[논문]DEVS 통합개발환경 기반 모의 어뢰 표적탐지부 연동장비 개발

이민규; 황근철; 이동훈; 나영인; 김우식

doi:10.9709/jkss.2015.24.1.025

DEVS 통합개발환경 기반 모의 어뢰 표적탐지부 연동장비 개발
Development of Torpedo Target Detection Section Interface Simulation System based on DEVS Integrated Development Environment 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.24 no.1, 2015년, pp.25 - 34

이민규 () , 황근철 (국방과학연구소) , 이동훈 (국방과학연구소) , 나영인 (국방과학연구소) , 김우식 (국방과학연구소)

초록
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무기체계의 합리적인 요구사항 도출을 위해서는 많은 경험과 시행착오가 필요하지만, 현실적으로는 개발 비용과 위험 등의 이유로 M&S를 통한 접근이 일반적이다. 무기체계 획득 이외에도, 개발된 무기체계의 분석 또는 훈련을 목적으로도 M&S가 광범위하게 사용되고 있다. 국방과학연구소에서는 이러한 M&S의 필요성을 충족시키기 위해 모의실험 및 체계분석 구현에 필요한 M&S 공통기반기술 제공을 목적으로 해군 전투실험을 위한 DEVS 통합개발환경(QUEST)을 개발하였다. 본 논문에서는 모의 어뢰 표적탐지부 연동 아키텍처를 설계하고, QUEST의 무기체계 시뮬레이션 기능을 활용하여 모의 어뢰 표적탐지부 연동장비를 개발하였다. 모의 어뢰 표적탐지부 연동장비는 표적탐지 결과를 제공하는 어뢰 표적탐지부와 어뢰 표적탐지부의 성능 시험에서 필요한 시뮬레이션 시나리오를 제공하는 QUEST 시나리오 발생기로 구성된다. 모의 어뢰 표적탐지부 연동 아키텍처는 QUEST 시나리오 발생기와 어뢰 표적탐지부와의 연동을 통해 어뢰 표적탐지부의 성능 및 인터페이스를 검증할 수 있도록 설계되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is necessary for us to undergo trial and error for eliciting the rational requirement of the acquisition of weapon systems, but the M&S is general approach due to costs and risk of the development. In addition to the acquisition of weapon systems, M&S is extensively employed in the analysis and the training of developed weapon systems. The ADD (Agency for Defense Development) has developed DEVS integrated development environment (QUEST) that provides M&S general ground technique composed of simulation model implementation services, simulation result analysis services, and simulation interface services. This paper describes the interface architecture and the implementation of torpedo target detection section interface simulation system using QUEST. The torpedo target detection section interface simulation system is composed of torpedo target detection section which calculates a result of target detection and the QUEST scenario generator which provides simulation scenario for performance test of the torpedo target detection section. The interface architecture of torpedo target detection section interface simulation system is designed to verify the interface and performance of the torpedo target detection section by linking with the QUEST scenario generator.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 QUEST 활용으로 다양한 시나리오를 제공하여 효과적으로 어뢰 표적탐지부의 신호처리 알고리듬을 개발할 수 있는 모의 어뢰 표적탐지부 연동장비에 대해 기술한다. 모의 어뢰 표적탐지부 연동장비는 표적탐지 결과를 제공하는 ‘어뢰 표적탐지부’와 어뢰 표적탐지부의 성능시험과정에서 필요한 시뮬레이션 시나리오를 제공하는 ‘QUEST 시나리오 발생기’로 구성된다.
국방 무기체계 개발과정에서 M&S 분석이 보편화되고 있는 가운데, M&S의 공통기반기술 제공을 목적으로 국방과학연구소에서는 최근 DEVS 통합개발환경인 QUEST를 개발하였다. 본 논문에서는 QUEST의 시뮬레이션 수행기능을 이용하여 어뢰 표적탐지부 개발에 필요한 시뮬레이션 시나리오 발생기를 개발하고, 연동 아키텍처를 설계하여 QUEST 시나리오 발생기와 어뢰 표적탐지부를 연동한 내용을 기술하였다.
본 절에서는 QUEST 시나리오 발생기에서 생성된 시나리오에 따라 동작하는 모의 어뢰 표적탐지부의 운용사례를 기술한다. QUEST 시나리오 발생기에 설정한 시나리오는 아래와 같이, 음향탐지부와 항적탐지부의 성능 및 인터페이스를 동시에 확인할 수 있도록 설정하였다.

