KR102640801B1 - 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템 - Google Patents

수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템 Download PDF

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김기훈
박규린
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한국해양과학기술원
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Abstract

본 발명은 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로서, 특히 추진기 노이즈를 발생하는 수중 무인 표적을 정해진 훈련 경로에 따라 수중에서 운행하는 상태에서 추진기 노이즈를 탐지하고 분석하여서 가상의 잠수함을 이용해 대잠 훈련을 시뮬레이션할 수 있는, 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.

Description

수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템{System for simulating anti-submarine training using underwater unmanned targets}
본 발명은 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로서, 특히 추진기 노이즈를 발생하는 수중 무인 표적을 정해진 훈련 경로에 따라 수중에서 운행하는 상태에서 추진기 노이즈를 탐지하고 분석하여서 가상의 잠수함을 이용해 대잠 훈련을 시뮬레이션할 수 있는, 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 잠수함(Submarine)은 수중과 수상에서 자체의 추진력으로 이동할 수 있는 선박으로 주로 군용으로 사용되며, 이러한 잠수함은 대부분의 시간 동안 적에게 노출되지 않고 수중에서 작전 수행을 해야 하는 특성을 가지고 있다.
잠수함은 적의 잠수함을 탐색하고 공격하는 대잠전(Anti-Submarine Warfare), 기동 전투전대 외곽에 배치하여 적의 수상함을 정찰하고 공격하는 대함전(Anti-Surface Ship Warfare), 전략 핵무기 및 미사일(Missile)을 탑재하여 전략 임무를 수행하는 대지전(Anti Land Warfare), 상대국의 작전 해역에서 전자정보 및 통신정보를 수집하는 정찰 및 감시(Surveillance And Reconnaissance), 특수전 요원을 투입하여 정보수집 및 주요시설 파괴 등의 임무를 수행하는 특수전(Special Warfare) 및 기뢰부설(Mine Laying) 등 중요한 전략 임무를 수행한다. 현대에 들어 잠수함은 비대칭전략무기로 전쟁억지력이 다른 무기체계에 비하여 높으며, 특히 최근 국지전의 형태로 발생하고 있는 전쟁에서 잠수함은 정보전 및 특수전 요원 투입을 적에게 들키지 않고 접근하여 수행할 수 있는 최적의 함정으로 대두되고 있다.
이에 따라 시뮬레이션을 통한 사전 검증이 이루어지게 되었는데, 이는 선박 시스템의 안정성 확보뿐만 아니라 유지보수, 운영 최적화에도 활용할 수 있다.
그러나, 종래 방법은 임의로 정해진 패턴 및 운항 정보를 가지고 검증하게 되므로 실제 해상교통 상황을 보다 현실적으로 구현하기에 어려움이 있고, 특히 연안과 같이 선박 통행량이 많은 곳의 환경을 시뮬레이션으로 구현하기 위해서는 많은 비용과 노력이 필요하다는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-1242715호 공보(발명의 명칭 : 잠수함의 수중 위치정보 보정 시스템)
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 큰 공간을 차지하지 않고 저 비용으로 현실감 있게 대잠 훈련을 할 수 있게 하는. 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 모니터링 시스템을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시형태에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템은 잠수함의 추진기 노이즈를 발생하는 음파 발생부가 장착되며 본체 상부에는 수면 위로 부상했을 때 승무원의 비상탈출을 위한 타워가 형성되어 있으며 설정된 경로에 따라 수중을 운항하도록 구성된 수중 무인 표적; 및 상기 수중 무인 표적을 설정된 경로에 따라 무선으로 운항 제어하면서, 상기 추진기 노이즈를 탐지하고, 탐지된 추진기 노이즈를 분석하여 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향을 결정하고, 결정된 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보에 기초하여 가상의 잠수함을 표시부를 통해 시뮬레이션함과 아울러 결정된 상기 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보를 디스플레이 하도록 구성된 대잠 훈련 시뮬레이션 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실시형태에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 대잠 훈련 시뮬레이션 장치는 상기 수중 무인 표적을 설정된 경로에 따라 운항하도록 무선으로 제어하는 운항 제어부; 상기 수중 무인 표적으로부터 발생되는 추진기 노이즈를 