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유도무기의 비행시험 결과 예측 및 분석을 위한 현장 영상 기반 시뮬레이션 기법 연구
Study on On-Sight Image-Based Simulation Method for Predicting and Analyzing Flight Test Results of a Missile 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.28 no.3, 2019년, pp.41 - 48  

정동길 () ,  박진서 (국방과학연구소) ,  이종희 (국방과학연구소) ,  손성한 (국방과학연구소)

초록
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현대전에서 중시되는 부수피해 최소화를 위한 정밀타격 유도무기에는 적외선 영상탐색기가 주로 적용되는데, 고가의 적외선 센서를 탑재한 일회성 유도무기의 성능평가에는 많은 비용이 소모되게 된다. 이러한 비용 소모를 최소화하기 위해 시뮬레이션 기법을 통해 유도무기의 성능 예측을 수행하는데, 합성 적외선 영상을 적용한 시뮬레이션 기법이 대표적이다. 하지만 합성영상 적용 기법은 실제 영상과의 특성 차 및 다양한 환경 조건에 따라 변화하는 영상의 특성을 모두 고려하기 힘들다는 제한 사항을 가진다. 본 논문에서는 기존의 시뮬레이션 제한 사항을 보완하기 위한 계측 영상 기반 시뮬레이션 기법을 제안한다. 유도탄 발사 전에 획득되는 영상은 표적의 대조비 또는 온도차 등을 확인하여 영상 추적기의 성능발휘 조건 판단 목적으로만 적용되어 왔으나, 낮은 해상도 및 정보량 부족으로 통합 비행 시뮬레이션에 적용되는 시도조차 없었다. 하지만 본 논문에 기술한 연구를 통하여 현장 계측 영상을 적용한 통합 비행 시뮬레이션은 초기, 중기 비행 간의 유도탄 비행 성능을 상당히 유사하게 예측할 수 있으며 비행시험 결과 분석에 유용하게 활용할 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In modern-war campaign, precision-guided missiles are dominantly used to minimize the collateral damage. Imaging infrared seekers are widely applied for the precise guidance. Due to the high cost of the infrared detector, the cost for the one-shot weapon's test is a burden for the development. To re...

주제어

#정밀 유도무기 시뮬레이션   #현장 영상   #영상 추적  

표/그림 (15)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 다양한 환경 조건(지형, 표적, 기상)에 모두 대응하기 위해서는 수 년, 수억 원이 소요되는 방대한 양의 데이터베이스 제작이 필요하다. 본 논문에서는 기존 IFS 기법의 제한 사항을 보완하기 위한 현장 계측 영상 기반의 IFS(OSIIFS; On-Sight Imagebased IFS) 기법을 제안한다. 현장 계측 영상은 유도탄의 발사지 또는 표적 근방에서 탐색기를 통해 획득한 표적 영상으로, 표적의 대조비를 확인하여 영상 추적기의 성능 발휘 조건 만족 여부만을 판단하는데 국한되어 이용되었다.
  • 본 논문에서는 기존의 SIIFS의 한계점을 극복할 수 있는 새로운 OSIIFS 기법을 제안하고, 다양한 실험 사례에서 영상의 상관도와 추적신뢰도를 비교하여 그 성능을 검증하고 비행시험 분석에도 활용이 가능함을 확인하였다. 기존의 유도무기 개발 과정에서 계측 영상은 영상 추적 성능 확인에만 한하여 적용되었으나, 제안된 시뮬레이션 기법을 활용하여 실 계측 영상 기반의 통합 분석이 가능하다.
  • Figure 10은 2번 실험 데이터에 대해 동일한 개념으로 상관도를 비교한 것으로 이 역시 SIIFS의 변환 영상의 상관도가 높다. 유도탄이 표적에 접근함에 따라 OSIIFS 변환 영상의 상관도는 감소하게 되나, 영상 추적기는 초기 발사 충격에 의한 외란이 많은 구간에서 작은 표적 크기로 인해 추적 실패 확률이 높으므로, OSIIFS는 이 구간에서의 통합 비행 성능을 검증하는 것을 목적으로 한다. Figure 11은 각 실험데이터들의 상관도를 비교한 것으로 모든 경우 큰 폭의 차이로 OSIIFS 변환 영상의 상관도가 SIIFS 합성영상의 상관도에 비해 높은 것을 알 수 있다.

