KR101926107B1 - 항공 무장효과 분석 시뮬레이터 및 그 시뮬레이션 방법 - Google Patents

항공 무장효과 분석 시뮬레이터 및 그 시뮬레이션 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항공무장 효과 분석 시뮬레이터 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 항공무장 효과 분석 시뮬레이션 방법은, 복수의 항공기의 기종별 RCS 대표값을 입력받는 단계; 상기 복수의 항공기 중 선택된 기준 항공기에 대하여 기설정된 방위각 및 고도각 간격의 레이더 시선각에 따른 RCS 값을 원소로 가지는 기준 RCS 행렬을 생성하는 단계; 및 상기 기준 항공기의 상기 RCS 대표값과 상기 기준 항공기 외 타 기종 항공기의 상기 RCS 대표값 간의 비율, 및 상기 기준 RCS 행렬을 기초로 상기 타 기종 항공기에 대한 RCS 행렬을 생성하는 단계를 포함한다.
이와 같이, 레이더 시선각에 따른 표적의 RCS 변화를 반영하여 실제에 더욱 근사한 교전 상황을 모의함으로써, 임무훈련이나 임무전술 개발시 시뮬레이터의 효용도를 향상시킬 수 있다.

Description

항공 무장효과 분석 시뮬레이터 및 그 시뮬레이션 방법{SIMULATOR FOR ANALYZING EFFECTIVENESS OF WEAPON AND METHOD THEREOF}
본 발명은 항공 무장효과 분석을 위한 시뮬레이터, 및 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 공대공 교전 상황을 모의하여 항공 무장효과를 분석함으로써 임무훈련이나 임무전술 개발에 활용할 수 있는 항공 무장효과 분석 시뮬레이터, 및 그 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.
공대공 교전 상황을 모의하여 교전에 활용되는 각종 장비에 대한 기능이나 성능을 분석하는 시뮬레이터가 제공되고 있다. 이는 항공 조종사의 임무훈련이나 임무전술 개발에 활용되는 것으로 시뮬레이터의 신뢰도나 산출된 결과물의 정확도를 위해서는 실제 교전 상황과 최대한 근접하게 모의하는 것이 관건이 된다.
이에 따라, 교전 상황을 보다 현실적으로 구현하는 방향으로 연구 및 개발이 지속되고 있다. 그러나, 아직까지도 현재 제공되는 시뮬레이터는 실제 교전이나 조우 상황을 반영하는데 있어서 부족함을 드러내고 있어 개선이 필요한 실정이다.
그 중 한가지로서 레이더 유효단면적(Radar Cross Section, RCS) 모의를 들 수 있다. RCS는 레이더에 잡히는 표적의 전파 반사정도를 면적으로 나타낸 척도로서, 레이더로 적기를 탐지하고 추적하여 미사일을 통한 유도가 이루어지는 교전에서 RCS는 매우 중요한 의미를 가진다. 이에 따라 스텔스(Stealth) 기능이 항공기 설계시 주요한 지표가 되고 있다.
항공기의 구체적 위치에 따라 회절, 다중반사, 정반사 등의 양상이 다르게 나타나기 때문에 RCS는 레이더가 항공기를 바라보는 시선각에 따라 변화된다. 이에 따라, 실제 교전 환경에서는 표적과의 거리가 가까워지고 있더라도 방향에 따라 표적이 일시적으로 미싱(Missing)되는 지점이 존재할 수 있다. 그러나, 종래 시뮬레이터에 따르면, 일단 레이더에 의하여 표적이 탐지되면 시선각에 따른 RCS 변화를 고려하지 않고 단순히 표적과의 거리만을 고려하기 때문에 위와 같은 실제 교전 환경을 충분히 반영하지 못하고 있다.
또한, RCS는 레이더 성능 모의시 레이더 탐지거리 산출에도 활용되는데, 종래 시뮬레이터에서는 항공기 기종에 따른 단일 RCS 값을 이용하여 레이더 탐지거리를 산출하고 있다. 이와 같이, 종래 시뮬레이터는 시선각에 따른 RCS 값의 변화를 고려하지 않고 레이더 탐지거리를 산출하고 있으며, 이는 곧 레이더 표적 탐지 성능이나 무장 발사에 관하여 모의하는 레이더 모의 결과의 신뢰성이나 정확성을 저하시키는 요인으로 작용하고 있다.
이와 같이 종래기술에 따르면, 시선각에 따른 RCS 변화를 고려하지 않음으로써 실제 교전 상황을 모의하는데 한계가 존재하며, 이로 인하여 시뮬레이터를 활용하여 임무훈련을 수행하거나 임무전술을 개발할 때에도 충분한 효과를 달성하지 못하고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 공대공 교전시 레이더 시선각에 따른 RCS 변화를 고려하여 교전 상황을 모의하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이터 및 그 시뮬레이션 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적은 본 발명의 일 양태에 따른 항공 무장효과 분석 시뮬레이터에 의하여 수행되는 항공 무장효과 분석 시뮬레이션 방법에 있어서, 복수의 항공기의 기종별 RCS 대표값을 입력받는 단계; 상기 복수의 항공기 중 선택된 기준 항공기에 대하여 기설정된 방위각 및 고도각 간격의 레이더 시선각에 따른 RCS 값을 원소로 가지는 기준 RCS 행렬을 생성하는 단계; 및 상기 기준 항공기의 상기 RCS 대표값과 상기 기준 항공기 외 타 기종 항공기의 상기 RCS 대표값 간의 비율, 및 상기 기준 RCS 행렬을 기초로 상기 타 기종 항공기에 대한 RCS 행렬을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이션 방법에 의하여 달성될 수 있다.
