[논문]미사일/로켓 방어체계의 RPG-7에 대한 전차방호 성능분석

하종수; 이의혁; 이현아; 박규철; 조규공

doi:10.9766/kimst.2014.17.3.350

미사일/로켓 방어체계의 RPG-7에 대한 전차방호 성능분석
Performance Analysis of Missile/Rocket Defense System for RPG-7 Defense of Main Battle Tank 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.17 no.3, 2014년, pp.350 - 357

하종수 (국방과학연구소) , 이의혁 (국방과학연구소) , 이현아 (국방과학연구소) , 박규철 (국방과학연구소) , 조규공 (국방과학연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

MRDS is a short range missile/rocket defense system which protects a main battle tank(MBT) from threats at a short range. It is composed of 2 radars, 2 infrared trackers(IRT)s, 1 fire control computer(FCC), 2 launchers and countermeasures. In this paper, the radar and the IRT models based on sensing errors, the FCC model based on filtering errors, the launcher model based on driving errors and the countermeasure model based on flying errors are proposed to analyze the defense performance with the approaching RPG-7 and the moving MBT. The simulation results are presented to evaluate and verify the effectiveness of the proposed method.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 능동파괴체계의 방호성능을 분석하기 위한 전차방호 성능분석 기법을 제안하였다. 센서의 정확도에 기반한 탐지추적레이더 및 IRT 모델, 데이터 융합 및 추적 연산 오차에 기반한 사격통제컴퓨터 모델, 발사 시 구동 오차에 기반한 발사장치 모델, 대응탄 자세 및 비행 오차에 기반한 대응탄 모델, 속도 및 위치 분포에 기반한 파편 모델, 기동/회전/진동 운동에 기반한 전차 거동 모델, RPG-7 특성에 기반한 위협체 모델을 모델링 알고리듬 위주로 제시하였다.
본 논문에서는 능동파괴체계의 방호성능을 분석하기 위해 체계 구성품들의 정확도, 즉 오차 범위에 기반하여 RPG-7에 대한 전차방호 성능분석 기법을 제안한다. 이를 위해 개별 구성품의 수학적 모델링에 기반한 모델 설계 기법과 전차방호를 위한 교전 분석의 개념 및 기법을 제안하며, 유형별 시나리오에 대한 시뮬레이션 결과를 비교^․분석함으로써 제안하는 RPG-7에 대한 전차방호 성능분석 기법의 효용성을 검증한다.
본 논문에서는 제안하는 성능분석 기법의 효용성을 검증하기 위해 능동파괴체계 구성품의 성능 유형별 P_h 분석 결과를 제시한다.
이와 같이 근거리 미사일 방어체계와 관련하여 일부 성능에 집중한 관련 연구의 한계를 극복하고 근거리에서 접근하는 미사일/로켓에 대한 능동파괴체계의 전차방호 성능분석 연구의 토대를 마련하기 위해, 체계적 관점에서 각 구성품의 특성분석 및 방호성능분석과 관련한 기초 개념을 연구하고^[5] 능동파괴체계의 탑재체계인 전차의 동특성에 대한 분석을 수행한 연구를^[6] 본 논문에서는 참고하였다.

가설 설정

능동파괴체계는 전차에 탑재되기 때문에 교전성능이 전차 거동에 어떻게 영향 받는지 분석할 필요가 있다. 이를 위해 Table 4와 같이 전차가 주행할 때를 가정하여 P_h를 분석하였다.

