KR101840540B1 - 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법은 전장환경 위협맵(1-1)을 갖춘 위협평가 처리기(1)에서 무인전투체계 실행으로 작전지역의 선정이 이루어지면, 상기 위협평가 처리기(1)는 상위망으로부터 획득되는 전장환경 정보 및 내부에 저장된 표적정보를 활용하여 상기 작전지역의 표적에 대한 격자지도 위협맵을 생성함으로써 지휘관 및 운용병이 격자지도 위협맵을 통해 전장환경 이해를 극대화 하고, 특히 주행성이 중요한 임무를 위한 전역경로계획 뿐만 아니라 안전한 임무 수행을 위한 전역경로계획과 같은 임무에 따른 전역경로계획이 가능한 특징을 갖는다.

Description

상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법 및 시스템{Method of Foe Threat Analysis and Visualization based Situation Map and System thereof}

본 발명은 적 위협분석 및 가시화에 관한 것으로, 특히 지형분석 정보로 해당 전장 환경에 대한 위협정도를 격자 형태로 나타내는 위협맵에 대한 생성 및 가시화 방법 및 시스템에 관한 것이다.

최근 군사 분야에서 전투력과 생존성이 극대화되어 전장상황을 유리하게 이끌 수 있는 무인전투체계를 활용한 미래 전장상황에 대한 기술개발이 이루어지고 있다.

특히, 무인전투체계는 그 운용개념상 자율 임무통제 방법이 가장 의미 있는 통제 방법이며 무인전투체계 임무통제 분야에서의 최종 목표성능이라 볼 수 있다. 이를 위해 무인전투체계에서도 인명구조, 재난극복과 같이 극한 상황에서 인간을 대신 하여 해당 임무를 수행하는 지상무인로봇 개념이 도입되고, 출발점부터 임무지점까지 최적경로를 결정하는 경로계획 기술이 적용되고 있다.

일례로, 경로계획 기술은 비교적 넓은 지역을 대상으로 하여 최적화 경로를 결정하는 전역경로계획과 전역경로계획의 결과로 얻어진 경로점들을 대상으로 센서 및 항법장치를 이용하여 실시간 경로 최적화를 수행하는 지역경로계획으로 구분된다.

특히, 무인전투체계의 경로계획 알고리즘들은 군사적 운용 개념이 적용되어 개발된다.

일례로, 경로탐색 대상지역에 대한 다양한 지형분석 정보를 고려함으로써 다양한 임무유형을 고려한 경로탐색이 필요한 무인전투체계 특성을 반영한다.

그 결과 무인전투체계의 대표적인 예로써 경전투용 다중로봇 무인체계가 있다. 상기 경전투용 다중로봇 무인체계는 다수의 지상무인로봇을 감시정찰, 전투 및 지뢰탐지 등의 임무에 투입하여 효과적이고 안전하게 완수할 수 있다.

특히, 상기 경전투용 다중로봇 무인체계는 지휘통제차량에서 군사적 운용 개념이 적용된 로봇 임무통제로 근접제어, 원격통제 및 자율로 임무통제가 가능하며 기 계획된 임무에 따라 각기 다른 방법으로 운용이 가능함으로써 효과적 운용이 이루어질 수 있다.

국내특개 10-2015-0036955(2015년04월08일)

하지만, 기 개발된 무인전투체계는 해당 전장 환경에 대한 위협정도를 생성하고, 이를 가시화하여 제공하지 못함으로써 지휘통제차량에서 군사적 운용 개념이 극대화되기 어려운 실정이다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 지형분석정보를 추가로 활용하여 해당 전장환경에 대한 위협정도를 격자 형태로 나타내는 위협맵에 대한 생성 및 가시화가 구현됨으로써 지휘관 및 운용병에게 전장환경 이해를 도와주고, 특히 주행성이 중요한 임무를 위한 전역경로계획 뿐만 아니라 안전한 임무 수행을 위한 전역경로계획과 같은 임무에 따른 전역경로계획이 가능한 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법 및 시스템의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법은 전장환경 위협맵을 갖춘 위협평가 처리기에서 무인전투체계 실행으로 작전지역의 선정이 이루어지면, 상기 위협평가 처리기는 상위망으로부터 획득되는 전장환경 정보 및 내부에 저장된 표적정보를 활용하여 상기 작전지역의 표적에 대한 위협맵 생성을 생성하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 위협맵은 격자지도로 구현된다.

