[논문]공군 전투기 시뮬레이터와 워게임 모델의 V-C 연동에 대한 연구

김용환; 송용승; 김창욱

doi:10.9709/jkss.2019.28.2.169

공군 전투기 시뮬레이터와 워게임 모델의 V-C 연동에 대한 연구
A Study on the Interoperability of ROK Air Force Virtual and Constructive Simulation 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.28 no.2, 2019년, pp.169 - 177

김용환 (국방부 정보화기획관실 국방M&S정책) , 송용승 (KCEI M&S 사업부) , 김창욱

초록
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전장상황의 변화와 첨단정보통신기술의 발전에 따라 과학화된 훈련체계인 LVC 훈련체계가 주목을 받고 있다. 대한민국 공군은 전투기 시뮬레이터를 중심으로 공중전투기동장비(ACMI), 워게임모델을 가상의 합성전장환경에 구현하여 실전적이고 과학적인 훈련이 가능한 LVC 훈련체계를 구축하고자 한다. 본 논문에서는 공군의 Virtual 체계인 전투기 시뮬레이터와 Constructive 체계인 전구급 연습용 모델의 V-C 연동시험 수행결과에 대해 다루고자 한다. 기종별로 각각 상이한 연동방식을 갖춘 F-15K, KF-16, FA-50 전투기 시뮬레이터를 표준 연동방식으로 변환하였으며, 합성 전장환경 모의 도구를 활용하여 3개 기종의 전투기 시뮬레이터가 상호 연동이 가능한 환경을 구축하였다. 그리고 공군의 연습용 모델인 창공모델도 표준 연동방식으로 변환하였으며, 연동 최적화를 위해 SW 일부를 수정하였다. 이를 통해 공군의 전투기 시뮬레이터와 워게임 모델이 연동이 가능함을 확인할 수 있었다. 본 연구결과는 향후 공군 LVC 훈련체계 개념연구 및 체계개발 간에 유의미하게 참조할 만한 근거가 될 것임을 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

LVC(Live-Virtual-Constructive) training system is drawing attention due to changes in battlefield situation and the development of advanced information and communication technologies. The ROKAF(Republic of Korea Air Force) plans to construct LVC training system capable of scientific training. This paper analyzes the results of V-C interoperability test with three fighter simulators as virtual systems and a theater-level wargame model as a constructive system. The F-15K, KF-16, and FA-50 fighter simulators, which have different interoperable methods, were converted into a standard for simulation interoperability. Using the integrated field environment simulator, the fighter simulators established a mutually interoperable environment. In addition, the Changgong model, which is the representative training model of the Air Force, was converted to the standard for simulation interoperability, and the integrated model was implemented with optimized interoperability performance. Throughput experiments, It was confirmed that the fighter simulators and the war game model of the ROKAF could be interoperable with each other. The results of this study are expected to be a good reference for the future study of the ROKAF LVC training system.

주제어

표/그림 (14)

표 Table 1. Features of LVC Simulation
그림 Fig. 1. Concept of ROKAF LVC Training System
표 Table 2. Main Capabilities of F-15K Simulator
표 Table 3. Main Capabilities of (K)F-16 Simulator
표 Table 4. Main Capabilities of FA-50 Simulator
표 Table 5. Interoperability Capabilities of Simulators
그림 Fig. 2. Interoperability Structure of Changgong Model
그림 Fig. 3. Modified Interoperability of F-15K Simulator
그림 Fig. 4. Modified Interoperability of (K)F-16 Simulator
그림 Fig. 5. Modified Interoperability of FA-50 Simulator
그림 Fig. 6. Modified Interoperability of Changgong Model
그림 Fig. 7. Overall HW Structure
그림 Fig. 8. Overall SW Structure
그림 Fig. 9. Scenario Concept

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 향후 공군 LVC 합성전장 훈련체계 구축을 위해 대한민국 공군에서 운용하고 있는 Virtual 체계와 Constructive 체계 간의 V-C 연동과 전투기 시뮬레이터간 V-V 연동, 그리고 공군 LVC 합성전장 훈련체계에서 창공모델의 활용가능성에 대해 연구하였다. 단순 개념연구가 아닌 실제 연동시험을 통해 공군 LVC 훈련체계의 구현 가능성을 확인할 수 있었던 매우 의미있는 사례연구였다.

가설 설정

9과 같이 3종의 전투기 시뮬레이터가 아군(Blue) 항공기를 담당하고 창공모델이 적군(Red)을 담당하여 Red 항공기, Red 지대공 미사일을 생성하여 교전을 실시하였다. 이는 전쟁 발발시 다수의 이기종간 구성되는 공격편대군을 가정하였으며, 실험과제 성격을 감안하여 최소한의 전력으로 시나리오를 구성하였다.

