KR102395862B1 - 3차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법 - Google Patents

3차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법 Download PDF

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KR102395862B1
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문세훈
이경수
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법은, 표적 데이터에 따라 설정된 3차원 격자 내 3차원 피해격자를 산출하는 단계; 상기 무기의 입사 방향 및 요망 기폭점에 대한 상기 무기의 운반정확도를 결정하는 단계; 상기 3차원 피해격자를 기초로 상기 입사 방향에 대한 상기 3차원 격자 각각의 표적 살상확률을 획득하는 단계; 상기 무기의 운반정확도를 기초로 상기 입사 방향으로 입사하는 무기의 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭 확률을 획득하는 단계; 및 상기 3차원 격자 각각의 표적 살상확률 및 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭 확률을 기초로 상기 무기의 표적 살상확률을 획득하는 단계를 포함한다.

Description

3차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법{METHOD FOR CALCULATING WEAPON EFFECTIVENESS WITH 3D DAMAGE MATRIX}
본 발명은 무기가 표적에 미칠 수 있는 피해를 3차원 격자로 표현한 피해격자를 이용하여 무기효과도 산출 방법에 관한 것이다.
무기효과도는 특정 무기가 특정 표적에 일정 살상기준 이상의 피해를 입힐 수 있는 능력 또는 가능성을 통계적으로 표현한 값이다. 일반적으로 무기효과도는 살상확률 또는 기대피해율 등으로 표현된다. 무기효과도 산출을 수행하기 위해서는 표적 자료 개발, 표적 취약성 평가, 무기 특성 분석 등의 많은 사전 준비가 필요하다. 설령 이러한 자료가 모두 준비되었다고 하더라도 다량의 파편을 방출하는 탄두의 경우에는 개별 파편을 고려하여 수천 번의 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 무기효과도를 산출하는 데에는 상당한 시간이 소요된다. 이런 시간 소비를 줄이기 위하여 준비하는 것이 무기효과지수(Weapon Effectiveness Index)이다. 무기효과지수가 준비되면 무기의 운반정확도를 고려하여 신속하게 해석적으로 또는 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하여 무기효과도를 산출할 수 있다.
무기효과지수 산출을 위해서는 표적을 분석하여 살상기준을 정의하고, 치명도 분석(Criticality Analysis)을 수행하여 살상기준에 따른 고장분석논리도(Failure Analysis Logic Trees)를 개발하고, 3차원 표적형상모델(Target Geometric Model)을 개발하고, 이러한 결과를 취약성/위력(Vulnerability/Lethality: V/L) 해석 모델에 입력하여 파편이나 폭압과 같은 피해기구(Damage Mechanism)에 대한 표적의 취약성을 평가하여 취약성 자료를 산출하고, 이것에 무기 특성과 조우조건을 반영하는 등의 사전 작업이 필요하다.
한국등록특허공보, 10-1249804호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 3차원 격자로 표현된 표적의 피해확률 데이터 세트를 이용한 무기효과도 산출 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법은, 표적 데이터에 따라 설정된 3차원 격자 내 3차원 피해격자를 산출하는 단계; 무기의 입사 방향 및 요망 기폭점에 대한 상기 무기의 운반정확도를 결정하는 단계; 상기 3차원 피해격자를 기초로 상기 입사 방향에 대한 상기 3차원 격자 각각의 표적 살상확률을 획득하는 단계; 상기 무기의 운반정확도를 기초로 상기 입사 방향으로 입사하는 무기의 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭확률을 획득하는 단계; 및 상기 3차원 격자 각각의 표적 살상확률 및 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭확률을 기초로 상기 무기의 표적 살상확률을 획득하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 3차원 격자 각각의 표적 살상확률을 획득하는 단계는, 상기 입사 방향에 인접한 복수의 샘플 입사 방향 각각의 표적 살상확률을 내삽(Interpolation)하여 상기 입사 방향에 대한 상기 3차원 격자 각각의 표적 살상확률을 획득할 수 있다.
