KR101392262B1 - 조종사 훈련을 위한 모듈 기반 탑재 모의훈련 시스템 - Google Patents

조종사 훈련을 위한 모듈 기반 탑재 모의훈련 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가상 전투 환경에서 조종사가 효과적으로 훈련할 수 있는 모듈 형태의 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS) 구조를 제공한다.
본 발명에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS) 구조에서는 기존 ETU 의 EPM 만이 유일하게 임무 컴퓨터(MC) 내에 집적되고, ET 비디오 신호는 ET 그래픽 처리 모듈(ET Graphic Processing Module: EGM) 없이 MC 내의 Ethernet 을 이용하여 비디오 처리 모듈(Video Processing Module: VPM)에게 전달하였다. 그리고, ET 데이터 링크는 기존 데이터 링크 장치인 다기능 정보 분배 장치(Multi-functional Information Distribution System: MIDS)을 이용하기 위해 주요 처리 모듈(Main Processing Module: MPM)의 화력 제어(Fire Control: FC) OFP(Operating Flight Program)에서 MIDS 터미널 관리와 J 메시지 처리 코드를 수정 및 보완하여 구현하였다. 이에 따라, 기존 데이터 링크 장치를 재사용함으로써 ETU 의 DLM, S-Band Tx/Rx, RF 안테나를 제거할 수 있었다. 또한, ET 비디오 신호를 제외한 나머지 ET 데이터 메시지들(예컨대, 가상 표적, 가상 위협, 센서, 무장, 전자전 등)을 통합하고 UDP/IP 통신 메커니즘을 이용하여 통합된 메시지를 전달하였다. 시스템 집적 결과, 본 발명에 따른 모듈형 ETS 구조는 기존 ETS 보다 체적과 중량 측면에서 각각 97.6%, 83.3% 를 줄일 수 있었고, ET 데이터 전송 속도를 7.6배 개선하였다. 이는 본 발명에 따른 ETS 구조를 적용할 경우, 군사 응용에서 요구되는 실시간 제약 환경에서 신뢰성 있는 ET 가 가능하며, 체적, 중량, 비용, 확장성 측면에서도 효과적이라는 것을 나타내는 것이다.

Description

조종사 훈련을 위한 모듈 기반 탑재 모의훈련 시스템{MODULE-BASED EMBEDDED TRAINING SYSTEM FOR PILOT TRAINING}
본 발명은 조종사 훈련을 위한 모듈 기반 탑재 모의훈련 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가상 전투 환경을 구축하여 실제 장비와 위협 환경 없이 조종사 훈련을 수행하기 위한 모의훈련 시스템에 관한 것이다.
가상 전투 환경을 구축하여 실제 장비와 위협 환경없이 조종사 훈련을 수행하기 위한 항공기 탑재 모의훈련 시스템(Embedded Training System: ETS)은 훈련 효과 증대, 훈련 비용 절감, 실제 전투 훈련의 위험 감소 효과 때문에 최근 군용 항공기에 필수 요소로 인식되고 있다.
ETS는 가상 표적/위협 시뮬레이션, 항공기(Ownship) 시뮬레이션(센서, 무장, 전자전 등), ET 데이터 링크 기능 등을 제공하고, 임무 컴퓨터(Mission Computer: MC)와 별개의 독립적 장치(Line Replaceable Unit: LRU)로 구성된다.
현재까지 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)은 2002년에 F-22 훈련 시스템과 오디오/비디오 저장 장치(Audio and Video Signal Recorder) 개발을 맡았던 스미스 항공사(Smiths Aerospace Ltd.)가, ETS 최초 개발자인 이스라엘의 BVR사(Beyond Visual Range Ltd.)와 함께 F-22 용의 ETS를 개발한 단계에 와 있다.
네덜란드 공군, 네덜란드 스페이스사(Dutch Space Ltd.), 네덜란드 항공우주연구소는 2004년에 독립적인 탑재 모의훈련(Embedded Training: ET) 컴퓨터를 추가하여 네덜란드 공군 F-16B MLU(Mid Life Update)의 비행 시험을 성공적으로 수행하였다.
그리고, 2007년에는 네덜란드 항공우주연구소, 네덜란드 스페이스사는 록히드 마틴사(Lockheed Martin Ltd.)와 합동으로 F-35 조종실 시뮬레이터와 함께 항공기 탑재 모의훈련(ET) 기능을 시현하였다.
최근 한국항공우주산업(Korea Aerospace Industries Ltd.: KAI)은 공대공(Air-to-Air), 공대지(Air-to-Ground) 모의훈련, ET(Embedded Training) 데이터 링크 기능을 제공하는 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)을 개발하였다.