여기서, 상기 기준 RCS 행렬을 생성하는 단계는, 물리광학법을 기초로 상기 기준 항공기에 대하여 상기 기설정된 방위각 및 고도각 간격의 레이더 시선각에 따른 RCS 값을 원소로 가지는 초기 기준 RCS 행렬을 생성하는 단계; 및 상기 기준 항공기의 기종에 대응하는 상기 RCS 대표값을 기초로 상기 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 기준 항공기의 기종에 대응하는 상기 RCS 대표값을 기초로 상기 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정하는 단계는, 상기 원소값 크기가 조정된 결과 행렬의 원소들의 평균값이 상기 기준 항공기의 기종에 대응하는 상기 RCS 대표값과 같아지도록 상기 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정할 수 있다.
또한, 상기 기준 항공기의 기종에 대응하는 상기 RCS 대표값을 기초로 상기 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정하는 단계는, 상기 RCS 대표값이 특정 방향에 대응하는 값인 경우, 상기 초기 기준 RCS 행렬 중 상기 특정 방향에 대응하는 원소값만을 기초로 크기 조정을 위한 계수를 산출하고, 상기 계수를 상기 초기 기준 RCS 행렬의 전체 원소에 적용할 수도 있다.
한편, 레이더를 통한 탐지 표적 항공기의 기종에 대한 상기 RCS 행렬을 기초로 상기 표적 항공기에 대한 상기 레이더의 시선각에 대응하는 RCS 값을 도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 표적 항공기의 기종에 대한 상기 RCS 행렬을 기초로 상기 레이더의 시선각에 대응하는 RCS 값을 도출하는 단계는, 상기 RCS 행렬에서 상기 시선각과 가장 가까운 방위각과 고도각에 대응하는 원소값을 추출할 수 있다.
또한, 상기 표적 항공기의 기종에 대한 상기 RCS 행렬을 기초로 상기 레이더의 시선각에 대응하는 RCS 값을 도출하는 단계는, 상기 시선각의 주변 각도에 대응하는 상기 RCS 행렬의 원소들을 기초로 상기 시선각에 대응하는 RCS 값을 보간할 수도 있다.
한편, 상기 복수의 항공기 중 선택된 기준 항공기에 대하여 기설정된 방위각 및 고도각 간격의 레이더 시선각에 따른 RCS 값을 원소로 가지는 기준 RCS 행렬을 생성하는 단계는, 상기 기준 항공기에 대하여 제1 각도 간격의 방위각 및 고도각에 따른 제1 기준 RCS 행렬을 생성하는 단계; 및 상기 제1 기준 RCS 행렬을 상기 제1 각도 간격보다 더 큰 제2 각도 간격의 방위각 및 고도각에 따른 제2 기준 RCS 행렬로 재구성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 목적은 항공 무장효과 분석을 위한 항공 무장효과 분석 시뮬레이터에 있어서, 레이더의 시선각에 따른 항공기의 RCS 값을 모의하는 RCS 모의모듈을 포함하고, 상기 RCS 모의모듈은, 복수의 항공기의 기종별 RCS 대표값을 입력받는 정보 입력부; 상기 복수의 항공기 중 선택된 기준 항공기에 대하여 기설정된 방위각 및 고도각 간격의 레이더 시선각에 따른 RCS 값을 원소로 가지는 기준 RCS 행렬을 생성하는 기준 RCS행렬 생성부; 및 상기 기준 항공기의 상기 RCS 대표값과 상기 기준 항공기 외 타 기종 항공기의 상기 RCS 대표값 간의 비율, 및 상기 기준 RCS 행렬을 기초로 상기 타 기종 항공기에 대한 RCS 행렬을 생성하는 표적 RCS행렬 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이터에 의해서도 달성될 수 있다.
이때, 상기 기준 RCS 행렬 생성부는, 물리광학법을 기초로 상기 기준 항공기에 대하여 상기 기설정된 방위각 및 고도각 간격의 레이더 시선각에 따른 RCS 값을 원소로 가지는 초기 기준 RCS 행렬을 생성하는 초기행렬 생성부; 및 상기 기준 항공기의 기종에 대응하는 상기 RCS 대표값을 기초로 상기 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정하는 초기행렬 가공부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 정보 입력부는, 레이더를 통한 탐지 표적 항공기의 기종에 관한 정보와 상기 표적 항공기에 대한 상기 레이더의 시선각 정보를 입력받으며, 상기 RCS 모의모듈은, 상기 표적 항공기의 기종에 대한 상기 RCS 행렬을 기초로 상기 시선각 정보에 대응하는 RCS 값을 도출하는 표적 RCS값 도출부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 항공 무장효과 분석 시뮬레이터는, 상기 RCS 모의모듈로부터 상기 표적 항공기의 상기 RCS 값을 제공받아 상기 표적 항공기에 대한 레이더의 성능을 모의하는 레이더 모의모듈을 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 레이더 시선각에 따른 표적의 RCS 변화를 반영하여 실제에 더욱 근사한 교전 상황을 모의함으로써, 임무훈련이나 임무전술 개발시 시뮬레이터의 효용도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 항공 무장효과 분석을 위한 시뮬레이터의 구성을 나타낸 블록도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RCS 모의모듈의 구성을 나타낸 블록도;
도 3은 기준 RCS 행렬의 구성의 일 예;
도 4는 재구성된 기준 RCS 행렬의 예;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 모의모듈의 구성을 나타낸 블록도; 및
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 항공 무장효과 분석 시뮬레이션 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 항공 무장효과 분석 시뮬레이터의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 항공 무장효과 분석 시뮬레이터(1)는 사용자 인터페이스부(100), 레이더 모의모듈(200), 및 RCS 모의모듈(300)을 포함한다.