제안 방법

3종의 전투기 시뮬레이터와 창공모델 간 최적의 연동 환경 구축을 위해서 아래와 같이 창공모델 SW를 수정하였다.
DIS 연동방식을 지닌 F-15K 전투기 시뮬레이터를 표준연동방식인 RPR FOM 2.0(HLA 1516)으로 변환하기 위해 상용 네트워크 연동 프로그램인 VR-Exchange를 활용하여 연동환경을 구축하였다.
DIS 연동방식의 F-15K 전투기 시뮬레이터는 VRExchange를 이용하여 DIS ↔ 표준 연동방식으로 변환하고, HLA 1.3 연동방식의 (K)F-16 전투기 시뮬레이터는 (K)F-16 Broker를 이용하여 HLA/RTI 1.3 ↔ 표준 연동 방식으로 변환하여 Broker간에 연동을 수행하였다.
F-15K 시뮬레이터는 전술 프로그램인 BigTac을 통해 모든 데이터가 수집되므로 BigTac과 VR-Exchange를 이용하여 HLA1516(RPR FOM 2.0)으로 변환하였다.
FA-50 전투기 시뮬레이터는 HLA1516 방식의 연동을 하도록 개발되었으나 Modified RPR FOM을 사용하여 개발되어 있다. FA-50 전투기 시뮬레이터를 표준 연동방식인 HLA1516(RPP FOM 2.0)으로 변환하기 위해서 FA-50 연동용 Broker를 개발하여 연동을 수행하였다. FA-50 Broker 는 User FOM과 RPR FOM으로 상호 변환하고, 표준 연동방식으로 타 전투기 시뮬레이터 및 창공모델과 연동을 담당하였다.
3 ↔ 표준 연동 방식으로 변환하여 Broker간에 연동을 수행하였다. FA-50 전투기 시뮬레이터와 창공모델은 FA-50 Broker와 창공 연동용 Broker를 이용하여 각각의 연동방식을 표준연동 방식으로 변환하여 타 시뮬레이터, 워게임 모델과 연동을 수행하였다.
HLA 1.3(VTC RTI, User FOM) 연동방식을 지닌 (K)F-16 전투기 시뮬레이터를 표준 연동방식인 HLA 1516(RPR FOM 2.0)으로 변환하기 위해서 VTC Emulator와 MAK Adaptor를 개발하여 연동하였다. VTC Emulator 는 (K)F-16전투기와 연동을 수행하고, Mak Adaptor는 HLA1516 방식으로 연동하였다.
8은 본 연구의 종합적인 연동 환경 Hardware(HW)와 SW의 종합구성도이다. SW의 경우 각 체계가 기존에 갖고 있는 고유의 연동방식을 수정하지 않고, 표준 연동체계를 통한 연동이 가능하도록 체계별로 Broker SW를 개발하여 연동을 수행하였다.
0)으로 변환하기 위해서 VTC Emulator와 MAK Adaptor를 개발하여 연동하였다. VTC Emulator 는 (K)F-16전투기와 연동을 수행하고, Mak Adaptor는 HLA1516 방식으로 연동하였다. 이때 이기종 RTI 간 (VTC, MAK) 상호 연동 불가로 인해 VTC RTI Federation 프로그램과 MAK RTI Federation 프로그램으로 구분하여 개발하여 연동환경을 구축하였으며, 각 프로그램간에 지연 손실을 줄이기 위해서 Shared Memory 방식으로 데이터 교환을 수행했다.
갱신주기가 1분인 창공모델과 60Hz인 전투기 시뮬레이터의 연동을 위해서 갱신 주기가 빠른 모델로 갱신 주기를 일치시켜 원활한 연동이 가능하도록 창공모델의 모의 엔진 SW의 갱신주기를 60Hz로 변경하는 방식을 적용하였다. 이 방식은 창공모델 데이터 갱신주기의 인위적인 변경으로 인해 데이터 과부하 등의 문제점이 예상되었지만 V-C체계간 연동 가능 여부를 파악하기 위한 본연구의 목적에 적합한 방식이라고 판단하였다.
본 연구에서는 3종의 전투기 시뮬레이터 및 창공모델 과의 V-C 연동환경을 구성하여 연동시험을 실시하였다. 기본 시나리오는 Fig. 9과 같이 3종의 전투기 시뮬레이터가 아군(Blue) 항공기를 담당하고 창공모델이 적군(Red)을 담당하여 Red 항공기, Red 지대공 미사일을 생성하여 교전을 실시하였다. 이는 전쟁 발발시 다수의 이기종간 구성되는 공격편대군을 가정하였으며, 실험과제 성격을 감안하여 최소한의 전력으로 시나리오를 구성하였다.