기존의 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)은 임무 컴퓨터(MC)와, 탑재 모의훈련(ET)을 위한 주요 기능을 담당하는 탑재 모의훈련 장치(Embedded Training Unit: ETU)로 구성되는 연합형 구조이다.
이러한 연합형 구조의 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)은 최근 항공기 임무 요구도의 증대와 다양한 전장 환경의 변화에 따른 항공기 요구 성능 구현에 제약이 따르므로 시스템 재구성 능력, 체적, 중량, 확장성 측면에서 우수한 특성을 제공하는 통합 모듈 형태의 ETS 개발이 필요하다.
본 발명은 전술한 바와 같은 점들을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 ET(Embedded Training) 기능을 제공하는 탑재 모의훈련(ET)용 주요 처리 모듈(ET Main Processing Module: EPM)만을 임무 컴퓨터(MC) 내에 장착하고, ET 데이터와 비디오 신호는 내부 이더넷(Ethernet) 통신을 이용하여 임무 처리 모듈 및 디스플레이 처리 모듈에게 전달하는 구조의 항공기 탑재 모의훈련 시스템(Embedded Training System: ETS)을 제공하는 것에 있다.
상술한 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 형태는, 다기능 정보 분배 장치(Multi-functional Information Distribution System: MIDS) 및 상기 다기능 정보 분배 장치와 물리적으로 연결된 임무 컴퓨터로 구성되는 항공기 탑재 모의훈련 시스템(EMBEDDED TRAINING SYSTEM)으로서, 상기 임무 컴퓨터는, 화력 제어(Fire Control: FC)를 위한 OFP(Operating Flight Program)를 포함하는 주요 처리 모듈(Main Processing Module: MPM); 입력되는 ET(Embedded Training) 비디오 신호를 믹싱 및 라우팅하여 저전압 차등 시그널링(Low Voltage Differential Signaling; LVDS) 신호로 변환하는 비디오 처리 모듈(Video Processing Module: VPM); 및 상기 ET 비디오 신호를 생성하고 그 생성된 ET 비디오 신호를 내부 이더넷(Ethernet) 통신을 통하여 상기 주요 처리 모듈(MPM) 또는 상기 비디오 처리 모듈(VPM)로 전송하는 ET 주요 처리 모듈(ET Main Processing Module: EPM)을 포함하는 항공기 탑재 모의훈련 시스템을 제공한다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 ET 주요 처리 모듈(EPM)에는 상기 이더넷 통신을 위한 UDP(User Datagram Protocol) 서버가 포함될 수 있고, 상기 주요 처리 모듈(MPM) 또는 상기 비디오 처리 모듈(VPM) 중의 적어도 하나에는 상기 이더넷 통신을 통해 상기 UDP(User Datagram Protocol) 서버와 상기 ET 비디오 신호를 송수신하는 UDP 클라이언트가 포함될 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 주요 처리 모듈(MPM)에 포함된 상기 화력 제어(FC)를 위한 OFP(Operating Flight Program)에는, 상기 다기능 정보 분배 장치로 전송할 ET 데이터를 J 메시지 포맷으로 변환하는 동작을 수행하는 J 메시지 처리 코드와, 다수의 항공기가 동시에 ET 데이터 링크를 수행할 수 있도록 네트워크를 동기화하고 제어하는 MIDS 터미널 관리 코드가 포함될 수 있다.
상술한 바와 같이, 독립 장치 형태의 기존 항공기 탑재 모의훈련 시스템은 핵심 처리 모듈, 그래픽 처리 모듈, 데이터 링크 모듈, S-Band 송수신기를 포함하고 있지만, 본 발명의 상술한 형태에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템에서는 ⅰ) ET 기능을 제공하는 핵심 처리 모듈만을 임무 컴퓨터(MC) 내에 장착하고, ⅱ) ET 데이터와 비디오 신호는 내부 이더넷 통신을 이용하여 임무 및 디스플레이 처리 모듈로 전달할 수 있다. 그리고, ET 데이터 링크 기능은 기존 데이터 링크 장치인 다기능 정보 분배 장치(MIDS)를 이용하여 구현할 수 있다. 이는 기존 항공기 탑재 모의훈련 시스템에서 포함된 그래픽 처리 모듈, 데이터 링크 모듈, S-band 송수신기가 제거되고 기존 데이터 링크 장치를 재사용됨을 의미한다. 또한, 실시간 성능 개선을 위해 임무 처리 모듈에게 전달되는 ET 데이터 메시지들을 통합한다.
시스템 집적 실험 결과, 본 발명에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS) 구조는 기존보다 체적과 중량 측면에서 각각 97.6%, 83.3%를 줄일 수 있고, ET 데이터 전송 속도를 7.6배 개선한다.
