[논문]서포트 벡터 머신과 공정능력분석을 이용한 군 통신 쉘터의 EMI 차폐효과 안정 포인트 탐색 연구

구기범; 권재욱; 진홍식

doi:10.5762/kais.2019.20.2.321

초록
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군 통신 쉘터는 내부에 통신 및 환경장비를 탑재하여, 네트워크 중심전에서 다양한 무기체계들의 통합적인 전투력 발휘를 위해 요구되는 정보의 송/수신 기능을 실시간 보장하고 전술환경의 생존성을 극대화시키는 장비이다. 쉘터 내부에 다양한 통신용 장비가 탑재되기 때문에 외부로부터의 전자기 공격에 대한 차페 성능을 반드시 보장해야한다. 본 연구에서는 데이터 마이닝 기법(서포트 벡터 머신)과 통계적 품질관리 기법(공정능력분석)을 이용하여 군 통신용 쉘터에서 차폐성능이 안정된 지점을 탐색하는 연구를 진행하였다. 안정된 지점의 탐색을 위하여 45대 쉘터의 EMI 차폐효과 측정데이터를 활용하였다. 먼저, 차폐효과가 안정되었다고 판단할 수 있는 기준을 세우고 서포트 벡터 머신으로 해당 기준에 부합하는 측정 포인트 집단과 그 외의 집단을 분리, 이 두 집단을 분류할 수 있는 분류 하이퍼플레인을 작성하였다. 그리고 공정능력분석을 이용하여 차폐효과 측정 데이터를 분석, 공정능력지수가 높은 측정 포인트와 서포트 벡터 머신의 하이퍼플레인으로 분류한 측정 포인트를 상호 비교함으로써 분류된 측정 포인트의 타당성과 차폐효과가 안정된 정도를 분석하였다. 분석 결과, 24개의 측정포인트에서 안정된 차폐 성능을 보유하고 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A military shelter for communication and information is necessary to optimize the integrated combat ability of weapon systems in the network centric warfare. Therefore, the military shelter is required for EMI shielding performance. This study examines the stable measurement points for EMI shielding...

A military shelter for communication and information is necessary to optimize the integrated combat ability of weapon systems in the network centric warfare. Therefore, the military shelter is required for EMI shielding performance. This study examines the stable measurement points for EMI shielding effectiveness of a military shelter for communication and information. The measurement points were found by analyzing the EMI shielding effectiveness measurement data with data mining technique and process capability analysis. First, a support vector machine was used to separate the measurement point that has stable EMI shielding effectiveness according to set condition. Second, this process was conducted with process capability analysis. Finally, the results of data mining technique were compared with those of process capability analysis. As a result, 24 measurement points with stable EMI shielding effectiveness were found.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Separating hyperplane
그림 Fig. 2. Hyperplane in case of two separable categories
표 Table 3. Part of EMI shielding effectiveness data(1GHz(V))
그림 Fig. 3. Separating hyperplane(150kHz)
그림 Fig. 4. Separating hyperplane(1GHz, horizontal)
그림 Fig. 5. Separating hyperplane(1GHz, vertical)
그림 Fig. 6. Separating hyperplane(10GHz, horizontal)
그림 Fig. 7. Separating hyperplane(10GHz, vertical)
그림 Fig. 8. Process capability index(rear)
그림 Fig. 9. Process capability index(left side)
그림 Fig. 10. Process capability index(front)
그림 Fig. 11. Process capability index(right side)
표 Table 2. Classified point by separating hyperplane
표 Table 3. Points with stabled EMI shielding effectiveness as a result of process capability analysis
표 Table 4. Points with stabled EMI shielding effectiveness

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 데이터 마이닝 기법과 공정능력분석을 이용하여 군 통신용 쉘터의 차폐효과가 안정된 측정 포인트를 탐색하였다. 먼저, 서포트 벡터 머신 기법을 활용 하여 EMI 차폐성능이 안정된(차폐효과 기준 미달이 한대도 없는) 측정 포인트를 구분하는 분류 하이퍼플레인을 작성하였다.
본 연구에서는 서포트 벡터 머신 기법과 공정능력분 석을 이용하여 EMI 차폐 데이터를 분석하여 차폐효과가 안정된 측정 포인트를 분류하고, 각 기법에 의해 분류된 측정 포인트들의 EMI 차폐효과가 안정되어 있는지 확인하고자한다. 차폐효과가 안정된 측정 포인트를 분류 하는 기준은 다음과 같다.
이러한 두 집단을 분류하는 특성을 이용하여 본 연구 에서는 군 통신용 쉘터의 EMI 차폐 값에 따른 측정 포인트의 차폐성능 안정여부를 판단하는 기준을 마련하고자 한다.