가설 설정

  • 실제 유도탄 비행 간에는 데이터 전송량의 문제로 원본 디지털 영상의 획득이 불가하다. 이에 유효성 검증을 위해 유도탄 비행궤적을 모의한 CFT 영상을 유도탄 비행 간에 획득된 영상으로 가정하고 실험을 진행하였다. CFT 영상의 첫 번째 프레임을 현장 영상으로 적용하는 한편, CFT가 수행되는 동일한 지형, 기상, 시간 조건을 반영하여 합성영상을 생성하여 기존 시뮬레이션 기법과 제안한 기법의 영상 상관도 및 영상추적 신뢰도를 비교하도록 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정밀타격 능력 확보를 위해 최근 개발되는 유도무기에는 어떤 것이 적용되는가? 무기 효과도의 극대화 및 민간인 등에 대한 부수피해를 최소화하기 위한 목적으로, 현대전에서의 유도무기 정밀타격 능력은 점차 더 강조되고 있는 추세이다. 정밀타격 능력 확보를 위해 최근 개발되는 유도무기에는 적외선 카메라와 영상추적기가 결합된 형태인 영상탐색기가 주로 적용되는데, 열원이 뚜렷한 표적만 추적이 가능한 중심점 추적방식[1]에서 표적의 질감, 특징 및 배경 특성 등에 기반한 정밀 추적방식[2~4]으로 추적기가 발전하고 있다. 이렇게 추적방식의 복잡도가 증가함에 따라, 기존 유도무기 시뮬레이션에서 점표적을 가정[5]하는 등 탐색기 영상을 단순히 모의[6]할 경우 시뮬레이션 신뢰성의 한계에 부딪히게 된다.
고가의 적외선 센서를 탑재한 일회성 유도무기의 성능평가에는 많은 비용이 소모되게 되므로 비용 소모 최소화를 위해 사용하는 대표적인 시뮬레이션 기법은 무엇인가? 현대전에서 중시되는 부수피해 최소화를 위한 정밀타격 유도무기에는 적외선 영상탐색기가 주로 적용되는데, 고가의 적외선 센서를 탑재한 일회성 유도무기의 성능평가에는 많은 비용이 소모되게 된다. 이러한 비용 소모를 최소화하기 위해 시뮬레이션 기법을 통해 유도무기의 성능 예측을 수행하는데, 합성 적외선 영상을 적용한 시뮬레이션 기법이 대표적이다. 하지만 합성영상 적용 기법은 실제 영상과의 특성 차 및 다양한 환경 조건에 따라 변화하는 영상의 특성을 모두 고려하기 힘들다는 제한 사항을 가진다.
무기 효과도의 극대화 및 민간인 등에 대한 부수피해를 최소화하기 위한 목적으로 어떤 것이 강조되고 있는가? 무기 효과도의 극대화 및 민간인 등에 대한 부수피해를 최소화하기 위한 목적으로, 현대전에서의 유도무기 정밀타격 능력은 점차 더 강조되고 있는 추세이다. 정밀타격 능력 확보를 위해 최근 개발되는 유도무기에는 적외선 카메라와 영상추적기가 결합된 형태인 영상탐색기가 주로 적용되는데, 열원이 뚜렷한 표적만 추적이 가능한 중심점 추적방식[1]에서 표적의 질감, 특징 및 배경 특성 등에 기반한 정밀 추적방식[2~4]으로 추적기가 발전하고 있다.
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참고문헌 (15)

  1. 황신환, 이상욱(1988), "자동 영상 추적기 개발연구", 대한전자공학회논문지, vol. 25, no. 4, pp. 437-446. 

  2. 선선구(2002), "적외선영상에서 질감 특성과 신경회로망을 이용한 표적탐지", 대한전자공학회논문지, vol. 47, no. 5, pp. 62-68. 

  3. 정영헌 외 3명(2012), "클러터환경에서 영상특징을 이용한 표적 추적", 전자공학회논문지, vol. 49, no. 10, pp. 209-216. 

  4. 박장한, 이재익(2009), "적외선 영상에서 배경 모델링 기반의 실시간 객체 탐지 시스템", 대한전자공학회논문지, vol. 46, no. 4, pp. 102-109. 

  5. 오승민(2010), "스트랩다운 탐색기를 장착한 전술유도탄의 UKF 기반 종말호밍 유도", 대한항공우주학회지, vol. 38, no. 3, pp. 221-227. 

  6. 박상섭 외 4명(2013), "적외선 영상탐색기를 탑재한 대함유도탄-함정방어체계 교전모의 프로그램 개발", 대한항공우주학회지, vol. 41, no. 5, pp. 373-382. 

  7. C. Bates, J. Lucas, J. Robinson, "The Javelin Integrated Flight Simulation", Int. Conference on Computational Science, pp. 507-514, 2001. 

  8. 정동길 외 3명(2017), "대전차 유도무기의 형상 설계에서의 통합비행 M&S 적용 연구", 한국시뮬레이션학회 논문지, Vol. 26, No. 1, pp. 13-19. 

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  9. 정동길 외 2명(2018), "탑재비행시험 영상을 적용한 통합비행 시뮬레이션 기법 연구", 한국시뮬레이션학회 논문지, Vol. 27, No. 1, pp. 111-117. 

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  10. A. Morin(2010), "Simulation of infrared imaging seeking missiles," in Proc. of SPIE vol. 4365, pp. 46-57. 

  11. T. Sheng-jing, W. Qun-shan, W. Xian-zong, and S. Jin-feng(2007), "Missile Virtual Flight Simulation System Based on Visual C++ and Vega", Transactions of Beijing Institute of Technology, vol. 5. 

  12. T. J. Keating, P. R. Wolf, and F. L. Scarpace (1975), "An improved method of digital image correlation," in Photogrammetric Eng. Remote Sensing, vol. 41, pp. 993-1002. 

  13. Scott B. M., Jeff P. G.(2000), "Hardware-in-theloop simulation (HWIL) facility for development, test, and evaluation of multispectral missile systems: update", SPIE AeroSense, vol. 4027, pp. 11-21 

  14. John S. C., Alexander C. J.(1996), "Hardware-inthe- loop simulation at the U.S. Army Missile Command", SPIE Aerospace/Defense Sensing and Controls, vol. 2741, pp. 14-19 

  15. Edward G. H., Rebecca A. C.(1997), "Hardware-inthe- loop simulation at Wright Laboratory's Dynamic Infrared Missile Evaluator (DIME) facility", SPIE AeroSense, vol. 3084, pp. 2-8 

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