[논문]탄약 간 정밀교전을 위한 시험평가기법 연구

하종수; 박영식; 이한진; 김용재; 곽윤; 박민규

doi:10.9766/kimst.2018.21.6.776

탄약 간 정밀교전을 위한 시험평가기법 연구
A Study on the Test and Evaluation Methodology for the Precise Encountering Scenario between Ammunitions 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.21 no.6, 2018년, pp.776 - 783

하종수 (국방과학연구소 제4기술연구본부) , 박영식 (국방과학연구소 제4기술연구본부) , 이한진 (국방과학연구소 제4기술연구본부) , 김용재 (국방과학연구소 제4기술연구본부) , 곽윤 (국방과학연구소 제4기술연구본부) , 박민규 (국방과학연구소 제4기술연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes an improved test and evaluation methodology to be conducted for a in-flight threat-countermeasure encounter scenario. Although the conventional test method adopted in the precedent researches allows high precision and safety, such full-scale method is practically not appropriate to apply to small-scale test rounds for evaluating the subparts of the ammunition. To address this problem, this study suggests a readily-applicable, small-scale test and evaluation method of the subpart of the ammunition in firing test. In the threat-countermeasure encounter scenario, the results of several tests demonstrate that the proposed technique does not deteriorate the precision when the engagement point should be adjusted.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Layout of the test equipment of ‘A’ defense system
그림 Fig. 2. Concept of the proposed engagement apparatus
그림 Fig. 3. Layout of the engagement apparatus
그림 Fig. 4. Flowchart of the engagement method
그림 Fig. 5. Engagement of the ammunitions
그림 Fig. 6. Test procedure
그림 Fig. 7. Test result of ‘A’ defense system
그림 Fig. 8. Result of initial parameters
그림 Fig. 9. Result of compensated parameters
표 Table 1. Initial & compensated parameters

AI 본문요약
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문제 정의

A 방어체계는 레이다, 열상추적기, 통제컴퓨터, 발사장치, 대응탄으로 구성된 근거리 미사일/로켓 방어체계로서 전차에 탑재되어 대응탄을 발사하여 위협체를 무력화시키는 것을 목적으로 한다^[3]. 위협체가 접근하면 레이다는 표적 반사파로부터, 열상추적기는 표적 열원으로부터 이를 각각 탐지·추적하고, 통제컴퓨터는 각 센서의 탐지·추적 데이터를 처리하여 연산된 시간에 연산된 방향으로 발사명령을 내리고, 발사장치는 위 명령에 따라 위협체 방향으로 구동하여 대응탄을 발사한다.
본 논문에서는 소규모의 시험장비를 이용하여 양방향으로 발사된 탄약을 정밀하게 그리고 안전하게 교전시키기 위한 시험평가기법을 연구하였다.
본 장에서는 양방향으로 탄약을 자동 발사하여 지정한 교전지점에서 이들을 교전시키기 위한 시험장치 및 그 방법에 대해 연구한다.
이를 기반으로 위협체와 대응탄을 의도하는 거리 범위 내에서 정밀교전시키기 위해 교전 위치 및 각 탄의 비행거리, 속도와 발사장치 내부지연시간 등을 기반으로 발사 시간차를 연산하기 위한 수식을 수립하고, 교전 영상을 기반으로 발사 시간차를 보정하기 위한 수식을 수립함으로써 정밀교전을 위한 보상기법을 연구하였다.
이에 본 논문에서는 소규모의 시험장비만으로 대응탄의 방어성능을 정밀하게 평가하기 위한 안전하고 효율적인 시험방법을 연구한다.

