In this dissertation, we consider three problems related to the operation of a target detection system, which is a military weapon system to estimate the location of a target emitting radio frequencies by using direction finders and to check visually the target by using a search resourec. By disposing direction finders at better locations and using an efficient location algorithm, more accurate detection results about the target location can be obtained. Then the detection results are ultimately checked by a search resource. which is operated with a search sequence for multiple detected targets. The research results can be practically used for the better utilization of direction finders and search resource, which are currently operated in the Korean army.
First, a problem of disposing multiple direction finders in a direction finder system is considered to effectively cover the area of interest in which a target is expected to turn up. We present a two-stage heuristic algorithm for the objective of maximizing the accuracy of estimation of the location of a target that is assumed to be located in the area of interest. In the suggested heuristic algorithm, a simulation-based method is used for estimation the probability of coverage, the probability that a target is in a given region(of given size)surrounding the estimated location of the target, and another simulation-based method and a local search method are used to determine locations of direction finders that result in the maximum probability of coverage.
Secondly, we present a new analytical method for estimating the three-dimensional (3-D) location of a target using directional data. Based on a nonlinear programming problem formulated for the line method, which is a well known algorithm for two-dimensional location estimation. we present a method for 3-D location estimation. This method can be applied to situations in which one needs to find a target in space using observers on the ground or to find a target on the ground using observers at least one of which is not on the ground. In addition, based on the analysis of the maximum likelihood estimate of the target location, we present a 3-D location estimation method for cases in which accuracies of directional data from different observers are different.
Finally, we consider the problem of determining a route of a search resource to search visually multiple areas in which targets are expected to be located. It is assumed the probability that a target exists in each area is given as a result of target detection operations using direction finders and that the probability decreases as time passes. It is necessary to search the areas using a search resource, and find the exact locations of the targets. We propose heuristic algorithms and a simulated annealing(SA)algorithm to determine a search sequence. Since a search sequence must be determined as quickly as possible not to delay the search, heuristics for search sequencing should not take too much time. We introduce a new neighborhoood generation method and a new parameter for controlling the overall acceptance ration for transitions to inferior solutions in an SA algorithm to improve the performance of the SA algorithm within a limited time. A series of computational experiments is performed for evaluating the suggested algorithms, and results are reported. of the SA algorithm.
본 논문에서는 방향탐지장비의 효과적인 운용과 관련된 세가지를 다루고 있다. 방향탐지장비는 전파를 발신하는 적 장비의 위치를 측정하는 장비로서 현재 우리 육군 사단급에서 3대의 장비를 하나의 시스템으로 운용하고 있는 전자전 장비이다. 본 연구는 실제 운용 중인 군사장비를 대상으로 추가적인 비용 증가 없이 장비운용 효과를 향상시키는 방안을 제시하기 위한 것으로 현재 운용 중인 장비 및 개발 중인 신형장비에 활용 될 수 있을 것으로 판단된다.
먼저, 논문의 2장에서는 한 시스템 내에서 함께 운용되는 다수의 방향탐지장비들의 최적배치 무제를 다루고 있다. 결정하고자 하는 배치계획은 어떤 관심지역 내에 존재하는 적에 대한 위치측정의 정확도를 높이기 위해서 그 관심지역을 가장 효과적으로 가장 효과적으로 대처하기 위한 각각의 장비들의 이차원적 좌표점들이다. 이를 위해서 이단계적 근사 해법(a two-stage heuristic algorithm)을 제시한다. 이 해법은 관심지역 내에서 출현하는 적의 위치측정 정확도가 가장 높도록 배치가능 지역 내에서 장비들의 이차원적 위치를 결정해준다. 제안된 해법에서는 시뮬레이션방법(a simulation-based method)을 통해서 적이 어떤 지역 내에 존재할 확률, 즉 커버 확률(probability of coverage, POC)을 계산하고, 또 다른 시뮬레이션 방법과 지역탐색기법(local search method)을 이용해서 최대의 평균적인 POC값을 주는 장비위치를 결정해준다. 제안된 방법은 현실과 유사한 문제와 다양한 실험을 통해서 평가되었고, 그 결과, 적정 계산시간 내에 만족스러운 장비배치 안을 제공해 줌을 확인 할 수 있었다.
