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[국내논문] 표적군 기반 공격 편대군 조합 최적화 모형
Combinatorial Optimization Model of Air Strike Packages based on Target Groups 원문보기

대한산업공학회지 = Journal of the Korean Institute of Industrial Engineers, v.42 no.6, 2016년, pp.386 - 394  

조상현 (국방대학교 운영분석학과.합동참모본부) ,  이문걸 (국방대학교 운영분석학과.합동참모본부) ,  장영배 (국방대학교 운영분석학과.합동참모본부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this research, in order to optimize the multi-objective function effectively, we suggested the optimization model to maximize the total destruction of ground targets and minimize the total damage of aircrafts and cost of air munitions by using goal programming. To satisfy the various variables an...

주제어

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문제 정의

  • 즉, 다양한 속성의 표적군들을 공격함에 있어서 전장상황 및 지휘관의 판단에 따라 표적의 파괴율 과 아군 전투기 생존율은 최대화, 투입비용 최소화 등과 같이 달성해야 할 여러 목표들이 고려하여야 한다. 따라서 본 연구는 수시로 변화하는 각종 목표수준과 서로 상충되는 다양한 요소들을 동시에 충족시킬 수 있는 혼합정수계획법 기반의 목표계획법을 제시한다.
  • 따라서 본 연구에서는 각 표적군에 포함된 표적들의 속성에 따라 효율적으로 공격할 수 있는 맞춤형 공격편대군 조합 모형에 대해 다루고자 한다. 즉, 표적에 따른 전투기와 가용한 항공탄약을 할당하여 작전기획자가 원하는 목표를 달성하기 위한 계획을 수립하기 위한 도구를 개발하는 것이다.
  • 즉, 달성하고자 하는 목적들이 상호 대립되는 경우, 모든 제약조건을 만족하는 최적해를 도출하기에 어려움이 있다. 따라서 이러한 점을 보완하기 위해 본 연구에서는 목표계획법에 기반을 둔 최적화 모형을 제시한다. 본 모형은 목표들 사이에 상호희생을 감수하면서 중요도에 따른 우선순위를 기준으로 상위목표를 우선적으로 충족하는 해를 도출해 나갈 수 있는 장점이 있다.
  • 제시된 모형의 타당성 검증을 위해 실제 사례 비교를 통한 분석을 수행한다. 매년 공군에서 실시하고 있고 있는 MaxThunder 훈련에서 적용하는 공격편대군 조합과 본 수리모형이 도출한 결과를 살펴본다. 세부적인 공격전력 및 작전적 효과분석은 군사 보안상의 이유로 제한되어 본 연구에서 사용한 표적의 파괴율 및 아군 전투기의 생존율에 대한 목표값을 기준으로 적정 공격편대군 구성의 차이만을 살펴보았다
  • 본 문제는 한정된 가용 항공기 자산으로 작전기획자가 상황에 따라 설정하는 목표들을 최대한 만족시키면서 각각의 표적군을 효과적으로 공격할 수 있는 전투기와 무장의 조합, 즉 공격 편대군의 구성하는 것이다.
  • 본 실험을 통해 제시된 모형이 가중치에 따른 목표값이 근접하여 올바른 전력할당이 이루어지는지 여부를 검증한다. 무장비용의 가중치를 최우선으로 설정하여 실험하지 않은 이유는 상식적으로 무장비용의 달성 목표가 항공기 생존율과 표적의 파괴율 목표 달성보다 우선시 될 수 없기 때문이다.
  • 본 연구에서는 목표계획법을 이용하여 표적군별 적합한 공격 편대군 조합을 제시하였다. 목표계획법은 서로 대립된 속성의 목표들을 충족시킬 수 있는 최적 가능해를 도출할 수 있기 때문에 다양한 고려요소와 달성목표들이 존재하는 전투에서 매우 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
  • 또한 각 표적별 할당된 구체적인 전투기과 공격무장을 명시하여 신속하게 공격편대군 구성업무에 활용될 수 있도록 한다. 이 모델을 통해 표적 군별, 표적-전투기 종류-공격 무장의 조합을 구체적으로 제시하고 효율적인 공격전력 투입이 가능하도록 한다.
  • 이 절에서는 수리모형 적용 실험을 통한 표적군 할당 결과에 대해 살펴본다. 본 실험에서 적용한 인스턴스는 가상 표적군 대상으로 세 가지 경우를 구분하여 실시하였으며 최적화 프로그램인 GAMS 23.
  • 또한 이러한 표적들에 대해 작전 기획자는 공격 중요도에 따라서 핵심표적, 주표적 그리고 기타 표적으로 구분한다(Airforce, 2012). 이 표적군들을 공격하기 위해 적합한 전투기와 공격무장을 조합하여 할당하는 것이 본 연구의 목적이다.
  • 따라서 본 연구에서는 각 표적군에 포함된 표적들의 속성에 따라 효율적으로 공격할 수 있는 맞춤형 공격편대군 조합 모형에 대해 다루고자 한다. 즉, 표적에 따른 전투기와 가용한 항공탄약을 할당하여 작전기획자가 원하는 목표를 달성하기 위한 계획을 수립하기 위한 도구를 개발하는 것이다.