또한, 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭확률을 획득하는 단계는, 상기 무기의 운반정확도에 따라 상기 입사 방향으로 입사하는 상기 무기의 기폭 격자를 결정하는 단계; 및 상기 기폭 격자 각각의 기폭점의 수로부터 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭확률을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기의 기폭 격자를 결정하는 단계는, 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 상기 무기의 기폭 격자를 결정하고, 상기 기폭 격자 각각의 기폭점의 수로부터 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭확률을 획득하는 단계는, 상기 기폭 격자 각각의 기폭점의 수를 상기 몬테카를로 시뮬레이션 수로 나누어 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭확률을 획득할 수 있다.
또한, 상기 3차원 피해격자를 산출하는 단계는, 직교 좌표계, 구면 좌표계, 또는 원통 좌표계 중 적어도 하나를 포함하고, 격자 간격이 균일하거나 로그 스케일을 따르는 상기 3차원 격자를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 3차원 피해격자를 산출하는 단계는, 상기 3차원 격자의 원점을 상기 표적의 중심으로 설정하는 단계; 부품피해함수를 이용하여 파편과 폭압에 의한 부품의 피해를 판단하는 단계; 고장분석논리도에 따라 표적 살상확률을 획득하는 단계; 및 상기 3차원 격자 각각에 대한 상기 표적 살상확률을 기초로 상기 3차원 피해격자를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기의 운반정확도를 결정하는 단계는, 표적 기준점을 원점으로 하는 3차원 좌표계 상에서 상기 무기의 입사 방향에 수직인 평면을 설정하는 단계; 상기 무기의 입사 방향에 평행하고 요망 기폭점을 통과하는 직선이 상기 평면과 만나는 점을 확인하는 단계; 및 상기 확인한 점을 기초로 상기 운반정확도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기의 표적 살상확률을 기초로, 요망 피해율 충족에 필요한 무기 소요 발수를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기 소요 발수를 기초로, 가용 무기 투발 시의 상기 표적 살상확률을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 3차원 격자 또는 체적요소(Voxel)를 적용하여 지상기동표적에 대한 정밀유도탄약의 무기효과도, 함정과 같은 대형 표적에 대한 재래식 무기의 무기효과도, 항공기나 탄도탄 같은 공중 기동 표적에 대한 무기효과도를 표적 크기, 무기 위력 범위, 표적-무기 조우조건에 제한을 받지 않고 계산할 수 있다.
도 1은 지상 표적에 대한 피해행렬 개념도이다.
도 2는 피해행렬을 이용한 무기효과도 산출 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치의 제어 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 방법의 흐름도이다.
도 5 내지 10은 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치에 의해 설정되는 3차원 격자를 예시하는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 설명에 앞서, 먼저 본 발명을 설명하기 위한 수학식들에서 사용될 기호를 표 1과 같이 정의한다.
기 호 정 의 비고
Figure 112022017994132-pat00001
 좌표계 원점이 표적 중심과 일치하고, 표적 중심축 방향이
Figure 112022017994132-pat00002
축인 직각좌표계
Figure 112022017994132-pat00003
 좌표계 원점이 표적 중심과 일치하고, 무기의 입사 방향이
Figure 112022017994132-pat00004
-축과 일치하고, 이 축에 수직인 평면이
Figure 112022017994132-pat00005
평면인 직각 좌표계
Figure 112022017994132-pat00006
Figure 112022017994132-pat00007
좌표계에 대한 무기 입사방향의 고각과 방위각
Figure 112022017994132-pat00008
 피해격자 산출 시 고려되는 무기 입사방향
Figure 112022017994132-pat00009
 피해격자 산출 시 고려되는
Figure 112022017994132-pat00010
방향의 입사방향 수
Figure 112022017994132-pat00011
 무기 1발 투발 시 표적 살상확률
Figure 112022017994132-pat00012
 2차원 피해격자의
Figure 112022017994132-pat00013
번째 격자에 존재하는 표적이 살상확률
Figure 112022017994132-pat00014
 무기 1발 투발 시 2차원 피해격자의
Figure 112022017994132-pat00015
번째 격자가 표적을 때릴 확률
Figure 112022017994132-pat00016
 2차원 표면에서 피해격자의 수. 사거리 방향과 편이 방향 수.
