KR101706145B1

KR101706145B1 - 무인 비행체를 이용한 ais 포드 모의 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101706145B1
Application number: KR1020150065493A
Authority: KR
Inventors: 장영찬; 김천영; 홍영석
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2017-02-13
Also published as: KR20160132662A

Abstract

본 발명은 무인 비행체를 이용한 AIS 포드 모의 장치 및 방법에 관한 것으로, AIS(Airborne Instrumentation Subsystem) 포드 기능을 모의하는 무인기; 및 무인기와 양방향 데이터 통신을 수행하여, 무인기의 위치 및 자세 및 무인기 데이터를 근거로 실제 전투기의 기동을 모의함과 함께 AIS 포드의 객체 관리 컴퓨터의 기능을 모의하는 조종환경모의기;를 포함할 수 있다.

Description

무인 비행체를 이용한 AIS 포드 모의 장치 및 방법{APPATATUS AND METHOD FOR SIMULATING AIS POD USING UNMANNED AERIAL VEHICLE}

본 발명은 무인 비행체를 이용하여 전투기에 장착되는 AIS 포드의 기능과 LVC분산 시뮬레이션 환경에서의 연동을 위한 기능을 모의할 수 있는 AIS 포드 모의 장치 및 방법에 관한 것이다.

ACMI(Air Combat Maneuvering Instrumentation)는 항공기의 공대공/공대지 무장발사 및 폭탄 투하, 기동, 전술비행항법 등의 훈련을 위한 장비로서, 공군의 전투 및 작전 능력을 배양하고자 대한민국 공군에 도입되어 운용 중인 공중전투기동훈련체계이다.

ACMI시스템은 AIS(Airborne Instrumentation Subsystem)포드, GRS(Ground Relay Station), CCR(Central Control Room), DDS(Display and Debriefing Station) 등으로 구성된다. 상기 ACMI 시스템은 AIS 포드를 장착한 전투기가 비행 중 자신의 비행 데이터, 무장발사 데이터 등을 지상의 GRS로 전송하며, GRS는 AIS 포드로부터 수신한 데이터를 실시간으로 CCR로 송신하고, CCR은 GRS로부터 수신한 데이터를 각 전투대대의 DDS에 정보를 제공하여 훈련 상황을 감독하는 훈련 체계이다.

ACMI 시스템은 실제 사람이 실제 장비인 전투기를 운용하는 실기동급 시뮬레이션으로서, 유사한 작전지역에서 실제 장비를 사용하여 훈련 효과를 극대화할 수 있는 장점이 있다.

그런데, ACMI 시스템을 이용한 실기동급 훈련은 AIS 포드를 장착한 전투기를 실제로 운용해야 하기 때문에 대규모 자원소모, 지형적 제한 및 훈련지역의 안전문제 등 많은 제한이 있는 실정이다.

최근 이러한 여러 가지 제한을 극복하고자 실기동급, 가상급, 구성급 시뮬레이션 연동을 통한 분산 시뮬레이션 기반의 LVC 통합훈련환경(LVC-Integrated Training Environment)의 필요성이 제기되고 있다.

분산 시뮬레이션 기반의 LVC 통합훈련환경을 구축하기 위하여 ACMI 체계의 포드의 데이터링크(Data link)는 데이터를 GRS로 다운링크할 뿐 아니라 GRS로부터 가상급, 구성급 시뮬레이션에서 전송되는 데이터를 업링크할 수 있어야 하는데, 현재 공군에서 운용중인 포드는 GRS로부터의 업링크 기능은 존재하지 않는다.

또한, LVC 분산 시뮬레이션 환경에서 포드의 기능이 정상적으로 동작하는지, LVC 시뮬레이션 연동을 통한 실기동급 전투기와 가상급, 구성급 시뮬레이션 간 전투가 가능한지 검증하기 위해서는, AIS 포드를 장착한 전투기가 실제 비행을 하며 가상급, 구성급 시뮬레이션 객체들과 교전을 해야 하는데 항공기 기종에 따라 항공기 내부 장치와 연동에 어려움이 있다.