탐지하도록 구성된 복수 개의 음파 탐지부; 상기 음파 탐지부로부터 탐지된 추진기 노이즈를 기초로 잠수함의 종류를 결정하도록 구성된 잠수함 종류 결정부; 상기 탐지된 추진기 노이즈를 기초로 잠수함의 위치를 결정하도록 구성된 잠수함 위치 결정부; 상기 탐지된 추진기 노이즈를 기초로 잠수함의 속도 및 방향을 결정하도록 구성된 잠수함 속도 및 방향 결정부; 및 결정된 상기 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보에 기초하여 가상의 잠수함을 시뮬레이션함과 아울러 결정된 상기 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보를 디스플레이 하도록 구성된 표시부;를 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 대잠 훈련 시뮬레이션 장치는 상기 수중 무인 표적이 수면 위로 부상하는 경우, 레이저에 의해 타워를 스캔하여 레이더 반사 면적 정보를 획득하도록 구성된 레이다를 더 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 잠수함 종류 결정부는 상기 음파 탐지부로부터 탐지된 추진기 노이즈 데이터를, 추진기 노이즈 데이터 및 잠수함 종류 데이터의 데이터 세트에 의해 기계학습된 인공신경망에 입력시켜, 잠수함의 종류를 결정하도록 더 구성될 수 있다.
상기 실시형태에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 잠수함 위치 결정부는 상기 복수 개의 음파 탐지부로부터 탐지된 복수 개의 추진기 노이즈 데이터를 기초로 삼각 측량법에 의해 잠수함의 위치를 결정하도록 더 구성될 수 있다.
상기 실시형태에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 잠수함 속도 및 방향 결정부는 상기 복수 개의 음파 탐지부로부터 탐지된 복수 개의 추진기 노이즈의 주파수 변화 및 강도 변화를 기초로 잠수함의 속도 및 방향을 결정하도록 더 구성될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 의하면, 수중 무인 표적을 설정된 경로에 따라 무선으로 운항 제어하면서, 추진기 노이즈를 탐지하고, 탐지된 추진기 노이즈를 분석하여 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향을 결정하고, 결정된 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보에 기초하여 가상의 잠수함을 표시부를 통해 시뮬레이션함과 아울러 결정된 상기 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보를 디스플레이 하도록 구성됨으로써, 큰 공간을 차지하지 않고 저 비용으로 현실감 있게 대잠 훈련을 할 수 있게 한다는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 대한 개략적인 설치도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템의 블록구성도이다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 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. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예를 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수가 있음을 시사할 수 있다. 그러나 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.
본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 자료 또는 신호를 '전송', '전달' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 자료 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 자료 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 대한 개략적인 설치도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템의 블록구성도이다.
본 발명의 실시예에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 수중 무인 표적(200) 및 대잠 훈련 시뮬레이션 장치(100)를 포함한다.
수중 무인 표적(200)은 대잠 훈련을 하기 위해 제공된 모의 적 잠수함의 역할을 대신한다. 수중 무인 표적(200)에는 실제 잠수함의 추진기에서 발생되는 노이즈와 유사한 잠수함의 추진기 노이즈를 발생하는 음파 발생부(210)가 장착되며, 본체 상부에는 수면 위로 부상했을 때 승무원의 비상탈출을 위한 타워(220)가 형성되어 있다. 수중 무인 표적(200)은 대잠 훈련 시뮬레이션 장치(100)에 의해 동작이 제어되는 추진기가 장착되어 훈련을 위한 설정된 경로에 따라 수중을 운항할 수 있다. 수중 무인 표적(200)은 주기적으로 또는 비주기적으로 복수 종류의 추진기 노이즈(다양한 잠수함의 종류별 추진기 노이즈)를 발생할 수 있도록 구성될 수 있다.