가설 설정

(1) 분류된 측정 포인트는 다른 측정 포인트보다 차폐 효과 평균이 높고 표준편차가 적을 것
(2) 분류된 측정 포인트에서 차폐효과 기준 값 미달을 보이는 쉘터의 수가 최소한으로 적을 것

제안 방법

8～11). EMI 차폐성능의 공정능력분 석은 쉘터의 각 면(전/좌측/우측/후면)에 따라 측정 포인 트를 나누고, 각 면에 존재하는 측정 포인트에 대하여 5 개의 주파수별로 공정능력지수를 작성함으로써 실시하 였다. 그래프의 x, y축은 각각 측정 포인트 번호와 그에 따른 공정능력지수를 나타내었다.
본 연구에서는 데이터 마이닝 기법과 공정능력분석을 이용하여 군 통신용 쉘터의 차폐효과가 안정된 측정 포인트를 탐색하였다. 먼저, 서포트 벡터 머신 기법을 활용 하여 EMI 차폐성능이 안정된(차폐효과 기준 미달이 한대도 없는) 측정 포인트를 구분하는 분류 하이퍼플레인을 작성하였다. 분류된 측정 포인트 중에는 기준 미달 쉘터가 존재하나, 차폐성능이 안정되었다고 오분류된 측정 포인트도 존재하였다.
본 연구에서는 데이터 마이닝 기법인 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine, SVM)과 통계적 품질관리 기법(Statistical Quality Control, SQC)인 공정능력분석 (Process Capability Control, PCA)을 활용하여 EMI 차폐효과 측정 데이터를 분석, 차폐효과가 안정된 측정 포인트를 탐색하였다. 서포트 벡터 머신을 활용하여 차폐 효과가 기준에 미치지 못하는 쉘터가 존재하는 측정 포인트를 그 외의 포인트와 구분하는 분류 하이퍼플레인을 작성하였다.
본 연구에서는 데이터 마이닝 기법인 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine, SVM)과 통계적 품질관리 기법(Statistical Quality Control, SQC)인 공정능력분석 (Process Capability Control, PCA)을 활용하여 EMI 차폐효과 측정 데이터를 분석, 차폐효과가 안정된 측정 포인트를 탐색하였다. 서포트 벡터 머신을 활용하여 차폐 효과가 기준에 미치지 못하는 쉘터가 존재하는 측정 포인트를 그 외의 포인트와 구분하는 분류 하이퍼플레인을 작성하였다. 하이퍼플레인으로 분류되는 측정 포인트를 공정능력분석을 이용하여 차폐효과가 품질관점에서 안정되어 있는지 확인하였다.
하나는 한 대의 쉘터에서도 차폐효과가 기준에 미달되지 않은 측정 포인트 집단이고 다른 하나는 그외의 측정 포인트집단이다. 이 두 개의 측정 포인트 집단을 서포트 벡터 머신의 분류 하이퍼플레인으로 분류함으 로써 차폐효과가 안정된 측정 포인트를 탐색하였다.
서포트 벡터 머신을 활용하여 차폐 효과가 기준에 미치지 못하는 쉘터가 존재하는 측정 포인트를 그 외의 포인트와 구분하는 분류 하이퍼플레인을 작성하였다. 하이퍼플레인으로 분류되는 측정 포인트를 공정능력분석을 이용하여 차폐효과가 품질관점에서 안정되어 있는지 확인하였다.

대상 데이터

본 논문에서는 EMI 차폐효과가 안정된 측정 포인트를 선별하기 위해 45대의 통신용 쉘터에서 측정한 차폐효과 데이터를 사용하였다. 데이터의 형식은 Table 1과같으며, 이와 같은 차폐효과 측정을 5개의 주파수 (150kHz, 1GHz(수평), 1GHz(수직), 10GHz(수평), 10GHz(수직))에서 실시하여 총 5개의 데이터 셋을 작성 하였다.