본 발명은 상기한 기존 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 소형 무인비행체를 이용하여 분산 시뮬레이션 환경에서 실기동급 ACMI 체계의 포드의 기능을 검증할 수 있는 AIS 포드 모의 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전투기에 장착되는 AIS 포드의 기능과 LVC분산 시뮬레이션 환경에서의 연동 기능을 모의할 수 있는 AIS 포드 모의 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 AIS 포드 모의 장치는, AIS(Airborne Instrumentation Subsystem) 포드 기능을 모의하는 무인기; 및 무인기와 양방향 데이터 통신을 수행하여, 무인기의 위치 및 자세 및 무인기 데이터를 근거로 실제 전투기의 기동을 모의함과 함께 AIS 포드의 객체 관리 컴퓨터의 기능을 모의하는 조종환경 모의기;를 포함할 수 있다.

상기 객체 관리 컴퓨터의 기능은 항법, 공중 및 지상충돌, 공대공/공대지 탄도 시뮬레이션, 피해평가 및 위협경고 기능을 포함할 수 있다.

상기 조종환경 모의기는 무인기로부터 수신한 무인기 위치, 속도 및 자세를 실제 전투기 기동에 맞도록 스케일 업(scale up)하여, 실제 전투기의 기동을 모의할 수 있다.

상기 무인기는 AIS포드의 IMU(Inertial Measurement Unit), GPS 수신기, 전원 공급기, 데이터 저장소의 기능 모의와 LVC시뮬레이션 연동을 위한 업링크/다운링크 기능을 수행할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 ACMI 모의 시스템은, 무인기와 양방향 통신을 통해 수신한 무인기의 위치, 자세 및 데이터를 근거로 실제 전투기의 기동 및 AIS 포드 기능을 모의하는 AIS 포드 모의 장치; 가상급 및 구성급 시뮬레이션 데이터를 제공하는 통합연동체계; 및 가상급 및 구성급 시뮬레이션 데이터를 AIS 포드 모의 장치로 전송하고, AIS 포드 모의 장치에서 모의된 전투기의 위치 및 자세와 무장 데이터를 통합연동체계로 제공하는 적어도 하나 이상의 모의기;를 포함할 수 있다.

상기 AIS 포드 모의 장치는 AIS 포드 기능을 모의하는 무인기; 및 무인기와 양방향 데이터 통신을 수행하여, 무인기의 위치, 자세 및 데이터를 근거로 실제 전투기의 기동을 모의함과 함께 AIS 포드의 객체 관리 컴퓨터의 기능을 모의하는 조종환경 모의기;를 포함할 수 있다.

상기 AIS 포드의 객체 관리 컴퓨터의 기능은 항법, 공중 및 지상충돌, 공대공/공대지 탄도 시뮬레이션, 피해평가 및 위협경고 기능을 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나 이상의 모의기는 이더넷으로 연결된다.

상기 적어도 하나 이상의 모의기는 상기 무인기와 양방향 통신을 수행하여 AIS포드 모의 장치와 통합연동체계의 데이터를 중계하는 GRS(Ground Relay Station) 모의기; 모든 시뮬레이션 전투 상황과 정보를 도시하는 DDS(Display and Debriefing Station) 모의기; 및 상기 통합연동체계의 시뮬레이션 데이터를 GRS모의기와 DDS 모의기로 전송하고, GRS 모의기에서 수신한 전투기의 위치 및 자세, 무장에 대한 데이터를 통합연동체계와 DDS모의기로 전송하는 CCR(Central Control Room)모의기를 포함할 수 있다.

상기 무인기는 AIS 포드의 IMU(Inertial Measurement Unit), GPS 수신기, 전원 공급기, 데이터 저장소의 기능 모의와 LVC 시뮬레이션 연동을 위한 업링크/다운링크 기능을 수행할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 AIS 포드 모의 방법은, 무인기에 가상급 및 구성급 시뮬레이션 데이터를 업링크하는 단계; 무인기로부터 항법 데이터와 GPS데이터를 수신하는 단계; 상기 수신된 무인기의 항법 데이터 및 GPS데이터를 실제 전투기의 항법 데이터 및 GPS데이터로 변환하여 실제 전투기의 기동을 모의하는 단계; 및 상기 모의된 전투기의 기동에 따라 객체 관리 컴퓨터의 기능을 모의하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 실제 전투기의 기동을 모의하는 단계는 무인기로부터 수신한 무인기 위치, 속도 및 자세를 실제 전투기 기동에 맞도록 스케일 업(scale up)하여 실제 전투기의 기동을 모의한다.

