무인잠수정의 자율제어기술에 대한 추세분석 및 발전방향

최중락․신용구

국방과학연구소

Development Trends of Autonomous Control Systems

for Unmanned Underwater Vehicles

Joong-Lak Choi, Yong-Ku Shin

Agency for Defence and Development

Key Words : UUV, AUV 무인잠수정, Autonomy, Autonomous control 자율제어

Abstract : This paper introduces the native and abroad development status of UUV(Unmanned Underwater Vehicle) and explains the autonomous control systems which are included in the category of the main technologies in a design of UUV. Finally, this paper suggests the native development strategics through analysing the world development trend of the autonomous control technologies.

1. 개요

무인잠수정(UUV)은 수중 네트웍 중심(Network Centric Warfare)전장과 연결하여 모함의 외부 통신 및 센서로서의 확대된 전장 환경을 제공하게 될 것이며, 무엇보다도 중요한 것은 모함과 인명에 대한 위험이 크게 감소될 것이다.

수중로봇기술연구회 2006년 추계워크샵 (2006. 11. 30 (목) / 제주대학교)

한국수중·수상로봇기술연구회 2016년 춘계학술대회 (2016. 4. 28(목)~29(금) / 부경대학교)

무인잠수정의 자율제어기술에 대한 추세분석 및 발전방향

UUV는 타 무인체계에 비해 은밀성이 높아 전술적으로 효용성이 높지만 수중에서 임무를 수행하는 동안 모함과 지속적인 통신연결을 유지하는 것은 매우 어려운 일이다. 이러한 이유로 UUV의 운용은 그림1과 같이 RF통신이나 위성통신이 용이한 USV, UAV, UGV 등과 같은 다른 무인체계보다 기술적으로 어렵고[1], 보다 높은 자율제어수준이 요구된다.

그림 1 자율수준 비교

Fig.1 Autonomy Level

본 논문에서는 이러한 UUV의 국내외 연구개발 현황을 2장에서 간략히 소개하고, 군사용으로 미래 해양 전장 환경에서 운용될 UUV체계는 통신, 항법, 에너지, 추진, 임무장비, 센서, 신호처리, 자율제어기술 등 복합적으로 필요하며, 특히 주요핵심기술 중 무인화기술인 자율제어에 대하여 개발현황을 논하고 향후 연구 개발해야 할 분야와 방향을 제시한다.

2. 무인잠수정 국내외 개발현황

2.1 국외

현재 무인잠수정의 개발현황은 약 12개국 이상의 국가가 그림2과 같이 약 100종류 이상의 무인 잠수정을 운용 또는 개발 중에 있다.

* 최중락 : 국방과학연구소 000-000-0000, *****@add.re.kr

* 신용구 : 국방과학연구소 000-000-0000, *****@add.re.kr

개발 국가 중 미국이 UUV에서 가장 선도적으로 연구개발을 추진하고 있으며, 특히 2005년도에 잠수함의 어뢰발사관을 이용하여 진수/회수할 수 있는 군사용LMRS는 고난이도 기술해결로 현재 개발 및 운용시험이 완료된 상태이고, 향후 이보다 더 개선된 센서를 탑재한 MRUUV를 2010년경 전후에 양산하여 잠수함뿐만 아니라 DDX 구축함에도 탑재하여 운용할 계획으로 알려져 있다. 2050년경에 실용화목표로 연구 중인 전투용 Manta는 2000년에 MTV(Manta Test Vehicle)를 제작하여 잠수함, 위성 간에 통신, 무장(어뢰, 소형UUV)발사, 정찰/감시등 다양한 기술시험을 보였다. 향후 원거리 정밀탐지/식별을 위하여 일명 ‘Smart Skin’인 IBC(Integrated Bow Conformal)를 적용한 제2의 MTV를 개발 중에 있다.

그림2. 국외 UUV 개발현황

Fig.2 Foreign UUVs

영국은 어뢰형 Marlin UUV 외에 2005년도에 영국 BAE시스템사에서 소나로 탐지가 어려운 Talisman UUV를 개발하여 공개한바 있다. 독일의 경우는 1999년에 소모용 기뢰 탐색 및 제거용 Seafox를 개발하여 이 분야 선도적 역할을 하고 있다. 노르웨이 Kongsberg사는 합성개구면소나(Synthetic Aperture Sonar)를 세계최초 실용화하여 적용한 Hugin-1000 UUV를 개발하여 운용 중에 있다.