넷째, 창공모델과 전투기 시뮬레이터간 최적의 연동을 위해서 창공모델용 Broker SW를 개발하였다. 또한 상용 RTI 간의 호환성 문제 해결을 위해서 VTC RTI를 MAK RTI로 변환하고, 창공모델의 MRF FOM 7.
둘째, 창공모델은 연합연습 시 사용하는 Time Management Service 기능을 비활성화 하였다. 창공모델은 연합연습에 활용하는 수많은 모델들과 HLA/RTI의 Time Management Service를 사용하여 시간 동기화를 수행하며 운용한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 객체 소유권 이전 방식, Dead-Reckoning 알고리즘 적용 방식을 검토하였으나 이러한 방식들은 창공모델의 기능 제한, 오차발생 등의 문제점이 확인되어 제외하였다. 따라서 본 연구에서는 갱신 주기가 높은 모델로 갱신 주기를 일치화하는 방식을 사용하였다.
넷째, 창공모델과 전투기 시뮬레이터간 최적의 연동을 위해서 창공모델용 Broker SW를 개발하였다. 또한 상용 RTI 간의 호환성 문제 해결을 위해서 VTC RTI를 MAK RTI로 변환하고, 창공모델의 MRF FOM 7.0을 HLA1516 (RPR FOM 2.0)으로 변환을 수행하였다.
본 연구에서 모든 연동대상체계를 표준연동방식인 RPR FOM 2.0(HLA 1516)으로 각각 변환하여 연동환경을 구성하였다.
본 연구에서는 3종의 전투기 시뮬레이터 및 창공모델 과의 V-C 연동환경을 구성하여 연동시험을 실시하였다. 기본 시나리오는 Fig.
0)은 FOM의 구조나 속성 항목의 차이가 크다. 본 연구에서는 전투기 시뮬레이터와 창공모델의 연동을 위해서 RPR FOM 중에서 일부 Object / Interaction Class에 대해서만 변환을 수행하였다. 창공모델의 AIR.
본 연구의 연동대상 체계는 DIS와 HLA 연동방식을 지니고 있다. DIS는 단지 실시간 시뮬레이션을 위하여 운영되는 반면, HLA는 DIS의 단점을 개선하여 개발되었으며, 실시간 및 다수의 시간관리, 선택적 데이터 송신 등의 다양한 기능을 가지고 있다.
VTC Emulator 는 (K)F-16전투기와 연동을 수행하고, Mak Adaptor는 HLA1516 방식으로 연동하였다. 이때 이기종 RTI 간 (VTC, MAK) 상호 연동 불가로 인해 VTC RTI Federation 프로그램과 MAK RTI Federation 프로그램으로 구분하여 개발하여 연동환경을 구축하였으며, 각 프로그램간에 지연 손실을 줄이기 위해서 Shared Memory 방식으로 데이터 교환을 수행했다.
이에 본 연구에서는 향후 구축될 공군 LVC 합성전장 훈련체계의 구현 가능성을 점검하고 제한사항을 식별하기 위해 공군 전투기 시뮬레이터(V)와 워게임 모델(C)의 V-C 연동시험을 실시하였다.
본 연구에서는 전투기 시뮬레이터와 창공모델의 연동을 위해서 RPR FOM 중에서 일부 Object / Interaction Class에 대해서만 변환을 수행하였다. 창공모델의 AIR.FIXEDWING Class, Interaction Class, REPORT.ATTRITION.AIR_TO_AIR Interaction Class 등은 표준연동 방식과 일치하지 않는 부분은 임의로 최적화하여 설정하였다.
창공모델은 연합연습에 활용하는 수많은 모델들과 HLA/RTI의 Time Management Service를 사용하여 시간 동기화를 수행하며 운용한다. 하지만 DIS 연동방식의 F-15K 전투기 시뮬레이터는 Time Management Service를 적용이 불가하고, (K)F-16, FA-50 전투기 시뮬레이터는 HLA/RTI 연동방식이지만 개발 단계에서 Time Management Service를 적용하지 않았으므로 V-C 연동간 오류 발생 가능성을 없애기 위해 해당 기능을 비활성화하도록 SW를 수정했다.