대잠 훈련 시뮬레이션 장치(100)는 수중 무인 표적(200)을 훈련을 위한 설정된 경로에 따라 무선으로 운항 제어하면서, 주기적 또는 비주기적으로 발생되는 추진기 노이즈를 탐지하고, 탐지된 추진기 노이즈를 분석하여 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향을 결정하고, 결정된 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보에 기초하여 가상의 잠수함을 시뮬레이션함과 아울러 결정된 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보를 디스플레이 하는 역할을 한다. 대잠 훈련 시뮬레이션 장치(100)는 해상 관제 센터(VTS)나 대잠 훈련을 통제하는 선박에 설치될 수 있다.
대잠 훈련 시뮬레이션 장치(100)는 운항 제어부(C), 레이다(R), 복수 개의 음파 탐지부(110), 잠수함 종류 결정부(120), 잠수함 위치 결정부(130), 잠수함 속도 및 방향 결정부(140), 및 표시부(150)를 포함한다.
운항 제어부(C)는 수중 무인 표적(200)의 추진기에 무선으로 제어신호를 입력시켜 동작을 제어함으로써, 수중 무인 표적(200)이 훈련을 위한 설정된 경로를 따라 운항하도록 할 수 있다.
레이다(R)는 수중 무인 표적(200)이 수면 위로 부상하는 경우, 레이저에 의해 수중 무인 표적(200)의 타워(220)를 스캔하여 레이더 반사 면적 정보를 획득하여 잠수함의 정보를 탐지하는 역할을 한다.
복수 개의 음파 탐지부(110)는 수중 무인 표적(200)으로부터 발생되는 추진기 노이즈를 탐지하는 역할을 한다.
잠수함 종류 결정부(120)는 복수 개의 음파 탐지부(110)로부터 탐지된 추진기 노이즈를 기초로 잠수함의 종류를 결정하는 역할을 한다. 잠수함 종류 결정부(120)는 음파 탐지부(110)로부터 탐지된 추진기 노이즈 데이터를, 추진기 노이즈 데이터 및 잠수함 종류 데이터의 데이터 세트에 의해 기계학습된 인공신경망에 입력시켜, 잠수함의 종류를 결정할 수 있다.
잠수함 위치 결정부(130)는 복수 개의 음파 탐지부(110)로부터 탐지된 복수 개의 추진기 노이즈를 기초로 삼각 측량법에 의해 잠수함의 위치를 결정하는 역할을 한다.
한편, 잠수함 위치 결정부(130)는 삼각 측량법 대신에 복수 개의 음파 탐지부(110)로부터 탐지된 복수 개의 추진기 노이즈를, 추진기 노이즈 데이터 및 잠수함 위치 데이터의 데이터 세트에 의해 기계학습된 인공신경망에 입력시켜 잠수함의 위치를 결정할 수도 있다.
잠수함 속도 및 방향 결정부(140)는 복수 개의 음파 탐지부(110)로부터 탐지된 복수 개의 추진기 노이즈의 주파수 변화를 기초로 잠수함의 속도를 결정함과 아울러, 복수 개의 추진기 노이즈의 강도 변화를 기초로 잠수함의 방향을 결정하는 역할을 한다.
수중 무인 표적(200)의 이동으로 인해 발생하는 주파수 변화인 도플러 편이는 잠수함의 속도를 결정하는 데 사용될 수 있다.
한편, 잠수함 속도 및 방향 결정부(140)는 복수 개의 음파 탐지부(110)로부터 탐지된 복수 개의 추진기 노이즈의 주파수 변화 데이터를, 추진기 노이즈의 주파수 변화 데이터 및 잠수함 속도 데이터의 데이터 세트에 의해 기계학습된 인공신경망에 입력시켜 잠수함 속도 데이터를 결정할 수도 있다.
한편, 잠수함 속도 및 방향 결정부(140)는 복수 개의 음파 탐지부(110)로부터 탐지된 복수 개의 추진기 노이즈의 강도 변화 데이터를, 추진기 노이즈의 강도 변화 데이터 및 잠수함 방향 데이터의 데이터 세트에 의해 기계학습된 인공신경망에 입력시켜 잠수함 방향 데이터를 결정할 수도 있다.
표시부(150)는 잠수함 종류 결정부(120), 잠수함 위치 결정부(130) 및 잠수함 속도 및 방향 결정부(140)에 의해 결정된 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보에 기초하여 가상의 잠수함을 실제 잠수함과 유사한 형태로 영상을 통해 시뮬레이션하는 역할을 한다. 표시부(150)는 수함 종류 결정부(120), 잠수함 위치 결정부(130) 및 잠수함 속도 및 방향 결정부(140)에 의해 결정된 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보를 디스플레이 할 수도 있다.
표시부(150)는 가상의 잠수함을 영상으로 시뮬레이션 할 경우, 잠수함 종류 결정부(120)에 의해 결정된 잠수함의 종류의 형태와 같은 가상의 잠수함 영상을 디스플레이 함으로써 현실감을 느끼게 할 수 있다. 이 경우, 별도의 데이터베이스에 잠수함 종류별로 가상의 잠수함 영상(실제 잠수함과 유사한 형태의 잠수함 영상) 파일이 저장되어 결정된 잠수함 종류에 따른 가상의 잠수함 영상 파일이 판독되어 표시부(150)를 통해 디스플레이될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템에 의하면, 수중 무인 표적을 설정된 경로에 따라 무선으로 운항 제어하면서, 추진기 노이즈를 탐지하고, 탐지된 추진기 노이즈를 분석하여 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향을 결정하고, 결정된 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보에 기초하여 가상의 잠수함을 표시부를 통해 시뮬레이션함과 아울러 결정된 상기 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보를 디스플레이 하도록 구성됨으로써, 큰 공간을 차지하지 않고 저 비용으로 현실감 있게 대잠 훈련을 할 수 있게 한다.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 대잠 훈련 시뮬레이션 장치
C: 운항 제어부
R: 레이다
110: 음파 탐지부
120: 잠수함 종류 결정부
130: 잠수함 위치 결정부
140: 잠수함 속도 및 방향 결정부
150: 표시부
200: 수중 무인 표적
210: 음파 발생부
220: 타워

