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[국내논문] 저고도 방공 레이더 최적 배치에 관한 연구
Study on the Optimal Location of Low Altitude Air Defense Radar 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.17 no.2, 2014년, pp.248 - 257  

백경혁 (10전투비행단) ,  이영우 (한국과학기술원 산업 및 시스템 공학과) ,  장훈 (한국과학기술원 산업 및 시스템 공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As observed in the recent war, suppression of enemy air defense operation is one of the major tactics, simultaneously conducted with high payoff target. Specifically, our air defense operation should be properly constructed, since the operating environment of our forces mostly consists with mountain...

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문제 정의

  • 2차 세계대전 이후부터 최근 이라크 전쟁에서의 작전 상황을 살펴보면 항공력에 의한 제공권 확보가 전쟁 승리에 초석임이 입증되고 있다. 게다가 과학기술이 빠른 속도로 발전함에 따라 새로워진 전투수행방식 즉 네트워크 중심전(Network Centric Warfare), 효과중심전(EBO), 동시/통합전 양상은 조기에 적의 방공망을 무력화하여 더 나은 조건에서 작전을 전개시키기 위해 초기 제공권 확보를 목표로 한다. 실제로 미 의회 조사국(Congressional Research Service)에 따르면 최근 전쟁에서 적방공망제압(SEAD : Suppression of Enemy Air Defenses) 비행횟수가 상당히 증가했음을 언급하였다[1].
  • 본 연구는 제한된 탐지 레이더 자산에 대한 최적 배치를 산출할 수 있는 방법을 제안한다. 특히, 산악지형에 저고도로 침투하는 적들에 대처하는 작전을 대상으로 한다.
  • 특히, 산악지형에 저고도로 침투하는 적들에 대처하는 작전을 대상으로 한다. 작전 환경을 기반으로 하여 상황 별 최적 배치에 대한 해를 기존의 수리 모델을 활용해 도출하였고, 이 해를 시뮬레이션에 적용해 최적 배치의 실효성을 검증하고, 기존의 수리 모델에 대해 고찰하여 레이더 자산 최적 배치 산출을 위한 수리 모델 개발에 필요사항을 제시하였다.
  • 이상헌 외 연구[9]는 미사일 방어를 위한 KDX 최적 배치 모형 연구를 통해 최적의 KDX 배치 선정과 방어 미사일 할당에 대한 의사 결정 방안을 제시하였다. 레이더 배치에 관한 연구는 오제상 외 연구[10]이 있는데, 이 연구에서는 설비의 중복담당을 막기 위해 병렬 구조의 신뢰도 개념을 도입한 수리 모델을 제안하였다.
  • 특히 작전 위치가 상세해 질수록 환경의 시계도 분석이 중요한데, 많은 연구들의 수리 모델에서는 지형 요소에 대한 반영이 이뤄지지 않았다. 따라서 본 연구는 작전 환경에 지형 요소를 반영하여 탐지 지역을 최대한 넓힐 수 있는 수리 모델을 제안하였다.
  • 본 연구에서는 저고도 방공 레이더의 최적 배치를 위하여 이전 연구들을 통해 제안되었던 시설 입지 선정 문제를 이용하여 저고도 방공 레이더를 배치하고, 실제 전장 환경을 모사한 시뮬레이션 모델을 이용해 레이더 배치 결과를 평가하였다. 기존의 입지 선정 문제들 중 대표적인 두 타입의 문제(확정적 모델, 확률적 모델)를 방공 레이더 배치 문제에 적용 및 그 성능을 평가해 봄으로써, 일반적으로 지역의 물리적 커버만을 위해 레이더를 배치하는 것과 비교해, 비행체 탐지 확률을 고려해 레이더를 배치하는 우수한 성능을 보여준다는 것을 실험을 통해 입증하였다.