대상 데이터

이처럼 상이한 연동방식을 지닌 체계 간 원활하게 연동을 하기 위해서는 각 체계가 필요한 데이터를 서로 주고받을 수 있도록 하는 공통의 Data Format이 필요하다. 본 연구에서는 RPR FOM(Real-time Platform Reference Federation Object Model)을 V-C 연동의 Data Format으로 선정하였다.
본 연구에서의 연동 대상 체계는 F-15K 시뮬레이터, KF-16 시뮬레이터, FA-50 시뮬레이터, 그리고 공군의 전구급 연습모델인 창공모델 총 4가지 체계이다.

성능/효과

그 결과 시뮬레이터 및 창공모델에서 생성된 모든 객체가 상대 체계에 시현되었으며, 공대공 및 지대공 무장에 대한 피해평가도 확인되는 등 V체계와 C체계간 연동은 성공적으로 수행하였다.
하지만 연동방식이 상이한 다양한 체계간 FOM Mapping 문제, V-V 연동간 객체 관리 문제 등 일부 제한사항이 식별되었다. 또한 공군 LVC 훈련체계의 C체계로의 활용을 위한 창공모델의 구체적인 성능개량 요구사항도 도출할 수 있었다.
셋째, V-C 연동을 통해 향후 구축될 공군 LVC 훈련 체계의 구현 가능성을 확인하고 보완이 필요한 사항을 사전에 식별하기 위함이다.
셋째, 창공모델과의 FOM Mapping 문제를 해결하였다. 창공모델의 HLA/RTI 연동을 위한 FOM과 표준 연동방식의 HLA 1516(RPR FOM 2.
V-C 연동시험의 목적은 다음과 같다. 첫째, V, C체계 단독으로 운용할 경우 발생하는 제한사항을 극복하기 위함이다. C체계로부터 다양한 전술상황을 제공받아 이에 대처하는 훈련이 필요하며, C체계는 V체계의 교전결과를 반영하여 신뢰도 향상이 필요하다.
첫째, 시뮬레이터와 창공모델의 데이터 갱신주기를 일치시켰다. 서로 다른 갱신주기를 갖는 체계일 경우 정상적인 연동을 수행할 수 없는 경우가 발생하기 때문이다.

후속연구

그동안 공군의 전투기 시뮬레이터는 동일 기종 항공기 간에만 비행훈련을 실시할 수 있었다. 기종 별로 연동방식이 상이한 F-15K, KF-16, FA-50 전투기 시뮬레이터를 연동하여 이기종 항공기 시뮬레이터간 훈련이 가능할 경우 더욱 실전적인 훈련이 가능할 것이다.
즉 피격 객체가 Ownship인 경우와 Player인 경우에 따라 각 시뮬레이터에서 객체의 삭제 여부가 달라지는 것이다. 따라서 향후 이러한 현상을 해결하기 위해서는 V-V 연동 간에 실제 사용되는 메시지 이외에도 연동을 위한 메시지를 추가로 정의하는 등의 개선이 필요할 것으로 판단된다.
향후 이를 보완한 후속연구가 더욱 이루어지길 바라며, 공군 LVC 합성전장 훈련체계 구축 간에 본 연구결과가 의미있는 결과로 활용되길 바란다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	실시간(L) 시뮬레이션의 장단점은?	LVC 훈련 체계는 네트워킹 기술과 시뮬레이션 연동기술을 활용하여, L(Live)-V(Virtual)-C(Constructive) 훈련자산과 전투지 휘체계를 연결하여 생성한 통합훈련환경을 의미한다. L, V, C 시뮬레이션 각각의 특성을 살펴보면, 실시간(L) 시뮬레이션은 실제 상황과 유사한 환경을 제공하여 훈련효과는 매우 크지만 시간과 비용 많이 들어 반복적인 훈련은 제한이 된다(Yun et al,. 2012).
	공중전투기동장비란 무엇인가?	Live 체계인 공중전투기동장비(ACMI : Air Combat Maneuvering Instrumentation)는 기동하는 항공기의 위치, 고도, 자세를 비롯하여 가상 무장의 발사 결과가 실시간으로 지상의 장비에 시현 및 저장되는 공중전투기동 훈련장비이다. 실제 조종사가 실제 항공기에 탑승하여 운영중인 대표적인 Live 체계이다.
	각시뮬레이터가 서로 연동되어 있을 때 장점은?	하지만 각시뮬레이터가 서로 연동되어 있다면 원하는 훈련 목적을 달성하는데 시간과 비용을 줄일 수 있다. 인터페이스와의 연결이 끊어지더라도 시뮬레이터를 원래 용도로 재사용할 수도 있는 장점이 있다(Cho et al., 2017).

저자의 다른 논문 :

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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