바람직한 실시예로서, 상기 위협맵 생성은, (A) 상기 표적의 고유위험도를 활용한 위협정도 계산으로 작전지역 위협평가 1단계가 수행되고, (B) 상기 작전지역 위협평가 1단계의 정보를 활용하여 위협정도를 구간별로 위협레벨과 매칭하는 표적 위협레벨결정 2단계가 수행되며, (C) 상기 표적별 관련속성정보를 활용하여 표적 위협범위결정 3단계가 수행되고, (D) 상기 표적을 포함한 표적주변에 대한 위협레벨을 나타내는 위협레벨결정 4단계가 수행되어 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 작전지역 위협평가 1단계는 위협레벨을 5단계로 구분하고, 상기 표적 위협레벨결정 2단계는 위협레벨을 5가지 색깔로 구분하며, 상기 표적 위협범위결정 3단계는 상기 관련속성정보를 무기 제원별로 표시하고, 상기 위협레벨결정 4단계는 상기 위협레벨을 상기 표적의 위협정도 및 위협범위에 따라 결정하여 상기 위협레벨을 상기 표적이 포함된 원형으로 표시한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 시스템은 무인전투체계 실행으로 선정된 작전지역 내 표적에 대한 위협맵이 격자지도로 표시되는 전장환경 위협맵을 갖춘 위협평가 처리기; 상기 위협평가 처리기에 KVMF(Korean Variable Message Format) 기반으로 상기 표적에 대한 전문 정보를 제공하는 상위제대; 상기 위협평가 처리기에 무기 체계 정보를 제공하는 내부구축 무기체계정보부를 포함한 것을 한다.

이러한 본 발명은 전장환경의 대상지역에 대한 적 위협정보를 격자 형태로 나타내는 위협맵에 대한 생성 및 가시화로 무인전투체계의 효과적 운용이 이루어진다.

또한, 본 발명은 적 위협정보를 나타낸 위협맵을 이용함으로써 무인전투체계 원격 운용통제시 지휘관 및 운용병에게 작전지역에 대한 상황판단을 돕거나 자율주행을 통한 임무계획 시 무인전투체계의 임무기반의 최적화된 경로계획을 가능케 한다.

도 1은 본 발명에 따른 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 시스템의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 격자기반 위협레벨 가시화 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 격자기반 위협범위 가시화 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 격자기반 표적 주변 위협레벨 가시화 예이고, 도 6은 본 발명에 따른 격자기반 위협맵 가시화 예이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법의 순서도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 무인전투체계 실행(S10)과 작전지역선정(S20)이 이루어진다.

그러면, S30의 작전지역 위협평가 1단계로부터 S30-1과 같이 5단계의 격자지도 상에 위협레벨단계별로 구분되고, S40의 표적 위협레벨결정 2단계로부터 S40-1과 같이 5가지 색깔의 위협레벨 단계별 색상구분이 이루어지며, S50의 표적 위협범위결정 3단계로부터 S50-1과 같이 표적별 관련 속성 정보가 무기 제원별로 표시되고, S60의 표적주변 위협레벨결정 4단계로부터 S60-1과 같이 표적 영역이 원형으로 표시된다. 즉, 1단계는 위협평가 단계로서, 상급제대로부터 획득한 전문 정보와 기 구축된 무기체계정보를 이용하여 위협평가 고려요소를 식별하고 이를 활용하여 위협정도를 계산한다. 2단계는 1단계에서 계산된 위협정도를 이용하여 해당 표적이 위치하는 격자의 위협레벨을 1~5 level로 결정한다. 3단계는 표적 종류에 따른 위협범위를 결정한다. 4단계는 표적을 포함하는 격자의 중심에서 위협범위에 해당하는 격자까지의 단계 별 위협레벨을 결정한다.

이어, 작전지역 변경여부를 판단(S70)한 다음 작전지역 변경이 없으면 무인전투체계 종료(S80)가 이루어진다.

이하, 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법의 실시예를 도 2내지 도 9를 참조로 상세히 설명한다. 여기서, 수행주체는 지휘통제차량의 위협평가 처리기이다. 다만, 무장에 대한 고려 시 로봇의 무장은 고려하지 않는다.

도 2를 참조하면, 위협평가 처리기(1)는 전장환경 위협맵(1-1)을 포함하고, 상위제대(100)로부터 KVMF(Korean Variable Message Format) 기반으로 전문 정보를 수신하는 전문정보처리부(10)와 무기체계정보를 내부적으로 구축한 내부구축 무기체계정보부(20)가 네트워크를 형성한다. 그러므로, S10의 무인전투체계 실행과 작전지역선정은 위협평가 처리기(1)에서 수행된다.

