[논문]초저음파를 이용한 탄도미사일 발사위치 추정에 관한 연구

윤원중; 전영수; 이덕기; 이종호; 양조환; 박규식

doi:10.7776/ask.2016.35.6.411

초저음파를 이용한 탄도미사일 발사위치 추정에 관한 연구
A study on ballistic missile sound localization using infrasound 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.35 no.6, 2016년, pp.411 - 418

윤원중 (기상청 국립기상과학원) , 전영수 (기상청 국립기상과학원) , 이덕기 (기상청 국립기상과학원) , 이종호 (기상청 국립기상과학원) , 양조환 (단국대학교) , 박규식 (단국대학교)

초록
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본 논문에서는 초저음파 신호를 이용하여 탄도미사일 발사위치를 추정하는 새로운 방법을 개발하였다. 양구와 철원에 설치된 기상청의 초저음파 관측망을 이용하여, 북한의 탄도미사일 발사시 발생한 초저음파 신호를 분석하였다. 신호의 탐지 및 발생위치 추정을 위하여 시간-주파수 분석, 도달 지연시간 측정 방법 및 구 삼각공식 등을 적용하였으며, 발사원점과 약 3 km 정도 차이가 나는 곳을 발사지점으로 추정하여 개발된 알고리즘의 정확도를 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we developed a new method estimating the location of ballistic missile launching using infrasound signals. Infrasound signal generated from the North Korea's ballistic missile launch was used as source data and its signal was recorded at KMA (Korea Meteorological Administration) infrasound stations located at Cheorwon and Yanggu. Time-frequency analysis, TDOA (Time Delay of Arrival) method and spherical trigonometry were applied for data processing of signal recorded and occurrence location detection. We could confirm the outstanding performance of the algorithm estimating source location which was only 3 km apart from the actual launching site.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 초저음파 신호를 분석하여 신호의 발생위치를 추정하는 연구를 진행하였다. 기상청이 운용하고 있는 양구와 철원의 초저음파 관측망을 이용하였으며, 최근 북한의 장거리 미사일 도발시 발생한 초저음파 신호를 분석 대상으로 하였다.

제안 방법

또한, 본 논문의 결과와 같은 방위추정 오차가 가능하기 위한 각 관측망에서의 방위각 오차 파악을 위해 음원발생위치와 추정위치간의 거리를 반경으로하는 원을 그려 각 관측망과의 접선에서의 방위각을 분석하였다. 철원관측망에서는 301.
본 시스템은 각관측소에 탐지된 초저음파 신호간의 도달 지연시간과 좌표정보로부터 각 관측망에 입사된 각도(α, β)를 도출하는 방식으로 구현되며, 각 관측망으로부터 도출된 입사각 방향으로 연장선을 그어 만나게 되는 교차점을 신호의 발생위치(S)로 결정하게 된다.

대상 데이터

본 논문에서는 초저음파 신호를 분석하여 신호의 발생위치를 추정하는 연구를 진행하였다. 기상청이 운용하고 있는 양구와 철원의 초저음파 관측망을 이용하였으며, 최근 북한의 장거리 미사일 도발시 발생한 초저음파 신호를 분석 대상으로 하였다. 신호의 탐지 및 발생위치 추정을 위하여 시간-주파수 분석, 도달 지연시간을 이용한 입사각 분석 그리고 원거리에 위치한 관측소간의 거리 및 방위각 보정을 위한 구 삼각공식 등을 적용하였다.
본논문에서는2016년 2월 7일 북한 동창리 발사장에서 발사한 장거리 미사일에 의해발생된 초저음파 신호를 이용하여 미사일의 발사위치를 추정해보았다.

성능/효과

각 관측망에서 결정된 대표 방위각 정보를 이용하여 구글지도에서 교차점을 확인한 결과, 동창리 발사장으로부터 약 3 km 이격된 장소를 미사일 발사위치로 결정하여 관측거리대비 2 %이내의 상당한 정확성을 확인할 수 있다.
신호의 탐지 및 발생위치 추정을 위하여 시간-주파수 분석, 도달 지연시간을 이용한 입사각 분석 그리고 원거리에 위치한 관측소간의 거리 및 방위각 보정을 위한 구 삼각공식 등을 적용하였다. 위치추정결과 기상청 관측망과 약 300 km 떨어져있는 북한의 동창리 발사장과 약 3 km 정도 차이가 나는 곳을 미사일 발사지점으로 추정하여 2 %이내의 오차로 알고리즘이 상당히 정확하게 구현되었음을 확인할 수 있었다. 다만, 양구관측망은 환경요인 평가 등을 통해 신호 대 잡음비 및 신호 획득률을 높이기 위한 노력이 필요해 보인다.

후속연구

다만, 양구관측망은 환경요인 평가 등을 통해 신호 대 잡음비 및 신호 획득률을 높이기 위한 노력이 필요해 보인다. 본 논문을 통해 획득된 기술은 향후 인공지진 및 화산활동 정밀분석에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 본 논문의 결과와 같은 방위추정 오차가 가능하기 위한 각 관측망에서의 방위각 오차 파악을 위해 음원발생위치와 추정위치간의 거리를 반경으로하는 원을 그려 각 관측망과의 접선에서의 방위각을 분석하였다. 철원관측망에서는 301.43 ~ 302.62°, 양구관측망에서는 298.50 ~ 299.52° 이내의 방위각이 탐지되어야 함을 확인하였고, 향후 동일지점에서 이벤트 발생시 분석보조자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초저음파는 언제 발생하는가?	초저음파는 인간의 귀로 들을 수 있는 일반적인 가청 대역보다 낮은 주파수인 20 Hz 이하의 소리로, 대류권, 성층권, 열권 하부를 통해 수천 km를 전파 할 수 있다. 초저음파는 지진, 화산 활동, 유성 등의 자연현상에 의해 발생되며,[1-3] 화학적 폭발, 광산 채굴, 초음속 항공기 및 핵폭발 등과 같은 인간의 활동으로 인해 인위적으로 발생되기도 한다.[4-6]
	초저음파는 무엇인가?	초저음파는 인간의 귀로 들을 수 있는 일반적인 가청 대역보다 낮은 주파수인 20 Hz 이하의 소리로, 대류권, 성층권, 열권 하부를 통해 수천 km를 전파 할 수 있다. 초저음파는 지진, 화산 활동, 유성 등의 자연현상에 의해 발생되며,[1-3] 화학적 폭발, 광산 채굴, 초음속 항공기 및 핵폭발 등과 같은 인간의 활동으로 인해 인위적으로 발생되기도 한다.
	미사일의 발사를 탐지하는 방법들은 각각 어떤 장점을 지녔는가?	미사일의 발사는 레이더와 적외선 감시 위성, 초저음파 관측망 등을 이용하여 탐지가 가능하다. 레이더와 적외선 감시 위성이 훨씬 더 정확하게 탐지할 수 있지만, 초저음파 센서를 이용한 관측방법은 효율적으로 상시 모니터링이 가능하다는 장점이 있다.

참고문헌 (13)

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Wolfram Mathworld, Spherical Trigonometry, http://mathworld.wolfram.com/sphericaltrigonometry.html/, 2016.

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