[논문]정찰 드론의 탐색 경로에 대한 시뮬레이션 연구

최민우; 조남석

doi:10.9709/jkss.2019.28.1.023

[국내논문] 정찰 드론의 탐색 경로에 대한 시뮬레이션 연구
Simulation Study on Search Strategies for the Reconnaissance Drone 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.28 no.1, 2019년, pp.23 - 39

최민우 (육군 교육사령부 전투발전분석실 작전지속지원) , 조남석

초록
AI-Helper

군 병력 감축, 인명중시 사상의 확산 그리고 4차 산업혁명을 통한 혁신 기술의 국방에서의 활용과 같은 시대적 요구 속에 드론-봇의 적극적인 활용이 요구되고 있다. 특히, 드론을 활용한 감시 및 정찰은 미래 전장에서 큰 역할을 할 것으로 예상된다. 하지만 정찰용 드론의 운용 개념, 특히 적을 찾기 위한 드론의 탐색 경로에 대한 연구는 많이 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 정찰 목적용 드론의 효과적인 운용을 위한 탐색 방법을 시뮬레이션 분석을 통해 제안한다. 시뮬레이션에서 드론과 적은 연속공간에서 선형(First-Order)으로 움직이며, 적은 불확실성을 반영하여 랜덤워크 기법을 적용하였다. 연구는 먼저 기존에 군에서 주요하게 활용하던 탐색 방법(Parallel, Spiral)이 실제로 목표를 탐지하는 확률을 제시하며, 이어서 탐지자의 탐색반경과 속도가 탐지 확률에 미치는 영향을 분석한다. 마지막으로, 적이 랜덤하게 이동하지 않고 특정한 목표를 가지고 이동할 때 적용할 수 있는 새로운 탐지방법인 PS(Probability Search), PCS((Probability Circle Search), HS(Hamiltonian Search), HCS(Hamiltonian Circle Search) 방법을 소개하고 이에 대한 실험결과를 제시한다. 본 연구에서 제시한 탐색방법은 드론의 정찰 작전 시 활용도가 클 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The use of drone-bots is demanded in times regarding the reduction of military force, the spread of the life-oriented thought, and the use of innovative technology in the defense through the fourth industrial revolution. Especially, the drone's surveillance and reconnaissance are expected to play a big role in the future battlefield. However, there are not many cases in which the concept of operation is studied scientifically. In this study, We propose search algorithms for reconnaissance drone through simulation analysis. In the simulation, the drone and target move linearly in continuous space, and the target is moving adopting the Random-walk concept to reflect the uncertainty of the battlefield. The research investigates the effectiveness of existing search methods such as Parallel and Spiral Search. We analyze the probabilistic analysis for detector radius and the speed on the detection probability. In particular, the new detection algorithms those can be used when an enemy moves toward a specific goal, PS (Probability Search) and HS (Hamiltonian Search), are introduced. The results of this study will have applicability on planning the path for the reconnaissance operations using drone-bots.

주제어

표/그림 (24)

표 Table 1. List of Studies related to Search and Detection
그림 Fig. 1. Example of Encounter of two objects
그림 Fig. 2. Example of path for first-order moving object
그림 Fig. 3. Example of random-walk enemy location at different time interval (1000 iterations)
그림 Fig. 4. Simulation based optimization
그림 Fig. 5. The Box-plot for PD with different settings of v and r
그림 Fig. 6. Linear Regression Model with two variables(velocity, radius)
그림 Fig. 7. Result for 3-types of search patterns
표 Table 2. Comparison of MOPs where m = 100, n =10
그림 Fig. 8. Example of enemy movement when they prefer left, right, and center
표 Table 3. Comparison of MOPs where m = 100, n =10
그림 Fig. 9. Example of enemy movement (5 nodes, 15 enemies)
그림 Fig. 10. Movement of detector using PS algorithm
그림 Fig. 11. Rate of visiting node is converging but never exceed 0.5
그림 Fig. 12. Movement of drone using PCS algorithm
그림 Fig. 13. Movement of drone using HS and HCS
표 Table 4. Result for 50 replications with 100 simulation run each
표 Table 5. Result for 50 replications with 100 simulation run each
표 Table 6. CI for Paired T-test for PD
그림 Fig. 14. Variance for 100 replications with 100 simulation run each in AV
표 Table 7. CI for Paired T-test for PD
그림 Fig. 15. Variance for 100 replications with 100 simulation run each in independent sampling
표 Table 8. Result for 30 replications with 100 simulation run each
표 Table 9. Result for 30 replications with 100 simulation run each

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	드론 사용의 장점은 무엇인가?	제 4차 산업혁명의 핵심기술 중 하나인 드론(Drone)은인간의 편의를 위해 다양한 용도로 사용되고 있다. 특히, 드론은 다루기가 쉽고 상대적으로 저렴하며 사람이 갈수 없는 장소로 기동할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이러한 특성으로 드론은 사람을 직접 투입하기 어려운장소나 또는 인명손실이 예상되는 곳에서 그 활용도가 더욱 빈번해지고 있다.
	육군에서 드론을 무기 체계로 개발 완료하거나 진행중인 분야에는 어떤것이 있는가?	이와 같이 드론의 활용가치가 높아짐에 따라 육군은 전장의 판도를 바꿀 수 있는 ‘게임 체인져’로 드론을 선정하고 민간의 발전된 드론 기술을 적극 도입하는 등 드론-봇을 중요한 무기 체계로 활용하기 위한 노력을 기울이고 있다. 현재 개발이 완료되었거나 진행되고 있는 분야로는 정찰감시용 드론과 군수 수송용 드론이 있다. 정찰감시용 드론은 OOm 이상 떨어진 성인 1인을 탐지할 수 있는 능력과 표적의 추적 기능, 통신 두절 시 자동 항법비행 기능을 갖춘 것으로 알려져 있으며, 육군에서 개발 중인 군수 수송용 드론은 부대에 보급품을 지원해 주는 기본적인 기능 뿐 아니라 화생방전으로 사람의 접근이 어려운 지역에 제독을 실시하는 ‘화학작전용 드론’ 으로의 확장도 가능할 것으로 예상된다.
	UAV의 Search Pattern 중 Parallel Search는 무엇인가?	이처럼, 적의 정보가 없는 경우 UAV의 대표적인 Search Pattern은 Spiral Search와 Parallel Search가 있다(Fortuna, 2012). Spiral Search는 탐색구역을 나선모양으로 탐색하는 방법이고, Parallel Search는 탐색구역을 동일한 간격으로 균등하게 직선으로 탐색하는 방법이다(이 두 방법을 이용한 시뮬레이션 실험을 4장에서 다룬다). Parallel Search는 잔디 깎는 기계가 일정한 간격으로 작업을 하는 모습을 빗대어 Lawnmower Search라고도 불린다.

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