표제지
초록
Abstract
목차
1. 서론 16
1.1. 연구배경 16
1.2. 공중 교전 모의 관련 연구 사례 21
1.3. 연구내용 및 의의 25
1.4. 논문의 구성 27
2. 기본 전투기 기동 및 편대 전술 이론 28
2.1. 기본 전투기 기동 이론 28
2.1.1. Lead Turn 28
2.1.2. Nose-to-Nose & Nose-to-Tail Turns 31
2.2. 전투기 편대 대형 및 전술 이론 34
2.2.1. 편대 대형 34
2.2.2. 편대 전술 35
3. 공중 교전 시뮬레이션 환경 구성 38
3.1. 전투기 운동 모델 38
3.1.1. Dynamic Equation 39
3.1.2. Kinematic Equation 40
3.1.3. 전투기 운동 모델 검증 40
3.2. 교전 기하 모사 42
3.2.1. 측면각(Aspect angle) 42
3.2.2. 편차각(Deviation angle) 42
3.2.3. 상대 거리(Range) 43
3.3. 무인 공중 교전 알고리즘 44
3.3.1. 무인 공중 교전 알고리즘 개요 44
3.3.2. 무인 공중 교전 알고리즘 44
3.3.3. 스코어 함수 행렬(Score Function Matrix) 45
3.3.4. 스코어 함수(Score Function) 46
3.3.5. 교전 방향(orientation)에 따른 교전 상황 정의 49
3.3.6. 다대일 교전을 위한 적기의 목표물 선정 모듈 50
3.3.7. 격추 조건 53
3.3.8. 저성능 무인 전투기와 고성능 적기간의 공중 교전 시뮬레이션 53
3.4. 편대 비행 알고리즘 55
3.4.1. 트랙 유도 알고리즘 정의 55
3.4.2. 편대 비행 알고리즘 정의 56
4. 편대 전술 기동 모델 개발 59
4.1. 편대 전술 기동 모델 개요 59
4.2. 편대 전술 기동 모델의 전술 선정 60
4.3. 교전 파라미터에 따른 편대 대형 63
4.3.1. 공격기 선회 성능에 따른 편대 대형 64
4.3.2. 공격기의 교전 알고리즘 전환 시점에 따른 편대 대형 68
4.3.3. 편대와 적기 간 상대 거리에 따른 편대 대형 71
4.3.4. 교전 파라미터에 따른 편대 대형 영역 분석 의의 74
4.4. 편대 전술 기동 모델 기하 관계 정의 75
4.5. 인공 신경망을 이용한 편대 전술 기동 모델 76
4.5.1. 인공 신경망을 이용한 편대 전술 기동 모델 개발 방안 76
4.5.2. 인공 신경망 학습을 위한 데이터셋 생성 시나리오 79
4.5.3. 인공 신경망 학습을 통한 편대 전술 기동 모델 검증 81
5. 편대 전술 교전 모델 구성 및 시뮬레이션 83
5.1. 편대 비행 모듈에 따른 편대 전술 교전 모델 성능 검증 83
5.2. 적기 초기 위치에 따른 편대 전술 교전 모델 성능 검증 86
5.2.1. 편대 전술 교전 모델의 효용성 검증 87
5.2.2. 미끼 항공기 선회 성능에 대한 편대 전술 교전 모델 성능 분석(6G) 89
5.2.3. 무인 전투기 기동 성능 하향에 대한 편대 전술 교전 모델 성능 분석 91
5.2.4. 미끼 항공기 선회 성능에 대한 편대 전술 교전 모델 성능 분석(4G) 93
5.2.5. 기동 성능 및 미끼 항공기 선회 반경에 대한 교전 결과의 경향성 분석 95
6. 결론 96
6.1. 결론 및 요약 96
6.2. 향후 연구 96
참고 문헌 97
표 3.1. 무인 전투기 기동 특성 파라미터 40
표 4.1. 선도 선회를 유리하게 수행하기 위한 축별 고려사항 59
표 4.2. Head-on 교전 상황 편대 전술 기동 시뮬레이션을 위한 고정 조건 63
표 4.3. 편대 전술 기동 시뮬레이션을 위한 아군 공격기의 시뮬레이션 조건#1 64
표 4.4. 편대 전술 기동 시뮬레이션을 위한 아군 공격기의 시뮬레이션 조건#2 70
표 4.5. 공격기 롤 각도 별 격추 성공 영역 비(교전 알고리즘 전환 방위각 : 90deg) 71