따라서, 본 발명에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS) 구조는 군사 응용에서 요구되는 실시간 제약 환경에서 신뢰성 있는 항공기 탑재 모의훈련(ET)이 가능하고 체적, 중량, 비용, 확장성 측면에서 장점을 지닌다.
도 1은 기존의 연합형 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 ET 비디오 신호들의 예시를 나타낸 도면.
도 3은 기존의 연합형 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)에 있어서의, ET 비디오 신호 전송 과정을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 4는 임무 컴퓨터와 탑재 모의훈련 장치 간의 작업 상태를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 기존의 연합형 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)에 적용되는 ET 데이터 메시지 구조의 일 예를 나타내는 도면.
도 6은 기존의 연합형 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)에 있어서의, ET 데이터 링크 과정을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 통합 모듈 형태의 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 통합 모듈 형태의 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS))에 적용되는 ET 비디오 신호 전송 방법을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 9는 본 발명에 따른 통합 모듈 형태의 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)에 적용되는 통합된 ET 데이터 메시지 구조의 일 예를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 통합 모듈 형태의 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)에 적용되는 ET 데이터 링크 방법을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 11은 본 발명에 따른 통합 모듈 형태의 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)에 적용되는 ET 데이터 메시지의 전송 속도를 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들 및 그 작용들을 설명하도록 한다. 본 명세서에 기재된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 설명되는 것이며, 이에 의해 본 발명의 기술적 사상이 제한되는 것이 아니다.
[연합형 항공기 탑재 모의훈련 시스템( ETS )]
◎ 시스템 구조
일반적으로 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)의 기능은 가상 표적 및 위협 시뮬레이션, 항공기(Ownship) 시뮬레이션(센서, 무장, 전자전 등), ET 데이터 링크 기능을 포함한다. 가상 표적 및 위협 시뮬레이션, 항공기(Ownship) 시뮬레이션은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 처리되는 가상 모델이다. 훈련대상 항공기(Ownship)와 모든 참여 항공기들은 ET 데이터 링크를 통해 가상 전투 환경에 대한 정보를 공유하게 된다.
도 1은 기존의 연합형 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1)의 구조를 나타낸 것이다.
연합형 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1)은 탑재 모의훈련 장치(ETU: Embedded Training Unit)(10)와 임무 컴퓨터(MC: Mission Computer)(20)로 구성되고, 여기서 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)는 가상 훈련 기능을 제공하는 역할을 수행하고 임무 컴퓨터(MC: Mission Computer)(20)는 항공 전자 운용 프로그램(Operating Flight Program: OFP)을 주요 프로그램으로서 포함하고 있다.
또한, 탑재 모의훈련(ET)을 위한 데이터 메시지들은 Ethernet 통신 메커니즘을 통해 전달된다.
연합형 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1)에 적용되는 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)는 S-Band 송수신기(S-Band Tx/Rx)(110), 탑재 모의훈련(ET)을 위한 ET 주요 처리 모듈(ET Main Processing Module: EPM)(120), 데이터 링크 모듈(Data Link Module: DLM)(130), 탑재 모의 훈련(ET)을 위한 그래픽 처리를 위한 ET 그래픽 처리 모듈(ET Graphic Processing Module: EGM)(140)로 구성된다.
ET 주요 처리 모듈(EPM)(120)은 가상 표적/위협, 센서, 무장과 같은 가상 항공기(Ownship) 시뮬레이션을 처리하는 수단으로서 작용한다.
DLM(130)과 S-Band Tx/Rx(110)는 ET 데이터 링크 기능을 제공하는 수단으로서 작용한다.
한편, ET 그래픽 처리 모듈(EGM)(140)은 입력되는 센서와 무장에 대한 비디오 신호들을 RS-170 표준 형태로 변환한 후에 임무 컴퓨터(MC)로 출력하는 수단으로서 작용한다.
임무 컴퓨터(MC: Mission Computer)(20)는 화력 제어(Fire Control: FC), 다기능 디스플레이(Multi-Function Display: MFD), 전방 디스플레이(Head-Up Display: HUD), 통합 전방 상향 제어(Integrated Up-Front Control: IUFC)와 같은 4가지 핵심 OFP(Operating Flight Program)를 포함하는 다중 처리 시스템이다.
일 예로서, 화력 제어(FC) OFP 및 전방 디스플레이(HUD) OFP는 각각 주요 처리 모듈(Main Processing Module: MPM)(220) 및 HUD 처리 모듈(HUD Processing Module: HPM)(240)에 집적될 수 있다.