제안 방법

Fig. 2에서 양방향 탄 자동교전장치는 발사장치1, 2의 발사 시간차 ΔT 를 연산하여 발사명령을 인가하는 교전 연산 및 발사 명령부와, 무선으로 발사명령 수신부1, 2에 시간차 발사명령을 송신하는 발사명령 송신부, 발사명령을 수신하여 각각의 발사장치로 기폭신호를 인가하는 발사명령 수신부1, 2, 기폭신호를 인가받아 각 탄을 발사하는 발사장치1, 2, 교전영상을 촬영하여 발사시간오차 및 발사고각오차를 분석함으로써 교전 연산 및 발사 명령부에서 오차를 보정할 수 있는 정보를 제공하는 교전 영상 분석부로 구성된다.
Fig. 4에서 제안하는 시험방법은 교전장의 좌표를 측정하는 단계와, 측정된 좌표로부터 각 탄의 비행시간과 미리 계산된 발사장치의 내부지연시간을 반영하여 발사 시간차 ΔT 를 연산하는 단계, 양방향으로 탄을 자동 발사하는 교전시험 단계, 교전 영상을 분석하여 거리 오차를 도출하는 단계, 분석된 교전 영상으로부터 발사 시간차 ΔT 의 오차와 발사 고각을 보정하는 단계로 구성된다.
교전 영상에서 위협체와 대응탄의 교전 위치와 예상 교전 위치의 수평 이격거리를 측정하기 위해 참조폴대를 기반으로 거리를 측정하였다.
시험의 주목적이 대응탄 근접신관이 지상 클러터 환경에서 접근하는 표적을 감지하는 것이므로 위협체가 임의의 목표점에 탄착되도록 위협체를 조준·발사하였으며 대응탄은 위협체와 교전 시 일정한 수직 이격거리를 유지하도록 교차 발사되었다. 교전 영상을 분석하기 위해 Fig. 3의 거리 참조폴대를 교전지점 중앙으로부터 1 m 간격으로 설치하였으며, 위협체와 대응탄이 교차하는 순간을 촬영할 수 있도록 고속카메라를 교전지점 중앙에 설치하였다.
교전시험 후 이를 촬영한 고속카메라 영상을 토대로 예상 교전지점과 실제 교전지점 사이의 수평 이격거리와 교전 시 두 탄의 수직 이격거리를 측정한다. 이 때 수평 및 수직 이격거리가 목표값 이내에 수렴할 경우 초기 파라미터를 기반으로 교전시험을 계속 수행하고, 수평 이격거리가 수렴하지 않을 경우 각 탄의 이동거리를 조정하여 발사 시간차 ΔT 를 보정한다.
그런 다음 고속카메라 3, 4로 촬영하여 생성한 위협체의 3차원 궤적 정보, 레이다·열상추적기로 획득한 위협체의 3차원 정보, 그리고 통제컴퓨터로 연산한 위협체의 3차원 예측정보를 비교·분석한다.
그리고 각 탄착점에서 사전 작업을 수행하는 사수의 안전을 보장하기 위해 탄 장착 순서, 전원인가 순서, 장비 간 전원인가 방법 등 안전 시험절차를 연구하였다.
그리고 위협체와 대응탄의 수직 이격거리가 1 m 이상인 것으로 판단되어 대응탄 발사장치1의 조준점을 상향으로, 위협체 발사장치2의 조준점을 하향으로 미세 보정하였다.
그리고 통제컴퓨터의 예측 정보와 고속카메라 1, 2로 촬영하여 생성한 위협체와 대응탄의 3차원 정보를 비교·분석함으로써 센서 탐지 성능 및 교전 예측 성능, 파편 위력 등 A 방어체계의 통합 성능을 분석한다.
따라서 본 연구에서는 전원인가시점을 중심으로 각 발사장치의 조준점의 차이를 고려하여 Fig. 6과 같이 안전시험절차를 수립하였다.
6과 같이 안전시험절차를 수립하였다. 먼저 안전을 확보한 상태(각 발사장치의 케이블 분리 및 전원 OFF)에서 발사장치 별 정상동작 유무 확인 및 조준점 조정을 수행하고, 위협체 발사장치1의 사수가 안전지역으로 이동한 후 대응탄 발사장치2에 대응탄을 장착하고 전원공급장치 케이블을 연결한다. 그런 다음 대응탄 발사장치2의 사수가 안전지역으로 이동하면 위협체 발사장치1의 사수는 위협체를 장착하고, 안전지역으로 이동하여 그곳에 설치된 전원공급장치의 전원을 ON 상태로 변경한다.
본 장에서는 일방에서 자동 발사된 탄을 레이다·열상추적기로 감지하고 통제컴퓨터로 교전위치를 연산하여, 교전위치로 발사시간에 대응탄을 자동 발사함으로써 양방향으로 발사된 탄약을 지정위치에서 교전시키는 A 방어체계의 시험평가기법을 개관한다[4].
시험의 주목적이 대응탄 근접신관이 지상 클러터 환경에서 접근하는 표적을 감지하는 것이므로 위협체가 임의의 목표점에 탄착되도록 위협체를 조준·발사하였으며 대응탄은 위협체와 교전 시 일정한 수직 이격거리를 유지하도록 교차 발사되었다.
위협체에 대한 대응탄의 방어성능을 확인하기 위해 각 탄의 발사장치와 표적지, 그리고 이를 통제하는 장치 및 교전위치를 보정하기 위한 장치로 양방향 탄 교전장치를 구성하고, 각 장치 간 인터페이스를 설계하였다.
이 때 각 발사장치는 각 탄이 수직 이격거리 상에서 정밀 교전할 수 있도록 방위각, 고각 방향으로 발사 각도를 정밀 조정할 수 있게 설계되었다.
이 때 위협체 발사장치1은 스위치 ON 후 곧바로 전원이 공급되는 반면에 대응탄 발사장치2는 사수의 철수 시간 및 안전을 고려하여 스위치 ON 후 임의의 설정시간(예: 2분) 뒤에 전원이 공급되는 것으로 설계하였다.
이를 위해 먼저 A 방어체계의 기존 시험평가기법을 개관한 다음, 양방향 탄 교전장치의 기본 개념에 대해 제시하고, 대응탄과 위협체를 특정위치에서 정확하게 자동 교전시키기 위한 알고리즘과 방법론을 제안한다.
즉 일방에서 위협체를 발사하면, 레이다·열상추적기로 이를 감지하여[5] 통제컴퓨터로 교전위치와 발사시간을 연산한 후에, 대응탄을 발사하여 위협체의 무력화 여부를 확인하였다.

