고 기동성 군함 추적용 페이딩 메모리 다항식 필터의 최적화 연구

Abstract

추적 필터는 선박의 위치와 속도를 정확하게 예측하는 데 중요한 역할을 한다. 추적에는 여러 가지 방법이 사용된다. 그러나 가장 일반적으로 사용되는 방법은 칼만 필터와 그것에서 파생되는 방법이다. α-β-γ 필터는 칼만 필터가 제공하는 일반적인 솔루션의 특별한 경우 중 하나이다. α-β-γ 필터의 많은 알고리즘 중에서 페이딩 메모리 다항식 필터(fading memory polynomial filter, FMP filter)는 정확도가 더 높으며 쉽게 실행이 가능하다.

군함은 주로 해상 전쟁을 목적으로 제작된 해군 함선을 일컫는다. 무기를 장착함은 물론이고 충격을 견딜 수 있도록 고안되었으며 일반적인 상선보다 속도가 더욱 빠르고 기동성도 좋다. 군함은 갑작스럽게 속도나 항로를 변경할 때 뛰어난 기동성을 발휘하므로 추적하기가 어려워진다. 한편 추적 정확도는 해상상황과 기상조건에 따라 좌우되기도 한다. 따라서 기동성이 좋은 군함을 추적하는 것은 항해에 있어 중요한 것으로 인식되고 있다.

본 연구에서는 일반적으로 사용되는 필터 알고리즘과 비교하여 추적 정확도가 높고 계산량이 적은 FMP 필터가 다른 필터에 비하여 우수함을 제시하였다. 최적화 된 3차 FMP 필터는 본선이 고정되어 있거나 움직인 때도 높은 기동성 목표물을 잘 추적할 수 있다. 그러나 군함의 속도가 매우 빠르고 침로의 변화가 심하기 때문에 3차 FMP 필터는 추적 정확도가 떨어진다. 따라서 본 연구에서는 가속도의 변화를 수정할 수 있는 4차 FMP 필터로 확장하였다.

속도변화에 따라 최적화 된 4차 FMP 필터를 이 논문에서 제시하였다. 이 새로운 필터를 사용하면 추적 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다. 동시에 속도에 따른 최적한 파라미터 를 이용하면 추적하기 전에 필터 계수 찾은 시간도 절약 할 수 있다. 3000번 실험 결과를 통계하고 랜덤으로 생산되는 궤적 추적용 4차 FMP 필터의 파라미터 값의 범위가 [0.44, 0.6]으로 확인되었다.

추적 정확도는 추적 필터의 성능을 평가하는 요소 중 가장 중요한 요소이다. 추적 필터의 정확도가 향상되면 실전 상황에서 더욱 정확한 위치를 차지해 전쟁의 주도권을 잡을 수 있을 것이다. 실제 응용적 측면에서 글린트 노이즈, 다수의 목표물의 추적 등은 어떻게 해결할 것인가와 레이더 영상은 방위와 거리로 주어지는바 이것에 대한 오차는 어떻게 처리할 것인지는 추후 연구로 남겨둔다.