한국형 미사일 방어체계 특성과 전략적 타격체계 효과를 고려한 다층방어 요격미사일 운용방안 연구

서민수(Minsu Seo),마정목(Jungmok Ma) 한국시뮬레이션학회 2021 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.30 No.1

한국군은 북한의 탄도미사일 위협에 대응하기 위해 단층방어의 취약점을 보완할 수 있는 다층방어를 구성 중이다. 이에 따라 다층방어체계의 요격률을 극대화 할 수 있는 운용방안 연구가 필요하며, 한국형 미사일 방어체계의 운용방안을 연구하기 위해서는 한국군의 작전환경, 전략적 타격체계의 효과 등을 종합적으로 고려해야 할 것이다. 따라서 본 연구는 한국형 미사일 방어체계의 특성을 반영한 시뮬레이션을 구성하고 총 4가지 요격미사일 운용방안을 선정하여 비교분석 하였다. 시뮬레이션 결과, 탄도미사일 위협 추정량과 요격미사일 보유량, 전략적 타격체계의 효과를 종합적으로 고려하는 것이 다양한 상황에서 높은 요격률을 달성할 수 있음을 확인하였다. In order to respond to the ballistic missile threat of North Korea, the ROK military is constructing a multilayered defense that can minimize the vulnerability of single-layered defense. Accordingly, it is necessary to study an operation plan which can maximize the intercept rate of a multi-layered defense system. And to study the operation plan of the Korean missile defense system, it must be considered that the operational environment of the Korean military and the effects of the strategic strike system. Therefore, this study proposes a simulation model that reflects the characteristics of the Korean missile defense system and analyzes four interceptor missile operation plans. The simulation result indicates that a high intercept rate can be achieved in various situations by comprehensively considering the ballistic missile threat estimate, interceptor missile reserve, and the strategic strike system effect.

시뮬레이션 모델기반 국방체계 설계를 위한 역방향 시뮬레이션

최선한,김탁곤,진기병,박경태,신동조,Choi, Seon Han,Kim, Tag Gon,Jin, Ki Byung,Park, Kyung Tae,Shin, Dong Cho 한국시뮬레이션학회 2020 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.29 No.3

시뮬레이션 모델을 통해 가상 전장에서 국방체계의 효과도를 분석하는 것을 순방향 시뮬레이션이라고 할 때, 높은 효과도를 가지는 국방체계를 설계하기 위해서는 역방향 시뮬레이션이 요구된다. 즉 효과도 분석 모델을 바탕으로 높은 효과도를 달성하기 위한 군사 장비들의 제원 및 성능, 그리고 운용 전술을 역으로 도출해야 한다. 하지만 역모델을 도출할 수 없는 시뮬레이션 모델의 특성상 역방향 시뮬레이션은 많은 순방향 시뮬레이션 반복을 요구하므로 효율성의 문제를 초래한다. 본 논문에서는 반복 횟수를 줄임으로 역방향 시뮬레이션을 효율적으로 수행하기 위한 다양한 알고리즘을 제시하고, 실무자가 이들을 손쉽게 활용하기 위한 역방향 시뮬레이션 도구를 소개한다. 실무자는 본 도구를 바탕으로 다양한 역방향 시뮬레이션 알고리즘을 활용하여 국방체계 설계를 위한 역방향 시뮬레이션을 손쉽게, 또 효율적으로 수행할 수 있다. 전함의 방어 시스템 설계와 군사 네트워크 시스템 설계에 대한 사례 연구는 이를 입증한다. When analyzing the effectiveness of a defense system in a virtual battlefield with a simulation model is referred to as forward simulation, reverse simulation is required to design a good defense system with high effectiveness. That is, using the simulation model, it is necessary to find the engineering factors, measures of performance, and operational tactics that are demanded to achieve high effectiveness of the system. However, the efficiency of reverse simulation is still a concern since many replications of forward simulation are required for conducting reverse simulation. In this paper, we introduce various efficient algorithms to reduce the number of replications and a reverse simulation tool for utilizing these algorithms easily. The tool allows practitioners to easily and efficiently conduct reverse simulation for design a good defense system based on simulation models. This is demonstrated with the case studies on the design of warship's defense system and the design of military network system.

