효과분석 기반의 대기뢰전 무인해양체계 아키텍처 최적화 방안에 관한 연구 = Study on Optimal Architecture of Unmanned Marine System for Mine Countermeasure Based on MOE

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 기존 연구와 기뢰 및 기뢰대항전 관련 세계적인 발전방향을 토대로 효과분석 기반의 대기뢰전 무인체계 아키텍처 최적화 방안을 도출하기 위하여 수행되었다.
기뢰는 작고 은닉하기 쉬우며 획득 비용이 저렴하여 해군무기체계에서 가장 비용대 효과가 좋은 경제적인 무기다. 대기뢰전에 대한 발전방향을 제시하기 위하여 먼저 기뢰를 발화방식, 부설위치, 부설수단에 따라 분류하고 미국, 러시아, 중국, 일본 등의 외국 기뢰현황을 분석하였다. 기뢰의 발전방향은 자체 운용성능과 대기뢰전 대항능력이 계속적으로 향상되면서 복합무기체계로 발전해 나가고 있음을 알 수 있었다. 미해군 등에서 운용하고 있는 대기뢰전 체계를 상세히 살펴보고 대기뢰전 발전방향을 제시하였다.
무인해양정은 광범위한 전쟁임무를 지원하는 미래 전장과 전술적 운용에서 필수적인 기술로 인식되고 있다. 그러한 임무 중 대기뢰전은 가장 부분을 차지하고 있다. 무인해양정을 위치, 제어, 기능에 따라 분류하고 대기뢰전, 대잠전, 정보감시정찰, 대함전 등에 대한 운용개념을 제시하였다. 무인잠수정 및 무인수상정에 대한 핵심기술과 국내 및 국외 개발현황을 소개하고 발전방향을 제시하였다. 체계공학 절차에 따라 기뢰탐색을 위한 대기뢰전 무인해양시스템 아키텍처 개념을 정립하고 무인잠수정만으로 구성된 MCM1(대기뢰전1)과 무인수상정과 무인잠수정으로 구성된 MCM2(대기뢰전2)로 구분하여 제안하였다. MCM1은 INS/ DVL 방식의 무인잠수정 항법시스템을 적용하여 주기적으로 수면부상을 통한 GPS 보정을 수행하고 MCM2는 무인수상정과 무인잠수정에 절대위치를 측정할 수 있는 USBL을 탑재하여 무인잠수정이 탐색구역 내에서 지속적으로 잠항하여 임무를 수행할 수 있다.
무인해양시스템을 이용한 대기뢰전 효과도 분석을 위해 운용속도에 따라 MCM1-3kts, MCM2-3kts 및 MCM2-5kts로 구성하고 유효구역 탐색률, 탐색수준, 위치오차에 대한 효과도 분석을 수행하였다. 시뮬레이션 결과 MCM2-5kts의 유효구역 탐색률이 가장 높았으며 USBL을 적용한 MCM2의 위치오차가 작아 무인수상정과 무인잠수정으로 구성된 MCM2가 대기뢰전 무인화체계에 효과적인 방안임을 확인하였다. 본 논문은 효과도분석을 기반으로 대기뢰전을 위한 무인수상정과 무인잠수정 아키텍처를 제안한다.

목차 (Table of Contents)

• 1.서론 1
• 1.1.연구배경 및 목적 1
• 1.2.연구 동향 3
• 1.3.연구 방법 3
• 1.4.논문 구성 4
• 2.기뢰전 및 무인해양체계 관련 이론 고찰 6
• 2.1.기뢰전 6
• 2.1.1.기뢰전 정의 및 분류 6
• 2.1.1.1.기뢰 분류 7
• 2.1.1.2.기뢰 현황 9
• 2.1.1.2.1.한국 기뢰 현황 9
• 2.1.1.2.2.미국 기뢰 현황 9
• 2.1.1.2.3.러시아 기뢰 현황 11
• 2.1.1.2.4.중국 기뢰 현황 13
• 2.1.1.2.5.유럽 기뢰 현황 15
• 2.1.1.2.6.일본 기뢰 현황 16
• 2.1.1.3.기뢰 발전 방향 17
• 2.1.1.3.1.운용성능 향상 17
• 2.1.1.3.2.대기뢰대항 능력 발달 18
• 2.1.1.3.3.복합무기체계 18
• 2.1.2.대기뢰전 19
• 2.1.2.1.대기뢰전 분류 20
• 2.1.2.2.대기뢰전 현황 23
• 2.1.2.3.대기뢰전 발전방향 28
• 2.2.무인해양체계 31
• 2.2.1.무인해양정 분류 31
• 2.2.2.무인해양정 운용개념 35
• 2.2.2.1.운용개념 일반 35
• 2.2.2.2.대기뢰전 운용개념 35
• 2.2.2.3.대잠전 운용개념 36
• 2.2.2.4.정보감시정찰 운용개념 37
• 2.2.2.5.대함전 운용개념 37
• 2.2.2.6.기타 운용개념 37
• 2.2.3.무인잠수정 38
• 2.2.3.1.핵심기술 40
• 2.2.3.1.1.선형/선체 기술 42
• 2.2.3.1.2.추진 기술 42
• 2.2.3.1.3.수중통신기술 43
• 2.2.3.1.4.수중항법기술 44
• 2.2.3.1.5.에너지 기술 48
• 2.2.3.1.6.소나 기술 49
• 2.2.3.1.7.자율제어 기술 49
• 2.2.3.2.국내현황 51
• 2.2.3.3.국외현황 53
• 2.2.3.4.발전방향 55
• 2.2.4.무인수상정 56
• 2.2.4.1.핵심기술 58
• 2.2.4.2.국내현황 59
• 2.2.4.3.국외현황 60
• 2.2.4.4.발전방향 63
• 3.무인해양체계 아키텍처 분석 및 설계 64
• 3.1.체계공학 절차 64
• 3.2.체계 분석 66
• 3.3.무인해양체계 아키텍처 설계 69
• 3.3.1.MCM1 아키텍처 설계 69
• 3.3.2.MCM2 아키텍처 설계 72
• 3.4.추진체계 및 항법시스템 설계 79
• 3.4.1.추진체계 설계 79
• 3.4.2.항법시스템 설계 84
• 3.4.2.1.관성항법장치 85
• 3.4.2.2.INS/DVL 복합항법 88
• 3.4.2.3.MCM1 항법시스템 93
• 3.4.2.4.MCM2 항법시스템 94
• 4.대기뢰전 무인해양체계 최적화 방안 96
• 4.1.기뢰탐색 효과도 분석 96
• 4.1.1.MOE 96
• 4.1.2.시뮬레이션 98
• 4.1.2.1.시뮬레이션 조건 98
• 4.1.2.2.효과도 분석 결과 105
• 4.2.추진체계 및 항법시스템 최적화 107
• 4.2.1.추진체계 107
• 4.2.2.항법시스템 108
• 5.결론 110
• 5.1.결론 110
• 5.2.활용방향 111
• 5.3.추후 연구과제 111
• 참고문헌 112
• 국문요약 117
• ABSTRACT 118

