 기동 패턴 재구성 방안을 제안하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper we analyzed the search patterns for the anti-submarine warfare (ASW) surface ships cooperating with ASW helicopters. For this purpose, we modeled evasive motion of a submarine with a probabilistic method. And maneuvers and search actions of ships and helicopters participating in the an...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 이러한 연구결과를 실제 잠수함 탐색 작전에 활용할 경우, 수상함과 대잠헬기는 각각의 플랫폼 특성에 최적화된 패턴에 따라 탐색 작전을 수행하게 되어, 이종의 플랫폼이 협동작전을 수행할 때의 장점을 살릴 수 없다. 따라서 본 연구에서는 수상함이 단독 작전을 수행하는 상황과, 수상함이 대잠 헬기와 협동 작전을 수행하는 상황에서의 탐색 패턴에 따른 탐지효과도를 비교 분석하여, 협동 작전을 수행하는 환경에서의 수상함의 탐색 패턴 구성 방안을 도출하기 위한 연구를 수행하였다. 이와 관련해 제2장에서는 관련 연구 결과를 검토하였고, 제3장에서는 회피 기동을 수행하는 잠수함과 이에 대한 탐색작전을 수행하는 수상함과 대잠헬기의 기동을 모델링하였으며, 4장과 5장에서는 전장 상황별/탐색 패턴별 잠수함 누적탐지확률을 계산하기 위한 시뮬레이션 방법 및 그 결과를 기술하였다.
  • 본 연구에서는 대잠헬기와 협동 작전을 수행하는 수상함을 위한 대잠 탐색 패턴 구성 방안에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 탐색 플랫폼인 수상함 및 대잠 헬기의 기동을 모델링 하였으며, 탐색 목표인 잠수함의 시간대별 위치를 확률적 모델로 정의하였다.
  • 본 연구에서는 이와 같은 전투관리체계의 대잠 지휘통제 능력을 향상시키기 위한 방안 중 하나로, 수상함과 대잠헬기의 협동작전을 고려한 대잠탐색패턴을 구성하기 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 현재까지의 연구 결과는 수상함과 대잠헬기 각 플랫폼의 운용 효과도 분석에 초점이 맞춰져 왔다.
  • 이와 같이 현재까지 진행된 연구들은 단일 또는 동일 형태의 탐색 플랫폼들의 탐색 지점 또는 경로를 최적화하기 위한 연구들이 중점적으로 진행되었다. 본 연구에서는 이종의 플랫폼인 수상함과 대잠 헬기가 협동 작전을 수행하는 실제 작전환경을 반영하여, 수상함의 최적 대잠탐색 패턴 산출을 위한 시뮬레이션을 수행하였다.
  • 수상함 및 대잠헬기를 비롯한 탐색 플랫폼에서 잠수함을 탐지하는 방법에는 잠수함에서 발생하는 소음을 예인음탐기체계(Towed Array Sonar System) 등의 수동 소나를 이용해 탐지하는 방법과, 선체고정형음탐기(Hull Mounted Sonar) 등의 능동 소나를 이용해 잠수함에 의해 반사되는 신호를 탐지하는 방법, 그리고 이와 같은 단상태 소나의 한계를 극복하기 위해 송신단과 수신단을 분리하여 탐지 성능을 높인 양상태 소나, 다수의 플랫폼에 탑재된 소나에서 송수신하는 신호를 종합적으로 분석하는 다중상태 소나 등이 있다. 본 연구에서는 탐색 패턴이 탐지 효과도에 미치는 영향을 중점적으로 분석하기 위해, 단상태 소나 만을 고려하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대잠 탐색 플랫폼의 최적 탐색 지점을 선정하기 위한 이론적인 방법론으로 게임이론을 활용한 방법들이 활발히 연구되고 있는데 그 예는? 대잠 탐색 플랫폼의 최적 탐색 지점을 선정하기 위한 이론적인 방법론으로, 게임이론을 활용한 방법들이 활발히 연구되고 있다. 이인영화게임(two person zero sum game)은 대잠 탐색 모델을 구성하기 위한 기본적인 방법중 하나로 [10] , 최근에는 다개체가 수행하는 협동 작전을 모델링하기 위한 도구로도 게임이론이 사용되고 있다 [11, 12] . 또한 실제 작전환경에서 잠수함이 직면하는 가용 에너지의 한계 [13] 와 수상함에 탑재된 센서에 가해지는 각종 노이 즈에 의한 제한사항 [14] 들을 고려한 연구가 진행되고 있다. 작전 반경이 넓어지고 작전에 참여하는 플랫폼의 수가 증가함에 따라 필연적으로 발생하는 연산 시간의 증가 폭을 최소화하기 위한 연구 [15] 도 진행되고 있다.
레이더 기술의 발전으로 가능해진 것은? 해상에서 작전을 수행하는 수상함은 항상 공중/수상/수중의 위협에 노출되어 있다. 레이더 기술의 발전으로 공중 및 수상의 위협은 비교적 원거리에서 탐지 가능하며, 다단계에 걸친 방어 수단으로 이에 대응을 수행할 수 있도록 진화하고 있다. 이와 달리, 수중에서 은밀하게 기동 하여 수상함을 공격할 수 있는 잠수함의 경우, 소나체계가 지속적으로 발전하고 있음에도 불구하고, 복합한 수중 환경의 영향으로 수 km의 근거리에 존재하는 잠수함도 탐지 가능 여부를 확신할 수 없는 것이 현실이다 [1] .
대잠 헬기가 주목받는 이유는? 이러한 물리적 한계를 극복하고자 수상함에서는 대잠 헬기를 탑재하여 운용한다. 대잠 헬기는 잠수함 탐지 센서인 디핑 소나(Dipping Sonar)와 소노부이(Sonobuoy) 및 경어뢰 등의 무장을 탑재할 수 있으며, 원거리를 빠르게 기동하며 탐색 및 공격 임무를 수행할 수 있어 대잠 작전의 핵심 무기체계로 주목받고 있다.
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참고문헌 (23)