본 발명은 소형 무인비행체를 이용하여 공중전투기동훈련 간 전투기에 장착되는 AIS 포드의 기능과 LVC 분산 시뮬레이션 환경에서 연동을 위한 기능을 모의함으로써 포드의 양방향 통신 기능 및 분산 시뮬레이션 환경에서 실기동급 ACMI 체계의 포드의 기능을 검증할 수 있는 효과가 있다. 그 결과, 종래 동일 기능 검증에 소요되었던 대규모 자원소모, 지형적 제한 및 훈련지역의 안전문제 등의 제한을 해소할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 전투기에 장착되는 AIS 포드의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 AIS 포드 모의 장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 LVC 시뮬레이션 연동 기능을 모의할 수 있는 ACMI 모의 시스템의 구성도 및 그의 시뮬레이션 흐름도.

도 1은 전투기에 장착되는 AIS 포드의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와같이, AIS 포드는 안테나(101), 전원 공급기(102), 객체 관리 컴퓨터(Object Manager Computer)(103), 송수신기(104), GPS수신기(105), IMU (Inertial Measurement Unit)(106) 및 데이터 저장소(107)를 포함한다.

상기 안테나(101)는 타 전투기의 포드 및 지상의 GRS와 S-Band로 무선 데이터통신을 수행하는데, 타 전투기의 포드와는 송수신이 모두 가능하나 GRS와는 송신만 가능하다.

상기 전원 공급기(102)는 항공기의 각 구성품에 전원을 공급한다.

상기 객체 관리 컴퓨터(103)는 객체 관리 소프트웨어 모듈을 실행하기 위한 컴퓨터로, 자 항공기의 항법 및 무장 데이터와 타 항공기의 동일한 데이터를 이용하여 항법, 공중 및 지상충돌, 공대공/공대지 탄도 시뮬레이션, 피해평가 및 위협경고 등을 수행한다.

상기 송수신기(104)는 송신부와 수신부를 포함한다. 송신부는 포드 내 데이터를 RF(Radio Frequency)변조하여 안테나(101)를 통해 전송하고, 수신부는 안테나(101)로부터 수신한 RF데이터를 복조하여 포드 내로 송신한다.

상기 GPS 수신기(105)는 GPS위성(미도시)으로부터 수신한 위치 및 시간 정보를 IMU(106)로부터 수신한 항공기의 자세 및 속도 정보와 결합하여 정밀한 항법 데이터를 생성한다.

상기 IMU(106)는 광섬유 자이로 센서 및 실리콘 가속도계를 통해 전투기의 자세 및 속도 정보를 생성하여 GPS 수신기(105)로 송신한다.

상기 데이터 저장소(107)는 디스크 형식으로 임무 계획 데이터를 내장형 훈련 시스템에 장입하거나 비행 중 비행 데이터를 저장하여 비행 후 디브리핑에 사용된다.

이와 같은 AIS 포드의 기능과 LVC 분산 시뮬레이션 환경에서 연동을 위한 기능을 모의하고자 도 2와 같이 무인기 시스템을 설계하였다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 AIS 포드 모의 장치의 구성도이다.

도 2에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 AIS 포드 모의 장치는 크게 무인기(200)와 조종환경모의기(300)로 구성될 수 있다.

상기 무인기(200)는 AIS 포드의 기능을 모의하기 위한 것으로, 데이터 통신부(201), IMU통합형 FCC(202), 메모리 카드(203) 및 배터리팩 및 전원보드(204)를 포함한다. 상기 메모리 카드(203)는 USB 이동식 메모리 카드이다.

상기 데이터 통신부(201)는 통신과 관련하여 AIS 포드의 송수신기(104)에 의한 데이터링크의 송수신 기능을 모의하며, 2개의 안테나를 사용하여 업링크 및 다운링크가 가능한 양방향 통신을 지원한다. 이를 통해 가상급, 구성급 시뮬레이션 간 연동이 가능하다.

