초소형 스마트탄은 탄도를 수정하여 손쉽게 목표물을 타격할 수 있도록 고안된 개인 휴대용 유도미사일이다. 초소형 스마트탄은 유도미사일에 준하는 기능을 수행하는데 반하여 그 크기가 일반 병사들이 쉽게 휴대할 수 있도록 축소됨으로써 아군의 전력과 생존율을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다. 본 논문에서는 초소형 스마트탄의 탄도수정을 위해 사용된 구동장치를 중심으로 해외에서 선행된 기술개발 사례와 특허들을 수집해 보았다. 이를 바탕으로 초소형 스마트탄의 개발을 위한 소요기술들을 분석해 보고, 추후 개념설계를 위한 초석을 마련하였다.
The development of guided missile requires complex guidance schemes and hardware units because of high maneuver, delicate and variable missions. In this point of view, simulation systems and facilities which test missile hardwares and softwares are needed. This paper introduces the hardware-in-the loop simulation system and facilities which include the real-time computation systems and 3 Axis FMS(Flight Motion Simulator).
비행시험 발사통제 시스템은 유도무기 비행시험 시 사격통제 시스템과 연동하여 동작하고, 유도무기의 종류 및 시험 목적에 따라 시험의 통제 및 상황 감시를 하는 시스템이다. 사격통제 시스템과 비행시험 발사통제 시스템이 연동하기 위한 메시지 구조, 통신 프로토콜, 데이터 타입 등은 발사통제 ICD(Interface Control Document)에 정의되어 있고, ICD는 유도무기 체계별, 시험 목적별로 모두 다르게 구성되어 있다. 기존에는 사격통제 시스템과 연동하기 위해 별도의 연동 소프트웨어를 개발하였으나, 이는 다양한 문제점을 가지고 있었다. 따라서 다양한 발사통제 ICD를 수용할 수 있도록 새로운 파싱 알고리즘을 개발하였고, 사격통제 시스템과 연동하여 다양한 메시지들이 송ㆍ수신되는 것을 확인하여 알고리즘이 정상적으로 동작하는 것을 검증하였다.
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.
유도무기 비행시험 시스템은 비행시험 중 여러 가지 상태를 실시간으로 감시하고 비상상황 발생 시 안전조치를 수행할 수 있어야 한다. 점차 복잡화, 광역화되고 있는 비행시험의 환경 변화 속에서 시험안전 확보의 중요성이 더욱 증대되고 있다. 또한 국내외 정세 변화와 전시작전권 전환 등으로 인하여 다수의 유도무기체계가 동시에 개발되어야 하고 동시에 연구개발 및 시험평가 기간단축을 통한 조기 전략화 및 예산절감도 요구되는 상황이다. 이에 따라 국내의 부족한 시험장 자원 여건 하에서 비행시험 시 발생되는 위험은 증가하고 있으며 시험안전 확보를 위한 대책 마련이 시급한 실정이다. 이러한 요구에 부응하기 위해서 연구개발 초기 단계에서부터 비행시험 시스템의 문제를 식별하고 대처방안을 마련할 수 있도록 모델기반 비행시험 시스템 개발을 본 연구의 목표로 설정하였다. 구체적으로 유도무기 비행시험의 설계 및 검증 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 선진 시험평가기관에서 연구하고 있는 Agile 방식의 Shift Left 시험평가 방법론과 항공우주분야에서의 시스템 참조모델을 활용하였다. 연구개발 단계에서 유도무기체계와 동시에 설계를 진행하고 비행시험 요구사항에 대한 상호 간의 결함을 조기에 식별하여 수정함으로써 시험평가 단계에서 수행하는 비행시험 시 발생될 위험을 완화할 수 있다. 또한 항공우주분야에서 복잡한 시스템을 통합하고 검증하는 데 적용하고 있는 참조모델을 기반으로 시스템 모델링 표준 언어인 SysML을 활용하여 모델기반 비행시험 시스템을 구현함으로써 다수의 유도무기 비행시험 설계에 적용할 수 있는 확장성을 갖고 있으며, 시뮬레이션 분석을 통해 비행시험에서 발생하는 문제를 조기에 식별하고 조치함으로써 시험평가 기간의 지연을 방지할 수 있다.
제어로봇시스템학회 1993년도 한국자동제어학술회의논문집(국내학술편); Seoul National University, Seoul; 20-22 Oct. 1993
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pp.466-470
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1993
A HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation) technique for an IR guided weapon is proposed. The IR HILS facility functions as a testing unit for a missile guidance and control system to evaluate target acquisition, tracking, and countermeasure performance. The configuration of IR HILS facility, modeling technique of an IR environment including target, background and countermeasure, and test and evaluation procedure are included.
본 연구에서는 특정 유도무기체계에 대한 신뢰도 성장 분석을 수행하였다. 개발단계에서의 시험을 통해 고장 모드와 원인을 식별하고 시험 중 발견된 고장을 분석하여 지속적인 관리 활동을 수행하고 있다. 해당 유도무기체계는 유도탄과 발사 체계로 구성되어 있으며, 각 장비의 시험 결과에 따라 신뢰도 성장 분석을 실시하였다. 유도탄의 경우에는 일회성 무기로 성공과 실패인 이산형 데이터로 시험 결과를 획득하였다. 발사체계의 경우에는 시험에서 지속해서 장비 운용을 하여 연속형 데이터로 시험 결과를 획득하였다. 각각의 시험 결과 형태로 신뢰도 성장 모델을 Standard Gompertz 모델과 Crow-Extended 모델을 적용하였다. 해당 모델을 사용하여 현재까지 수행한 시험 결과에 대한 신뢰도 성장 분석 결과를 확인하였다. 또한 미래에 수행될 시험 결과를 가정하여 신뢰도 성장 결과를 예측할 수 있었다. 본 연구는 해당 유도무기체계의 신뢰도 목표값을 달성하고 시험 횟수를 결정하는데 있어 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 그리고 이후 계획된 시험을 확인하여 해당 유도무기체계에 대한 신뢰도 성장 관리를 지속적으로 추진할 예정이다.
This research investigates a kill probability model for the performance evaluation of guided missile system, and also develops graphical user interface for the input and output of the model based on the visual object-oriented programming application. The major simulation events used in this research are missile guidance homing point, burst points, and kill mechanism(direct kill, blast kill and fragment kill). For the user interface, we also design and implement the visualization system that can show the graphic style of the kill probability attained by the model. The results of sample run are shown, but these could be improved to be better with visual simulation which can visulaize all the simulation process of the model.
항공기 발사용 유도무기는 자체점검시험(BIT; built in test) 뿐만 아니라 MIL-STD-1760표준을 준수하여 전원, 이산신호, MUX(multiplexer)통신 등 다양한 시험을 수행해야 시스템 안전성 및 신뢰성이 입증된다. 본 사례 연구 목적은 MIL-STD-1760E 기반 항공기-무장간 연동용 테스트 벤치 구축을 통하여 공대지 유도탄 개발 시 유도탄 전원인가부터 표적정보 입력, 전달정렬, 유도탄 분리 절차에 이르기까지 정의된 TIME LINE에 의거 유도탄 발사 시퀀스 구현 방안을 제시하기 위함이고, 추가적으로 오류삽입기능을 통해 비 활성탄에서 시험할 수 없는 항목까지 검증 범위를 극대화하는 참조 방안이 될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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