논문의 3장에서는 방향정보(directional data)을 이용한 삼차원 위치측정 알고리즘을 제안한다. 이 위치측정 알고리즘은 실제로 방향탐지장비의 핵심적인 내장 소프트웨어로서, 측정된 방향정보를 처리해서 위치측정 점을 계산해준다. 삼차원 위치측정 해(solution)를 구하기 위해서, 먼저 이차원 위치측정 알고리즘으로 잘 알려진 직선법(line method)을 비선형문제(nonlinear programming problem)로 재 정의한 후, 그것의 해를 구하고 이 방법을 삼차원으로 확장 시키고, 가장 정확하다고 알려져 있는 각도법(angle method)만큼 정확한 위치측정 점을 얻기 위한 방법 역시 제안한다. 이 삼차원 위치측정 알고리즘은 다양한 상황에서 사용될 수 있는데, 지상에 위치한 장비들로 공중의 적 위치를 측정하거나 또는 지상의 적에 대해서 최소한 한 대 이상의 항공기에 장착된 방향탐지장비를 이용해서 적 위치를 측정할 수 있다. 추가적으로, 최기법(maximum likelihood estimation)분석에 근거해서 이질적인 장비들의 상이한 정확도를 위치측정 알고리즘상에 반영함으로써 위치측정 정확도를 더욱 향상시킨다. 제안된 방법론은 짧은 시간 내에 매우 정확한 위치측정 결과를 제공해줌이 실험 결과 확인되었다.
마지막으로, 논문의 4장에서는 일련의 방향탐지장비 운용 결과가 주어졌을 때, 다수의 지역에서 발견되 적의 정확한 종류 및 그 위치를 육안으로 확인하기 위해서 어떤 순서로 탐색장비를 운용할 것인가에 대한 문제를 다루고 있다. 여기서, 적인 어떤 지역 내에 존재할 확률은 이미 주어졌으며, 그 확률은 적의 움직임으로 인해 시간이 지남에 따라 감소하는 상황을 고려하고 있다. 인간정보팀, 항공기 또는 무인항공기(UAV)등의 다양한 탐색장비를 이용하여 적을 확인할 수 있는 데, 그 탐색을 위해서는 어떤 순서로 탐색할 것인가하여 적을 확인할 수 있는데, 그 탐색을 위해서는 어떤 순서로 탐색할 것인지 탐색순성가 사전에 결정되어야 한다. 본 연구에서는 다수의 근사적 알고리즘(heuristic algorithms)과 simulated annealing(SA)알고리즘을 탐색순서 결정을 위해서 제안한다. 탐색의 지연을 막기 위해서는 최대한 신속히 탐색순서를 결정해야 하는데, 이것은 실제 상황과도 부합되는 것이다. 따라서, 제안된 SA알고리즘은 그 계산시간에 제한을 두고 실행할 필요가 있다. 그리고 열등한 해로 씨앗해(seed solution)를 갱신하는 비율을 새로운 파라미타로 제안하고, 계산시간 제한에 부합되는 파라미타(parameter)설정방법을 이용해서 SA알고리즘의 이행도를 향상시키고 있다. 다양한 실험을 통해서 제안된 방법론을 검증하였다.
본 논문은 현재 우리 군에서 운용되고 있는 전자전 장비인 방향탐지장비를 대상으로 효과적인 적 탐지 및 확인을 위한 일련의 문제들을 다루었다. 특히, 방향탐지장비의 배치문제는 그 문제의 복잡도로 인해 아직껏 다루어지지 않은 부분으로서, 제안된 방법론은 적절한 계산시간 내에 매우 만족스러운 배치계획을 제공해 줌으로써 현실에 바로 활용될 수 있을 것이다. 그리고 제안된 삼차원 위치측정 알고리즘은 실제 방향탐지장비에 내장될 수 있을 것이다. 적 확인을 위한 탐색순서 결정 방법은 적 탐지 결과의 효과적인 처리를 위해 활용될 수 있을 것이다. 우수한 장비 개발과 더불어 그것의 효과적 운용측면이 더욱 중요시 되는 상황에서 본 논문에서 제안된 방법론들은 추가 비용 소요 없이 방향탐지장비의 무기효과를 향상시키는 대안이 될 수 있을 것이다.