상기 IMU통합형 FCC(Flight Control center)(202)는 IMU와 FCC가 통합된 형태로, 무인기의 위치 및 자세를 수집을 통해 AIS 포드의 IMU(106) 및 GPS 수신기(105)의 기능을 모의한다.

상기 메모리 카드(203)는 AIS 포드의 데이터 저장소(107)의 데이터 저장기능을 모의하며, 배터리팩 및 전원 보드(204)는 전원 공급기(102)의 전원 관리기능을 모의한다.

그리고, 무인기(200)를 조종하기 위한 조종환경모의기(300)는 무인기(200)의 기동 제어뿐만 아니라 AIS포드의 객체 관리 컴퓨터(103)의 기능인 항법, 공중 및 지상충돌, 공대공/공대지 탄도 시뮬레이션, 피해평가 및 위협경고 등의 기능을 모의한다.

상기 AIS 포드 모의 장치로 사용되는 무인기(200)의 제원은 다음과 같다.

무인기(200)는 전폭은 1.8m, 전장은 1.43m, 최대 이륙 중량은 3.6kg으로 운용거리는 8km이상이다. 운용 고도는 300m이상이고, 운용속도는 약 35~80km/h로 1시간 이상 비행이 가능하다.

따라서, 본 발명은 AIS 포드를 장착한 전투기가 실제 비행을 하면서 가상급, 구성급 시뮬레이션 객체들과 교전을 하지 않더라도 무인기와 조종환경모의기를 통해 AIS 포드의 기능을 모의할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 LVC 시뮬레이션 연동 기능을 모의할 수 있는 ACMI모의 시스템의 구성 및 그의 시뮬레이션 흐름도이다.

도 3에서 도시된 바와 같이, ACMI 모의 시스템은 도 2에 도시된 AIS 포드 모의 장치에 GRS 모의기(400), CCR 모의기(500) 및 DDS 모의기(600) 및 통합연동체계(700)가 추가로 포함되어 구성된다.

조정환경모의기(300)와 GRS모의기(400)는 각자의 별도 무선 통신장비를 통해 무인기(200)와 통신하며, GRS모의기(400)와 CCR모의기(500), DDS모의기(600)는 이더넷으로 연결된다.

무인기(200)는 항법센서를 통해 비행체 항법 데이터와 GPS데이터를 조종환경모의기(300)와 GRS모의기(400)로 전송하고(다운링크), GRS모의기(400)로부터 가상급 및 구성급 시뮬레이션 데이터를 수신한다(업링크).

조종환경모의기(300)는 무인기(200)로부터 수신한 무인기 위치(좌표), 속도, 자세 등을 도시하고, 무인기(200)로부터 수신한 무인기의 속도와 자세값을 실제 전투기 기동에 맞게 알고리즘을 거쳐 변환 즉, 스케일 업(scale up)하여, 실제 전투기의 기동을 모의한다. 일 예로, 대전 상공에서의 무인기의 속도, 자세를 실제 전투기의 속도, 자세에 적용하면 상기 무인기는 현재 평양 상공에 있는 것으로 모의할 수 있다. 이러한 방법으로, 조종환경모의기(300)는 타 전투기와의 공대공 충돌 분석을 모의하며 지형에 대한 공대지 충돌 분석 기능, 공대공/공대지 탄도 기능, 피해평가 기능 및 위협경고 기능을 모의를 수행한다.

상기 GRS 모의기(400)는 조종환경모의기(300)에서 무인기(200)에 근거하여 생성된 전투기의 위치 및 자세와 무장에 대한 데이터를 무인기(200)를 거쳐 수신하며, 해당 데이터를 CCR 모의기(500)로 중계한다. 또한, 상기 GRS 모의기(400)는 가상급 및 구성급 시뮬레이션 장치(700) 및 CCR 모의기(500)로부터 받은 가상급 및 구성급 시뮬레이션 데이터를 무인기(200)로 전송할 수 있다.

