As the complexity of future operation environment increases, the defense field has tried to deduct a Future Operation Capacity (FOC) suited to a future operation environment, and the typical effort is battle experiment. The battle experiment is a process to evaluate the potential for change of future military operation capacity. This dissertation focus on the Defense Modeling and Simulation (DM&S) based battle experiment. The DM&S has played an important role in the defense area, such as acquisition through the battle experiment. The DM&S has various abstraction levels according to objectives of modeling and simulation. The ultimate objective of the DM&S filed is to build the system, which the defense decision makers can evaluate whether the strategy is achieved or not by combining or connecting all of abstraction levels. This dissertation focuses on the interoperation of the mission level and engagement level of abstraction levels. The interoperation means that multiple models of various abstraction levels are simultaneously executed for one modeling objective utilizing multiple models with each objective. The DM&S community has developed the standard protocols of interoperation, which mainly focused on the technical feasibility of the interoperation.
Though the DM&S based battle experiment has been performed, a problem is that previous battle experiment has been performed with a standalone model suited to an abstraction level. This dissertation presents the problem with two perspectives. Firstly, from the technical perspective, an engagement level model produces parameters for possible engagement conditions of a mission level model, which are stored in a table. After then, a mission level model performs simulation as standalone by referring to the parameter table for engagement conditions. Nevertheless, parameters in the table cannot reflect all of engagement conditions that a mission level model for battle experiment needs. A mission level model for analysis may utilize the table. However, a mission level model for battle experiment needs different engagement conditions, which are not exist in the table. Secondly, from the domain perspective, the battle experiment via standalone model is an erroneous method. The battle experiment cannot be explained with simulation only by one abstract level. The outcome of the battle experiment is not dependent upon only an excellent combat system, and an outstanding command and control win the battle even if the combat capacity of the system is not excellent. Therefore, interoperation of two models with different abstraction levels is indispensable to the battle experiment.
This dissertation presents a battle experiment of the naval air defense through the interoperations of two heterogeneous models. The two models are the engagement level and the mission level models that differ in the scenario, the behavior, and the analysis index details. Through this application, firstly and formally, we propose a novel battle experiment methodology via interoperation with an engagement level model and a mission level model. Secondly and empirically, this dissertation shows that a mission level model standalone and an interoperation model of two models produce statistically different insights into a doctrine of future combat development elements. The contribution of the proposed methodology is more reflecting the defense domain structure than previous battle experiment via standalone model. Therefore, the proposed battle experiment methodology will be reasonable, scientific, and economical battle experiment methodology.
전투실험이라는 것은 어떠한 군사적 가설을 세우고, 그 가설을 검증하는 과정이다. 미래의 군사운용능력을 달성하기 위한 군사적 소요를 도출하기 위해서는 교리, 조직, 훈련, 자원, 리더쉽, 인력, 장비라고 하는 7가지 전투발전요소의 변화가능성을 검증해야 한다. 검증수단으로서, 실제환경에서 실시하는 실 기동 훈련이 있으며, 가상의 환경에서 수행하는 모델링 시뮬레이션이 있다. 이들 검증 수단을 가지고 실험을 수행하여 결과를 분석하고 이에 기반한 대안을 제안하게 된다. 마지막으로 획득 이전 단계인, 제안의 승인여부를 결정하게 되는데, 이러한 일련의 과정을 전투실험이라고 한다. 본 논문에서는 모델링 시뮬레이션이라고 하는 검증 도구에 초점을 두고 있다. 국방에 특화된 국방 모델링 시뮬레이션은 국방 도메인이 추상화되는 정도와 모델링 목적에 따라, 공학급, 교전급, 임무급, 전구급 모델로 구분되며, 본 논문에서는 교전급, 임무급 수준에 초점을 둔다.