무기체계 교전 시뮬레이션을 위한 매트랩 기반 이산사건시뮬레이션 프레임워크의 개발

황근철,이민규,김정훈,Hwang, Kun-Chul,Lee, Min-Gyu,Kim, Jung-Hoon 한국시뮬레이션학회 2012 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.21 No.2

시뮬레이션 프레임워크는 시뮬레이션 응용 프로그램의 개발을 지원하는 기반 소프트웨어이다. 본 논문은 공학용 프로그래밍 언어로 광범위하게 사용되는 매트랩을 이용하여 개발된 이산사건시뮬레이션 프레임워크의 개발 과정을 기술하고 있다. 매트랩 객체지향프로그래밍을 토대로 새롭게 개발된 프레임워크는 매트랩 언어의 편리성과 이산사건시뮬레이션 형식론(DEVS: Discrete EVent System Specification Formalism)이 가지는 뛰어난 개발 방법론을 결합시킴으로써 무기체계 교전 시뮬레이션 프로그램 개발에서 요구되는 생산성, 유연성, 확장성을 제공한다. 더불어 매트랩의 병렬컴퓨팅 기술을 적용한 배치(Batch) 시뮬레이션 기능을 제공함으로써 몬테카를로 시뮬레이션 수행시 컴퓨터 환경에서 지원되는 CPU 코어의 수에 비례하여 응용 프로그램의 연산성능을 향상시킨다. Simulation Framework is a basic software tool used to develop simulation applications. This paper describes the development of a discrete event simulation framework based on DEVS(Discrete EVent System Specification) formalism, using MATLAB language which is widely used in technical computing and engineering disciplines. The newly developed framework utilizing MATLAB object oriented programming combines the convenience of MATLAB language and the sophisticated architecture of the DEVS formalism. Hence, it supports the productivity, flexibility, extensibility that are required for the simulation application software development of the weapon systems engagement. Moreover, it promises a simulation application the increased the computation speed proportional to the number of CPU of a multi-core processor, providing the batch simulation functionality based on MATLAB parallel computing technology.

수중 교전 모의를 위한 HLA/RTI 기반 시뮬레이션의 모니터링 시스템 구축 연구

함원경,정용호,최종엽,박상철,Hwam, Won K.,Chung, Yongho,Choi, Jong-Yeob,Park, Sang C. 한국시뮬레이션학회 2013 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.22 No.2

본 연구에서는 수중 환경에서의 교전급 모의를 위한 분산 시뮬레이션 시스템에서 모니터링 시스템을 설계 및 구축한다. 국방 분야에서 모델링 및 시뮬레이션(M&S)을 통한 검증은 비용, 시간, 및 노력의 측면에서 효율적인 접근 방법으로 주목되어 왔으며, 무기체계의 도입의 각 단계에서 시뮬레이션 기반의 획득(Simulation-Based Acquistion : SBA)이 필수 프로세스로 지정되었다. 그러나 복잡한 전장 환경을 전반적으로 묘사하는 방대한 시뮬레이션 시스템의 개발은 많은 자원을 요구한다. 따라서 이미 개발된 한정적인 목적을 갖는 시뮬레이터들을 조합하여 새로운 시뮬레이션 시스템을 구축하는 분산 시뮬레이션 시스템을 통해 시스템의 개발에 투입되는 비용 및 시간의 절약이 가능하다. 분산 시뮬레이션 시스템 중 High-Level Architecture(HLA)는 미국 표준으로 지정되었고, 이것을 구현한 Run-Time Infrastructure(RTI)는 미들웨어로서 효율적인 분산 시뮬레이션 시스템의 구축을 도와준다. 본 연구의 핵심 목적은 HLA/RTI 기반의 수중 교전 모의 시뮬레이션 시스템에서 수행 목적에 적합한 모니터링 요소를 도출하고, 그 체계 및 표현 방안을 설계하여 시뮬레이션을 분석하는 시스템의 구현에 있다. This paper presents design and implementation of the monitoring system for the distributed simulation of underwater warfare. As importance of defense modeling and simulation(M&S) has raised, Simulation-Based Acquisition(SBA) was authorized for an obligatory process in the development process of weapon systems. Yet, it requires tremendous resources to develop a large-scale simulation system that describes complex and broad battlefields. Therefore, an approach of the distributed system was devised to develop a new simulation system combining legacy simulators that were developed for confined purpose and sole operations. High-Level Architecture(HLA) of distributed systems is a standardized protocol by IEEE for the distributed simulation system and Run-Time Infrastructure(RTI) is an implementation of HLA to structure efficient distributed systems. The main objective of this paper is to derive appropriate monitoring factors for underwater warfare simulation, design and implementation of the monitoring system to analyze the factors based on HLA/RTI.