성능/효과

그 결과 제안하는 시험평가기법을 이용하여 위협체와 대응탄의 실사격 교전시험을 수행하였고, 정밀교전 보상기법을 통해 교전 파라미터를 보정함으로써 위협체와 대응탄을 교전지점(zero point)에서, 일정한 수직 이격거리 범위 내에서 교전시킬 수 있음을 확인하였다.
그런 다음 대응탄 발사장치2의 사수가 안전지역으로 이동하면 위협체 발사장치1의 사수는 위협체를 장착하고, 안전지역으로 이동하여 그곳에 설치된 전원공급장치의 전원을 ON 상태로 변경한다. 끝으로 대응탄 발사장치2의 사수가 전원공급장치에 전원을 인가하고 안전지역으로 이동함으로써 모든 시험준비는 안전하게 완료된다.
더불어 안전시험절차를 통해 매 시험마다 사수 및 시험인원의 안전을 보장할 수 있었고, 전원공급 오류 등의 우발상황이 발생하여도 안전하게 시험을 중단할 수 있었다.
따라서 센서 정보와 연산 결과를 이용하여 각 탄약을 특정지점에서 정확하게 교전시킬 수 있었으며, 시험장비 설치 및 인원 철수 후 자동교전시험이 가능하여 시험 간 안전을 확보할 수가 있었다.
5 m 수준인 것으로 판단되었다. 따라서 제안하는 시험평가기법의 정밀교전 보상기법이 효용성이 있음을 확인할 수 있었다.