S30의 1단계는 위협평가 단계로서 다음과 같이 구현된다.

작전지역에 대한 격자기반 위협평가를 위해서는 위협평가 고려요소를 식별하여 분석해야한다. 그러므로, 전문정보처리부(10)와 내부구축 무기체계정보부(20)에 각각 연계된 위협평가 처리기(1)는 상위제대(100)로부터 KVMF(Korean Variable Message Format) 기반으로 수신되는 전문 정보와 내부적으로 구축된 무기체계정보를 활용하여 위협평가 고려요소를 식별한다. 또한, 위협평가 처리기(1)는 전장환경 위협맵(1-1)을 통해 표현되는 적 위협도를 상대적으로 정량화하기 위해 아군의 무장 정보를 바탕으로 한다.

포1은 상위제대(100)로부터 수신된 전문에 명시된 적의 정보의 예를 나타낸다.

데이터	설명
보고개체 수	최대 64개
상위망 개체 ID	일련번호 (1~4,294,967,295)
부대참조 번호	부대 고유번호
표적번호	모델코드
피아구분	미식별, 아군, 중립, 적군
차원	지상부대, 지상무기, 지상차량
개체 유형_부대	방공, 기갑, 보병, 공병, 포병, 화생방, 미식별
개체 상세유형	무기	탱크,장갑차, 트럭, 박격포, 곡사포, 대전차포
	장애물	전술철조망, 단일팬스, 이중팬스, 불명확지뢰, 대인지뢰, 대전차지뢰, 광역지뢰, 부비츄랩, 지뢰지대, 대전차장벽, 대전차구, 낙석, 고가낙석
개체규모	분대, 소대, 중대, 대대, 연대, 여단, 사단, 군단, 미식별
개체위치	위/경도
개체활동	공격, 방어, 교전, 퇴각, 우회, 이동, 수색, 정비, 주둔, 파괴, 도하
장애물 길이	1~1023 미터
장애물 폭	1~1023 미터

표 1과 같이, 피아정보 뿐만 아니라 적의 위치, 개체유형, 개체활동, 규모(개체수), 이동방향이 있으며, 적군 개체뿐만 아니라 지뢰와 같은 장애물도 함께 고려한다.

구체적으로, 위협평가 처리기(1)에서는 위협정도를 계산하기위해 상위제대 전문으로부터 획득 가능한 개체상세유형(무기: 탱크,장갑차, 트럭, 박격포, 곡사포, 대전차포, 장애물: 전술철조망, 단일팬스, 이중팬스, 불명확지뢰, 대인지뢰, 대전차지뢰, 광역지뢰, 부비츄랩, 지뢰지대, 대전차장벽, 대전차구, 낙석, 고가낙석), 개체위치(위/경도), 개체활동(공격, 방어, 교전, 퇴각, 우회, 이동, 수색, 정비, 주둔, 파괴, 도하), 장애물 길이(1~1023 미터), 장애물 폭(1~1023 미터) 속성정보와 무기체계정보로부터 일반제원(운용인원, 길이, 폭, 높이, 전투중량), 화력(구경, 유효사거리, 최대사거리, 장갑관통력, 살상반경, 유효발사속도, 최대발사속도), 기동성(노상속도, 수상속도, 수상운행능력), 생존성(장갑두께, IR 유무, 연막탄발사기 유무, NBC 시스템 유무), 지뢰특성(재질, 작용압력) 속성정보를 활용한다.

또한, 위협평가 처리기(1)에서는 식별된 표적 속성정보에 대해 분석을 통해 위협정도를 최종 계산한다. 위협정도는 속도, 거리, 표적의 고유위험도를 이용한다. 이때 고유위험도는 표 2와 같이 무기 및 장애물 각각에 서로 다른 속성 정보값을 적용하고, 이들을 표 3과 같이 정의한다.

무 기	개체활동: 공격, 방어, 교전, 퇴각, 우회, 이동, 수색, 정비, 주둔, 파괴, 도하
	일반제원: 운용인원, 길이, 폭, 높이, 전투중량
	화력: 구경, 유효사거리, 최대사거리, 장갑관통력, 살상반경, 유효발사속도, 최대발사속도
	기동성: 노상속도, 수상속도, 수상운행능력
	생존성: 장갑두께, IR 유무, 연막탄발사기 유무, NBC 시스템 유무
장애물	지뢰특성: 재질, 작용압력, 범위

구분	모델명	고유위험도
무기	탱크	14
	장갑차	13
	트럭	3
	박격포	10
	곡사포	11
	대전차포	12
장애물	전술철조망	2
	단일/이중 팬스	1
	불명확지뢰	4
	대인지뢰	7
	대전차지뢰	9
	광역지뢰	8
	부비츄랩	5
	대전차장벽	6

일례로, 표적의 위협정도(R_target)는 표적의 속도(제원 속도) 및 고유위험도를 활용하여 식(1)과 같이 계산한다.