조선 공정 계획의 수립 완성도 향상을 위한 이산 사건 및 이산 시간 혼합형 시뮬레이션 프레임워크

차주환,노명일,방경운,이규열,Cha, Ju-Hwan,Roh, Myung-Il,Bang, Kyung-Woon,Lee, Kyu-Yeul 한국시뮬레이션학회 2008 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.17 No.4

본 연구에서는 조선 공정 계획의 수립 완성도 향상을 위한 다양한 시뮬레이션 시스템의 개발을 지원하는 시뮬레이션 프레임 워크(simulation framework)를 제안하였다. 그리고 제안된 시뮬레이션 프레임워크의 핵심 부분인 시뮬레이션 커널을 구현하였다. 구현된 시뮬레이션 커널은 이산 사건(discrete event)과 이산 시간(discrete time) 시뮬레이션뿐만 아니라 이들이 혼합된 형태의 시뮬레이션도 처리 가능하도록 하였다. 제안된 시뮬레이션 프레임워크의 효율성과 효용성을 평가하기 위해, 이를 조선 분야의 블록 탑재 공정(block erection process)에 적용하였다. 그 결과, 제안된 시뮬레이션 프레임워크가 조선 공정 계획을 위한 다양한 시뮬레이션 시스템을 개발하는데 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다. In this study, a simulation framework, which can support developing various simulation systems for the improvement of process planning in shipbuilding such as the block erection, the block turn-over, and so on, is proposed. In addition, a simulation kernel, which is a key component of the simulation framework, is implemented according to the concept of the combined discrete event and discrete time simulation. To evaluate the efficiency and applicability of the proposed simulation framework, it is applied to the block erection process in shipbuilding. The result shows that the proposed simulation framework can provide the consistent, integrated development environment for a simulation system, as compared with existing studies and commercial simulation systems.

토픽 모델링을 이용한 시뮬레이션 연구 동향 분석

나상태,김자희,정민호,안주언,Na, Sang-Tae,Kim, Ja-Hee,Jung, Min-Ho,Ahn, Joo-Eon 한국시뮬레이션학회 2016 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.25 No.3

시뮬레이션의 활용범위와 기법이 나날이 다양해지면서 시뮬레이션의 최신 연구 동향을 분석하고 이를 대학 교육과 연구에 적용하는 노력이 요구된다. 기존에는 트렌드 분석을 위해 문헌조사 또는 전문가 평가와 같은 정성적인 연구방법이 주로 사용되었으나 이런 방법들은 많은 시간과 비용이 소요될 뿐만 아니라 전문가의 주관적인 관점이 반영될 가능성이 있다. 본 연구에서는 객관적 분석을 위해 국내 학술 논문에 대하여 토픽분석을 포함한 정량적 분석을 실시하였다. 그 결과 국내에서는 시뮬레이션이 전기전자 분야에서 가장 활발하게 활용된다는 사실을 발견하였다. 또한 사회 과학에서는 교육 및 오락의 목적으로도 활용됨을 알 수 있었다. 이 연구 결과는 국내 시뮬레이션 연구와 한국 시뮬레이션 학회가 어떤 방향으로 발전할지를 예측하는 데 도움이 된다. 본 연구결과는 시뮬레이션 활용 연구 분야의 핵심 토픽을 도출하기 위하여 텍스트마이닝 기반의 트렌드분석에 대한 활용 가능성을 제시하고, 텍스트마이닝이 미래예측 키워드를 도출하는 유용한 방법임을 증명하였으며, 전문가들의 정성적인 자료를 보조하는 정량적인 자료분석 방법으로 유용할 것으로 기대된다. The recent diversification in terms of the scope and techniques used for simulations has highlighted the importance of analyzing state of the art trends and applying these for educational and study purposes. While qualitative methods such as literature research or experts' assessments have previously been used, such methods are in fact likely to reflect the subjective viewpoint of experts, and to involve too much time and money for the results obtained. For the purpose of an objective analysis, a quantitative analysis that included the examination of topics found in domestic academic journal articles was conducted in the present study. In this regard, simulation was found to be most actively used domestically in the electrical and electronic fields. In addition, simulation was also found to be employed for the purpose of education and entertainment in the social sciences. The results of this study are expected to help to facilitate the prediction of the direction of the development of not only the Korea Society for Simulation, but also domestic simulation studies. This study also raises the possibility of applying text mining to trend analysis, and proves that it can be a useful method for deriving future key topics and helping experts' decisions regarding quantitative data.