제안 방법

본 논문에서는 위협체 모델로서 RPG-7을 설정하였다. 탄두와 파편 간 충돌을 분석해야 하므로 탄두 형상을 12각*10등분으로 분할하여 모델링하였으며 위협체의 속도 시험 데이터를 획득하여 각 구간에서의 속도값을 curve-fitting하여 추정하였다.
이 때 능동파괴체계 각 구성품의 고유좌표계는 지구좌표계로 변환되어 계산되며 능동파괴체계가 탑재되는 전차 방호성능을 분석하기 위해 전차 거동에 따른 좌표변환이 계산과정에서 반영되어야하므로 체계 좌표계를 제공하는 전차 거동에 대한 모델과의^[6] 연동이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 분석 모델을 주요 성능에 대한 오차 모델로서 설계하며 위협체로서 RPG-7 모델과 전차 거동 모델은 대상의 사양 및 특성을 반영하여 설계한다. Table 1에 각 분석 모델의 사양을 정리하였으며 이를 활용한 교전 분석 알고리듬을 Fig.
본 논문에서는 체계 거동 모델로서 능동파괴체계의 탑재체계인 전차를 설정하였으며 관련 연구 결과를 활용하였다[6]. 전차의 기동, 포탑 회전, 진동에 의한 전차의 roll, pitch 운동은 능동파괴체계의 체계 좌표계를 왜곡시키기 때문에 Fig.
본 시스템은 위협체를 탐지·추적하는 센서인 탐지추적레이더와 열상추적기(IRT : InfraRed Tracker), 위협판단 및 대응을 통제하는 사격통제컴퓨터, 위협체를 무력화시키는 대응수단인 발사장치와 대응탄으로 구성된다[1].
본 논문에서는 능동파괴체계의 방호성능을 분석하기 위한 전차방호 성능분석 기법을 제안하였다. 센서의 정확도에 기반한 탐지추적레이더 및 IRT 모델, 데이터 융합 및 추적 연산 오차에 기반한 사격통제컴퓨터 모델, 발사 시 구동 오차에 기반한 발사장치 모델, 대응탄 자세 및 비행 오차에 기반한 대응탄 모델, 속도 및 위치 분포에 기반한 파편 모델, 기동/회전/진동 운동에 기반한 전차 거동 모델, RPG-7 특성에 기반한 위협체 모델을 모델링 알고리듬 위주로 제시하였다.
발사장치는 구동 시 방위각/고각 오차가 주요 오차 요소로서 작용한다. 이 때 시간에 따른 방위각/고각 변화 특성이 성능에 영향을 미치므로 위치제어루프 및 속도제어루프를 기반으로 오차 요소 분석을 수행하였으며 Fig. 9에 분석 결과를 나타내었다.
P_k/h는 파편위력이 결정적인 성능요소가 되므로 파편위력이 강하면 1발만으로도 위협체를 무력화할 수 있고 약하면 충분한 개수의 파편이 위협탄두와 충돌해야 한다. 이는 별도의 파편-위협 탄두 간 파괴 시뮬레이션과 실험 등을 통해 분석되므로 본 논문에서는 P_k/h와 연동하여 유의미한 결과를 도출하기 위한 파편-위협탄두 간 충돌개수별 충돌사건 발생확률 즉, 충돌확률(교전확률) P_h (= P_d ∙P_h/d) 을 구함으로써 방호성능을 분석한다.
본 논문에서는 능동파괴체계의 방호성능을 분석하기 위해 체계 구성품들의 정확도, 즉 오차 범위에 기반하여 RPG-7에 대한 전차방호 성능분석 기법을 제안한다. 이를 위해 개별 구성품의 수학적 모델링에 기반한 모델 설계 기법과 전차방호를 위한 교전 분석의 개념 및 기법을 제안하며, 유형별 시나리오에 대한 시뮬레이션 결과를 비교^․분석함으로써 제안하는 RPG-7에 대한 전차방호 성능분석 기법의 효용성을 검증한다.
본 논문에서는 체계 거동 모델로서 능동파괴체계의 탑재체계인 전차를 설정하였으며 관련 연구 결과를 활용하였다[6]. 전차의 기동, 포탑 회전, 진동에 의한 전차의 roll, pitch 운동은 능동파괴체계의 체계 좌표계를 왜곡시키기 때문에 Fig. 15와 같이 사격통제컴퓨터, 탐지추적레이더, IRT, 발사장치의 고유 좌표계를 전차 위에 설정하고 전차의 거동에 따른 전차방호성능을 분석하였다.
본 논문에서는 위협체 모델로서 RPG-7을 설정하였다. 탄두와 파편 간 충돌을 분석해야 하므로 탄두 형상을 12각*10등분으로 분할하여 모델링하였으며 위협체의 속도 시험 데이터를 획득하여 각 구간에서의 속도값을 curve-fitting하여 추정하였다. 위협체의 궤적은 직선 궤적 또는 유도조종에 의한 궤적을[2] 적용하였다.
파편과 위협체 탄두 간 충돌을 분석하는 P_h위주의 교전 분석 기본 개념을 제시하고 이에 대한 판단 기준을 설정하여 분석 알고리듬을 제안하였으며 모델 설계와 더불어 시뮬레이션 GUI를 구현하였다. 결과로서 각 구성품의 성능 유형별 성능분석 결과를 제시하였으며 제안하는 기법이 성능분석에 어떻게 사용될 수 있는지를 보여주었다.

데이터처리

파편은 분사 후 속도 및 위치 분포 오차가 주요 오차 요소로 파악된다. 시험 데이터를 통해 이를 분석하였으며 평균 및 분산을 산출해 파편의 속도 분포와 위치 분포를 재구성하였다. Fig.
16과 같이 분석 시뮬레이터를 구현하였다. 이를 통해 위협체 궤적 및 속도 등의 조건, 전차 이동경로 및 포탑 회전 등의 조건을 설정하고, 분석하고자하는 각 구성품의 오차 요소를 설정한 후 Monte-carlo 시뮬레이션을 수행하여 시나리오별 P_h 통계값을 도출하였다.