후속연구

그런데 시한신관의 비행안전구간 및 교전구간과 관련하여, 기존에는 통제컴퓨터에서 매 위협체 발사 때마다 교전시간을 연산하여 시한값을 장입하기 때문에 시한신관이 작동하는 구간을 유연하게 입력할 수 있었으나, 제안하는 연구에서는 레이다, 열상추적기, 통제컴퓨터가 없기 때문에 매 위협체 발사 때마다 시한값을 유연하게 장입하는게 아니라 고정된 시한작동구간(교전지점(zero point) ±τ [ms])에 위협체 및 대응탄 발사 시간을 조정할 필요가 있다.
제안하는 연구가 적용되는 대응탄 근접신관의 경우 표적 탐지·추적 및 기폭 성능이 주요 성능지표이므로 이를 검증하고 설계를 보완하기 위해서는 대상 표적과의 조우를 통해 표적 데이터를 획득하는 교전시험이 반드시 필요하나, A 방어체계에 적용되는 기존 시한신관의 경우 시한 정확도·정밀도가 주요 성능지표이므로 관련 구성품인 전자부에 대한 실내시험만으로도 성능 검증 및 설계 보완이 가능하므로 별도의 교전시험 방안이 필요하지 않다.
더불어 안전시험절차를 통해 매 시험마다 사수 및 시험인원의 안전을 보장할 수 있었고, 전원공급 오류 등의 우발상황이 발생하여도 안전하게 시험을 중단할 수 있었다. 향후 장기간에 걸쳐 다양한 위협체와 운용환경에 대한 시험데이터가 축적되면 교전 파라미터를 위협체별·운용환경별로 세분화함으로써 보다 더 상세한 교전시험 방안을 수립할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	A 방어체계의 목적은 무엇인가?	A 방어체계는 레이다, 열상추적기, 통제컴퓨터, 발사장치, 대응탄으로 구성된 근거리 미사일/로켓 방어체계로서 전차에 탑재되어 대응탄을 발사하여 위협체를 무력화시키는 것을 목적으로 한다[3]. 위협체가 접근하면 레이다는 표적 반사파로부터, 열상추적기는 표적 열원으로부터 이를 각각 탐지·추적하고, 통제컴퓨터는 각 센서의 탐지·추적 데이터를 처리하여 연산된 시간에 연산된 방향으로 발사명령을 내리고, 발사장치는 위 명령에 따라 위협체 방향으로 구동하여 대응탄을 발사한다.
	실사격 교전시험에서 고려해야 하는 것은 무엇인가?	근거리 방어체계의 방어성능을 평가하기 위해서는 위협체를 발사하고 대응탄을 맞발사하여 특정지점에서 서로 교차하는 실사격 교전시험이 필요하다. 이는 방어체계의 성능을 검증하고 목표 요구조건의 충족여부를 객관적으로 평가하는데 필요한 것으로[1], 비활성 탄두를 이용하는 교전시험이라도 추진제는 사용되기 때문에 발사 시 안전을 고려해야만 한다[2]. 특히 양방향에서 탄약이 맞발사되는 경우에는 발사 후 안전도 함께 고려해야하기 때문에 탄약이 각 탄착점에 탄착될 때까지 인원의 개입을 최소화하고 원격으로 시험장비를 제어할 필요가 있다.
	A 방어체계의 구성 요소는 무엇인가?	A 방어체계는 레이다, 열상추적기, 통제컴퓨터, 발사장치, 대응탄으로 구성된 근거리 미사일/로켓 방어체계로서 전차에 탑재되어 대응탄을 발사하여 위협체를 무력화시키는 것을 목적으로 한다[3]. 위협체가 접근하면 레이다는 표적 반사파로부터, 열상추적기는 표적 열원으로부터 이를 각각 탐지·추적하고, 통제컴퓨터는 각 센서의 탐지·추적 데이터를 처리하여 연산된 시간에 연산된 방향으로 발사명령을 내리고, 발사장치는 위 명령에 따라 위협체 방향으로 구동하여 대응탄을 발사한다.

참고문헌 (12)

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상세보기
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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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