[논문]함정의 3차원 RCS 측정 데이터를 활용한 유도탄 대응 기법 연구

곽상열

doi:10.5762/kais.2020.21.4.552

초록
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RCS(Radar Cross Section)는 레이더 신호가 반사되어 수신되는 파장의 강도를 나타내는 가상의 영역이다. 함정의 RCS는 고유의 스텔스 성능을 나타내고 이 값이 곧 함정의 생존성을 나타내기 때문에 이를 감소시키기 위해 함정설계 단계부터 건조까지 다양한 분야에서 노력하고 있다. 함정의 RCS 값은 설계도면과 CAD 모델을 활용하여 예측할 수 있지만, 실제 운항 환경인 해상에서는 해수면 클러터(Clutter)와 다중경로 반사가 발생하므로 해상에서 RCS 값을 측정할 필요가 있다. 하지만 이러한 RCS 예측 값과 측정값은 사용자에게 단순한 상대적인 크기만 제공할 뿐 이를 활용할 방법에 대해서는 연구가 많이 진행되지 않았다. 본 논문에서는 함정의 실 운항환경에서 측정된 3차원 RCS 측정 데이터를 활용하여 함정에 다가오는 유도탄에 대응할 수 있는 기법을 연구하였다. 함정에서는 유도탄의 위치 정보를 추적하여 유도탄에서 바라보는 함정의 고각 및 방위각을 추정하게 되고, 이를 미리 측정된 3차원 RCS 측정값에 맵핑하여 RCS 값을 역산하게 된다. 또한, 유도탄의 이동 정보를 활용하여 유도탄이 바라보는 RCS를 미리 예측하고 이를 활용하여 함정의 기동 및 기만체계를 이용한 대응 계획을 제안하게 된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Radar Cross Section (RCS) is a virtual region indicating the strength of a wavelength at which a radar signal is reflected and received. As the ship's RCS represents its own stealth performance and survivability, efforts have been made in various areas from design to construction to reduce the R...

The Radar Cross Section (RCS) is a virtual region indicating the strength of a wavelength at which a radar signal is reflected and received. As the ship's RCS represents its own stealth performance and survivability, efforts have been made in various areas from design to construction to reduce the RCS. The RCS can be predicted using design drawings and CAD models, but it is necessary to measure the RCS at sea since sea clutter and multipath reflections occur in the sea environment. However, such RCS predictions and measured values provide only a simple relative magnitude to the user, and there has not been much research on this topic. In this paper, a missile countermeasure technique was studied using 3D RCS measurement data in an operating environment. The elevation and azimuth angle of the ship viewed from the missile were estimated using the location information of the missile, and the RCS value was inverted by mapping it to previously measured 3D RCS measurement data. In addition, by using the movement information of the missile, the RCS observed by the missile could be predicted in advance, and this method can be used to propose a response plan based on the maneuvering and chaff system.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Flow chart of proposed method
그림 Fig. 2. RCS measuring equipment and ship maneuver
그림 Fig. 3. Flow chart of 3D RCS estimation
그림 Fig. 4. Roll, pitch and heading direction of ship
그림 Fig. 5. Geographical location of missile and ship
표 Table 1. RCS[dB] of ship with respect to azimuth and elevation angle
그림 Fig. 6. Flow chart of missile response plan
표 Table 2. RCS[dB] range of ship with respect to azimuth and elevation angle change

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 함정의 유도탄 추적정보를 이용하여 유도탄이 바라보고 있는 RCS 값을 역산하고 이 값이 감소될 수 있도록 기동하는 기법에 대해 연구하였다. 또한, 유도탄 기동 정보를 활용하여 유도탄이 바라보는 미래의 RCS 값을 예측하고 RCS 값이 가장 작아지는 시점에서 chaff를 발사할 수 있도록 하는 기법에 대해 제안한다.

제안 방법

본 논문에서는 함정의 유도탄 추적정보를 이용하여 유도탄이 바라보고 있는 RCS 값을 역산하고 이 값이 감소될 수 있도록 기동하는 기법에 대해 연구하였다. 또한, 유도탄 기동 정보를 활용하여 유도탄이 바라보는 미래의 RCS 값을 예측하고 RCS 값이 가장 작아지는 시점에서 chaff를 발사할 수 있도록 하는 기법에 대해 제안한다.
실제 운항 중인 함정의 RCS를 측정하여 데이터화한 상태로 저장하고 있다면 측정 장비 대신 유도탄이 있다고 가정하고 유도탄에서 바라본 RCS 값을 역산할 수 있게 된다. 이때 함정에서는 추적레이더를 이용하여 유도탄의 위치 정보를 획득하고 있다고 가정한다.

성능/효과

그러므로 유도탄이 본 함정의 RCS 값을 최저로 만들기 위해 함정 운용자가 유도탄이 본 함정의 방위각이 47°가 되도록 16초 안에 기동하는 것을 제안할 수 있다. 또한, 도달시간이 4초 남았을 때가 기만체계인 Chaff 탄을 발사하여 유도탄의 추적 대상을 혼동할 수 있도록 하는 최적의 시점이라고 추천할 수 있을 것이다.추가적으로 chaff 탄을 사용 횟수를 미리 설정하여 기만 체계 발사 시점을 횟수에 맞추어 추천할 수도 있을 것이다.
또한, 도달시간이 4초 남았을 때가 기만체계인 Chaff 탄을 발사하여 유도탄의 추적 대상을 혼동할 수 있도록 하는 최적의 시점이라고 추천할 수 있을 것이다.추가적으로 chaff 탄을 사용 횟수를 미리 설정하여 기만 체계 발사 시점을 횟수에 맞추어 추천할 수도 있을 것이다. 해당 예시에서 16초 동안 45°에서 47°로 선회하므로 도달 시점이 12초이며 방위각이 46°일 때 첫 번째 chaff 탄을 발사하도록 추천할 수 있다.

후속연구

이 기법에서 회피 기동 중 RCS 값이 변함에 따라 기만 체계인 chaff 탄 발사 시점도 함께 제공하였다. 추후 실제 함정별로 다양하게 측정한 RCS 측정 데이터를 이용하여 이를 검증하는 연구가 필요하다.

참고문헌 (5)

Eugene F. Knoff, Radar cross section measurements, p.546, Springer Sciense & Business Media, 2012, pp.1-5.
B. J. Ahn, "A Study on the Recent Analysis Method for the RCS reduction for Naval Ships", The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, Vol.25, No.3, pp.333-338, Mar. 2014. DOI: https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2014.25.3.333

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J. T. Kang, Development of Stealth Design Systems for Naval Ship, Master's thesis, Seoul National University, pp.64-76, 2016.
S. Y. Gwak, H. I. Jung, "Measurement and Analysis for 3-D RCS of Maritime Ship based on 6-DOF Model", Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, Vol.21, No.4, pp.429-436, Aug. 2018. DOI: https://doi.org/10.9766/KIMST.2018.21.4.429

원문보기 상세보기
B. Dan, Y. Jiang, J. Li, "Anti-Ship Missile Target Selection Method Based on the Target RCS Information", Applied Mechanics and Materials, Vol.333, pp.616-622, July 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.333-335.616

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