성능/효과

위주의 교전 분석 기본 개념을 제시하고 이에 대한 판단 기준을 설정하여 분석 알고리듬을 제안하였으며 모델 설계와 더불어 시뮬레이션 GUI를 구현하였다. 결과로서 각 구성품의 성능 유형별 성능분석 결과를 제시하였으며 제안하는 기법이 성능분석에 어떻게 사용될 수 있는지를 보여주었다. 본 논문에서 다루고 있는 Ph의경우 파편 충돌 개수에 따라 Fig.
결과로서 각 구성품의 성능 유형별 성능분석 결과를 제시하였으며 제안하는 기법이 성능분석에 어떻게 사용될 수 있는지를 보여주었다. 본 논문에서 다루고 있는 Ph의경우 파편 충돌 개수에 따라 Fig. 19의 붉은색 원 범위 정도의 방호확률 P_k가 예측되었는데 실제 RPG-7을 대상으로 한 방호성능시험에서 능동파괴체계의 시험결과 또한 유사한 수준으로 판정됨으로써 제안하는 성능분석 기법의 효용성을 검증하였다.
17과 같은 결과를 얻었다. 분석 결과 개방형의 P_h가 폐쇄형의 P_h보다 우수함을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탐지추적레이더와 IRT의 역할은 무엇인가?	1에 능동파괴체계의 교전 개념을 도시하였다. 탐지추적레이더와 IRT는 전파 및 IR 영상이 제공하는 오차 범위 내에서 표적을 탐지․추적하며, 사격통제컴퓨터는 센서 데이터를 처리하여 연산 오차 범위 내에서 위협 판단 및 대응 명령을 수행하며, 대응수단인 발사장치는 기계적인 구동 오차 범위 내에서 구동하고, 대응탄은 화학적인 조성과 물리 법칙에 의해 탄 궤적 및 속도, 자세 오차에 따라 비행하고 일정한 속도 및 위치 분포를 가지는 파편을 발사하여 미사일 또는 로켓을 타격 및 무력화함으로써 전차를 방호하게 된다.
	능동파괴체계의 목적은?	능동파괴체계(Hard-Kill System)는 근거리 미사일/로켓 방어체계로서 전차에 탑재되어 위협체를 탐지․추적하고 대응탄을 발사하여 이를 무력화시키는 것을 목적으로 한다. 본 시스템은 위협체를 탐지․추적하는 센서인 탐지추적레이더와 열상추적기(IRT : InfraRed Tracker), 위협판단 및 대응을 통제하는 사격통제컴퓨터, 위협체를 무력화시키는 대응수단인 발사장치와 대응탄으로 구성된다[1].
	능동파괴체계 시스템은 어떻게 구성되는가?	능동파괴체계(Hard-Kill System)는 근거리 미사일/로켓 방어체계로서 전차에 탑재되어 위협체를 탐지․추적하고 대응탄을 발사하여 이를 무력화시키는 것을 목적으로 한다. 본 시스템은 위협체를 탐지․추적하는 센서인 탐지추적레이더와 열상추적기(IRT : InfraRed Tracker), 위협판단 및 대응을 통제하는 사격통제컴퓨터, 위협체를 무력화시키는 대응수단인 발사장치와 대응탄으로 구성된다[1]. 이러한 구성품들은 각각의 오차 특성에 따라 체계의 방호성능에 영향을 미치게 된다.

참고문헌 (8)

송영덕 외, "능동파괴장치의 체계적용성 연구," 제14회 지상무기 학술대회, 2006.
Jong-kwang Lim, et al, "A Survivability Analysis of Soft-Kill Active Protection System Installed Armored Vehicle Using Engagement Simulator," Spring Simulation Multiconference 2006, pp. 329-334, 2006.
하종수 외, "지상기동무기체계 탑재 미사일 경고 레이더 시뮬레이터 설계," 한국전자파학회논문지, 제21권 제4호, pp. 331-339, 2010.

원문보기 상세보기
이성우 외, "무력화된 대함미사일 잔류효과 M&S 연구," 한국군사과학기술학회 종합학술대회, 2013.
조규공 외, "능동파괴체계 M&S 연구," 한국군사과학기술학회 종합학술대회, 2011.
하종수 외, "근거리 미사일방어시스템 성능분석을 위한 전차 구동 모델링 기법," 한국군사과학기술학회지, 제14권 제2호, pp. 173-180, 2011.

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Skolnik, M. I., Introduction to Radar Systems, McGraw-Hill Book Company, 3rd edition 2001.
K. A. Stroud., Engineering Mathematics, 4th edition, Macmillan.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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