제안 방법

계산된 에너지합으로 항적유무를 판단하게 되며, 일련의 PING별 에너지합 결과는 수신신호 에너지합 정보란에 표시된다. PING 섹션 정보와 PING별 탐지결과는 연속되는 PING 정보를 표시하여 탐지되는 항적신호의 추이를 확인시켜 준다.
참조). QUEST 물리모델 라이브러리에는 기동, 수동소나, 능동소나, 취약성, 체계에너지, 표적관리, 방사소음, 반향신호, 근접센서, 탄두, 통신, 형상, 발사대, 단순음향센서 모델 등 총 14종의 물리모델이 포함되어 있으며, 각각의 물리모델들은 체계모델에 공통적으로 사용될 수 있는 부체계 기능을 모의한다.
각각의 체계모델들은 환경모델을 매개로 타 체계모델의 환경정보를 수신하고, 자신의 환경정보를 타 체계모델로 송신한다. 각 체계모델에 정의된 물리모델들은 체계모델의 특성에 따라 물리모델 라이브러리로부터 추가되었으며, 이들 물리모델을 통제하는 전술모델은 어뢰 표적탐지부 검증 시나리오에 맞게 설계 및 구현되었다.
먼저 어뢰 표적탐지부에 시뮬레이션 시나리오를 제공하는 QUEST 시나리오 발생기를 설계/구현하였다. 그리고 어뢰 표적탐지부와 QUEST 시나리오 발생기를 연동하는 시뮬레이션 연동 아키텍처를 설계/구현함으로서, QUEST에서 제공하는 다양한 기능을 이용하여 어뢰 표적탐지부 성능 및 인터페이스를 유연하게 검증할 수 있도록 하였다.
이 중 기동, 단순음향센서, 발사대, 표적 관리 모델은 입력 포트 메시지(명령)를 필요로 하므로, 각 물리모델에 상응하는 전술모델을 설계하였다. 또한 기동 전술, 발사대전술, 단순음향센서전술, 표적관리전술 모델을 통제하는 TACM(Torpedo Acoustic Counter-Measure) 전술모델을 설계하여 어뢰공격에 대응하는 수상함의 어뢰 회피전술 로직을 모의하였다. TACM전술모델에서 모의되는 수상함의 전술을 다양하게 변경함에 따라, 어뢰 표적탐지부를 테스트할 수 있는 다양한 상황을 어뢰 표적탐지부로 전달할 수 있다.
QUEST 시나리오 발생기는 QUEST를 기반으로 설계 및 구현되어 있어, 기본적으로 QUEST의 다양한 서비스 기능을 활용할 수 있는 동시에 QUEST 모델 라이브러리의 활용으로 객체 추가 및 삭제가 자유로워, 어뢰 표적탐지부의 검증을 위한 다양한 시나리오의 구성이 용이하다. 또한 물리모델을 통제하는 전술모델을 물리모델 단위로 설계함으로서, 특정 물리모델의 전술요소에 따른 어뢰 표적탐지부 성능시험이 가능하다.
모의 어뢰 표적탐지부 연동장비는 표적탐지 결과를 제공하는 ‘어뢰 표적탐지부’와 어뢰 표적탐지부의 성능시험과정에서 필요한 시뮬레이션 시나리오를 제공하는 ‘QUEST 시나리오 발생기’로 구성된다. 먼저 어뢰 표적탐지부에 시뮬레이션 시나리오를 제공하는 QUEST 시나리오 발생기를 설계/구현하였다. 그리고 어뢰 표적탐지부와 QUEST 시나리오 발생기를 연동하는 시뮬레이션 연동 아키텍처를 설계/구현함으로서, QUEST에서 제공하는 다양한 기능을 이용하여 어뢰 표적탐지부 성능 및 인터페이스를 유연하게 검증할 수 있도록 하였다.
➅)를 포함한다. 시간별 항적 수신신호 정보는 연속적으로 들어오는 항적신호의 크기를 시간별로 보여주고, 신호처리 전/후 수신신호 정보에서는 현재 수신한 신호의 신호처리되기 전과 후를 비교해서 보여준다. 기본적으로 항적신호에는 수면반사파가 같이 포함되어 있기 때문에 항적의 유무를 판단하기 위해서 예측되는 반사파를 제거하는 신호처리를 거친 후 신호의 에너지합(Energy sum)을 수행한다.
어뢰 표적탐지부는 다시 음햠탐지기와 항적탐지기로 구분되며 이들은 각각 시뮬레이션 진행 중 신호처리 과정을 표시해주는 표시기를 가진다. 음향탐지기와 항적탐지기는 각각 QUEST 시나리오 발생기에서 수신한 시뮬레이션 정보를 이용하여 탐지결과를 생성하고, LAN통신으로 QUEST에 그 결과값을 전송한다. QUEST 시나리오 발생기는 유도제어부모델, 기동모델 등을 포함한 어뢰 체계모델, 어뢰를 발사하는 잠수함 체계모델, 표적으로 설정된 수상함 체계모델, 표적함에서 발사되는 기만기 체계모델을 모의하며, 이들 시뮬레이션 정보를 항적/음향탐지기에게 송신한 후, 탐지결과를 수신한다.
참조). 이 중 기동, 단순음향센서, 발사대, 표적 관리 모델은 입력 포트 메시지(명령)를 필요로 하므로, 각 물리모델에 상응하는 전술모델을 설계하였다. 또한 기동 전술, 발사대전술, 단순음향센서전술, 표적관리전술 모델을 통제하는 TACM(Torpedo Acoustic Counter-Measure) 전술모델을 설계하여 어뢰공격에 대응하는 수상함의 어뢰 회피전술 로직을 모의하였다.
제안한 연동 아키텍처는 통합개발환경으로 개발된 QUEST의 다양한 서비스 기능을 사용할 수 있도록 한다. 또한 재사용 가능한 QUEST 모델 라이브러리를 활용하여 시나리오 객체를 간단하게 추가할 수 있으며, 체계모델 별 전술모델을 독립변수를 선정하여 어뢰 표적탐지부 검증을 위한 다양한 시나리오를 생성할 수 있다.