Virtual-Constructive 시뮬레이션 연동을 활용한 공중전 전투 실험

김동준(Dongjun Kim),신용진(Yongjin Shin),안경수(Kyeong-Soo An),김영곤(Young-Gon Kim),문일철(Il-Chul Moon),배장원(Jang Won Bae) 한국시뮬레이션학회 2021 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.30 No.1

시뮬레이션을 통하여 경험하기 어려운 사건을 가상적으로 체험할 수도 있으며, 분석을 수행할 수도 있다. 국방시뮬레이션 분야에서 이런 체험을 기반으로 Virtual 시뮬레이션이 연구 개발되고 있으며, 분석을 위하여 Constructive 시뮬레이션이 연구 개발되고 있다. 이런 시뮬레이션을 연동하여, VC(Virtual-Constructive) 시뮬레이션 환경을 구성할 수 있고, VC 시뮬레이션 환경은 전투 환경의 가상적인 경험과 교전개체의 지능적인 전술을 동시에 시험할 수 있는 환경이다. 또한, 최근의 인공지능 연구를 위해, 사람의 행동을 학습하는 이미테이션 학습 혹은 역강화학습 분야는 VC 환경에서 수집된 인간 행동 데이터를 필요로 한다. 제시된 연구는 공중전 분야에 VC 시뮬레이션 환경의 사례를 보여주며, 이를 통해 수집된 인간 행동 데이터의 특징을 분석하고 있다. 본 논문을 통하여, 공중전 분야 VC 시뮬레이션 환경이 어떻게 구축될 수 있으며, 인공지능 학습을 위하여 어떻게 활용될 수 있는지 보여준다. Simulations enable virtually experiencing rare events as well as analytically analyzing such events. Defense modeling and simulation research and develops the virtual and the constructive simulations to support these utilizations. These virtual and constructive(VC) simulations can interoperate to simultaneously virtual combat experience as well as evaluations on tactics and intelligence of combat entities. Moreover, recently, for artificial intelligence researches, it is necessary to retrieve human behavior data to proceed the imitation learning and the inverse reinforcement learning. The presented work illustrates a case study of VC interoperations in the aircombat scenario, and the work analyze the collected human behavior data from the VC interoperations. Through this case study, we discuss how to build the VC simulation in the aircombat area and how to utilize the collected human behavior data.

항공 전투 시뮬레이션의 합성전장환경 구축을 위한 환경 데이터 관리 및 공급 방안

양가람,함원경,박상철,Yang, Ka-Ram,Hwam, Won K.,Park, Sang C. 한국시뮬레이션학회 2013 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.22 No.3

본 논문에서는 항공전장 환경의 구축을 통한 항공 무기체계의 가상시험에 환경적 영향을 반영하여 모의할 수 있도록 환경데이터를 제공하기 위한 내용을 수행하였다. 항공 전투 시뮬레이션에서 전투 개체들이 모의하는 작전은 환경 영향에 의하여 그 달성 결과가 달라져야 한다. 본 연구에서는 항공 전투 시뮬레이션 시스템에 합성전장환경 구축을 위해, 실제 항공 전장환경을 분석하여 합성전장환경을 설계한다. 설계한 합성전장환경의 구현을 위해 적합한 실제 환경 데이터를 수집하고, 수집된 환경데이터를 기반으로 합성전장환경 구축을 위해 공간 보간법(GIS, Geographic information system interpolation)을 활용하여 데이터를 가공한다. 본 논문의 최종 목적은 항공 전투 시뮬레이션에 환경 영향을 반영하기 위해 대기 환경 속성의 스펙트럼 중 시뮬레이션에서 요구하는 속성을 도출하여 합성전장환경을 설계하고, 실제 대기 데이터를 기반으로 설계된 합성전장환경을 구현한다. 구현된 합성전장환경을 분산 시뮬레이션 시스템에서 환경 데이터 요구에 대해 전장환경 데이터를 제공하여 시뮬레이션 시스템이 실제 환경 데이터에 기반한 합성전장환경을 시뮬레이션에 반영할 수 있게 한다. In this paper, there is a research for providing environmental data to reflect environmental effects to the simulation for the aviation weapon systems by the construction of the synthetic battlefield. The results of the aviation engagement simulation are able to differ by environmental effect. This paper analyzes the real aviation battlefield and designs the synthetic battlefield based on the analysis. In order to construct the designed synthetic battlefield, we collects the real environmental data for the atmosphere and structures the collected data using GIS (Geographic information system interpolation). The main objective of this paper is to design the synthetic battlefield based on the derived environmental factors from the analysis of the real aviation battlefield, and it constructs the designed synthetic battlefield by the collection of real atmosphere data. The constructed synthetic battlefield provides the environmental data which are requested from the distributed simulation system, and it makes the system reflect environmental effects to the simulation.