가설 설정

  • 1) 모든 표적에 대하여 자원 할당이 이루어져야 한다.
  • 10) 전투기를 운용하는 비행단은 단일 기종만 운용한다.
  • 5) 각 표적을 공격은 요구되는 최소 파괴율 수준 이상을 만족하여야 한다.
  • 7) 표적군별 적의 위협수준은 전장상황 및 아군 지휘부 판단에 따라 가상으로 설정한다.
  • 9) 표적 할당 시 항공기는 기본 단위인 2대(분대)로 적용한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
목표계획법은 무엇인가? 목표계획법은 여러 개의 목적(Multi-objective)을 동시에 만족시키기 위해 목적별로 목표(Goal)를 정하고 실제 달성될 목표 지표와의 편차(Deviation)를 목적함수로 삼아 이를 극소화 하는 대안을 찾는 방법론으로써 선형계획법을 확장한 것이다. 이 방법은 서로 상충되는 목표를 달성해야 할 경우, 목표치에 가장 근사한 값을 찾을 때 유용하다(Stanley, 1974).
본 연구의 모형에서 적용되는 가정사항은? 1) 모든 표적에 대하여 자원 할당이 이루어져야 한다. 2) 대상 표적에 대해 전투기 및 무장 등 가용한 자산 내에서 한 번의 할당만 가능하다. 3) 전투기 종류에 따라 무장별 장착량의 차이가 존재하며 동일한 무장을 장착하더라도 전투기의 성능에 따라서 표적의 파괴확률이 다르다. 4) 전투기 종류에 따라 기동, 탑재 전자장비 등의 제원이 상이하고, 이에 따른 공격임무 시 생존확률이 다르다. 5) 각 표적을 공격은 요구되는 최소 파괴율 수준 이상을 만족하여야 한다. 6) 전장상황 및 지휘관의 작전 지휘방침에 따라 표적군에 포함된 표적들의 정보 가치는 가상으로 설정하며 현실적 물리적 상태를 고려한 값을 적용한다. 7) 표적군별 적의 위협수준은 전장상황 및 아군 지휘부 판단에 따라 가상으로 설정한다. 8) 항공기는 다양한 탄종을 장착할 수 있지만 한 개의 표적에 대해 한 가지 종류의 폭탄으로 공격한다. 9) 표적 할당 시 항공기는 기본 단위인 2대(분대)로 적용한다.10) 전투기를 운용하는 비행단은 단일 기종만 운용한다.
공격편대군이란? 이렇듯 전쟁에서 항공전력의 효과적인 운용은 전쟁승리를 위한 중요한 요소이며, 여러 지역에 분포해있는 다수의 표적군들을 제한된 가용 항공전력을 이용하여 효과적으로 공격하기 위해 공격편대군 작전 개념이 등장하였다. “공격편대군”이란 지상에 위치한 표적을 파괴하는 공통의 목적을 달성하기 위해 구성된 전투기 그룹을 의미한다. 이를 통해 대공제압 및 엄호 임무 수행 등 전투기 그룹 內 전투기간 효과적인 상호지원(Mutual Support)이 가능하며 공격임무를 효과적으로 수행하고 아군 전투기의 생존율을 높일 수 있는 장점이 있다(Griggs et al.
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참고문헌 (15)

  1. Ahuja, R. K., Kumar, A., Jha, K., and Orlin, J. B. (2007), Exact and heuristic methods for the weapon target assignment problem, Operations Research, 55(6), 1136-1146. 

  2. Airforce Head Quarter (2012), Air Target Processing, Korea Armed Forces Printing and Publishing Department, Daejeon, Korea. 

  3. Brown, G. G., Coulter, D. M., and Washburn, A. R. (1993), Sortie optimization and Munitions planning, Naval Postgrduate School Research Paper, Monterey, CA. 

  4. Choi, H.-J., Seo, J.-B., and Kim, Y.-D. (2010), Task Assignment of Multiple UAVs using MILP and GA, Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, 38(5), 427-436. 

  5. Eiselt, H. A. and Sandblom, C.-L. (2007), Linear programming and its applications., Springer. 

  6. Griggs, B. J., Parnell, G. S., and Lehmkuhl, L. J. (1997), An air mission planning algorithm using decision analysis and mixed integer programming, Operations Research, 45(5), 662-676. 

  7. Jaiswal, N. K. (1997), Military Operations Research : Quantitative Decision Making, Kluwer Academic Publisher, Boston. 

  8. Kalvelgen, E. (2007), Solving Multi-Objective Models with GAMS, The War, New York. 

  9. Lee, D.-R. (2008), The Optimal Allocation of Aircrafts to Targets by Using Mixed Integer Programming, The Korean Operations Research and Management Science Society, 25(1), 56-70. 

  10. Lee, H. and Kim, S.-H. (2015), A Study on Aircraft-Target Assignment Problem in Consideration of Deconfliction, The Korean Operations Research and Management Science Society, 32(1), 49-63. 

  11. Lemus, F. and David, K. H. (1963), An optimum allocation of different weapons to a target complex, Operations Research, 11(5), 787-794. 

  12. Rosenberger, J. M., Hwang, H. S., Pallerla, R. P., Yucel, A., Wilson, R. L., and Brungardt, E. G.(2005), The generalized weapon target assignment problem, 10th International Command and Control Research and Technology Symposium the Future of C2, Mclean, VA. 

  13. Ryu, H.-M. and Lee, M.-G. (2014), A study of Allocation of Military Airspace and Range Using Goal Programming, The Korean Operations Research and Management Science Society, 40(2), 63-77. 

  14. Stanley, Z. (1974), Linear and integer programming, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ. 

  15. Yoon, H. W. (1988), A study on allocation of aircrafts to minimize the threat of enemy fixed targets, Korea National Defense Univ, Master Thesis. 

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