사용자 인터페이스부(100)는 항공 무장효과 분석을 위한 시뮬레이션 과정에서 필요한 정보를 입력받고, 각종 처리 결과를 디스플레이하기 위함으로, 마우스, 키보드, 버튼, 키패드 등의 정보 입력을 위한 입력수단, 입력 메뉴와 처리 결과 등을 비롯하여 각종 영상 및 정보를 표시하는 디스플레이 수단으로 구현될 수 있다.
레이더 모의모듈(200)은 미리 설정된 모의 시나리오에 따라 항공기에 탑재된 레이더 장비의 표적 항공기에 대한 탐지 성능, 추적/조준 성능, 무장발사 성능을 모의한다.
RCS 모의모듈(300)은 표적 항공기에 대한 레이더 시선각에 대응하는 표적 항공기의 RCS 값을 모의한다. 이때, 표적 항공기에 대한 시선각 정보는 레이더 모의모듈(200)로부터 수신될 수 있다. RCS 모의모듈(300)에서 도출된 RCS 값은 레이더 모의모듈(200)에 제공되어 레이더 성능을 모의하기 위한 자료로 활용된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RCS 모의모듈(300)의 세부 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, RCS 모의모듈(300)은 정보입력부(310), 기준 RCS행렬 생성부(320), 표적 RCS행렬 생성부(330), 및 표적 RCS값 도출부(340)를 포함한다.
정보 입력부(310)에는 표적 항공기의 RCS 값을 산출하는데 필요한 정보인 표적 항공기의 기종, 복수의 항공기의 기종별 대표 RCS 값, 표적 항공기에 대한 레이더의 시선각 등의 정보가 입력된다. 위 정보들은 사용자 인터페이스부(100)나 레이더 모의모듈(200)로부터 수신하여 입력될 수 있다.
여기서, 기종별 대표 RCS 값은 해당 항공기 기종의 대표적인 RCS 값으로서, 예컨대, B-52은 100m2, F-4는 6m2, B-18은 0.75m2, F-117A는 0.025m2 등으로 알려져 있다. 참고로, RCS 값은 m2 외에도 dbsm 단위로 표현될 수도 있다. 또한, RCS 대표값은 하나의 기종에 대해서도 복수개의 값이 존재할 수 잇다. 예를 들어, 항공기 정면방향에 대한 RCS 값, 측면방향에 대한 RCS 값 등과 같이 방향마다 RCS 대표값이 별도로 존재할 수도 있다.
정보 입력부(310)는 사용자 인터페이스부(100)를 통해 사용자로부터 입력받거나 또는 메모리에 기저장된 정보를 독출하여 대표 RCS값을 획득한다. 이때, RCS 대표값에 대한 산출기준 정보를 함께 획득할 수 있다. 예를 들어, RCS 대표값은 항공기 정면과 같이 특정 방향에 대응하는 RCS 값이 대표값으로 산출될 수도 있고, 또는 전체 방향에 대한 RCS 값의 평균 또는 중간값을 RCS 대표값으로 산출하는 등 다양한 기준에 따라 산출될 수 있기 때문에 해당 대표 RCS 값이 어떠한 기준으로 산출되었는지에 관한 정보를 함께 입력받을 수 있다.
한편, 표적 항공기의 기종, 및 표적 항공기에 대한 아군 항공기에 탑재된 레이더의 시선각 정보는 레이더 모의모듈(200)로부터 수신될 수 있다.
기준 RCS행렬 생성부(320)는 복수의 항공기 중 선택된 항공기인 기준 항공기의 기종에 대하여 기설정된 방위각 및 고도각 간격의 레이더 시선각에 따른 RCS 값을 산출하고, 산출된 RCS 값들을 원소값으로 가지는 기준 RCS 행렬을 생성한다.
기준 RCS 행렬은 후술되는 바와 같이, 기준 항공기의 기종 외 타 기종 항공기에 대한 RCS 행렬을 생성하기 위한 기준으로 활용된다. 여기서, 기준 RCS 행렬은 단수개 뿐 아니라 복수의 선택된 기종 각각에 대하여 복수개로 형성될 수도 있다.
이와 같이, 기준 RCS 행렬을 생성하는 기준 RCS행렬 생성부(320)는 초기행렬 생성부(321) 및 초기행렬 가공부(323)를 포함한다.
초기행렬 생성부(321)는 근사적 전자기 수치해석법인 물리광학법(Physical Optics, PO)을 이용하여 기준 항공기에 대하여 소정 방위각 및 고도각 간격, 예컨대, 1°간격으로 RCS 값을 구하고, 이들 값을 원소로 하는 초기 기준 RCS 행렬을 생성한다.