그리고, 다기능 디스플레이(MFD) OFP는 그래픽 처리 모듈(Graphic Processing Module: GPM)(260)에 집적될 수 있으며, 통합 전방 상향 제어(IUFC) OFP는 다기능 디스플레이(MFD) OFP와 함께 그래픽 처리 모듈(Graphic Processing Module: GPM)(260)을 공유할 수 있다.
한편, 그래픽 드라이버 모듈(Graphic Driver Module: GDM)(270)과 HUD 드라이버 모듈(HUD Driver Module: HDM)(250)에서 생성된 심볼(Symbol) 및 비디오 정보는 비디오 처리 모듈(Video Processing Module: VPM)(280)을 경유하여 다기능 디스플레이(MFD)에 시현된다.
또한, 범용 인터페이스 모듈(General Interface Module: GIM)(210)은 MIL-STD-1553B MUX 버스, 디지털 입력/출력, 아날로그 입력 등과 같이 다양한 입력/출력을 송수신할 수 있다. 예를 들어, 화력 제어(FC) OFP 는 PCI-E BUS 와 Ethernet 인터페이스를 통하여 임무 컴퓨터(MC)(20)의 입/출력 모듈로부터 데이터에 접근할 수 있다.
한편, 데이터 링크를 위한 다기능 정보 분배 장치(Multi-functional Information Distribution System: MIDS)(30)는 Link-16 명령, 제어, 통신 기능을 제공하는 지능형 시스템이다.
◎ ET 비디오 신호 전송
도 2는 ET(Embedded Training) 비디오 신호(이하, ET 비디오 신호)들의 예를 나타낸 도면이다.
일반적으로 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)에서는 도 2에 나타낸 바와 같은 ET 비디오 신호들, 예컨대 FCR(Fire Control Radar)의 GM(Ground Map), SAR(Synthetic Aperture Radar)와 TGP(Targeting Pad), AGM-65 무장에 관한 비디오 신호들을 제공함으로써 가상 훈련 효과를 증대시킨다.
도 3은 기존의 연합형 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1)에 있어서의, ET 비디오 신호 전송 과정을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, ET 주요 처리 모듈(EPM)(120) 내에서 생성되는, 센서(예컨대 FCR, TGP), 무장(예컨대 AGM-65)과 같은 비디오 신호들은 ET 그래픽 처리 모듈(EGM)(140)에서 RS-170 표준 형태로 변환되며, 이 변환된 신호가 임무 컴퓨터(MC)(20) 내의 비디오 처리 모듈(VPM)(280)로 전달된다.
한편, 임무 컴퓨터(MC)(20)의 그래픽 드라이버 모듈(GDM)(270)은 다양한 임무에서 발생되는 심볼들을 SVGA(Super VGA)로 변환한 후에, 그것을 비디오 처리 모듈(VPM)(280)로 전달한다.
비디오 처리 모듈(VPM)(280)은 RS-170 디코더(Decoder)(281), SVGA 디코더(282), 믹서/라우터(Mixer/Router)(283)로 구성되고, 다기능 디스플레이(MFD) 출력을 위한 심볼 비디오와 ET 비디오 사이의 오버레이(Overlay), 믹싱/라우팅, LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 부호화 기능을 수행한다.
◎ ET 데이터 전달 메커니즘
ET 비디오 신호를 제외한 ET 데이터 메시지는 임무 컴퓨터(MC)(20)와 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10) 사이의 TCP/IP 통신을 통해 전달되고, 도 4와 같이 6개의 작업 상태(INIT(A), SETUP(B), LOAD(C), DATA FLOW(D), STATUS(E), SHUT DOWN(F))로 운용되며, 하기의 표 1은 임무 컴퓨터(MC)(20)와 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)가 송수신하는 메시지들을 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure 112012082576814-pat00001
도 4의 INIT(A) 상태에서 임무 컴퓨터(MC)(20)와 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)는 상태 요청, 응답 메시지(T1, R1)를 이용하여 초기 통신을 한다.
초기 통신이 성공한 이후, 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)는 응답 메시지 R1을 확인하여 BIT(Build In Test) 상태 OK 와 시나리오 파일 읽었음이 확인되면 SETUP(B) 상태로 이동한다.
SETUP(B) 상태에서 임무 컴퓨터(20)는 설정 요청 메시지(T2)를 이용하여 시나리오 정보 및 데이터를 요청하고, ETU(10)는 설정 응답 메시지(R2)를 이용하여 응답한다.
SETUP(B) 상태에서 메시지 데이터에 대한 체크섬(Checksum) 및 크기 오류가 발생하면 동기 통신을 위해 INT(A) 상태로 회귀한다.
임무 컴퓨터(MC)(20)는 시작 시뮬레이션 요청 메시지(T3)를 이용하여 시나리오 선택 정보와 ET 시뮬레이션 시작 요청을 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)에게 전달한다.
탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)는 선택된 시나리오가 장착되는 동안 시작 시뮬레이션 응답 메시지(R3)를 이용하여 응답한다.
LOAD(C) 상태에서 임무 컴퓨터(MC)(20)는 T1을 이용하여 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)의 상태를 주기적으로 확인하고, R1을 통하여 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)의 현재 시나리오와 임무 컴퓨터(MC)(20)가 요청한 시나리오를 비교하여 이들 시나리오가 같고 시뮬레이션이 실행되었을 때 DATA FLOW(D) 상태로 이동한다.
DATA FLOW(D) 상태에서는 임무 컴퓨터(MC)(20)와 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10) 사이에 각 데이터 메시지(T4~9, R4~9)를 연속적으로 교환한다.
새로운 시나리오 선택이 필요가 있을 경우, 임무 컴퓨터(MC)(20)는 T1을 보내고 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)의 시뮬레이션이 중지되면 SETUP(B)과 LOAD(C) 상태를 거쳐 요청한 시나리오에 대한 시뮬레이션을 수행한다.
DATA FLOW(D) 상태에서 IBIT(Initiated BIT), 비디오 제어, 팝업 표적(Popup Target) 요청이 필요할 경우, 임무 컴퓨터(MC)(20)는 T1을 보내고 STATUS(E) 상태가 된다.
STATUS(E) 상태는 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)에서 받은 R1이 임무 컴퓨터(MC)(20)가 요청한 정보에 대하여 유효한지 주기적으로 확인하고, 유효할 경우 다시 DATA FOW(D) 상태로 회귀한다.
SHUTDOWN(F) 상태는 ET(Embedded Training)를 종료할 경우 수행되고, 임무 컴퓨터(MC)(20)와 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)는 명령 메시지, 승인 메시지(T10, R10)의 교환을 통해 ET 보고서 파일을 저장할 때까지 주기적으로 확인한다.
도 5는 ET 데이터 메시지 구조를 나타낸 것이다.
모든 메시지들은 동기 워드(Sync word)(510)와 메시지 ID(520) 바이트로 구성된 헤더(Header)를 가지고 있고, 데이터 워드 부분(530)과 체크섬(Checksum)(540) 2바이트로 구성된다.
체크섬(Checksum)(540)은 동기 워드(510)와 체크섬(Checksum)(540) 2바이트를 제외한 모든 데이터에 대하여 2의 보수로 표현한다.
◎ ET 데이터 링크
일반적으로 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)에 있어서, ET(Embedded Training) 데이터 링크(이하, ET 데이터 링크)란 훈련 항공기(Ownship)와 모든 참여 항공기들이 가상 전투 환경에 대한 정보를 공유할 수 있도록 지원하는 기술을 지칭한다. 이러한 데이터 링크 기능은 훈련 중인 조종사가 가상 전투 환경 관련 정보를 공유할 수 있도록 지원함으로써 훈련 효과를 효율적으로 증대시킬 수 있다.
도 6은 기존의 연합형 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1)에 있어서의, ET 데이터 링크 과정을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, 임무 컴퓨터(MC)(20)에서 주요 처리 모듈(MPM)(220)은 항공기(Ownship) 시뮬레이션(가상 표적, 위협, 센서, 무장, 전자전 등)을 수행하며, 예를 들어 TCP/IP 통신 메커니즘(121, 221)을 이용하여 데이터를 상호 교환한다.
ET 주요 처리 모듈(ET Main Processing Module: EPM)(120)의 항공기(Ownship) 시뮬레이션 결과와 참여 항공기로부터 전달된 공유 데이터 정보는 데이터 링크 모듈(DLM)(130)에서 데이터 링크 프로토콜에 의해 메시지를 처리하여 각각 전달한다.
S-Band Tx/Rx(110)는 예를 들어, 훈련대상 항공기(Ownship)와 참여 항공기들 사이의 정보 공유를 위해 RF 통신 메커니즘을 제공한다.
[본 발명에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템( ETS )(1A)]
전술한 바와 같이, 도 1에 도시된 바와 같은 기존의 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1)은 항공기 탑재 모의훈련(ET)의 주요 기능을 담당하는 독립 장치(Line Replaceable Unit: LRU) 형태의 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)와 임무 컴퓨터(MC)(20)로 구성되므로 연합형 시스템 구조라고 할 수 있다.
최근에는, 항공기 임무 요구도의 증대와 전장 환경의 변화에 따른 다양한 항공 전자 기술들이 적용되어야 하기 때문에, 기존의 이러한 시스템(1) 구조는 항공기 요구 성능 구현에 많은 제약이 따른다.