참고문헌 (Reference)

1 박경진, 이호균, 박영빈, "국방과학기술조사서", 국방기술품질원, 제5권, 2013

2 국방기술품질원, "GlobalDefenseNwes,제1020호", 2014

3 문일성, 최현택, 이판묵, 이종무, "AUV의추진성능추정기법연구", 한국해양공학회, 한국해양공학회지,제23권,4호,pp.47∼51, 2009

4 김문환, Kim, Chan-Ki, Yoon, Jae-Moon, Lee, Sim-Yong, Hwang, A-Rom, Kim, Moon-Hwan, 황아롬, 이심용, 윤재문, 김찬기, "무인잠수정기뢰탐색 효과도분석", 한국군사과학기술학회, 한국군사과학기술학회지,Vol.14,No.5,pp.781∼787, 2011

5 최중락, "수중로봇 개발 동향 및 핵심기술", 제어·자동화·시스템공학회, 제어로봇시스템학회지, 제19권제3호,pp.29∼41., 2013

6 김두기, 최중락, 김찬기, "군사용무인잠수정(UUV)의개발동향", 한국방위산업진흥회, 국방과기술,무기체계논단20122pp.52∼69., 2012

7 김도완, 이호재, 서주노, "자율무인잠수정운항기술발전동향", 제어 로봇 시스템 학회, 제 어로봇시스템학회지,제17권제2호,pp.36∼46., 2011

8 방위사업청, "시스템엔지니어링가이드북Version1.0", 2007

9 박원규, 홍성율, 최형식, 장하용, 소명옥, 박한일, "300W급BLDC모터 반기의수중추진체개발", 한국마린엔지니어링학회지,제34권제8호, pp.1128∼1134., 2010

10 윤선일, 홍진석, 이상영, 권철범, "INS/DR결합방식무인잠수정항 법시스템", 제9회해양무기학술대회, 2012

11 김준영, 최형식, "무인잠수정(AUV)의연구개발현황및전망", 대한조선학회, 대한 조선학회지,제49권제3호,pp.25∼30., 2012

12 이기영, "국방해양무인기술개발추진전략및현황", 제2회국방무 인로봇기술심포지엄,pp.64∼79, 2014

13 김정훈, "한국해군의기뢰전력향상전략에관한연구", 경남대학교 경영대학원, 경남대학교 석사학위논문, 2007

14 박용곤종, "무인잠수정의DVL보정항법을위한축소모델분석", 서울대학교 대학원, 서 울대학교석사학위논문, 2014

15 문정인, "수중무인체계의효율적인탐색방법론에관한연구", 한남 대학교석사학위논문, 2014

16 홍성표, Han, Yong-Su, Hong, Sung-Pyo, 한용수, "고속수중운동체정밀유도제어를위한항법성능 분석", 한국정보통신학회, 한국정보통신학회논문지,Vol.17,No.2,pp.399∼406, 2013

17 홍성표, 오현승, 최봉완, 윤선일, "효과기반의 대기뢰전 무인화 체계 최적화 방안 연구", 한국산업경영시스템학회, 한국산업경영시스템학회,Vol.37,No.2,pp.62∼69, 2014

18 박수현, "주요국가의기뢰운용현황및발전추세와시사점,주간국 방논단", 통권,제1372회, 2011

19 이기영, "무인잠수정 기반 기뢰대항전체계 개발을 위한 소요기술 분석", 한국군사과학기술학회지,Vol.14,No.4,pp.579∼589, 2011