Figure 112022017994132-pat00017
Figure 112022017994132-pat00018
번째 3차원 격자에서 무기가 기폭될 확률
Figure 112022017994132-pat00019
 몬테카를로 시뮬레이션 회수
Figure 112022017994132-pat00020
 몬테카를로 시뮬레이션에서
Figure 112022017994132-pat00021
번째 격자에서 무기가 폭발한 회수
Figure 112022017994132-pat00022
Figure 112022017994132-pat00023
번째 격자에서 무기 1발이 폭발했을 때 표적이 살상될 확률
Figure 112022017994132-pat00024
 무기 1발을 투발했을 때 무기가
Figure 112022017994132-pat00025
번째 격자에서 기폭하여 표적이 살상될 확률
Figure 112022017994132-pat00026
 3차원 격자의 수
Figure 112022017994132-pat00027
 3차원 칼레톤 피해함수
Figure 112022017994132-pat00028
 3차원 칼레톤 피해함수의 형상인자
Figure 112022017994132-pat00029
 3차원에서의 표적 살상반경
Figure 112022017994132-pat00030
Figure 112022017994132-pat00031
-방향의 격자 크기
Figure 112022017994132-pat00032
Figure 112022017994132-pat00033
-평면에서
Figure 112022017994132-pat00034
번째 조준점에 대한 무기 운반정확도 함수
Figure 112022017994132-pat00035
 무기 운반정확도 표준편차
Figure 112022017994132-pat00036
 몬테카를로 시뮬레이션 중 살상부피
Figure 112022017994132-pat00037
내에서 기폭되는 회수
도 1은 지상 표적에 대한 피해행렬 개념도이고, 도 2는 피해행렬을 이용한 무기효과도 산출 개념도이다.
무기효과도는 특정 무기가 특정 표적에 일정 살상기준 이상의 피해를 입힐 수 있는 능력 또는 가능성을 통계적으로 표현한 값이다. 무기효과도와 관련하여, 파편을 다량으로 방출하는 탄두와 파편에 민감한 지상 표적에 대해 피해행렬(Damage Matrix)을 산출하여 사용한다. 피해행렬은 도 1에서와 같이 탄두 기폭 위치를 중심으로 지면을 일정한 크기의 격자로 나누고, 탄두 기폭시 고도, 충돌각, 파편 데이터, 표적의 취약면적을 고려하여 각 격자별로 계산된 표적 살상확률을 표현한다. 일반 고폭탄에 대해서는 보통 폭풍 효과를 포함하여 계산한다.
피해행렬은 신속한 계산이 요구되는 무기추천 방법론에서 사용하기에 상대적으로 복잡하므로 더 단순한 피해함수로 변환하여 사용하는 경우가 많다. 물론 이는 컴퓨터의 성능이 좋지 않았던 시기에 계산 시간을 단축하기 위해서 고안된 방법이지만, 컴퓨팅 능력이 향상된 현대에도 매우 유용한 방법이기도 하다. 실제로 정확도가 떨어지는 비유도 무기의 경우에는 유의미한 값을 얻을 수 있다. 이러한 더 단순한 피해함수가 평균파편효과면적이며 살상면적(Lethal Area, AL) 또는 치사면적으로 불리기도 한다.
피해함수가 피해행렬로 표현되는 경우 살상확률을 계산하는 방법은 도 2에서 도시된 바와 같다. 표적은 좌표 원점에 위치하고, 기폭점은 탄착 확률 분포에 따라 분포된다. 살상확률은 표적이 각 격자에 들어올 확률과 그 격자에서 살상될 확률의 곱을 합한 값이다. 즉, 이 경우 표적에 무기 한발을 투발하였을 때 표적이 살상될 확률은 수학식 1과 같이 계산된다.
Figure 112022017994132-pat00038
일반적으로 피해행렬의 격자수는 몇 천개 수준이므로, 이러한 계산을 컴퓨터의 도움 없이 수행하기는 쉽지 않다. 이러한 방법을 적용하여 무기효과도를 계산하는 프로그램으로는 미국 JTCG/ME의 ME(Matrix Evaluator)가 있다.