가설 설정

  • 레이더 최적 배치가 적용될 작전 환경은 우군 작전 지형을 대상으로 한다. Fig. 1과 같이 산악지형을 포함한 작전 지형은 가로 100km, 세로 100km의 범위로 가정 하였다. 이는 대략 00개 군단 작전 범위라 할 수 있다.
  • 수리 모델에 지형 효과를 반영하기 위해 각 수요 지역들을 대변하는 지형 데이터를 구축하여, 탐지 가능한 지역이면 1, 지형에 의해 불가능 한 지역이면 0으로 표기하여 전장 상황의 지형 효과를 적용하였다. 각 격자의 고도가 300m 이상일 경우, 탐지 레이더가 진입 및 탐지가 불가능하다고 가정하여 탐지 가능 여부를 결정하였다.
  • 이 밖에, 레이더 탐지 거리 및 탐지 확률은 20km 범위 내에 모든 지역이 동일하게 50%로 가정하였다.
  • 수리 모델에서는 레이더의 탐지 범위가 격자형으로 표현된다고 말할 수 있는데, 시뮬레이션 모델은 실제와 유사하게 원형으로 탐지 범위를 표현하였다. 레이더의 초당 회전율로 2초당 1회전으로 가정하여 레이더 안테나의 움직임을 간략하게 표현하였다.
  • 탐지율은 적군 발생 수 대비 적 탐지 대수로 정의하고, 실험 당 적군을 총 200대를 발생시켜, 마지막 적 항공기가 탐지되거나 그대로 통과하게 되면 실험이 종료된다. 실험에서 200대의 항공기들은 서로 다른 발생위치, 비행방향을 가지지만, 비행속도는 일정한 것으로 가정하였다. 실험에서 얻는 최종 결과는 최적 배치 안에 따른 적 항공기 탐지율(=탐지된 적 항공기 수/200대)이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
북한군의 대표적 대공 위협에는 무엇이 있는가? 북한군의 대표적 대공 위협은 빠른 속도로 침투하는 전투기, 미사일 공격, 저고도 침투 등이 있는데, 특히 특수목적 부대의 항공기를 통한 저고도 침투가 위협적이다[3,4]. 특수 목적에 활용되는 항공기는 레이더로 탐지하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라, 저고도 작전이 이뤄지는 산악지형은 레이더 활용에 제약을 유발한다.
대표적인 확정적 모델에는 무엇이 있는가? 이 모델은 설비의 입지 문제에 널리 적용되고 있으며[7], 그 특성에 따라 확정적(Deterministic) 모델과, 확률적(Probabilistic) 모델, 동적(Dynamic) 모델로 나눌 수 있다. 확정적 모델은 시설이나 자원의 서비스 거리를 정의하고 모든 수요 지점을 커버하되, 그 시설의 수를 최소화하는 LSCM(Location Set Covering model)과 시설이나 자원의 수가 제한될 때 수요 지점을 최대 커버 할 수 있도록 제안하는 MCLP(Maximum Covering location Problem)모델이 대표적이라 할 수 있다[14]. 기존 연구에서 활용하는 모델이 대부분 MCLP를 기초로 하고 있다[6-10].
탐지 레이더 시스템 구축에 중요한 세 가지 요소는 무엇인가? 탐지 레이더 시스템 구축에 세 가지 요소가 중요하다. 레이더 자산의 최적 배치와 레이더들의 협업, 획득 데이터의 융합 등이 중요한데, 특히 레이더 자산의 최적 배치는 레이더 시스템 구축에 가장 기초가 되는 요소라 할 수 있다[5]. 제한된 수로 레이더를 적절히 배치하는 것은 비용 대비 전력을 극대화할 수 있는 방안 중 하나로서, 특히 적군 침투에 대한 탐지 확률을 높여 적 조기 제압에 대한 능력을 높일 수 있다.
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참고문헌 (18)

  1. Congressional Research Service, RS21141, 2005. 1. 24. 

  2. National Assembly Budget Office (ROK), "The Analysis of Budget Proposal for 2007," p. 432, 2006. 

  3. Ministry of National Defense (ROK), "The Defense White Paper," pp. 24-26, 2010. 

  4. http://www.asiae.co.kr/news/view.htm?idxno2010100 409171251370, 2010. 10. 4. 

  5. Q. Weiyan, P. Yingning, L. Dajin and H. Xiuying, "An Approach to Radar Netting," Proc. CIE International Conference, pp. 573-577, 1996. 

  6. Y. H. Lee and S. E. Nam, "A Study on Optimal Allocation of Short Surface-to-Air Missile," Journal of the Military Operations Research Society of Korea, Vol. 26, No. 1, pp. 34-46, 2000. 

  7. K. H. Kwak, J. Y. Lee and C. Y. Jung, "The Optimal Allocation Model for SAM Using Multi-Heuristic Algorithm: Focused on Aircraft Defense," Journal of the Korean Operations Research and Management Science Society, Vol. 34, No. 4, pp. 43-56, 2009. 

  8. C. Y. Jung, J. Y. Lee and S. H. Lee, "An Optimal Missile Allocation Problem for Maximizing Kill Probability," Korean Management Science Review, Vol. 27, No. 1, pp. 75-90, 2010. 

  9. S. H. Lee and I. C. Jeong, "Optimal Allocation Model of KDX for Missile Defense," Journal of the Korean Society for Simulation, Vol. 15, No. 4, pp. 69-77, 2006. 

  10. J. S. Oh and S. I. Kim, "On a Set Covering Model to Maximize Reliability," Journal of the Military Operations Research Society of Korea, Vol. 8, No. 1, pp. 53-70, 1982. 

  11. G. Y. Kim, C. H. Song and S. I. Kang, "Siting fire Stations Based on the Maximal Covering Location Theory in the Seoul Metropolitan Region," Journal OF Korea Planners Association, Vol. 38, No. 3, pp. 317-324, 2003. 

  12. S. C. Oh and J. M. Kim, "An Optimal Facility Location Using Set Covering and Minisum (Application to Optimal Location of 119 Eru)," Journal of Korean Society of Transportation, Vol. 27, No. 4, pp. 103-113, 2009. 

  13. L. Brotcorne, G. Laporte, F. Semet, "Ambulance Location and Relocation Models," European Journal of Operation Research, Vol. 147, pp. 451-463, 2003. 

  14. X. Li, Z. Zhao, X. Zhu, T. Wyatt "Covering Models and Optimization Techniques for Emergency Response Facility Location and Planning: A Review," Mathematical Methods of Operations Research, Vol. 74, No. 3, pp. 281-310, 2011. 

  15. C. ReVelle and K. Hogan, "The Maximum Availability Location Problem," Transportation Science, Vol. 23, No. 3, pp. 192-200, 1989. 

  16. M. C. Straver, E. Vincent and P. Fournier, "Experiences with the MANA Simulation Tool," Defence Research and Development Canada(DRDC) Valcartier TM 2006-404, 2006. 

  17. Y. Zou and K. Chakrabarty, "Sensor Deployment and Target Localization Based on Virtual Forces," Proc. the 22th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications, Vol. 2, pp. 1293-1303, 2003. 

  18. M. D. Proctor and W. J. Gerber, "Line-of-sight Attributes for a Generalized Application Program Interface," Journal of Defense Modeling and Simulation: Applications, Methodology, Technology, Vol. 1, No. 1, pp. 43-57, 2004. 

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