Claims (6)

  1. 잠수함의 추진기 노이즈를 발생하는 음파 발생부(210)가 장착되며 본체 상부에는 수면위로 부상했을 때 승무원의 비상탈출을 위한 타워(220)가 형성되어 있으며 설정된 경로에 따라 수중을 운항하도록 구성된 수중 무인 표적(200); 및
    상기 수중 무인 표적을 설정된 경로에 따라 무선으로 운항 제어하면서, 상기 추진기 노이즈를 탐지하고, 탐지된 추진기 노이즈를 분석하여 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향을 결정하고, 결정된 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보에 기초하여 가상의 잠수함을 표시부를 통해 시뮬레이션함과 아울러 결정된 상기 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보를 디스플레이 하도록 구성된 대잠 훈련 시뮬레이션 장치(100);를 포함하며,
    상기 대잠 훈련 시뮬레이션 장치(100)는
    상기 수중 무인 표적(200)을 설정된 경로에 따라 운항하도록 무선으로 제어하는 운항 제어부(C);
    상기 수중 무인 표적으로부터 발생되는 추진기 노이즈를 탐지하도록 구성된 복수 개의 음파 탐지부(110);
    상기 음파 탐지부로부터 탐지된 추진기 노이즈를 기초로 잠수함의 종류를 결정하도록 구성된 잠수함 종류 결정부(120);
    상기 탐지된 추진기 노이즈를 기초로 잠수함의 위치를 결정하도록 구성된 잠수함 위치 결정부(130);
    상기 탐지된 추진기 노이즈를 기초로 잠수함의 속도 및 방향을 결정하도록 구성된 잠수함 속도 및 방향 결정부(140); 및
    결정된 상기 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보에 기초하여 가상의 잠수함을 시뮬레이션함과 아울러 결정된 상기 잠수함의 종류, 위치, 속도 및 방향의 정보를 디스플레이 하도록 구성된 표시부(150);를 포함하며,
    상기 대잠 훈련 시뮬레이션 장치(100)는
    상기 수중 무인 표적(200)이 수면 위로 부상하는 경우, 레이저에 의해 타워(220)를 스캔하여 레이더 반사 면적 정보를 획득하도록 구성된 레이다(R)를 더 포함하는, 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 잠수함 종류 결정부(120)는 상기 음파 탐지부로부터 탐지된 추진기 노이즈 데이터를, 추진기 노이즈 데이터 및 잠수함 종류 데이터의 데이터 세트에 의해 기계학습된 인공신경망에 입력시켜, 잠수함의 종류를 결정하도록 더 구성된, 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 잠수함 위치 결정부(130)는
    상기 복수 개의 음파 탐지부(110)로부터 탐지된 복수 개의 추진기 노이즈 데이터를 기초로 삼각 측량법에 의해 잠수함의 위치를 결정하도록 더 구성된, 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 잠수함 속도 및 방향 결정부(140)는
    상기 복수 개의 음파 탐지부(110)로부터 탐지된 복수 개의 추진기 노이즈의 주파수 변화 및 강도 변화를 기초로 잠수함의 속도 및 방향을 결정하도록 더 구성된, 수중 무인 표적을 이용한 대잠 훈련 시뮬레이션 시스템.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101136751B1 (ko) * 2010-12-16 2012-04-19 국방과학연구소 수동소나 시스템의 표적 식별용 모의신호 발생장치 및 방법
KR101242715B1 (ko) 2011-10-24 2013-03-12 대우조선해양 주식회사 잠수함의 수중 위치정보 보정 시스템
CN114818113A (zh) * 2022-03-18 2022-07-29 四川九洲电器集团有限责任公司 一种水下目标探测识别仿真系统及方法

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