여기서, 구체적인 각도 간격은 시뮬레이터(1)의 개발 목표 사양에 따라 적절히 결정될 수 있다. 한편, LE-P0(Large Element Physical Optics) 등 다양한 물리광학법을 이용하여 RCS 값을 구하는 것은 널리 알려져 있는 기술이므로 설명의 간략화를 위해 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
초기행렬 가공부(323)는 초기행렬 생성부(321)를 통해 생성된 초기 기준 RCS 행렬을 기준 항공기 기종에 대응하는 RCS 대표값을 기초로 가공한다.
즉, 초기행렬 생성부(321)를 통해 생성된 초기 기준 RCS 행렬은 기준 항공기의 형상은 반영되어 산출된 것이지만 재료는 통상적인 도체로 가정한 것으로서, 구체적인 항공기 재료에 따른 영향은 반영되지 않아 실제 RCS 값과는 차이가 존재한다. 이에, 실제 재료 정보가 반영되어 산출된 RCS 대표값을 기초로 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정한다.
원소값 크기를 조정하는 기준은 기준 항공기 기종에 대응하는 RCS 대표값의 산출기준에 따라 달리 적용될 수 있다. 예컨대, RCS 대표값이 전체 방향에 대한 RCS 평균값인 때에는 원소값 크기 조정 후의 행렬의 원소들의 전체 평균값이 해당 기종 RCS 대표값과 같아지도록 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정할 수 있다. 한편, RCS 대표값이 특정 방향에 대응하는 RCS 값으로 대표값이 산출된 때에는 초기 기준 RCS 행렬 중 해당 방향에 대응하는 원소값만을 이용하여 크기 조정을 위한 계수를 산출하고, 이를 전체 원소값에 적용할 수 있다. 예를 들면, RCS 대표값이 항공기 정면에 대한 RCS 값인 경우, 초기행렬 생성부(321)에 의하여 생성된 초기 기준 RCS 행렬에서 항공기 정면에 해당하는, 즉, 방위각 0°와 고도각 90°근방의 원소값들이 RCS 대표값과 같아지기 위한 계수를 산출하고, 이를 이용하여 나머지 원소값들의 크기를 조정할 수 있다.
한편, 서로 다른 방향에 대응하여 RCS 대표값이 복수개인 때에는 그 중 하나를 이용하여 원소값 크기를 조정할 수도 있으나, 또는 각 RCS 대표값에 대응하는 계수를 각각 산출하고, RCS 대표값의 구체적 방향과 일치하는 행렬 원소값들에 대해서는 해당 계수를 이용하여 원소 크기를 조정하고, 나머지 행렬 원소값들에 대해서는 복수의 계수의 평균값을 적용하거나, 원소값들의 방향에 더 가까운 RCS 대표값에 대응하는 계수를 활용할 수도 있을 것이다.
이와 같이, 초기행렬 가공부(323)는 초기행렬 생성부(321)에 의하여 생성된 초기 기준 RCS 행렬의 원소값의 크기를 RCS 대표값을 이용하여 조정하되, RCS 대표값의 구체적인 산출기준에 따라 원소값의 크기를 조정하기 위한 계수를 산출할 때 이용하는 원소값의 각도 범위 등을 적응적으로 적용한다. 이로써, 실제 더욱 가까운 RCS를 모의할 수 있게 된다.
도 3은 기준 RCS 행렬의 구성의 일 예를 보여주는 것으로, 도 3을 참조하면, 각각 1°간격의 방위각(Ф)과 고도각(θ)에 따른 RCS 값을 원소값으로 하여 구성됨을 확인할 수 있다. 예컨대, σ356-179는 레이더 시선각이 방위각 356°, 고도각 179°일 때의 RCS 값을 의미한다. 1°간격으로 RCS 값을 산출하면 기준 RCS 행렬은 181 X 360 행렬이 된다.
참고로, 1°간격으로 기준 RCS 행렬을 생성할 때, RCS 값은 방위각은 0~359°범위 내에서, 고도각은 항공기를 위에서 수직으로 바라본 방향, 즉 고도각이 0°일때와, 아래에서 수직으로 바라본 방향인 고도각 180°내에서 산출하면 전체 방향의 RCS 값을 모두 구할 수 있다.
또한, 기준 RCS행렬 생성부(320)는 기준 RCS 행렬 생성시 먼저 제1 각도 간격의 방위각 및 고도각에 따른 RCS 값을 구하여 1차적으로 기준 RCS 행렬을 생성하고, 이후에 이와 같이 1차적으로 생성된 제1 기준 RCS 행렬을 제1 각도 간격보다 더 큰 제2 각도 간격에 따른 제2 기준 RCS 행렬로 재구성하여 최종적으로 RCS 행렬을 생성할 수도 있다.
예컨대, 1°간격으로 산출된 기준 RCS 행렬을 연산에 이용하면 연산시간 등에 있어 시뮬레이터(1) 구현목표를 충족시키지 못하는 상황이 발생할 수 있으므로 상황에 따라 1°보다 큰 22.5°또는 90°간격과 같이 구체적인 시뮬레이터(1)의 스펙을 고려하여 재구성할 수 있다. 이때, 재구성은 해당 각도 범위 안에 포함되는 RCS 값의 평균을 구하거나, 또는 중간값, 최소값, 최대값 등을 취하여 이루어질 수 있다.