일본은 2003년도에 S-10이라는 군사용 무인기뢰처리기(MDV : Mine Disposal Vehicle)를 개발 완료하였고, 일본JAMSTEC에서 2000년도에 개발한 EX-1(URASHIMA) UUV는 연료전지를 사용하여 약300km 이상의 운용거리와 200kg의 payload를 갖고 있다. 중국은 1995년도에 러시아IMTP와 공동개발로 6,000m급 심해탐사용 CR-1 무인잠수정를 극복하기 위해 2005년도부터 세부기술을 분류하고 연구방향을 재정립하기 위한 관련 전문가로 구성된 위원회를 통하여 뒤늦게 표준화 등 공동연구노력을 꾀하고 있다. 우리도 미국처럼 값비싼 대가를 치르기 전에 지금 부터라도 상호공동 노력을 위하여 무인화체계(또는 로봇)의 각 분야에 걸쳐 범부처적으로 군․산․학․연 간에 상호 협력이 필요하다고 사료된다.

한국수중·수상로봇기술연구회 2018년 추계학술대회 (2018. 11. 1(목)~2(금) / 국방과학연구소 제6기술연구본부(진해))

최근에 공중/지상/해양 등을 포함한 군산학연 전문가들을 한자리에 모시고 제1회 국방로봇 워크숍을 2006년 6월 국과연 창원 기동시험장에서 개최한바 있다. 향후 본 워크숍을 정기적으로 개최하여 국방무인체계의 표준화 및 분야별 상호협력을 위해 의견수렴을 할 수 있는 협의체 구성을 제안한다.

현재 국과연에서 검토하고 있는‘국방무인화기술 특화연구센터’도 이러한 맥락에서 지상/공중/수중을 망라하여 분야별 기술을 도출하고 분류하여 연구결과들의 상호간에 활용도를 높일 수 있도록 추진되고 있다.

4. 결론

국내외 UUV 개발 현황과 핵심기술 중 난제로 고려되고 있는 자율제어기술에 대한 연구현황, 자율제어 수준 및 세부기술분야를 살펴보았다. 전체적으로 국내기술수준은 선진국에 비해 기술격차가 크다고 사료된다.

이를 극복하기 위하여 범부처 산학연간에 협력을 통하여 표준화, 호환성 및 시너지를 높일 수 있는 각 분야 전문가들로 구성된 위원회 구성을 제안한다.

참  고  문  헌

[1] “UUVs and AUVs Come of Age”, Military Technology, 2005. 6, pp.72～80

[2] D. Richard Blidberg, et. al, "A Hierarchical Knowledge-Bsaed Unmanned Untethered Submersible", Proc. 4th Int. Symp. on UUST, New Hampshire, 1985, pp. 297~308

[3] Jalbert, J.,"Low Level Architecture for the New Eave Vehicle." Proc. 5th Int. Symp. on UUST, Vol. 5, June 1987, pp238-243.

[4.] Arie Yavnai, "Architecture for an Autonomous Reconfigurable Intelligent Control System(ARICS)", Proc. IEEE Int. Symp. on Intelligent Control, 1996, pp 238~245.

[5] Healey, A. J., et. al 'Mission Planning, Execution, and Data Analysis for the NPS AUV II Autonomous Underwater Vehicle", Proc. 1st IARP Workshop on the Mobile Robots for Subsea Environment, Monterey, California, Oct. 23-26, 1990, pp177-186.

[6] David Barnet, Stephen McClaran, "Architecture of the Texas A&M  Autonomous Underwater Vehicle Controller", Proc. IEEE Int. Symp. on Intelligent Control, 1996, pp 231~237.

[7] The US Navy Unmanned Undersea Vehicle(UUV) Master Plan, Nov. 2004.

[8] Ricard, M., et al, "Autonomy and Control Architecture", AUVSI 2005.

[9] 이동익, 외 “무인 수중운동체를 위한 지능제어시스템 설계”, 자동제어학회논문지(ICASE), Vol. 3, No. 3, 1997. 6, pp227-237.

[10] 이원호 외, “지능형 선박의 자율운항제어를 위한 시뮬레이션 시스템의 설계 및 구현”, 정보처리학회논문지B 제10-B권 제4호, 2003년 8월, pp. 403-410.

[11] 박의동 외, 국방로봇 Master Plan(해상/수중분야), 국방과학연구소, 2005.2