이러한 피해행렬을 산출하는 데에는 암묵적인 가정 하나가 포함된다. 각 격자에 입사하는 파편의 분포는 거의 균일하고 표적의 크기는 격자보다 작다는 것이다. 즉, 표적을 타격하는 파편 밀도는 표적 전체에 걸쳐서 균일 하다는 것이다. 이것은 무기와 표적의 조우조건에 제한을 가한다. 표적은 평평한 지면상에 있어야 하고 표적의 높이는 무시할 수 있을 정도 이어야 하고, 무기는 표적으로부터 충분히 멀리 떨어져서 기폭해야 한다. 이러한 제한은 위력 범위가 작은 소형무기나 무기 위력 범위에 비해 표적이 아주 큰 경우에는 피해행렬을 계산하는데 제한이 있고 계산을 하더라도 그 결과는 유효성이 떨어진다. 즉, 이러한 방법은 지상기동표적에 대한 정밀유도탄약의 무기효과도, 함정과 같은 대형 표적에 대한 재래식 무기의 효과도, 항공기나 탄도탄 같은 공중기동표적에 대한 무기효과도를 계산하는 데에는 부적합하다.
그러므로 표적 크기, 무기 위력, 표적-무기 조우조건에 상관없이 무기효과도를 산출할 수 있는 방법이 필요하다. 이에 본 발명에서는 지면상 2차원 격자 대신에 3차원 격자 또는 체적요소(Voxel)에 기반하여 표현된 피해 확률을 이용하여 무기효과도를 산출하는 방법을 제시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치의 제어 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치는 표적 데이터에 따라 설정된 3차원 격자를 이용하여 무기의 표적 살상확률을 획득할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치는 입력부(100); 연산부(200); 및 출력부(300)를 포함할 수 있다.
입력부(100)는 파편 데이터, 유효 화약량 등과 같은 무기 데이터와, 표적형상모델, 부품피해함수, 고장분석논리도 등과 같은 표적자료를 입력 받을 수 있다. 이를 위해, 입력부(100)는 외부의 사용자로부터 데이터를 입력 받을 수 있는 인터페이스를 포함하거나, 외부의 장치로부터 데이터를 수신할 수 있는 유무선 통신이 가능하도록 구현될 수 있다.
연산부(200)는 입력받은 무기 데이터 및/또는 표적자료를 이용하여 무기효과도를 산출할 수 있다. 구체적으로, 연산부(200)는 표적 데이터에 따라 설정된 3차원 격자 내 3차원 피해격자를 산출하고, 무기의 입사 방향 및 요망 기폭점에 대한 무기의 운반정확도를 결정하고, 3차원 피해격자를 기초로 입사 방향에 대한 3차원 격자 각각의 표적 살상확률을 획득하고, 무기의 운반정확도를 기초로 입사 방향으로 입사하는 무기의 3차원 격자 각각에서의 기폭 확률을 획득하고, 3차원 격자 각각의 표적 살상확률 및 3차원 격자 각각에서의 기폭 확률을 기초로 무기의 표적 살상확률을 획득할 수 있다.
출력부(300)는 획득한 무기의 표적 살상확률을 외부로 출력할 수 있다. 이를 위해, 출력부(300)는 외부 사용자가 시각, 청각, 촉각 등의 방법으로 무기의 표적 살상확률을 확인할 수 있도록 인터페이스를 포함하거나, 외부 장치로 무기의 표적 살상확률을 전송할 수 있는 유무선 통신이 가능하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치는 이러한 기능을 수행하도록 프로그램된 명령어를 포함하는 메모리와 이들 명령어를 수행하는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치에 의해 구현될 수 있다.
이하에서는 연산부(200)의 동작을 중심으로 도 3의 무기효과도 산출 장치에 의해 수행되는 무기효과도 산출 방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 방법의 흐름도이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치의 연산부(200)는 표적 데이터에 따라 설정된 3차원 격자 내 3차원 피해격자를 산출할 수 있다(S100). 이에 앞서, 연산부(200)는 표적 데이터에 따라 다양한 형태의 3차원 격자를 설정할 수 있다. 이하에서는 연산부(200)가 설정하는 3차원 격자의 여러 가지 실시예를 설명한다.
도 5 내지 10은 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치에 의해 설정되는 3차원 격자를 예시하는 도면이다.
