Model-Based Approach to Flight Test System Development to Cope with Demand for Simultaneous Guided Missile Flight Tests

동시다발적인 유도무기 비행시험 수요에 대응하기 위한 모델기반 비행시험 시스템 개발

Abstract

Flight test systems should monitor various conditions in real time during flight tests and take safety measures in an emergency. The importance of ensuring test safety increases in more complicated and wider test environments. Also, due to the transition of wartime operational authority, many guided missile systems must be developed simultaneously. Early deployment and budget reduction by shortening the development and T&E periods are also necessary. Consequently, the risk of flight tests under the circumstance of inefficient test resources is increasing. To address this deficiency, a flight test system model using SysML was proposed in this study. The method of designing and verifying the test system is based on the agile shift left testing methodology of advanced T&E labs and utilizing a system reference model in the aerospace field. Through modeling and simulation analysis, early identification and correction of faults resulting from inconsistent test requirements can mitigate the risk of delays during the T&E phase of flight tests. Also, because the flight test system model was constructed using SysML, it can be applied to test various guided missile systems.

유도무기 비행시험 시스템은 비행시험 중 여러 가지 상태를 실시간으로 감시하고 비상상황 발생 시 안전조치를 수행할 수 있어야 한다. 점차 복잡화, 광역화되고 있는 비행시험의 환경 변화 속에서 시험안전 확보의 중요성이 더욱 증대되고 있다. 또한 국내외 정세 변화와 전시작전권 전환 등으로 인하여 다수의 유도무기체계가 동시에 개발되어야 하고 동시에 연구개발 및 시험평가 기간단축을 통한 조기 전략화 및 예산절감도 요구되는 상황이다. 이에 따라 국내의 부족한 시험장 자원 여건 하에서 비행시험 시 발생되는 위험은 증가하고 있으며 시험안전 확보를 위한 대책 마련이 시급한 실정이다. 이러한 요구에 부응하기 위해서 연구개발 초기 단계에서부터 비행시험 시스템의 문제를 식별하고 대처방안을 마련할 수 있도록 모델기반 비행시험 시스템 개발을 본 연구의 목표로 설정하였다. 구체적으로 유도무기 비행시험의 설계 및 검증 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 선진 시험평가기관에서 연구하고 있는 Agile 방식의 Shift Left 시험평가 방법론과 항공우주분야에서의 시스템 참조모델을 활용하였다. 연구개발 단계에서 유도무기체계와 동시에 설계를 진행하고 비행시험 요구사항에 대한 상호 간의 결함을 조기에 식별하여 수정함으로써 시험평가 단계에서 수행하는 비행시험 시 발생될 위험을 완화할 수 있다. 또한 항공우주분야에서 복잡한 시스템을 통합하고 검증하는 데 적용하고 있는 참조모델을 기반으로 시스템 모델링 표준 언어인 SysML을 활용하여 모델기반 비행시험 시스템을 구현함으로써 다수의 유도무기 비행시험 설계에 적용할 수 있는 확장성을 갖고 있으며, 시뮬레이션 분석을 통해 비행시험에서 발생하는 문제를 조기에 식별하고 조치함으로써 시험평가 기간의 지연을 방지할 수 있다.

Fig. 1. Different view of guided missile system

Fig. 2. Shift left testing the agile way[4]

Fig. 3. Development of a CubeSat reference model[6-8]

Fig. 4. Proposed model-based flight test system

Fig. 5. Proposed model-based guided missile flight test design

Fig. 6. Flight test system concept of operations

Fig. 7. Flight test system requirements

Fig. 8. Flight safety judgment(act)

Fig. 9. Flight safety judgment(stm)

Fig. 10. Flight safety judgment(sd)

Fig. 11. Hand over(act)

Fig. 12. LOS calculation(par)

Fig. 13. SNR calculation(par)

Fig. 14. Link budget calculation(par)

Fig. 15. LOS simulation result

Fig. 16. SNR simulation result of tracking system

Fig. 17. Link budget simulation result of flight termination system

Fig. 18. Link budget simulation result of telemetry system

Fig. 19. Behavior simulation result of guided missile flight test

Fig. 20. Preliminary physical architecture of flight test system

Fig. 21. Reconfigured physical architecture of flight test system after simulation analysis