A-마트 저온제품 종합물류센터 실시설계를 위한 시뮬레이션

전병학,장성용,Jeon, Byoung-Hack,Jang, Seong-Young 한국시뮬레이션학회 2006 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.15 No.4

본 논문에서는 A-마트 저온제품 종합물류센터 실시설계 대안별 검증을 통해 신뢰성을 향상하고, 추가 보완사항을 발굴하여 개선하고, 설계의 편의를 제공하기 위한 시뮬레이션 모델을 개발하여 물류센터 설비 및 레이아웃, 운영 방안에 대해 종합적인 대안을 제시하였다. 시뮬레이션을 통한 총 5가지 품종을 65점별로 분류하는 작업장과 각 마트별 출고 대기장을 모델링에 반영하였으며, 운영시간 내에 처리 가능한 작업 파트별 작업자의 수와 작업자 가동률, 각 작업 대기장 및 하역장의 대기용량의 수준을 평가요소로 반영하였다. 또한 입/출고 도크의 가동률과, 팔레트 처리를 위한 운반장비의 가동률을 성능평가 요소로 반영하였다. 개발된 시뮬레이션 모델에서는 실제감 있는 2차원 애니메이션을 통해 시뮬레이션상의 물류의 이상 발생을 시각화하여 보여주도록 하였다. 시뮬레이션의 결과에 대한 평가 요소 및 대안별 정량적 분석을 통해 A-마트 저온제품 종합물류센터의 종합적인 운영방안을 제시하였다. This paper deals with the simulation model for design and operations of A-Mart logistic center for low temperature products. In developed simulation model, receiving docks, digital classification system (DCS), shipping docks, material handling devices and manual sorting stations are considered. Five types of cargo such as fruits, palletized fruits, delicatessen and fisheries, vegetables and refrigerated cargoes are considered. The simulation model and process animation are developed using the simulation package ARENA. Among various design and operation alternatives consisting of the number of workers of receiving dock, allocation of receiving docks by cargo types, DCS capacity, the number of folk-lift, the number of manual sorting operators and overall layout, the best alternatives of each subsystem are selected by simulation analysis. The major performance measures such as DCS throughput, utilization of operators at each station, receiving docks utilization and folk-lift utilization are considered for the alternative evaluation.

유도무기의 비행 시나리오 설계 및 유도조종 성능분석을 위한 모듈화 기반 시뮬레이션 환경 개발

김혜성,안유영,이창선,나형진 한국시뮬레이션학회 2022 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.31 No.4

This paper describes the development of a modular simulation environment to analyze the performance of guided weapons. For the reusability of the simulation environment, components of the guided weapon simulation are modularized based on MATLAB Simulink. And the module management system is implemented based on Excel and MATLAB GUI for simulation interface and module management. In addition, a method of integration for modules with different interface and a method to set up the guidance and control phase for designing a guided flight scenario are suggested. Finally, to verify the performance of the implemented simulation environment, it was compared with the existing simulation results. 본 논문에서는 유도무기 성능분석을 위한 모듈화 기반 시뮬레이션 환경 개발에 관한 내용을 기술한다. 시뮬레이션 환경의 재사용성을 위하여 유도무기의 시뮬레이션 구성 요소들을 MATLAB Simulink를 기반으로 모듈화하였다. 그리고 시뮬레이션 인터페이스 및 모듈 관리를 위하여 Excel 및 MATLAB GUI 기반의 모듈 관리체계를 구현하였다. 또한 동일하지 않은 인터페이스로 설계된 모듈들을 통합하는 방안과 유도비행 시나리오 설계를 위해 유도/조종 단계를 구성하는 방안을 제시하였다. 최종적으로, 구현한 시뮬레이션 환경의 성능검증을 위하여 기존 시뮬레이션 결과와 비교하였다.