도 5는 가로, 세로, 높이 방향이 일정한 간격으로 구분되도록 짜여진 균일한 크기의 직육면체들로 구성된 직교형 3차원 격자의 1/8 부분도이고, 도 6은 좌표 원점을 기준으로 가로, 세로, 높이 방향이 로그스케일 간격으로 구분되도록 짜여진 로그스케일에 따라 크기가 증가하는 직육면체들로 구성된 직교형 3차원 격자의 1/8 부분도이고, 도 7은 좌표 원점을 기준으로 일정한 간격의 방위각과 고각, 반경 방향이 일정한 간격으로 구분되도록 짜여진 구면좌표계 체적요소로 구성된 3차원 격자의 1/8 부분도이고, 도 8은 좌표 원점을 기준으로 일정한 간격의 방위각과 고각, 반경 방향으로 로그스케일 간격으로 구분되도록 짜여진 구면좌표계 체적요소로 구성된 3차원 격자의 1/8 부분도이고, 도 9는 좌표 원점을 기준으로 일정한 간격의 방위각, 중심축을 따라 일정한 간격, 반경 방향으로 일정한 간격으로 구분되도록 짜여진 원통좌표계 체적요소로 구성된 3차원 격자의 1/8 부분도이고, 도 10은 좌표 원점을 기준으로 일정한 간격의 방위각, 중심축을 따라 로그스케일 간격, 또는 반경 방향으로 로그스케일 간격으로 구분되도록 짜여진 원통좌표계 체적요소로 구성된 3차원 격자의 1/8 부분도이다.
연산부(200)는 각 격자에
Figure 112022017994132-pat00039
와 같은 적당한 인덱스를 부여한다. 여기서
Figure 112022017994132-pat00040
,
Figure 112022017994132-pat00041
,
Figure 112022017994132-pat00042
를 의미한다.
연산부(200)에 의해 설정되는 3차원 격자의 원점은 표적 중심과 일치하고, 표적 축 방향은
Figure 112022017994132-pat00043
축을 따라 놓여 있거나
Figure 112022017994132-pat00044
평면상에서 무작위적이다.
3차원 격자를 설정한 후, 연산부(200)는 3차원 피해격자를 산출할 수 있다. 이를 위해, 먼저 연산부(200)는 준비된 표적형상모델과 무기 데이터를 취약성/위력 해석 프로그램에 입력한다. 그 다음, 연산부(200)는 앞서 설정한 3차원 격자 중 한 세트를 표적 주변에 생성한다. 격자 크기는 피해 기구 비산범위와 표적 크기를 고려하여 사용자가 원하는 충실도/해상도에 따라 설정한다.
이 후, 연산부(200)는 일정한 간격으로 무기의 샘플 입사 방향
Figure 112022017994132-pat00045
(
Figure 112022017994132-pat00046
,
Figure 112022017994132-pat00047
) 설정한다. 여기서
Figure 112022017994132-pat00048
는
Figure 112022017994132-pat00049
평면으로부터 고각이고,
Figure 112022017994132-pat00050
는
Figure 112022017994132-pat00051
평면상에서
Figure 112022017994132-pat00052
축으로부터 기준 방위각이다.
무기 샘플 입사 방향을 설정한 후, 연산부(200)는 방향 사선을 따라 표적으로 입사하는 무기가 각 격자 중심에서 폭발 시 발생한 파편과 폭압의 전파를 시뮬레이션한다. 파편은 파편 데이터를 기반으로 몬테카를로 방법으로 생성한다. 표적 외부에서 기폭한 경우 표적에 충돌한 파편이 표적으로 침투하는 궤적을 계산한다. 또한 외부에 노출된 표적 부품과 구조물에 가해지는 폭발하중을 계산한다.
그 다음, 일 실시예에 따른 연산부(200)는 부품 피해함수를 이용하여 파편과 폭압에 의한 부품의 피해를 판단하고, 고장분석논리도에 따라 표적 살상확률
Figure 112022017994132-pat00053
계산한다. 이 과정은 취약성/위력 모델이 수행한다.
또는, 다른 실시예에 따른 연산부(200)는 몬테카를로 (Monte Carlo) 방법으로 각 격자 내에 균일하게 분포하는 충분한 수의 기폭점을 생성한다. 각 기폭점 별로 ④ ~ ⑥항의 과정을 반복하여 표적 살상확률을 계산하고 평균을 취하여 격자 내 기폭 시 표적 살상확률
Figure 112022017994132-pat00054
를 수학식 2와 같이 계산한다.