대상 데이터

어뢰 항적신호발생기는 QUEST 시나리오 발생기에서 제공되는 표적정보, 어뢰위치정보, 및 환경정보를 수신하여 현재 어뢰위치에서의 항적신호를 계산한다. 항적신호발생기는 HUB, RAM, DSP(Digital Signal Processor), FPGA(Field Programmable Gate Array), DA(Digital to Analog converter)로 구성된다(Fig. 9. 참조). DSP는 HUB를 통해 QUEST 시나리오 발생기로부터 연동 데이터를 수신하여 항적신호세기 정보를 생성한다.

이론/모형

모의 어뢰 표적탐지부 연동시범장비에서 QUEST는 음향/항적탐지기의 성능 및 인터페이스를 검증하는 시나리오 발생 기능을 지원한다. QUEST 시나리오 발생기는 QUEST 모델 라이브러리를 이용하여 구현되었다.

성능/효과

기본적으로 수중 무기체계를 모의할 수 있는 기동모델, 음향센서모델, 통신 모델 등으로 이루어진 물리모델 라이브러리가 개발되어 있어, 체계모델 특성에 따른 물리모델을 선정한 후 선정된 물리모델에 대한 전술모델을 정의하는 것으로 체계모델을 구성할 수 있다. 결과적으로, QUEST는 공통적으로 사용되는 물리모델의 중복개발을 피하는 동시에, 사용자가 정의하는 전술모델을 통해 시뮬레이션의 목적에 맞는 자유로운 시나리오 설정이 가능하다.
결론적으로, QUEST 모델라이브러리에 정의된 물리모델과 물리모델을 통제하는 전술모델(사용자 정의 모델)로 체계모델이 정의되며, 시뮬레이션에 참여하는 모든 체계 모델은 환경모델을 통해 타 체계모델과 관련된 환경정보를 수신하여 객체의 다양한 행위(behavior)를 모의한다.
이상에서 설명한 연동 아키텍처는 QUEST 모델 라이브러리를 이용하여 모델의 재사용성을 극대화할 수 있다는 장점뿐만 아니라, 통합개발환경인 QUEST의 다양한 서비스를 이용할 수 있다는 장점을 가진다. 일례로 QUEST의 실험계획 기능을 통해 시나리오에 참여한 객체의 특정 변수를 ‘속성’으로 정의하여 변수 변화에 따른 어뢰 표적 탐지부의 성능 확인이 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	어뢰 표적탐지부란?	어뢰 표적탐지부는 음향탐지기와 항적탐지기로 구성되며, 표적의 음향 및 항적특성을 이용하여 표적을 탐지하는 장비이다. 표적탐지부의 우수한 탐지성능을 보장하기 위해서는 다양한 음향환경에서 검증된 신호처리 알고리듬이 필요하다.
	무기체계의 합리적인 요구사항 도출을 위해서 M&S를 통한 접근하는 이유는?	무기체계의 합리적인 요구사항 도출을 위해서는 많은 경험과 시행착오가 필요하지만, 현실적으로는 개발 비용과 위험 등의 이유로 M&S를 통한 접근이 일반적이다. 무기체계 획득 이외에도, 개발된 무기체계의 분석 또는 훈련을 목적으로도 M&S가 광범위하게 사용되고 있다.
	QUEST모델 구현 및 시뮬레이션 실행 이외에 어떤 기능을 지원하는가?	QUEST는 시뮬레이션의 모델 라이브러리를 이용한 신속한 모델 구현 및 시뮬레이션 실행 이외에도 다양한 지원도구를 제공한다. 시뮬레이션 데이터 로깅, DB관리, 메모리관리, 고속 연산, 그리고 분산 시뮬레이션 기능을 가진 시뮬레이션 도구는 시뮬레이션 성능 및 연동을 지원하고, 모델저작도구, 실험설계도구, 실험분석도구, 가시화도 구, 및 시뮬레이션 통제 기능을 가진 전투실험 지원도구는 시뮬레이션 구현, 실시간분석, 및 사후분석을 지원한다[13-14] .

참고문헌 (16)

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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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