한편, 이러한 기준 RCS 행렬의 재구성 처리는 초기 기준 RCS 행렬 가공 전에 이루어질 수도 있고, 가공 후에 이루어질 수도 있음은 물론이다.
도 4는 기준 RCS행렬 생성부(320)에 의하여 재구성된 기준 RCS 행렬의 예로서, 도 4에서는 22.5°간격으로 재구성된 예를 보여준다.
이와 같이, 기준 RCS행렬 생성부(320)는 처음부터 큰 각도 간격으로 기준 RCS 행렬을 생성할 수도 있으며, 1차적으로 생성된 행렬을 재구성하여 행렬 사이즈를 축소시킬 수도 있다.
처리완료된 기준 RCS 행렬은 메모리에 저장되어, 이후 반복적으로 생성하는 과정없이 활용될 수 있다. 따라서, 기준 RCS 행렬을 생성하는 기준 RCS행렬 생성부(320)는 기준 RCS 행렬이 한번 생성되면, 기준 RCS 행렬을 생성하는데 활용되는 기준 항공기가 변경되거나 또는 기준 항공기의 RCS 대표값이 변경되어 기준 RCS 행렬의 갱신이 필요할 때에만 활성화되도록 구현될 수 있다.
표적 RCS행렬 생성부(330)는 기준 항공기 기종과 소정 항공기 기종의 RCS 대표값 간의 비율과 기준 RCS행렬 생성부(320)를 통해 생성된 기준 RCS 행렬을 기초로 항공기 기종에 맞춤화된 RCS 행렬을 산출한다. 참고로, 소정 항공기는 기준 RCS 행렬을 생성하기 위해 선택된 기준 항공기 외 타 항공기 기종을 의미한다.
표적 RCS행렬 생성부(330)가 타 기종에 대한 RCS 행렬을 산출하는 일 예를 수식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112017094083624-pat00001
여기서, σX는 타 기종 'X'에 대한 RCS 행렬, σR은 기준 RCS 행렬, RCSX는 타 기종 'X'의 RCS 대표값, RCSR은 기준 RCS 행렬을 위해 선택된 기종의 RCS 대표값을 의미한다.
이와 같이, 소정 항공기 기종에 대한 RCS 행렬은 기준 RCS 행렬에 기준 항공기 RCS 대표값에 대한 소정 항공기 기종 RCS 대표값의 비율을 곱함으로써 산출될 수 있다. 이때, RCS 대표값이 복수개일 때에는 산출기준이 서로 같은 RCS 대표값을 활용할 수 있다.
예컨대, 기준 항공기 RCS 대표값과 타 기종 항공기 RCS 대표값 모두 정면, 후면에 대응한 값이 존재할때, 동일한 방향에 따른 대표값의 비율을 활용한다. 이때, 정면에 해당하는 각도에 해당하는 원소값들에 대해서는 정면/정면 대표값의 비율을 이용하고, 후면에 해당하는 각도에 해당하는 원소값들에 대해서는 후면/후면 대표값의 비율을 이용하여 구체적인 방향에 따라 서로 다른 계수를 적용할 수도 있다. 정면과 후면에 모두 해당하지 않는 방향에서는 각도가 보다 가까운 방향에 대응하는 계수를 활용하거나 또는 복수의 계수의 평균값이나 중간값 등을 활용할 수도 있을 것이다.
한편, 표적 RCS행렬 생성부(330)는 기입력된 복수의 기종에 대한 RCS 행렬을 미리 산출해 놓고 저장해 둘 수 있으며, 또는, 정보 입력부(310)를 통해 입력된 특정 표적 항공기 기종에 대해서만 RCS 행렬을 생성할 수도 있다.
표적 RCS값 도출부(340)는 정보 입력부(310)를 통해 입력된 표적 항공기의 기종에 대한 RCS 행렬을 기초로 표적에 대한 레이더 시선각 정보에 대응하는 RCS 값을 도출한다. 이때, 표적 RCS행렬 생성부(330)가 미리 여러 기종에 대한 RCS 행렬을 생성하여 저장해 둔 경우는 저장된 RCS 행렬 중 표적 항공기 기종에 대응하는 행렬을 찾아 이용한다.
표적 RCS값 도출부(340)는 표적 항공기 기종에 대한 RCS 행렬에서 시선각 정보에 따른 시선각에 대응하는 원소값을 추출하여 RCS 값을 도출할 수 있다.
이때, RCS 행렬이 소정 간격 각도에 따라 생성되어 시선각에 정확히 대응되는 원소값이 없을 때에는 시선각과 가장 가까운 방위각과 고도각에 대응하는 원소값을 추출할 수 있다. 이에 따르면, 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 22.5°간격으로 RCS 행렬이 생성되고, 표적 항공기 기준 레이더 시선각이 방위각 35°, 고도각이 95°라고 가정하면, 도출되는 RCS 값은 위 시선각에 가장 가까운 방위각 45°, 고도각 90°에 대응하는 원소값이 도출될 수 있을 것이다.
또는, 시선각 주변의 각도에 대응하는 원소값들을 기초로 보간하여 시선각에 대응하는 RCS 값을 도출할 수도 있다. 이를 위하여, 표적 RCS값 도출부(340)는 다양한 보간 알고리즘을 저장할 수 있다.
