[논문]복합유도방식이 적용된 유도탄의 탑재비행시험(CFT) 시스템 구성 및 검증

박인철; 허원영; 이용호; 정세영

doi:10.9766/kimst.2016.19.5.606

[국내논문] 복합유도방식이 적용된 유도탄의 탑재비행시험(CFT) 시스템 구성 및 검증
Captive Flight Test System Configuration and Verification for Multi-mode Guidance Missile System 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.19 no.5, 2016년, pp.606 - 612

박인철 (LIG넥스원(주) 유도무기연구소) , 허원영 (국방과학연구소 제1유도무기체계개발단) , 이용호 (LIG넥스원(주) 유도무기연구소) , 정세영 (LIG넥스원(주) 유도무기연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

A Captive Flight Test(CFT) is used to verify the performance of missile component such as seeker and guiding algorithm of missile. Recently most of surface to air missile adapts multi-mode guidance method which include command guidance and active/passive guidance. A CFT system for missile system adapting multi-mode guidance method consists of pod equipment, command transmitting system and measuring system. In this paper, we proposed CFT system and testing method for missile which adapt multi-mode guidance, and system integration procedure by using distributed missile system integration method and procedure. The proposed CFT system and system integration method was applied to CFT of surface to air missile, and brought successful result.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 이와 같은 복합유도방식이 적용된 유도탄의 탑재비행시험 시스템 통합을 효과적으로 수행하기 위한 방안으로서 탑재비행시험용 POD의 단위기능점검 및 지령유도 연동점검, 탑재비행시험 시스템의 지상 체계통합점검의 단계적 체계통합 방안을 제시하였다. 또한 제시된 단계적 체계통합 방안을 적용하여 검증된 탑재비행시험 시스템에 대한 실제 탑재비행시험 수행 결과를 통해 지상체계의 표적탐지, 표적할당, 발사절차 수행, 유도명령 송신 기능과 유도탄의 지령 유도 및 능동/수동 호밍 유도 기능이 정상적으로 수행됨을 확인하였다.
본 논문에서는 지령유도를 포함한 복합유도방식이 적용된 유도탄의 탑재비행시험을 효과적으로 수행하기 위한 방법으로서 탑재비행시험용 POD의 점검, 지령유도 과정의 점검, M&S 기반의 가상 표적정보를 이용한 탑재비행시험 시스템의 통합 및 검증 방법을 제시하였고, 이를 통한 탑재비행 시험 결과를 보였다.
지령유도연동점검은 지상체계에서 송신된 표적정보가 탑재비행시험용 POD로 전송되어 유도전자장치 내 유도 알고리듬에 의해 유도탄 관성좌표계 기준의 표적정보로 변환된 후 초고주파탐색기 김발 좌표계 기준의 구동명령으로 전달되는 지령유도의 과정을 검증할 목적으로 수행한다.
지상 체계통합점검은 Fig. 8과 같이 표적모의기, 사격통제장치, 지령유도송신장치로 구성된 지상체계와 탑재비행시험 POD 간 연동을 통해 탑재비행시험 시 시험궤적의 표적정보를 이용하여 실제 체계와 탑재비행시험용 POD 간 지령유도 과정을 검증할 목적으로 수행한다.
탑재비행시험용 POD의 단위기능 점검은 유도탄 구성품상태와 기능을 확인하는 과정으로서, 초고주파탐색기에 의한 능동유도 기능과 열영상탐색기에 의한 수동유도 기능 및 유도명령 수신 기능, 기록장치/부수 장치의 정상동작을 확인하는 목적으로 수행한다. 세부 점검 항목은 Table 1과 같다.