따라서, 본 발명자들은 기존 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1)과 비교하여 실시간 성능, 체적, 중량, 비용, 확장성 측면에서 효과적인 통합 모듈 형태의 개선된 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1A) 구조를 제안한다.
◎ 시스템 구조
도 7은 본 발명에 따른 통합 모듈 형태의 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1A) 구조를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 통합 모듈 형태의 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1A)은, 도 1을 참조하여 위에서 설명한 기존의 연합형 구조와 비교하였을 때 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10)의 S-Band Tx/Rx(110), DLM(130), EGM(140)이 제거되고, EPM(120A)만이 임무 컴퓨터(MC)(20A)의 내부 모듈 형태로 집적된다.
그리고, ET 비디오 신호와 데이터는 임무 컴퓨터(MC)(20A) 내부 Ethernet 통신으로 전송한다.
또한, ET 데이터 링크 기능은 기존 데이터 링크 시스템인 다기능 정보 분배 장치(MIDS)(30)를 재사용한다.
◎ ET 비디오 신호 전송
도 8은 본 발명에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1A)에 적용되는 ET 비디오 신호 전송 방법을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1A)에 적용되는 ET 비디오 신호 전송 방법은 도 3을 참조하여 설명한 기존 ET 비디오 전송 방법과 비교할 때, 탑재 모의훈련 장치(Embedded Training Unit: ETU)(10) 내의 ET 그래픽 처리 모듈(EGM)(140)이 제거되어 있고, RS-170 인코더(141) 및 디코더(281)는 UDP/IP 서버(121A)와 클라이언트(281A)로 교체되어 있음을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 ET 비디오 신호 전송 방법에 있어서는, 임무 컴퓨터(MC)(20A) 내의 내부 Ethernet 통신을 이용하여 ET 비디오 신호를 전달하기 때문에, 기존 방법에서 사용되는 EGM(140), RS-170 인코더(141)/디코더(281), 외부 케이블(142)이 불필요하다.
따라서, 본 발명에 따른 ET 비디오 신호 전송 방식은 항공기의 체적, 중량, 비용을 줄이는데 효과적이다.
◎ ET 데이터 전달 메커니즘
임무 컴퓨터(MC)(20A)의 OFP는 군사 응용에 요구되는 엄격한 실시간 제약성을 유지하기 위해 적어도 20m/s 이내 처리 속도가 요구된다.
도 1을 참조하여 위에서 설명한 기존의 연합형 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1)에 있어서의, ET 데이터 전달 메커니즘은 TCT/IP 통신을 이용하여 임무 컴퓨터(MC)(20)와 탑재 모의훈련 장치(ETU)(10) 사이로 6개 데이터 메지시들(T4~9, R4~9)을 순차적으로 전달된 이후, OFP의 임무 수행을 위한 로직(Air-to-Air, Air-to-Ground, Navigation)들이 동작된다. 따라서, ET 데이터 메시지의 전송 속도를 줄이는 것은 실시간성 보장에 중요하다.
본 발명에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1A)에 있어서는, ET 데이터 메시지 전달을 위해 UDP/IP 통신 메커니즘과 통합 메시지 구조가 제공된다.
UDP/IP는 TCP/IP 보다 신뢰성은 저하되지만 송수신 확인 절차가 없기 때문에 TCP/IP 보다 속도가 높다.
UDP/IP 통신의 신뢰성은 통신 선로가 멀리 떨어져 있을 경우에 보장되지 못하지만, 본 발명에 따른 시스템(1A)은 통합 모듈형 구조이기 때문에 문제가 되지 않는다.
도 9는 본 발명에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1A)에 적용되는 통합된 ET 데이터 메시지 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1A)에 적용되는 통합된 ET 데이터 메시지 구조는 기존의 6개 데이터 메지시들(T4~9, R4~9)을 하나의 메시지로 통합하고, 각 메시지에 대한 체크섬(Checksum) 바이트를 제거한다. 이는, UDP/IP 자체가 체크섬(Checksum) 기능을 포함하고 있기 때문이다.
따라서, 본 발명에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1A)에 적용되는 ET 데이터 메시지 전달 방법(즉, UDP/IP 통신 메커니즘과 통합 메시지 구조가 제공되는 전달 방법)은 ET 데이터 메시지의 전송 속도를 향상시킴으로써 기존보다 실시간 성능을 높일 수 있다.
◎ ET 데이터 링크
도 10은 본 발명에 따른 ET 데이터 링크 방법을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 ET 데이터 링크 방법은 도 6을 참조하여 설명한 기존 데이터 링크 방법과 비교할 때, S-Band Tx/Rx(110), DLM(130), RF 안테나(ANT)가 제거되어 있음을 확인할 수 있다.