전술된 바와 같이, RCS 모의모듈(300)에 의하여 표적 항공기에 대한 레이더 시선각에 따른 RCS 값이 도출되면, 위 RCS 값은 다시 레이더 모의모듈(200)에 제공되어 표적 항공기에 대한 레이더 성능을 모의하는데 활용된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 모의모듈(200)의 세부 구성을 나타낸 블록도이다. 도 5를 참조하면, 레이더 모의모듈(200)은 탐지모드 모의부(210), 추적/조준모드 모의부(220), 및 무장발사모드 모의부(230)를 포함한다.
탐지모드 모의부(210)는 레이더의 탐지모드(Range While Search, RWS)를 이용한 표적 탐지 가능 여부를 모의하는 것으로, 레이더의 제원거리, 표적 항공기의 RCS 값, 및 레이더 방정식을 이용하여 탐지거리를 계산하여 표적 탐지가 가능한지 여부를 판단한다. 탐지모드는 특정 거리 및 스캔 범위 내에 존재하는 표적들을 탐지하는 모드를 의미한다.
이와 같이, RCS 모의모듈(300)에 의하여 도출된 RCS 값은 레이더에 의한 표적 탐지가 가능한지 여부를 판단하기 위한 레이더 탐지거리 계산시에 활용된다.
추적/조준모드 모의부(220)는 단일표적 추적 모드(Single Target Track, STT)와 다수표적 추적 모드(Track While Scan, TWS)에 의한 표적 추적 및 조준이 가능한지 여부를 모의하는 것으로, 펄스폭, 빔폭과 같이 아군 항공기에 탑재된 레이더의 주요 제원, 표적 항공기의 위치정보, 해상도 식을 이용하여 다수표적 또는 단일표적 여부를 판단하고, 위 결과에 따라 TWS 모드 또는 STT 모드를 이용한 표적 추적 및 조준이 가능한지 여부를 판단한다. 참고로, STT 모드는 탐지된 표적들 중 단일 표적에 대하여 더욱 정확한 추적 및 조준이 필요할 때 사용되는 모드이고, TWS 모드는 특정 거리 및 스캔 범위 내에 존재하는 탐지 표적들을 동시에 추적 및 조준하는 모드이다.
무장발사모드 모의부(230)는 근접공격모드(Air Combat Mode, ACM)를 통한 적외선 미사일 발사 또는 근거리 공격이 불가할 때 레이더 유도 미사일 발사 여부를 모의하는 것으로, 표적의 수, 표적간의 거리 등을 고려하여 ACM 모드, TWS 모드, STT 모드를 통한 미사일 발사 여부를 판단한다.
이와 같이, 레이더 모의모듈(200)은 표적 탐지부터, 추적/조준, 무장 발사까지의 일련의 단계에서 적용되는 모드를 통한 레이더 성능을 모의하며, 이 과정에서 RCS 모의모듈(300)과 연동되어 필요한 정보를 교환한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 항공무장 효과 분석 시뮬레이션 방법을 나타낸 흐름도이다. 이하, 도 6을 참조하여, 전술된 항공 무장효과 분석 시뮬레이터(1) 구성의 유기적인 동작을 살펴본다.
RCS 모의모듈(300)에 복수의 항공기의 기종별 RCS 대표값이 입력된다(S10). 항공기는 기종마다 형상이나 재료가 상이하고, 이로 인하여 다중반사, 회절 등의 양상이 다르므로 기종마다 RCS 값이 상이하게 나타난다. RCS 대표값은 항공기 기종별 고유의 RCS 값으로 알려진 수치를 의미하는 것으로, 사용자 인터페이스부(100)를 통해 입력될 수 있다.
이어서, 복수의 항공기 중 사용자로부터 선택되거나, 소정 기준에 따라 자체적으로 선택된 항공기 기종에 대한 기준 RCS 행렬이 생성된다. 이와 같이, 기준 RCS 행렬은 미리 결정된 기준 항공기의 RCS 행렬로서, 타 항공기의 RCS 행렬을 산출하기 위한 기준으로 활용된다.
기준 RCS 행렬을 생성하는 과정은 다음과 같다.
먼저, RCS 모의모듈(300)은 물리광학법을 이용하여 기준 항공기에 대한 레이더 시선각의 전체 범위에 해당하는 각도 범위, 즉, 방위각 0~360°, 고도각 0~180°범위내에서 미리 결정된 각도 간격에 따른 RCS 값을 원소로 가지는 초기 기준 RCS 행렬을 생성한다(S20).
이때, 초기 기준 RCS 행렬은 항공기 형상과 시선각에 따른 영향은 반영된 것이지만, RCS에 영향을 미치는 다른 변수인 항공기 재료 정보 등은 반영되지 않은 것이기 때문에, 실제 RCS 값과는 차이가 존재할 수 있다. 이에, RCS 모의모듈(300)은 실제 값과 좀 더 근접해 지도록 실제 재료 정보 등이 반영되어 산출된 RCS 대표값을 기초로 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정하여 기준 RCS 행렬을 생성한다(S30). 여기서, 시뮬레이터의 컴퓨팅 사양이나 연산 속도를 고려하여 기준 RCS 행렬 사이즈를 축소처리할 수 있음은 전술된 바와 같다.