상기 CCR모의기(500)는 통합연동체계(700)로부터 받은 가상급 및 구성급 시뮬레이션 데이터를 GRS모의기(400)와 DDS모의기(600)로 전송하고, GRS모의기(400)에서 수신한 전투기의 위치 및 자세, 무장에 대한 데이터를 통합연동체계(700)와 DDS모의기(600)로 전송한다.

상기 DDS 모의기(600)는 조종환경모의기(300)에서 모의되는 전투기의 기동, 무장발사, 피해평가 등을 실시간으로 표시 및 저장하며 비행 후 디브리핑 기능을 수행한다.

상기 통합연동체계(700)는 가상급 및 구성급 시뮬레이션 데이터(객체)를 상기 CCR 모의기(500)로 전달한다.

따라서, 본 발명은 AIS 포드를 장착한 전투기가 실제 비행을 하면서 가상급, 구성급 시뮬레이션 객체들과 교전을 하지 않더라도, 무인기를 이용한 LVC 시뮬레이션 연동을 통하여 기동급 전투기와 가상급, 구성급 시뮬레이션 간 전투가 가능한지 검증할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 AIS 포드를 장착한 전투기가 실제 비행을 하면서 가상급, 구성급 시뮬레이션 객체들과 교전을 하지 않더라도, 소형 무인비행체를 이용하여 분산 시뮬레이션 환경에서 실기동급 ACMI 체계의 포드의 기능을 검증하고, LVC 시뮬레이션 연동을 통하여 기동급 전투기와 가상급, 구성급 시뮬레이션 간 전투가 가능한지 검증할 수 있다.

따라서, 무인기를 이용한 ACMI 모의 훈련을 통하여 실기동급 ACMI 체계의 포드 기능 검증과 LVC 시뮬레이션 연동 기능 검증을 효과적으로 수행함으로써 종래 해당 기능 검증을 위해 소요되었던 대규모 자원소모, 지형적 제한 및 훈련지역의 안전문제 등의 제한을 해소할 수 있다.

상기 설명된 실시예들의 구성과 방법은 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

200 : 무인기 300 : 조종환경모의기
400 : GRS모의기 500 : CCR모의기
600 : DDS모의기 700 : 통합연동체계

Claims

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AIS 포드 기능을 모의하는 무인기; 및
상기 무인기와 양방향 데이터 통신을 수행하여, 무인기의 위치, 자세 및 데이터를 근거로 실제 전투기의 기동을 모의함과 함께 AIS포드의 객체 관리 컴퓨터의 기능을 모의하는 조종환경모의기;
가상급 및 구성급 시뮬레이션 데이터를 제공하는 통합연동체계;
상기 무인기와 양방향 통신을 수행하여, 가상급 및 구성급 시뮬레이션 데이터를 무인기로 전송하고, 상기 조종환경모의기에서 모의된 전투기의 위치 및 자세와 무장 데이터를 무인기를 통해 수신하는 GRS(Ground Relay Station) 모의기;
모든 시뮬레이션 전투 상황과 정보를 도시하는 DDS(Display and Debriefing Station) 모의기; 및
상기 통합연동체계의 가상급 및 구성급 시뮬레이션 데이터를 GRS모의기와 DDS모의기로 전송하고, GRS 모의기에서 수신한 전투기의 위치 및 자세, 무장에 대한 데이터를 통합연동체계와 DDS 모의기로 전송하는 CCR(Central Control Room) 모의기를 포함하는 것을 특징으로 하는 ACMI 모의 시스템.
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제5항에 있어서, 상기 AIS포드의 객체 관리 컴퓨터의 기능은
항법, 공중 및 지상충돌, 공대공/공대지 탄도 시뮬레이션, 피해평가 및 위협경고 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 ACMI 모의 시스템.
제5항에 있어서, 상기 각 모의기는
이더넷으로 연결되는 것을 특징으로 하는 ACMI 모의 시스템.
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제5항에 있어서, 상기 무인기는
AIS 포드의 IMU(Inertial Measurement Unit), GPS 수신기, 전원 공급기, 데이터 저장소의 기능 모의와 LVC 시뮬레이션 연동을 위한 업링크/다운링크 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 ACMI 모의 시스템.
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