Figure 112022017994132-pat00055
이 후, 연산부(200)는 각 격자별로 살상확률 계산을 반복하여 피해격자를 산출한다.
피해격자를 산출한 후, 연산부(200)는 무기의 각 입사방향
Figure 112022017994132-pat00056
에 대해서 위의 피해격자 산출 과정을 반복하여 입사 방향 별로 피해격자 세트를 산출한다.
피해격자 세트 산출이 완료되면, 연산부(200)는 이를 수학식 3의 표적 중심으로 각 입사방향
Figure 112022017994132-pat00057
에 대한 살상반경
Figure 112022017994132-pat00058
와 형상인자
Figure 112022017994132-pat00059
를 피팅, 조우조건별 3차원 칼레톤 피해함수를 산출한다.
Figure 112022017994132-pat00060
그 다음, 피해격자 또는 피해격자 세트로부터 수학식 4의 조우조건 별 피해 부피(Damage Volume)
Figure 112022017994132-pat00061
(효과지수)을 계산한다.
Figure 112022017994132-pat00062
이 때, 조우조건별 피해 부피
Figure 112022017994132-pat00063
(효과지수)는 수학식 5와 같이 살상반경
Figure 112022017994132-pat00064
로 정의된 타원체 형상의 살상부피
Figure 112022017994132-pat00065
혹은 1차원 변수
Figure 112022017994132-pat00066
로 표현이 가능하다.
Figure 112022017994132-pat00067
3차원 피해격자가 산출되면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치는 무기의 입사 방향 및 요망 기폭점에 대한 무기의 운반정확도를 결정할 수 있다(S110).
구체적으로, 연산부(200)는 무기 운반정확도(CEP: Circular Error Probability, REP: Range Error Probability, 또는 DEP: Deflection Error Probable), 입사 속도/방향, 탐색 알고리즘 또는 성능, 신관 신뢰도를 입력한다.
그 다음, 연산부(200)는 표적 기준점을 포함하고 무기가 입사하는 방향에 수직인 평면을 정의한다. 이 때, 연산부(200)는 표적 기준점을 원점으로 하는 3차원 좌표계
Figure 112022017994132-pat00068
정의한다. 2차원 좌표계
Figure 112022017994132-pat00069
는 앞서 정의한 평면상에 정의되고, 평면에 수직이고 원점을 통과하는 직선을 따라
Figure 112022017994132-pat00070
-축을 정의한다.
이 후, 연산부(200)는 요망 기폭점
Figure 112022017994132-pat00071
을 설정한다. 여기서
Figure 112022017994132-pat00072
이고 요망 기폭점 번호를 나타낸다. 연산부(200)는 무기 입사방향에 평행하고 요망 기폭점을 통과하는 직선이 위의의 평면과 만나는 점
Figure 112022017994132-pat00073
을 정의한 다음,
Figure 112022017994132-pat00074
주위 점
Figure 112022017994132-pat00075
를 무기가 통과할 확률, 즉, 무기 운반정확도 함수
Figure 112022017994132-pat00076
를 수학식 6과 같은 형식으로 정의한다.
Figure 112022017994132-pat00077
마지막으로, 연산부(200)는
Figure 112022017994132-pat00078
를 통과하는 사선을 따라 비행하는 무기의 표적 탐지 확률
Figure 112022017994132-pat00079
와 신관 신뢰도
Figure 112022017994132-pat00080
를 정의한다.
이렇게 운반정확도를 결정한 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치는 3차원 피해격자를 기초로 입사 방향에 대한 3차원 격자 각각의 표적 살상확률을 획득할 수 있다(S120). 이 때, 무기가 표적에 충돌 시 표적에 대한 무기의 입사 방향이 일정한 경우를 전제로 한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치의 연산부(200)는 입사방향
Figure 112022017994132-pat00081
가 3차원 격자 설정 시 고려한 샘플 입사 방향
Figure 112022017994132-pat00082
과
Figure 112022017994132-pat00083
사이에 속한다면, 피해격자 세트를 통해 계산된 표적 살상확률
Figure 112022017994132-pat00084
과
Figure 112022017994132-pat00085
를 내삽(Interpolation)하여
Figure 112022017994132-pat00086
를 수학식 7과 같이 계산한다. 또한, 연산부(200)는 이를 각 격자에 대해 반복하여 수행한다.