이와 같이, 기준 RCS 행렬이 완성되면, RCS 모의모듈(300)은 타 기종 항공기의 개별적인 RCS 행렬을 산출한다(S40). RCS 행렬은 해당 기종 항공기의 방위각 및 고도각의 소정 각도 간격에 따른 RCS 값을 원소로 가지는 행렬이다. RCS 행렬은 기준 항공기의 RCS 대표값과 해당 타 기종 항공기의 RCS 대표값 간의 비율, 및 기준 RCS 행렬을 기초로 산출된다.
한편, 기준 RCS 행렬이 복수개인 때에는, 기종별 항공기 형상이나 재료의 유사 정도를 파악하여, 상대적으로 유사성이 큰 기종에 대응하는 기준 RCS 행렬을 D용하여 기종별 RCS 행렬을 생성할 수 있을 것이다.
이어서, RCS 모의모듈(300)은 레이더 모의모듈(200)로부터 레이더를 통한 탐지 표적 항공기의 기종과 표적 항공기에 대한 레이더 시선각 정보와 RCS 값 요청을 수신한다(S50). 참고로, 레이더 모의모듈(200)은 아군 항공기의 위치정보와 표적 항공기의 위치정보를 기초로 표적 항공기 기준 레이더 시선각, 즉, 레이더가 표적 항공기를 바라보는 방위각과 고도각을 산출할 수 있다.
RCS 모의모듈(300)은 수신된 RCS 값 요청에 대응하여 해당 표적 항공기의 기종의 RCS 행렬에서 해당 레이더 시선각에 대응하는 RCS 값을 추출하여 레이더 모의모듈(200)에 제공한다(S60, S70).
레이더 모의모듈(200)은 RCS 모의모듈(300)로부터 제공된 레이더 시선각에 대응하는 표적 항공기의 RCS 값을 이용하여 레이더 탐지거리를 산출하고, 이를 기초로 레이더의 RWS 모드를 통한 표적 탐지 가능 여부를 모의한다(S80). 이어서, 레이더 모의모듈(200)은 순차적으로 STT 또는 TWS를 통한 표적 추적 및 조준 가능 여부, ACM 모드를 통한 적외선 미사일 발사 가능 여부 등을 모의함으로써 표적 항공기 탐지부터, 추적/조준, 무장 발사까지의 일련의 단계에서 적용되는 모드를 통한 레이더 성능 모의가 이루어진다(S90, S100).
한편, 전술된 각 단계는 상황에 따라 생략되거나 적절하게 변경되어 적용될 수 있다.
예컨대, 기준 RCS 행렬과 기종별 RCS 행렬은 한번 생성되면, 그 이후부터는 반복적으로 생성할 필요 없이 생성된 결과물을 지속적으로 활용할 수 있다. 따라서, 기준 RCS 행렬과 기종별 RCS 행렬 생성에 관한 S20, S30 및 S40 단계는 초기에만 수행되고 그 이후부터는 RCS 대표값이 변경되거나 새로운 항공기 기종이 추가되어 기존에 산출된 행렬을 갱신하거나 추가할 필요가 생길 때에 선택적으로 수행될 수 있다.
또한, 전술된 실시예에서는, 복수의 기종에 관한 RCS 행렬을 먼저 만들고, 그 이후 레이더 모의모듈(200)의 RCS 값 요청에 따라 기생성된 RCS 행렬을 활용하는 것으로 설명되었으나, 기종별 RCS 행렬을 미리 생성하지 않고 RCS 값 요청이 있을 때마다 해당 표적 항공기 기종에 대응하는 RCS 행렬을 생성할 수도 있음은 물론이다.
한편, 표적 항공기에 대한 레이더 시선각 변화에 따라 RCS 값이 변화되는 것을 사용자 인터페이스부(100)를 통하여 시각화하여 제공하는 단계가 추가될 수 있다. 이에 의하면, 조종사 훈련시 레이더 시선각에 따라 RCS 값이 변화됨을 인지할 수 있어 조종사가 좀 더 실제와 가까운 교전 상황을 체감하도록 도와줄 수 있을 것이다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 항공 무장효과 분석 시뮬레이터(1) 및 시뮬레이션 방법에 의하면, 레이더 시선각에 따른 표적의 RCS 변화를 반영하여 실제에 더욱 근사한 교전 상황을 모의함으로써, 시뮬레이터를 통한 임무훈련이나 임무전술 개발 효과를 크게 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다.
한편, 지금까지 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 실시예를 용이하게 변형하는 것이 가능한 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상을 중심으로 그 균등범위에 미치는 것으로 이해되어야 할 것이다.