제안 방법

본 논문에서는 탑재비행시험 시스템 통합을 효과적으로 수행하기 위한 방안으로 분산무기체계의 체계 통합 및 시험에 적용되는 구성품 단위점검, 부체계간 연동점검, 체계통합의 단계적인 시스템 통합 과정을 적용하였으며, 검증을 위한 시험에서 필수적으로 요구되는 표적 정보는 M&S를 활용한 가상 표적정보를 생성하여 적용하였다.
사격통제장치는 지상체계를 위치를 기준으로 표적의 상대적인 NED 위치벡터를 이용하여 BER과 BER Rate 를 산출하고 지령유도송신장치를 통해 탑재비행시험용 POD로 무선 전송할 수 있도록 구성하였다.
3과 같이 복합유도방식의 검증을 위한 시험대상 유도탄의 구성품과 자료획득을 위한 부수장치로 구성하였다. 유도탄 구성품은 초고주파탐색기, 열영상탐색기, 유도조종장치, 지령수신기, 원격측정장치를 탑재하였고, 부수장치로 GPS 수신기, 전원장치, 인터페이스장치, 자료저장장치, 배터리팩 등을 탑재하였으며, 탑재비행시험 시 항공기 이동경로에 따른 탑재비행시험용 POD의 위치/자세 획득을 위한 GPS/INS 항법과 지상체계의 표적정보 전송을 통한 지령유도, 탐색기에 의한 능동/수동 호밍 유도 기능을 확인할 수 있도록 제작하였다.
유도탄 발사 후 유도탄의 유도조종장치는 지령수신기에서 수신하는 지상체계 기준의 BER 및 BER Rate 정보를 표적의 ECEF 위치벡터 정보로 변환하고, 유도탄 기준의 NED 좌표계 기준의 표적 위치벡터를 산출한다. 유도탄의 BODY 좌표에서 바라본 표적의 상대적인 위치벡터를 이용하여 BER과 BER Rate를 산출하여 초고주파탐색기로 김발 구동명령을 전달하고 열영상탐색기로 표적 위치를 전달함으로서 표적을 탐지할 위치를 지정한다.
유도탄 발사 후 유도탄의 유도조종장치는 지령수신기에서 수신하는 지상체계 기준의 BER 및 BER Rate 정보를 표적의 ECEF 위치벡터 정보로 변환하고, 유도탄 기준의 NED 좌표계 기준의 표적 위치벡터를 산출한다. 유도탄의 BODY 좌표에서 바라본 표적의 상대적인 위치벡터를 이용하여 BER과 BER Rate를 산출하여 초고주파탐색기로 김발 구동명령을 전달하고 열영상탐색기로 표적 위치를 전달함으로서 표적을 탐지할 위치를 지정한다.
지상체계는 계측시설로부터 수신한 표적의 위치정보를 이용하여 발사절차를 수행하고, 지령유도송신장치를 통해 표적정보를 탑재비행시험용 POD로 송신하였다.
차량을 이동함과 동시에 가상의 고정된 표적정보를 전송하고, 탑재비행시험용 POD의 위치/자세 변화에 따라 유도전자장치에서 초고주파탐색기로 전송되는 표적 위치 지정(Target Designation)과 김발구동 명령의 변화를 확인함으로써 지령유도에 의한 표적정보 변환 과정을 확인한다.
탑재비행시험용 POD에 적용된 GPS/INS 항법 알고리듬과 지령유도로 전송된 표적정보의 변환과정에 대한 적절성 검증을 위하여 Fig. 7과 같이 차량에 탑재 비행시험용 POD와 점검장비를 탑재하고, 가상의 고정된 표적 정보를 탑재비행시험용 POD로 전송할 수 있도록 구성하였다.
5에 복합유도방식이 적용된 유도탄의 탑재비행시험 시스템에 적용된 체계통합방법을 도시하였다. 탑재비행시험의 체계통합은 단위기능점검, 지령유도연동점검, 지상체계통합의 3단계로 진행하였다.
표적모의기로 탑재비행시험 시 계측시설로부터 수신하는 위도, 경도, 고도의 표적정보와 동일한 표적정보를 시험 궤적에 따라 생성하고, 지상체계 위치에서 표현된 기준 NED 좌표로 변환하여 사격통제장치로 전송한다.
표적은 무인기를 사용하였고, 항공기는 탑재비행시험용 POD를 장착한 상태로 표적과 고도차를 두고 표적 진입방향으로 비행하였다.
탑재비행시험용 POD는 수신된 지상체계 기준의 표적정보를 GPS/INS 항법에 따른 탑재비행시험용 POD 의 BODY 좌표 기준으로 변환하고 표적의 상대 위치를 계산하여 초고주파탐색기 김발을 구동한다. 표적의 접근에 따른 탑재비행시험용 POD의 탐지/추적 수행을 확인함으로써 지상체계에서 생성된 유도정보가 탑재 비행시험용 POD까지 전송되는 지령유도 과정을 검증한다.
항공기 탑재비행시험용 POD와 지상체계의 통합점검을 통해 시험 전 기능 및 성능을 검증하였고, 시험 시나리오에 따라 탑재비행시험을 수행하였다.

대상 데이터

지상체계는 Fig. 4와 같이 사격통제장치 및 지령유도 송신장치, 표적모의기로 구성하였다. 사격통제장치 및 지령유도 송신장치는 복합유도방식이 적용된 유도무기체계의 부체계를 사용하였다.
탑재비행시험용 POD는 Fig. 3과 같이 복합유도방식의 검증을 위한 시험대상 유도탄의 구성품과 자료획득을 위한 부수장치로 구성하였다. 유도탄 구성품은 초고주파탐색기, 열영상탐색기, 유도조종장치, 지령수신기, 원격측정장치를 탑재하였고, 부수장치로 GPS 수신기, 전원장치, 인터페이스장치, 자료저장장치, 배터리팩 등을 탑재하였으며, 탑재비행시험 시 항공기 이동경로에 따른 탑재비행시험용 POD의 위치/자세 획득을 위한 GPS/INS 항법과 지상체계의 표적정보 전송을 통한 지령유도, 탐색기에 의한 능동/수동 호밍 유도 기능을 확인할 수 있도록 제작하였다.

이론/모형

4와 같이 사격통제장치 및 지령유도 송신장치, 표적모의기로 구성하였다. 사격통제장치 및 지령유도 송신장치는 복합유도방식이 적용된 유도무기체계의 부체계를 사용하였다. 탑재비행시험 시 표적정보는 계측시설로부터 위도, 경도, 고도 형태로 표적모의기로 전송된다.