(1)

여기서, v 는 표적의 속도로써 단위는 km/h이다. utility는 고유위험도를 나타낸다. 그리고,

,

는 가중치이며

이다.

S20의 2단계는 표적에 대한 위협레벨 결정 단계로서 다음과 같이 구현된다.

위협평가 처리기(1)에서는 전장환경 위협맵(1-1)을 통해 작전지역에 대한 위협정도를 격자지도 상에 위협레벨 5단계로 구분하여 전시한다. 일례로, 위협레벨 5단계 구분은 1단계의 위협평가 단계에서 결정된 위협정도를 이용하여 해당 표적이 위치하는 격자의 위협레벨을 결정한다. 이를 위해 표 4와 같이 위협정도를 구간별로 위협레벨과 매칭함으로써 위협평가 처리기(1)의 운용자가 보다 신속하고 정확하게 위협 상황을 파악할 수 있게 한다.

위협레벨	위협정도
Level 1	Threatcost < 0.20
Level 2	0.20 Threatcost < 0.40
Level 3	0.40 Threatcost < 0.60
Level 4	0.60 Threatcost < 0.80
Level 5	0.80 Threatcost

도 3은 전장환경 위협맵(1-1)에서 가시화된 격자로서, 상기 격자는 위협정도를 고려하여 해당 표적에 대한 위협레벨이 결정됨에 따라 표적이 포함된다. 도시된 바와 같이, 격자에 적용되는 위협레벨은 가장 높은 부분을 진한 붉은색, 흐린 붉은색, 분홍색, 초록색, 흰색으로 구분된다.

S30의 3단계는 위협범위 결정 단계로서 다음과 같이 구현된다.

위협평가 처리기(1)는 표적 종류에 따른 위협범위를 결정하기 위해서 내부구축 무기체계정보부(20)의 무기체계정보에서 무기 및 장애물에 대한 관련 속성 정보인 유효사거리, 길이/폭, 범위를 이용한다. 도 4는 그 결과로서 전장환경 위협맵(1-1)에서 표현된 격자기반 위협범위 가시화 예이다.

S40의 4단계는 표적 주변에 대한 위협레벨 결정 단계로서 다음과 같이 구현된다.

위협평가 처리기(1)는 획득 가능한 위협맵을 식 (2)를 통하여 산출한다. 이를 이용함으로써 주행성이 중요한 임무를 위한 전역경로계획 뿐만 아니라 안전한 임무 수행을 위한 전역경로계획과 같은 임무에 따른 전역경로계획이 가능하다.

(2)

여기서,

는 주행성,

는 위협도를 고려하여 격자에 적용하고자 하는 가중치이며,

이다.

는 각각의 비용함수이다. 이 때 각 격자에 해당되는 비용함수

은 누적비용

과 예상비용

의합으로 계산된다.

또한, 위협평가 처리기(1)는 표적이 포함된 격자의 주변 격자에 대한 위협레벨 결정을 표적의 위협정도(R) 및 위협범위에 따라 결정한다. 도 5는 이때 표적 주변의 중복 지역 발생을 예시한다. 이 경우, 중복 지역에 대한 위협레벨 결정 규칙을 표 5와 같이 정의하여 적용한다

A.공격범위 n B.공격범위: 높은 위협레벨, (A, B: 표적)

A.위협레벨=B.위협레벨, A.공격범위=B.공격범위, A.위치 B.공격범위 · A.위협레벨=B.위협레벨, A.공격범위=B.공격범위, A.위치 ⊂ B.공격범위 · A.위협레벨=B.위협레벨, A.공격범위≠B.공격범위, A.위치 B.공격범위 · A.위협레벨=B.위협레벨, A.공격범위≠B.공격범위, A.위치 ⊂ B.공격범위 · A.위협레벨≠B.위협레벨, A.공격범위=B.공격범위, A.위치 B.공격범위 · A.위협레벨≠B.위협레벨, A.공격범위=B.공격범위, A.위치 ⊂ B.공격범위 · A.위협레벨≠B.위협레벨, A.공격범위≠B.공격범위, A.위치 B.공격범위 · A.위협레벨≠B.위협레벨, A.공격범위≠B.공격범위, A.위치 ⊂ B.공격범위

여기서, =, ≠, ⊂,

는 수학식의 연산자 및 부등호와 동일한 의미를 갖는다.