Figure 112022017994132-pat00087
3차원 격자 각각의 표적 살상확률을 획득한 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치는 무기의 운반정확도를 기초로 입사 방향으로 입사하는 무기의 3차원 격자 각각에서의 기폭 확률을 획득한다(S140).
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치의 연산부(200)는 방향
Figure 112022017994132-pat00088
로 입사하는 무기의 기폭 위치 또는 기폭 격자를 설정된 운반정확도에 따라 몬테카를로 방법으로 결정한다.
이 후, 연산부(200)는 각 격자별로 결정된 기폭점의 수
Figure 112022017994132-pat00089
를 세고, 전체 몬테카를로 시뮬레이션 수
Figure 112022017994132-pat00090
로 나누어 각 격자에서 기폭 확률
Figure 112022017994132-pat00091
을 수학식 8과 같이 계산한다.
Figure 112022017994132-pat00092
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치는 3차원 격자 각각의 표적 살상확률 및 3차원 격자 각각에서의 기폭 확률을 기초로 무기의 표적 살상확률을 획득한다(S140).
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치의 연산부(200)는 무기 1발 투발 시 각 격자에서 기폭하여 표적이 살상될 확률
Figure 112022017994132-pat00093
를 수학식 9를 이용하여 계산한다.
Figure 112022017994132-pat00094
그 다음, 연산부(200)는 모든 격자에 대해 위의 계산을 수행한다.
이러한 계산 결과로부터 연산부(200)는 수학식 10과 같이 계산하여 방향
Figure 112022017994132-pat00095
로 무기 1발 투발 시 표적 살상확률
Figure 112022017994132-pat00096
계산한다.
Figure 112022017994132-pat00097
또는, 연산부(200)는 앞서 산출한 조우조건별 3차원 칼레톤 피해함수를 설정된 조우조건에 따라, 수학식 7과 같은 내삽식으로 살상반경
Figure 112022017994132-pat00098
와 형상 계수
Figure 112022017994132-pat00099
를 산출, 조우조건에 해당하는 칼레톤 피해함수
Figure 112022017994132-pat00100
를 구하여, 수학식 11을 이용하여
Figure 112022017994132-pat00101
를 계산한다.
Figure 112022017994132-pat00102
또는, 연산부(200)는 수학식 12와 같이 위의 살상반경
Figure 112022017994132-pat00103
로 정의된 타원체로 정의된 살상 부피
Figure 112022017994132-pat00104
내에서 무기의 기폭 확률이 표적 살상확률과 같음을 이용할 수 있다.
Figure 112022017994132-pat00105
이 때, 수학식 12에서
Figure 112022017994132-pat00106
은
Figure 112022017994132-pat00107
회의 몬테카를로 시뮬레이션 중에 살상부피
Figure 112022017994132-pat00108
내에서 기폭하는 회수이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치는 요망 피해율(
Figure 112022017994132-pat00109
) 충족에 필요한 무기 소요 발수(
Figure 112022017994132-pat00110
)를 계산할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치의 연산부(200)는 수학식 13에 따라 무기 소요 발수를 계산한다.
Figure 112022017994132-pat00111
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 장치는 가용 무기 투발 시 무기효과도를 수학식 14에 따라 계산할 수도 있다.
Figure 112022017994132-pat00112
이처럼 상술한 실시예에 따른 무기효과도 산출 방법은, 3차원 격자 또는 체적요소(Voxel)를 적용하여 지상기동표적에 대한 정밀유도탄약의 무기효과도, 함정과 같은 대형 표적에 대한 재래식 무기효과도, 항공기나 탄도탄 같은 공중기동표적에 대한 무기효과도를 표적 크기, 무기 위력 범위, 표적-무기 조우조건에 상관없이 계산할 수 있다.
한편, 상술한 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 방법에 포함된 각각의 단계는, 이러한 단계를 수행하도록 프로그램된 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독가능한 기록매체에서 구현될 수 있다.