성능/효과

EMI 차폐성능을 측정한 45대 쉘터 중에서 기준미달 쉘터 대수가 0대이며, 차폐값 평균 및 표준편차가 다른 측정 포인트에 비해 안정되어있는 측정 포인트(◆)는 주파수별로 15∼28개 분류되었으며 일부 오분류가 포함되 었다. Table 2는 Fig.
분류된 측정 포인트 중에는 기준 미달 쉘터가 존재하나, 차폐성능이 안정되었다고 오분류된 측정 포인트도 존재하였다. 그리고 공정능력분석을 통해 차폐 성능이 안정된 측정 포인트를 분류, 서포트 벡터 머신 결과와 비교하여 24개의 측정 포인트에서 차폐성능이 안정되었다는 결과를 얻을 수 있었다.

후속연구

본 연구에서는 두 기법으로부터 차폐성능이 안정되었다고 판단된 측정 포인트 중에 오분 류된(기준 미달 쉘터가 존재하는) 측정 포인트도 존재하 였다. 따라서, 추후 다른 인자를 고려하는 등의 추가 연구를 통해 오분류 없이 안정된 측정 포인트를 분류할 수있도록 해야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	군 통신 쉘터가 반드시 갖추어야 할 것은?	군 통신 쉘터는 내부에 통신 및 환경장비를 탑재하여, 네트워크 중심전에서 다양한 무기체계들의 통합적인 전투력 발휘를 위해 요구되는 정보의 송/수신 기능을 실시간 보장하고 전술환경의 생존성을 극대화시키는 장비이다. 쉘터 내부에 다양한 통신용 장비가 탑재되기 때문에 외부로부터의 전자기 공격에 대한 차페 성능을 반드시 보장해야한다. 본 연구에서는 데이터 마이닝 기법(서포트 벡터 머신)과 통계적 품질관리 기법(공정능력분석)을 이용하여 군 통신용 쉘터에서 차폐성능이 안정된 지점을 탐색하는 연구를 진행하였다.
	서포트 벡터 머신은 무엇인가?	서포트 벡터 머신은 주어진 데이터를 두 개의 범주로 분류하는 지도학습 데이터 마이닝 알고리즘이다[5-6]. m차원 공간에서의 선형함수를 하이퍼플레인(Hyperplane) 이라고 하는데, 차원의 데이터에 대하여 Fig.
	군 통신용 쉘터이 안정된 측정 포인트를 탐색하고자 할 때 오류가 존재해서는 안되는 이유는?	군 통신용 쉘터는 사용 목적의 특성상 어떤 위치에서도 차폐성능이 기준에 미달되어서는 안 되기 때문에 차폐성능이 안정된 측정 포인트를 탐색하고자 할 때, 오류가 존재해서는 안된다. 본 연구에서는 두 기법으로부터 차폐성능이 안정되었다고 판단된 측정 포인트 중에 오분 류된(기준 미달 쉘터가 존재하는) 측정 포인트도 존재하 였다.

참고문헌 (7)

Manjung Seo, Seongwon Chi, Youngjin Kim, Woochul Park, Hojae Kang, Changsu Huh, "Electromagnetic Wave Shielding Effectiveness Measurement Method of EMP Protection Facility", The journal of Korean institute of electromagnetic engineering and science, vol.25(5), pp.548-558, 2014.

원문보기 상세보기
Yeon-Choon Chung, Jongkyung Lee, Suk-Tai Kwon, "Comparison of SE Evaluation Methods for HEMP Shelters", The journal of Korean institute of electromagnetic engineering and science, vol.25(11), pp.1197-1200, 2014.

원문보기 상세보기
MIL-STD-188-125-1, "High-altitude electromagnetic pulse (HEMP) protection for ground-based C41 facilities performing critical, time-urgent missions part 1 fixed facilities", 7, April, 2005.
IEEE-STD-299, "IEEE Standard Method for Measuring the Effectiveness of Electromagnetic Shielding Enclosures", 15, September, 2006.
Chi Hyuck Jeon, Data Mining Techniques, 482, HanNaRae, 2015.
Richard J. Roiger, Michael W. Geatz, DATA MINING A Tutorial-Based Primer, 391, Hongreung Science, 2007.
Chi Hyuck Jeon, Min Geun Jeong, Hye Seo Lee, Applied Statistics for Engineering, 338, Hongreung Science, 2012.

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