한편, 도 6은 가상의 표적을 대상으로 표 5의 규칙을 적용하여 생성된 위협맵 화면을 예시한다. 그러므로, 전장환경 위협맵(1-1)을 통해 표현된 도 6의 위협맵 화면은 무인전투체계 원격 운용통제시 지휘관 및 운용병에게 작전지역에 대한 상황판단을 돕거나 자율주행을 통한 임무계획 시 무인전투체계의 임무기반의 최적화된 경로계획을 가능케 하도록 활용될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법은 전장환경 위협맵(1-1)을 갖춘 위협평가 처리기(1)에서 무인전투체계 실행으로 작전지역의 선정이 이루어지면, 상기 위협평가 처리기(1)는 상위망으로부터 획득되는 전장환경 정보 및 내부에 저장된 표적정보를 활용하여 상기 작전지역의 표적에 대한 격자지도 위협맵을 생성함으로써 지휘관 및 운용병이 격자지도 위협맵을 통해 전장환경 이해를 극대화 하고, 특히 주행성이 중요한 임무를 위한 전역경로계획 뿐만 아니라 안전한 임무 수행을 위한 전역경로계획과 같은 임무에 따른 전역경로계획이 가능하다.

1 : 위협평가 처리기 1-1 : 전장환경 위협맵
10 : 전문정보처리부 20 : 내부구축 무기체계정보부
100 : 상위제대

Claims (9)

1. 상황도를 기반으로 하여 적 위협 정보를 분석하는 방법에 있어서,
   전장환경 위협맵을 갖춘 위협평가 처리기에서 무인전투체계 실행으로 작전지역의 선정이 이루어지면, 상기 위협평가 처리기는 상위망으로부터 획득되는 전장환경 정보 및 내부에 저장된 표적정보를 활용하여 상기 작전지역의 표적에 대한 위협맵을 생성하고,
   상기 위협평가 처리기(1)의 위협 정도 R_target를
   

   

   으로 계산하고,
   상기

   

   는

   

   인 가중치이고, 상기

   

   는 상기 표적의 속도이며, 상기 utility는 무기 및 장애물 각각에 서로 다른 속성 정보값을 적용한 고유위험도인
   것을 특징으로 하는 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 위협맵은 격자지도로 구현되는 것을 특징으로 하는 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 위협맵 생성은, (A) 상기 표적의 고유위험도를 활용한 상기 위협 정도의 계산으로 작전지역 위협평가 1단계가 수행되고, (B) 상기 작전지역 위협평가 1단계의 정보를 활용하여 위협정도를 구간별로 위협레벨과 매칭하는 표적 위협레벨결정 2단계가 수행되며, (C) 표적별 관련속성정보를 활용하여 표적 위협범위결정 3단계가 수행되고, (D) 상기 표적을 포함한 표적주변에 대한 위협레벨을 나타내는 위협레벨결정 4단계가 수행되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 작전지역 위협평가 1단계는 위협레벨을 5단계로 구분하는 것을 특징으로 하는 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법.
   
5. 청구항 3에 있어서, 상기 표적 위협레벨결정 2단계는 위협레벨을 5가지 색깔로 구분하는 것을 특징으로 하는 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법.
   
6. 청구항 3에 있어서, 상기 표적 위협범위결정 3단계는 상기 관련속성정보를 무기 제원별로 표시하는 것을 특징으로 하는 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법.
   
7. 청구항 3에 있어서, 상기 위협레벨결정 4단계는 상기 위협레벨을 상기 표적의 위협정도 및 위협범위에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 위협레벨을 상기 표적 이 포함된 원형으로 표시하는 것을 특징으로 하는 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법.
9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 의한 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 방법을 수행하고, 무인전투체계 실행으로 선정된 작전지역 내 표적에 대한 위협맵이 격자지도로 표시되는 전장환경 위협맵을 갖춘 위협평가 처리기;
   상기 위협평가 처리기에 KVMF(Korean Variable Message Format) 기반으로 상기 표적에 대한 전문 정보를 제공하는 상위제대;
   상기 위협평가 처리기에 무기 체계 정보를 제공하는 내부구축 무기체계정보부를 포함한 것을 특징으로 하는 상황도기반 적 위협분석 및 가시화 시스템.

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