그리고, ET 데이터 링크를 위해, 주요 처리 모듈(Main Processing Module: MPM)(220A)의 화력 제어(Fire Control: FC) OFP(Operating Flight Program)에 J 메시지 처리 코드(222)와 MIDS 터미널 관리 코드(223)를 추가함으로써 EPM(120A)에서 전달받은 훈련 항공기(Ownship) 시뮬레이션 결과와 다양한 임무 데이터가 MIDS(30)를 통해서 참여 항공기로 전달되도록 한다.
구체적으로, J 메시지 처리 코드(222)는 MIDS(30)로 전송할 ET 데이터를 J 메시지 포맷에 맞게 변환하는 동작과, 그 변환된 J 메시지 포맷의 ET 데이터가 적절한 경로를 통해 MIDS(30)로 전달되도록 제어하는 동작을 수행한다. 이것은 MIDS(30)가 J 메시지 포맷으로 데이터를 주고받도록 표준화되어 있기 때문이며, 이러한 J 메시지 처리 코드(222)를 통해, 임무 컴퓨터(20A)는 MIDS(30)를 경유하여 ET 데이터를 외부의 장치와 송수신할 수 있으며, 이에 따라 이에 따라 임무 컴퓨터(20A)가 ET 데이터 링크하는 것을 가능하게 한다.
한편, MIDS 터미널 관리 코드(223)는 다수의 항공기가 동시에 ET 데이터 링크를 수행하는 것을 가능하도록 하기 위해, 네트워크를 동기화 및 제어하는 동작을 수행한다.
본 발명에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1A)에 적용되는 ET 데이터 링크 방법에 있어서는, 기존의 데이터 링크 시스템인 MIDS(30)를 재사용함으로써, 기존의 연합형 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1)에 적용되는 ET 데이터 링크 방법에 비해 항공기 체적, 중량, 비용을 대폭 줄일 수가 있다.
[본 발명에 따른 ETS (1A) 구조의 성능 테스트]
본 발명에 따른 ETS(1A) 구조의 성능은, 시스템 통합 시험(예컨대, 한국항공우주산업(Korea Aerospace Industries Ltd.: KAI)의 시스템 집적 실험실(SIL: System Integration Laboratory)을 이용)을 통하여 검증할 수 있다.
SIL 은 임무 컴퓨터(MC)(20A) 내의 OFP(Operating Flight Program)와 각 항전 장비의 기능 및 성능 시험을 수행할 수 있고, 항공 전자 장비들과 임무 컴퓨터(MC)(20A)와의 인터페이스를 제공하며, 인터페이스 간의 신호를 모니터링(Monitoring)함으로써 각 장비 신호를 검증할 수 있다.
기존의 연합형 ETS(1)의 성능은 SIL 에 ETU(10)를 장착하고 임무 컴퓨터(MC)(20) 에 OFP 를 로딩(Loading)하여 시험하였다.
그러나, 본 발명에 따른 ETS(1A) 구조는 EPM(120A)만을 SIL의 미션 컴퓨터(MC)(20A) 내에 집적하고 ET 비디오 신호 전송, ET 데이터 메시지 전달, ET 데이터 링크를 위한 UDP/IP 서버 및 클라이언트(221A), J 메시지 처리 코드(222) 및 MIDS 터미널 관리 코드(223)를 FC OFP 에 집적하여 시험을 수행하였다.
다음의 표 2는 예시적인 임무 컴퓨터(MC)(20A)와 EPM(120A)의 상세 사양을 나타낸 것이다.
[표 2]
Figure 112012082576814-pat00002
도 11은 본 발명에 따른 ETS(1A) 구조의 ET 데이터 메시지 전송 속도 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 ETS(1A) 구조의 ET 데이터 메시지 전송 속도(Transmission Speed: TS)는 EPM(120A)의 UDP/IP 서버(121A)와 MPM(220A)의 UDP/IP 클라이언트(221A) 간의 메시지 전달 과정에서 송신 및 수신 시점의 timestamp 를 이용하여 측정하였다.
TS 는 하기의 식 (1)과 같이 정의하고 tCS, tCR, tSS, tSR 은 각각 MPM(220A) 의 UDP/IP 클라이언트(221A)의 송신 시간(Send Time), 수신 시간(Receive Time), EPM(120A)의 UDP/IP 서버(121A)의 송신 시간, 수신 시간을 의미한다.
Figure 112012082576814-pat00003
식 (1)
다음의 표 3은 ET 데이터 메시지 전송을 위한, 본 발명에 따른 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS)(1A)에 적용되는 통합 메시지 방법과 기존 방법에 대한 전송 속도를 비교한 결과이다. 구체적으로 표 3은 전체 50,000 메시지를 송수신한 결과로써 메시지당 평균 TS, 최대 TS, 20ms 초과 메시지 개수를 나타내고 있다.