1: 항공무장 효과 분석 시뮬레이터 100: 사용자 인터페이스부
200: 레이더 모의모듈 210: 탐지모드 모의부
220: 추적/조준모드 모의부 230: 무장발사모드 모의부
300: RCS 모의모듈 310: 정보입력부
320: 기준 RCS행렬 생성부 330: 표적 RCS행렬 생성부
340: 표적 RCS값 도출부

Claims (12)

  1. 항공 무장효과 분석 시뮬레이터에 의하여 수행되는 항공 무장효과 분석 시뮬레이션 방법에 있어서,
    복수의 항공기의 기종별 RCS 대표값을 입력받는 단계;
    상기 복수의 항공기 중 선택된 기준 항공기에 대하여 기설정된 방위각 및 고도각 간격의 레이더 시선각에 따른 RCS 값을 원소로 가지는 기준 RCS 행렬을 생성하는 단계; 및
    상기 기준 항공기의 상기 RCS 대표값과 상기 기준 항공기 외 타 기종 항공기의 상기 RCS 대표값 간의 비율, 및 상기 기준 RCS 행렬을 기초로 상기 타 기종 항공기에 대한 RCS 행렬을 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 기준 RCS 행렬을 생성하는 단계는,
    상기 기준 항공기에 대하여 제1 각도 간격의 방위각 및 고도각에 따른 제1 기준 RCS 행렬을 생성하는 단계, 및 상기 제1 기준 RCS 행렬을 상기 제1 각도 간격보다 더 큰 제2 각도 간격의 방위각 및 고도각에 따른 제2 기준 RCS 행렬로 재구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이션 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 RCS 행렬을 생성하는 단계는,
    물리광학법을 기초로 상기 기준 항공기에 대하여 상기 기설정된 방위각 및 고도각 간격의 레이더 시선각에 따른 RCS 값을 원소로 가지는 초기 기준 RCS 행렬을 생성하는 단계; 및
    상기 기준 항공기의 기종에 대응하는 상기 RCS 대표값을 기초로 상기 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이션 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기준 항공기의 기종에 대응하는 상기 RCS 대표값을 기초로 상기 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정하는 단계는,
    상기 원소값 크기가 조정된 결과 행렬의 원소들의 평균값이 상기 기준 항공기의 기종에 대응하는 상기 RCS 대표값과 같아지도록 상기 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이션 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기준 항공기의 기종에 대응하는 상기 RCS 대표값을 기초로 상기 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정하는 단계는,
    상기 RCS 대표값이 특정 방향에 대응하는 값인 경우, 상기 초기 기준 RCS 행렬 중 상기 특정 방향에 대응하는 원소값만을 기초로 크기 조정을 위한 계수를 산출하고, 상기 계수를 상기 초기 기준 RCS 행렬의 전체 원소에 적용하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이션 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    레이더를 통한 탐지 표적 항공기의 기종에 대한 상기 RCS 행렬을 기초로 상기 표적 항공기에 대한 상기 레이더의 시선각에 대응하는 RCS 값을 도출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이션 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 표적 항공기의 기종에 대한 상기 RCS 행렬을 기초로 상기 레이더의 시선각에 대응하는 RCS 값을 도출하는 단계는, 상기 RCS 행렬에서 상기 시선각과 가장 가까운 방위각과 고도각에 대응하는 원소값을 추출하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이션 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 표적 항공기의 기종에 대한 상기 RCS 행렬을 기초로 상기 레이더의 시선각에 대응하는 RCS 값을 도출하는 단계는, 상기 시선각의 주변 각도에 대응하는 상기 RCS 행렬의 원소들을 기초로 상기 시선각에 대응하는 RCS 값을 보간하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이션 방법.
  8. 삭제
  9. 항공 무장효과 분석을 위한 항공 무장효과 분석 시뮬레이터에 있어서,
    레이더의 시선각에 따른 항공기의 RCS 값을 모의하는 RCS 모의모듈을 포함하고,
    상기 RCS 모의모듈은,
    복수의 항공기의 기종별 RCS 대표값을 입력받는 정보 입력부;
    상기 복수의 항공기 중 선택된 기준 항공기에 대하여 기설정된 방위각 및 고도각 간격의 레이더 시선각에 따른 RCS 값을 원소로 가지는 기준 RCS 행렬을 생성하는 기준 RCS행렬 생성부; 및
    상기 기준 항공기의 상기 RCS 대표값과 상기 기준 항공기 외 타 기종 항공기의 상기 RCS 대표값 간의 비율, 및 상기 기준 RCS 행렬을 기초로 상기 타 기종 항공기에 대한 RCS 행렬을 생성하는 표적 RCS행렬 생성부를 포함하며,
    상기 기준 RCS행렬 생성부는, 상기 기준 항공기에 대하여 제1 각도 간격의 방위각 및 고도각에 따른 제1 기준 RCS 행렬을 생성하고, 상기 제1 기준 RCS 행렬을 상기 제1 각도 간격보다 더 큰 제2 각도 간격의 방위각 및 고도각에 따른 제2 기준 RCS 행렬로 재구성하여 상기 기준 RCS 행렬을 생성하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기준 RCS 행렬 생성부는,
    물리광학법을 기초로 상기 기준 항공기에 대하여 상기 기설정된 방위각 및 고도각 간격의 레이더 시선각에 따른 RCS 값을 원소로 가지는 초기 기준 RCS 행렬을 생성하는 초기행렬 생성부; 및
    상기 기준 항공기의 기종에 대응하는 상기 RCS 대표값을 기초로 상기 초기 기준 RCS 행렬의 원소값 크기를 조정하는 초기행렬 가공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이터.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 정보 입력부는, 레이더를 통한 탐지 표적 항공기의 기종에 관한 정보와 상기 표적 항공기에 대한 상기 레이더의 시선각 정보를 입력받으며,
    상기 RCS 모의모듈은, 상기 표적 항공기의 기종에 대한 상기 RCS 행렬을 기초로 상기 시선각 정보에 대응하는 RCS 값을 도출하는 표적 RCS값 도출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 RCS 모의모듈로부터 상기 표적 항공기의 상기 RCS 값을 제공받아 상기 표적 항공기에 대한 레이더의 성능을 모의하는 레이더 모의모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 무장효과 분석 시뮬레이터.
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