또한, 상술한 일 실시예에 따른 무기효과도 산출 방법에 포함된 각각의 단계는, 이러한 단계를 수행하도록 프로그램된 컴퓨터 프로그램으로 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 품질에서 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 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
일 실시예에 따르면, 상술한 무기효과도 산출 방법은 기존의 표적에 대한 위력 및 효과도 분석에 적용할 수 있고, 무기체계 개발 및 운용 시 고폭탄의 지상, 항공, 수상, 수중 기동표적에 대한 위력과 효과도 계산에 사용될 수 있으므로 산업상 이용 가능성이 있다.
100: 입력부
200: 연산부
300: 출력부

Claims (11)

  1. 표적 데이터에 따라 설정된 3차원 격자 내 3차원 피해격자를 산출하는 단계;
    무기의 입사 방향 및 요망 기폭점에 대한 상기 무기의 운반정확도를 결정하는 단계;
    상기 3차원 피해격자를 기초로 상기 입사 방향에 대한 상기 3차원 격자 각각의 표적 살상확률을 획득하는 단계;
    상기 무기의 운반정확도를 기초로 상기 입사 방향으로 입사하는 무기의 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭 확률을 획득하는 단계; 및
    상기 3차원 격자 각각의 표적 살상확률 및 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭 확률을 기초로 상기 무기의 표적 살상확률을 획득하는 단계를 포함하는
    3 차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 격자 각각의 표적 살상확률을 획득하는 단계는,
    상기 입사 방향에 인접한 복수의 샘플 입사 방향 각각의 표적 살상확률을 내삽(Interpolation)하여 상기 입사 방향에 대한 상기 3차원 격자 각각의 표적 살상확률을 획득하는
    3 차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 격자 각각에서의 기폭 확률을 획득하는 단계는,
    상기 무기의 운반정확도에 따라 상기 입사 방향으로 입사하는 상기 무기의 기폭 격자를 결정하는 단계; 및
    상기 기폭 격자 각각의 기폭점의 수로부터 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭 확률을 획득하는 단계를 포함하는
    3 차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 무기의 기폭 격자를 결정하는 단계는,
    몬테카를로 시뮬레이션을 통해 상기 무기의 기폭 격자를 결정하고,
    상기 기폭 격자 각각의 기폭점의 수로부터 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭 확률을 획득하는 단계는,
    상기 기폭 격자 각각의 기폭점의 수를 상기 몬테카를로 시뮬레이션 수로 나누어 상기 3차원 격자 각각에서의 기폭 확률을 획득하는
    3 차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 피해격자를 산출하는 단계는,
    직교 좌표계, 구면 좌표계, 또는 원통 좌표계 중 적어도 하나를 포함하고, 격자 간격이 균일하거나 로그 스케일을 따르는 상기 3차원 격자를 생성하는 단계를 포함하는
    3 차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 3차원 피해격자를 산출하는 단계는,
    상기 3차원 격자의 원점을 상기 표적의 중심으로 설정하는 단계;
    부품피해함수를 이용하여 파편과 폭압에 의한 부품의 피해를 판단하는 단계;
    고장분석논리도에 따라 표적 살상확률을 획득하는 단계; 및
    상기 3차원 격자 각각에 대한 상기 표적 살상확률을 기초로 상기 3차원 피해격자를 산출하는 단계를 더 포함하는
    3 차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기의 운반정확도를 결정하는 단계는,
    표적 기준점을 원점으로 하는 3차원 좌표계 상에서 상기 무기의 입사 방향에 수직인 평면을 설정하는 단계;
    상기 무기의 입사 방향에 평행하고 요망 기폭점을 통과하는 직선이 상기 평면과 만나는 점을 확인하는 단계; 및
    상기 확인한 점을 기초로 상기 운반정확도를 결정하는 단계를 포함하는
    3 차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기의 표적 살상확률을 기초로, 요망 피해율 충족에 필요한 무기 소요 발수를 획득하는 단계를 더 포함하는
    3 차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 무기 소요 발수를 기초로, 가용 무기 투발 시의 상기 표적 살상확률을 획득하는 단계를 더 포함하는
    3 차원 피해격자를 이용한 무기효과도 산출 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따른 각각의 단계를 수행하도록 프로그램된 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 프로그램.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따른 각각의 단계를 수행하는 명령어를 포함하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능 기록매체.
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