  1. R. J. Urick, principles of underwater sound, 3rd edition, Mc-Graw-Hill, 1983. 

  2. Lee, D.H., Choi, Y.C., Lee, G.J. and Kim, J.S., "Operational concept description", ADD, ADDR-415-090260, 2009. 

  3. Lee, D.H., Choi, Y.C., Lee, G.J. and Kim, J.I., "FFX CFCS system and subsystem description", ADD, ADDR-415-090249, 2009. 

  4. Kim, Y.R., Kim, K.S., Park, S.W. and Yu, C.W., "FFX combat system CFCS Software design description (ASW plan)", ADD, ADDR-415-090309, 2009. 

  5. Yu, C.W. and Park, W.S., "Research plan on the ASW plan function for the naval combat system", the 9th Naval Weapon Symposium, 2012.6. 

  6. Park, G.J., Hong W.Y., "Research on the ASW tactics using a TASS" , ADD, NWSD-415-970548, 1997. 

  7. Lee, D.H., Kho, Y.S. and Ryu K.Y., "Research on the simulation model for analysing TASS operational effectiveness", ADD, NWSD-513-981354, 1998. 

  8. Kim, J.H., "Research on the effective analysis method for the fixed line array sonar", Journal of Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 7, No. 2, pp. 32-40, 2004. 

  9. Shin S.C. and Park J.M., "Development of the Simulator for analysing ASW Search Patterns using the HMS", Journal of Korea Society for Simulation, Vol. 19, No. 2, pp. 99-106, 2010.6. 

  10. James N. Eagle, Alan R. Washburn, "Cumulative Search- Evasion Games", Naval Research Logistics, Vol. 38, pp. 495-510, 1991. 

  11. Ryusuke Hohzaki, "A Cooperative Game in Search Theory", Naval Research Logistics, Vol. 56, pp. 264-278, 2009.4. 

  12. Johannes O. Royset, Hiroyuki Sato, "Route Optimization for Multiple Searcher", Naval Research Logistics, Vol. 57, pp. 701-717, 2010.10. 

  13. Ryusuke Hohzaki, Alan R. Washburn, "An Approximation for a continuous datum search game with energy constraint", Journal of the Operations Research Society of Japan, Vol. 46, pp. 306-318, 2003. 

  14. Ryusuke Hohzaki, "Discrete Search Allocation Game with False Contacts", Naval Research Logistics, Vol. 54, pp. 46-58, 2006.8. 

  15. Cho S.J., Choi B.W. and Cheon J.H., "Research on the target search logics for the ASW Decision Support System", Journal of Korea Institute of Military Science and Technology, Vol.13, No.5, 824-830, 2010. 

  16. J. M. Danskin, "A helicopter versus submarine search game", Operations Research, Vol. 16, pp. 509-517, 1968. 

  17. V. J. Baston, F. A. Bostock, "A One-Dimensional Helicopter-Submarine Game", Naval Research Logistics, Vol. 36, pp. 479-490, 1989. 

  18. Andrej Yu. Garnaev, "A Remark on a Helicopter and Submarine Game", Naval Research Logistics, Vol. 40, pp. 745-753, 1993. 

  19. Hu Zheng-tao and Liu Jian, "The Research of ASW Helicopter ACGF Construction Based on CXBR", IEEE International Conference on Computational Intelligence and Security Workshops, pp. 132-135, 2007. 

  20. Yu, C.W., Kim, J.Y., Kim, C.H. and Jung, Y.R., "Modeling and Simulation for Evaluating the Submarine Detection Capability of ASW Missions for an Anti Submarine Helicopter", Journal of Korea Society for Simulation, Vol. 20, No. 2, pp. 59-66, 2011.6. 

  21. Cho, J.H. and Kim J.S., "Analysis on the Effectiveness of the Detection for the Passive Sonar System", Journal of Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 15, pp. 272-287, 2012.6. 

  22. J. H. Cho, J. S. Kim, J. S. Lim, S. I. Kim, Y. S. Kim, "Optimal Acoustic Search Path Planning for Sonar System Based on Genetic Algorithm", International Journal of Offshore and Polar Engineering", Vol. 17, pp. 218-224, 2007.9. 

  23. Daniel H. Wagner, W. Charles Mylander, Thomas J. Sanders, Naval Operations Analysis, 3rd edition, Naval Institute Press, 1999. 

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