표 4.6. 교전 파라미터에 의한 격추 성공 영역 비(head-on 2km) 72
표 4.7. 교전 파라미터에 의한 격추 성공 영역 비(head-on 1km) 73
그림 1.1. 에이스 프로젝트 추진 로드맵 16
그림 1.2. 무인기와 유인기의 임무 구분 17
그림 1.3. Concept of ACE Program 18
그림 1.4. 최신 무인 전투기에 적용되는 attritable system 19
그림 1.5. Krartos XQ-58A 20
그림 1.6. Boeing Loyal Wingman 20
그림 1.7. 기동 결정 인공신경망 개요 21
그림 1.8. 교전 기하에 따른 교전 스코어 22
그림 1.9. 교전 기하에 따른 교전 스코어 22
그림 1.10. 전투기 기동 결정 리스트 23
그림 1.11. 전투기 기동 결정을 위한 Score function matrix 23
그림 1.12. 편대 전술 교전모델 구성 26
그림 1.13. 편대 전술 교전 모델 개발 방향 26
그림 2.1. Lead Turn 29
그림 2.2. 비행경로 분리 조건에 의한 교전 유리 선회 조건 (Case 1) 30
그림 2.3. 비행경로 분리 조건에 의한 교전 중립/불리 선회 조건 (Case 2) 30
그림 2.4. 비행경로 분리가 없을 경우 교전 유리 선회 조건 (Case 1) 31
그림 2.5. 비행경로 분리가 없을 경우 교전 불리 선회 조건 (Case 2) 31
그림 2.6. Nose-to-Nose Turn을 통한 교전 조건 (Case 1) 32
그림 2.7. Nose-to-Nose Turn을 통한 교전 조건 (Case 2) 32
그림 2.8. Nose-to-Tail Turn을 통한 교전 조건 (Case 1) 33
그림 2.9. Nose-to-Tail Turn을 통한 교전 조건 (Case 2) 33
그림 2.10. Two-ship formation(Wedge) 34
그림 2.11. Two-ship formation(Fighting Wing) 34
그림 2.12. Two-ship formation(Line Abreast) 35
그림 2.13. Bracket 전술 36
그림 2.14. Sandwich 전술 36
그림 2.15. Defensive Split 전술 37
그림 3.1. 전투기 운동모델 구성도 38
그림 3.2. 2차원 전투기 운동 모델 좌표계 정의 39
그림 3.3. 전투기 운동모델 속도 명령 및 롤 각도 명령 추종 결과 41
그림 3.4. 교전 상황 위치 기하 42
그림 3.5. 측면각 정의 43
그림 3.6. 공중 교전 모델 구성도 44
그림 3.7. 전투기 운동모델 5가지 기동 정의 45
그림 3.8. Score Function Matrix 46
그림 3.9. 2차원 전투기 공중 교전 기하 47
그림 3.10. 측면각/편차각에 따른 공격/수비 상황 정의 48
그림 3.11. 교전 방향에 따른 교전 상황 정의(UCAV 유리 조건) 49
그림 3.12. 교전 방향에 따른 교전 상황 정의(중립 조건) 49
그림 3.13. 교전 방향에 따른 교전 상황 정의(Fighter 유리 조건) 50
그림 3.14. Fighter기준 불리한 교전 상황 51
그림 3.15. Fighter기준 중립 교전 상황 52
그림 3.16. Fighter기준 유리한 교전 상황 52
그림 3.17. 격추 조건 정의 53
그림 3.18. 저성능 무인 전투기와 고성능 적기간의 공중 교전 시뮬레이션(head-on) 54
그림 3.19. 저성능 무인전투기와 고성능 적기간의 공중 교전 시뮬레이션(수비 상황) 54
그림 3.20. 트랙 유도 알고리즘 구성도 55
그림 3.21. 항공기 롤각 및 방위각 변화량 56
그림 3.22. 오프셋 된 선도기 유도 라인 57
그림 3.23. 2차원 편대 기하 구조 57