성능/효과

본 논문에서는 이와 같은 복합유도방식이 적용된 유도탄의 탑재비행시험 시스템 통합을 효과적으로 수행하기 위한 방안으로서 탑재비행시험용 POD의 단위기능점검 및 지령유도 연동점검, 탑재비행시험 시스템의 지상 체계통합점검의 단계적 체계통합 방안을 제시하였다. 또한 제시된 단계적 체계통합 방안을 적용하여 검증된 탑재비행시험 시스템에 대한 실제 탑재비행시험 수행 결과를 통해 지상체계의 표적탐지, 표적할당, 발사절차 수행, 유도명령 송신 기능과 유도탄의 지령 유도 및 능동/수동 호밍 유도 기능이 정상적으로 수행됨을 확인하였다.

후속연구

본 논문에 제시된 탑재비행시험 시스템의 단계적 통합 방안을 적용하여 탑재비행시험 시 발생할 수 있는 구성품 단위의 오류, 유도 과정의 오류, 탑재비행시험용 POD와 지상체계 간 연동 오류를 사전에 식별 및 배제함으로써 복합유도방식이 적용된 유도탄의 성공적인 탑재비행시험을 위한 탑재비행시험 시스템의 통합 및 검증에 적용 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 개발되거나 개발 진행 중인 대공유도탄은 무엇에 중점이 맞추어져 있는가?	현재 개발되거나 개발 진행 중인 대공유도탄의 경우 탑재비행시험(CFT)은 초고주파탐색기, 열영상탐색기등 유도탄 구성품의 성능입증에 중점이 맞추어져 있다. 최근의 대공유도탄은 초기 관성항법유도, 중기 지령유도 및 종말단계 탐색기를 통한 능동 또는 수동호밍유도를 단계적으로 적용하는 복합(Multi-mode) 유도 방식이 적용되고 있으며, 탑재비행시험을 통해 유도탄 구성품에 대한 성능과 함께 유도탄 비행과정의 유도 기법을 포함한 성능 검증이 필요하다.
	탑재비행시험의 목적은?	탑재비행시험(Captive Flight Test)은 대공 또는 대지 등의 유도탄을 포함한 무기체계 개발 시 비용절감, 개발기간 단축 및 무기체계 개발 과정에서 발생 예상되는 위험요소를 사전에 검증하기 위한 목적으로 수행하며, 유도탄 구성품에 대한 성능 검증 및 알고리듬 검증을 위하여 개발 중인 유도탄 시험체 또는 주요 유도탄 구성품을 POD 형태로 제작하여 항공기에 장착하여 시험한다[1]. 국내에서는 KTX-1 항공기를 이용하여 항법장치, 센서, 유도조종장치, 통신장치 및 탐색기 등의 유도탄 구성품에 대하여 탑재비행시험을 통한 시험평가 방법이 제안되었으며, 유도탄 개발 과정에서 유도탄 구성품의 성능 및 알고리듬 검증에 탑재 비행시험이 적용되고 있다[2].
	복합유도방식이 적용된 유도탄에 대한 탑재비행시험은 항공기 장착용 POD와 지령유도를 위한 지상체계 및 시험 계측시설의 연동을 통하여 시험이 수행될 필요성이 있는 이유는?	복합유도방식이 적용된 유도탄에 대한 탑재비행시험은 항공기 장착용 POD와 지령유도를 위한 지상체계 및 시험 계측시설의 연동을 통하여 시험이 수행될 필요성이 있다. 이는 부체계간 유선 또는 무선 연동을 통한 정보 교환으로 기능을 수행하는 분산무기체계의 특성을 가지고 있기 때문이다. 따라서 탑재비행시험의 성공을 위해서는 지령유도 신호를 포함한 탑재비행시험 시스템의 체계통합 및 검증이 요구된다[3].

참고문헌 (5)

Hyeong-Seop Yeom, Jong-Hoon Oh and Myung- Seong Kim, "Application of Captive Flight Test to Weapon System Development," Fall Conference of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 2, 2010.
Sung-Mhan Lee, Su-Chang Lee, Hyun-Shik Oh and Duck-Yong Sung, "Test and Evaluation of Onboard Equipments for Guided Missile via Captive Flight Test," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 35, No. 1, pp. 73-78, 2007.

원문보기 상세보기
Kyoung-Hwan Jo and Gwan-Beum Choi, "System Level Test & Evaluation for Command Guided Missile System," Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 14, No. 6, pp. 1031-1036, 2011.

원문보기 상세보기
Clifton E. Cole Jr, "Missile Communication Links," Johns Hopkins Apl Technical Digest, Vol. 28, No. 4, pp. 324-330, 2010.
Inchul Park, Mooyong Ryu and SangWon Kim, "Study on System Integration and Test Method for Distributed Weapon System," Advanced Guided Weapon System Conference, pp. 92-95, 2007.

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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