[표 3]
Figure 112012082576814-pat00004
표 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 기존 방법은 20ms 주기로 메시지당 평균 TS가 3.26ms 이기 때문에, 앞서의 표 1에서 설명된 6개 데이터 메시지(T4~T9, R4~R9)의 전체 평균 TS는 19.56ms 이다.
반면에, 본 발명에 따른 방법은 6개 메시지를 통합한 구조이고, 20ms 주기 동안 1개 메시지만 송수신하면 되기 때문에 평균 TS 는 2.57ms 이다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 기존 방법보다 전체 평균 TS 측면에서 7.6배 개선됨을 알 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 방법은 특히 최대 TS 가 9ms, 20ms 초과 메시지 개수가 0 이므로, 군사 응용에 요구되는 엄격한 실시간 제약성을 만족한다.
다음의 표 4는 본 발명에 따른 ETS(1A)와 기존의 ETS(1)의 체적 및 중량을 비교한 결과이다.
[표 4]
Figure 112012082576814-pat00005
표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 ETS(1A)는 기존 ETS(1)보다 체적과 중량을 각각 97.6%, 83.3% 로 감소시킬 수 있다.
이것은, 본 발명에 따른 ETS(1A) 구조는 기존 ETS(1)에 배치된 ETU(10)의 S-Band Tx/Rx(110), DLM(130), EGM(140)이 제거되고, EPM(120A)만이 임무 컴퓨터(MC)(20A) 내부에 모듈 형태로 집적한 것에서 기인한 결과이다.
또한, 본 발명에 따른 ETS(1A) 구조는 부가적으로 ET 비디오 신호와 데이터를 전달하기 위한 연결선들을 필요로 하지 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 ETS(1A) 구조는 항공기 체적 및 중량을 감소시킬 뿐만 아니라, 비용 절감과 확장성을 높일 수 있다.
한편, 이상에서 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1A: 항공기 탑재 모의훈련 시스템(ETS) 20A: 임무 컴퓨터(MC)
120A: ET 주요 처리 모듈(EPM) 210: 범용 인터페이스 모듈(GIM)
220: 주요 처리 모듈(MPM) 230: 스위칭 모듈(SWM)
240: HUD 처리 모듈(HPM) 250: HUD 드라이버 모듈(HDM)
260: 그래픽 처리 모듈(GPM) 270: 그래픽 드라이버 모듈(GDM)
280: 비디오 처리 모듈(VPM)

Claims (3)

  1. 다기능 정보 분배 장치(Multi-functional Information Distribution System: MIDS) 및 상기 다기능 정보 분배 장치와 물리적으로 연결된 임무 컴퓨터로 구성되는 항공기 탑재 모의훈련 시스템(EMBEDDED TRAINING SYSTEM)으로서,
    상기 임무 컴퓨터는,
    화력 제어(Fire Control: FC)를 위한 OFP(Operating Flight Program)를 포함하는 주요 처리 모듈(Main Processing Module: MPM);
    입력되는 ET(Embedded Training) 비디오 신호를 믹싱 및 라우팅하여 저전압 차등 시그널링(Low Voltage Differential Signaling; LVDS) 신호로 변환하는 비디오 처리 모듈(Video Processing Module: VPM); 및
    상기 ET 비디오 신호를 생성하고 그 생성된 ET 비디오 신호를 내부 이더넷(Ethernet) 통신을 통하여 상기 주요 처리 모듈(MPM) 또는 상기 비디오 처리 모듈(VPM)로 전송하는 ET 주요 처리 모듈(ET Main Processing Module: EPM)을 포함하는 항공기 탑재 모의훈련 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 ET 주요 처리 모듈(EPM)에는 상기 이더넷 통신을 위한 UDP(User Datagram Protocol) 서버가 포함되어 있고,
    상기 주요 처리 모듈(MPM) 또는 상기 비디오 처리 모듈(VPM) 중의 적어도 하나에는 상기 이더넷 통신을 통해 상기 UDP(User Datagram Protocol) 서버와 상기 ET 비디오 신호를 송수신하는 UDP 클라이언트가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 항공기 탑재 모의훈련 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주요 처리 모듈(MPM)에 포함된 상기 화력 제어(FC)를 위한 OFP(Operating Flight Program)에는,
    상기 다기능 정보 분배 장치로 전송할 ET 데이터를 J 메시지 포맷으로 변환하는 동작을 수행하는 J 메시지 처리 코드와,
    다수의 항공기가 동시에 ET 데이터 링크를 수행할 수 있도록 네트워크를 동기화하고 제어하는 MIDS 터미널 관리 코드가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 항공기 탑재 모의훈련 시스템.
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