기존의 전투실험에서는 각 추상화 수준에 해당하는 단독 모델에 의한 전투실험을 수행하였다. 이 문제점을 두 가지 관점으로 기술하면 다음과 같다. 첫째로, 기술적 관점에서, 분석을 위한 임무급 모델은 교전급에서 발생된 교전 조건에 대한 파라미터를 필요로 한다. 이 파라미터들은 임구급 모델에 포함된 어떤 저장소에 모두 저장되고, 임무급 모델이 단독으로 시뮬레이션되면서 이 저장된 값을 참조하는 형태를 취한다. 그러나 전투실험이라고 하는 것은 미래의 군사운용능력 달성을 위한 군사적 소요를 도출하는 것으로서, 분석시 사용되는 저장소의 파라미터들은 전투실험을 위한 임무급 모델에 사용될 수 없다. 왜냐하면 전투실험시 예측할 수 없는 다양한 교전상황이 발생하게 되므로, 임무급 모델이 요구하는 파라미터가 존재하지 않을 수 있기 때문이다. 두 번째로, 도메인 관점에서, 군사적 임무를 달성하기 위해서는 지휘 및 통제, 전투체계등을 종합적으로 고려하여야 하나, 임무급 모델 단독에서는 지휘통제 요소를 세부적으로 묘사한 반면 전투체계는 매우 추상화된 상태로 표현된다. 이는 군사적 요소를 종합적으로 고려해야 하는 국방 도메인 특성에 위배되는 것으로서, 전투체계를 상세히 표현할 수 있는 교전급 모델과의 연동이 필수적으로 수행되어야 한다. 따라서 기존의 단독 모델 기반 전투실험의 문제점을 해결하기 위해서, 임무급 모델과 교전급 모델간의 유기적 관계를 고려할 수 있는, 이들 두 개 모델의 연동을 통한 전투실험 방법론을 제안하였다.
본 논문을 통해 기대되는 효과로서, 국방 도메인을 잘 반영하는 연동 기반의 전투실험을 수행함으로써, 최신 연동 표준과 소프트웨어를 활용하고, 통계이론을 통한 결과 분석을 기반으로 군사적 대안을 제시할 수 있다. 또한 이를 바탕으로 합리적인 의사결정을 통한 군사조직 및 전투체계등에 대한 소요를 제기하고, 개발함으로써, 국가 예산의 낭비를 줄이는 합리적이고, 과학적이며, 경제적인 방법론이 될 것이다. 본 논문의 기대효과를 뒷받침하는 사례연구로서, 해군의 해상대공방어 모델들을 개발하여 전투실험을 수행하였다. 실험결과 분석을 통해 임무급 단독 모델 기반과 연동기반의 전투실험 결과가 서로 상이하게 도출되고 서로 다른 대안이 제시될 수 있음을 증명하였다. 또한 통계적 분석을 통해 연동기반 실험이 단독 모델 실험보다 통계적으로 좀 더 높은 설명력을 가지게 됨을 증명하였다.
따라서 국방 도메인의 구조를 잘 반영할 수 있는 연동기반의 전투실험을 수행함으로써, 좀 더 합리적이고, 실질적인 군사적 대안 제시가 가능할 것이다. 본 논문의 전투실험 방법론에 추후 국방분야에서 보유하고 있는 각 군의 모델링 시뮬레이션 도구들을 적용함으로써, 본 논문의 최종목표이자 궁극적 목표인 군의 합동성 강화에 기여하고자 한다. 합동성 강화 달성을 위한 대규모 전투실험이 수행되어야 하나, 전 군의 실 기동 훈련은 분명 시간적, 경제적, 자원적, 환경적 제한이 따르게 되므로, 반드시 국방 M&S 기반의 전투실험 환경이 구축되어야 하고, 합동성을 잘 반영할 수 있는 연동 기반의 전투실험이 반드시 수행되어야 한다. 이러한 연구기반을 바탕으로 육, 해, 공군, 해병대에서 개발된, 그리고 앞으로 개발될 모델들을 연동함으로써, 합동성 강화에 기여하게 될 것이다.