그림 3.24. 편대 비행 검증 결과 #1 - 순항 58
그림 3.25. 편대 비행 검증 결과 #2 - 선회 58
그림 4.1. 성능 차이에 대한 Bracket 전술 교전 결과(좌:동일 기종, 우:저성능 기종) 61
그림 4.2. 성능 차이에 대한 Sandwich 전술 교전 결과(좌:동일 기종, 우:저성능 UCAV 편대) 61
그림 4.3. Head-on 교전 상황의 sandwich 편대 전술 62
그림 4.4. Head-on 교전 상황 격추 성공 예시 65
그림 4.5. Head-on 교전 상황 격추 실패 예시 - 횡 방향 분리 65
그림 4.6. Head-on 교전 상황 격추 실패 예시 - 종 방향 분리 66
그림 4.7. 적기 격추여부 별 편대 대형 영역(공격기 롤 각 명령 50 deg) 66
그림 4.8. 롤 각 명령 별 공격기 편대 대형 영역 67
그림 4.9. 교전 모델 동작 여부에 따른 교전 결과 비교 68
그림 4.10. 공격기 방위각 정의 69
그림 4.11. 교전 모델 동작 여부에 따른 격추 성공 편대 영역(전환 방위각 90deg) 70
그림 4.12. 공격기 롤 각도 명령 별 격추 성공 편대 영역(전환 방위각 : 90deg) 71
그림 4.13. 편대 전술 기동 모델 개발 방향 74
그림 4.14. 2 대 1 head-on 교전 상황 편대 기동 기하 관계 정의 75
그림 4.15. 인공 신경망을 이용한 전술 교전 모델 개념 76
그림 4.16. 학습 데이터 간소화를 위한 고정 기하 변수 식별 77
그림 4.17. 간소화된 Head-on 교전 전술 신경망 구조 78
그림 4.18. 신경망 학습을 위한 데이터셋 생성 절차 79
그림 4.19. 신경망 학습을 위한 데이터셋 영역 80
그림 4.20. 신경망 학습을 통한 임무 성공 편대 대형 영역 81
그림 4.21. 학습된 전술 기동 모델을 통한 교전 시뮬레이션 결과 82
그림 5.1. 편대 비행 모듈이 없는 교전 시뮬레이션 결과 : 격추 실패 84
그림 5.2. 편대 비행 모듈이 탑재된 교전 시뮬레이션 결과 : 격추 성공 #1 84
그림 5.3. 편대 비행 모듈이 탑재된 교전 시뮬레이션 결과 : 격추 성공 #2 85
그림 5.4. 편대 비행 모듈이 탑재된 교전 시뮬레이션 결과 : 격추 성공 #3 85
그림 5.5. SFM알고리즘(편대 전술 미탑재)을 이용한 교전 결과 87
그림 5.6. 인공 신경망 기반 편대 전술 기동 모델을 이용한 교전 결과 88
그림 5.7. 인공 신경망 기반 편대 전술 교전 모델을 이용한 교전 결과 88
그림 5.8. 미끼의 선회 가속도 제한에 따른 교전 결과(최대 기동 가속도의 50%) 89
그림 5.9. 미끼의 선회 가속도 제한에 따른 교전 결과(최대 기동 가속도의 67%) 89
그림 5.10. 미끼의 선회 가속도 제한에 따른 교전 결과(최대 기동 가속도의 83%) 90
그림 5.11. 미끼의 선회 가속도 제한에 따른 교전 결과(최대 기동 가속도의 100%) 90
그림 5.12. SFM알고리즘(편대 전술 미탑재)을 이용한 교전 결과(기동가속도 6G) 91
그림 5.13. SFM알고리즘(편대 전술 미탑재)을 이용한 교전 결과(기동가속도 4G) 92
그림 5.14. 편대 전술 교전 모델을 이용한 교전 결과(기동가속도 4G)) 92
그림 5.15. 미끼의 선회 가속도(4G) 제한에 따른 교전 결과(최대 기동 가속도의 50%) 93
그림 5.16. 미끼의 선회 가속도(4G) 제한에 따른 교전 결과(최대 기동 가속도의 67%) 93
그림 5.17. 미끼의 선회 가속도(4G) 제한에 따른 교전 결과(최대 기동 가속도의 83%) 94
그림 5.18. 미끼의 선회 가속도(4G) 제한에 따른 교전 결과(최대 기동 가속도의 100%) 94
그림 5.19. 기동 성능 및 미끼 항공기의 선회 반경에 대한 교전 결과 95