함정의 자기 스텔스 성능 향상을 위한 탈자 기법 :Deperming Method to Improve the Performance of Magnetic Stealth in Vessel

김종왕

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김종왕 (숭실대학교, 숭실대학교 대학원)

지도교수: 이향범

발행연도: 2017

저작권: 숭실대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수14

이 논문의 연구 히스토리 (6)

2017

함정의 자기 스텔스 성능 향상을 위한 탈자 기법

김종왕 전기공학과 2017.01 학위논문

2015

함정의 효율적인 탈자 프로토콜 탐색 기법 연구

김종왕 , 김상현 , 정현주 외 1명 대한전기학회 학술대회 논문집 2015.07 학술대회자료

2013

Deperm-me 프로토콜 적용에 따른 함정의 탈자 성능 분석

김종왕 , 김지호 , 정현주 외 1명 대한전기학회 학술대회 논문집 2013.10 학술대회자료

2012

탈자 프로토콜 주기 변화에 따른 탈자 성능 분석

김종왕 , 김지호 , 정현주 외 1명 정보통신설비 2012.01 학술저널

2011

함정모델의 탈자프로토콜 변화에 따른 탈자성능 분석

김종왕 , 김지호 , 박현수 외 2명 전기학회논문지 2011.09 학술저널

함정모델의 탈자프로토콜 변화에 따른 탈자성능 분석

김종왕 , 박현수 , 김지호 외 3명 대한전기학회 학술대회 논문집 2011.04 학술대회자료

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제 1차 세계대전 이후로 함정의 성능과 함정을 위협하는 무기체계의 기술이 비약적으로 발전하고 있다. 이러한 무기체계로부터 안전한 함정의 작전수행을 위해서는 스텔스 기술이 가장 중요하다. 스텔스 기술은 함정을 탐지하는 레이더, 소나, 적외선 탐지기, 광학 장비, 전자기 신호 탐지기로부터 피탐될 확률을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이를 토대로 상대 함정을 먼저 탐지하고 선제공격의 성공률을 높일 수 있다.
함정의 스텔스 기술은 전자파 감소 기술, 적외선 감소 기술, 수중 방사 소음 감소 기술 등이 있으며, 수중 방사 소음은 음향 신호와 전자기 신호로 구분된다. 선체의 재질이 강자성체로 이루어져 있는 함정의 경우 전자기 신호 중에서도 자기장 신호에 특히 취약할 수밖에 없다. 실제로 많은 기뢰나 어뢰 등이 기폭시 자기장 신호를 측정하는 방식을 선정하고 있으며, 이러한 함정 운항요소로부터 안전한 운항을 위해서는 자기장 신호를 최소화 하는 방법인 자기 정숙화(Magnetic Silence)를 실현해야 한다.
자기 정숙화 기술은 함정에서 발생하는 유도자기장 성분과 영구자기장 신호를 소자(Degaussing)와 탈자(Deperming) 방법을 이용하여 최소화 하는 기술이다. 하지만 최근 IT기술 발달과 nT 이하의 분해능을 갖는 자기 센서 개발로 인하여 자기 정숙화 기술 확보가 더 어려워지고 있다. 또한 자기 정숙화 기술을 확보하기 위하여 선진국에서는 1990년대부터 다양한 연구를 통한 기술력을 확보하고 있지만 국내 기술력은 선진국에 비하여 미흡하며, 핵심 기술 대부분을 외국에 의존하고 있어 독자적인 기술 확보가 시급하다.
본 논문에서는 자기 정숙화 방법 중 하나인 탈자 방법에 대하여 소자 코일이 탑재되어있는 함정과 소자 코일이 탑재되지 않은 함정에 대하여 아래와 같은 연구를 진행하였다.

1. 소자 코일이 탑재되어있는 함정에 대한 탈자 방법
① Anhysteretic 탈자 프로토콜 분석
② Anhysteretic 탈자 프로토콜 탐색 기준 제안
③ 개선된 Anhysteretic 탈자 프로토콜 제안

2. 소자 코일이 탑재되어있지 않는 함정에 대한 탈자 방법
① Flash-D 탈자 프로토콜 분석
② Flash-D 탈자 프로토콜 탐색 기준 제안

본 논문에는 함정의 자기 정숙화 기술 중 하나인 탈자 방법에 대한 자화 특성을 분석하였으며, 탈자 프로토콜 탐색 기준을 제안하였다. 또한 개선된 탈자 프로토콜을 제안함으로써 기존의 탈자 성능에 비하여 향상된 프로토콜을 제시 하였다. 이러한 결과는 향후 국내 함정의 독자적인 탈자 기술 확보에 대한 기초 연구로써 추후 함정의 자기 정숙화 기술 성능 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

Technology of weapon system has been rapidly developing since World War 1, which threaten the function of vessel and them. Stealth technology is the most important from its weapon system to conduct an operation of stable vessel. Stealth technology not only reduces the probability to detect radar, the sonar, infrared line scanner, optical equipment, and electromagnetic signal detector to search out the vessel, but also detects the opponent vessel at first based on it and increase the success rate of an containment offensive. There are electromagnetic wave reduction technology, infrared reduction technology, underwater radiated noise reduction technology, in stealth technology of vessel, and URN is classified with sound signal and electromagnetic signal. In case of the ferromagnetic substance vessel, it is particularly vulnerable to magnetic signal even in electromagnetic signal.
Numerous mines and torpedoes, in reality, have adopted the method of specifying magnetic signal while triggering them, so as to safely sail from the elements of vessel sailing, magnetic silence, the method to minimize magnetic signal, should be realized.
Magnetic silence is the technique to minimize induced-magnetic field element and permanent magnetic field signal in vessel with the method of degaussing and deperming. Because of recent IT technology and magnetic sensor development to have resolution below nT, however, achieving magnetic silence technology has been harder. In addition, to secure magnetic silence techniques, developed countries have obtained techniques by various studies since 1990s, but domestic technical skills are insufficient by developed countries and mostly have been dependent on core foreign techniques.
In this paper, deperming method, one of magnetic silence methods, with degaussing coil and without degaussing coil in vessel was conducted as below.

1. Deperming method on vessel loaded with degaussing coil
① Analysis on anhysteretic deperming protocol
② Propose on investigation standard of anhysteretic deperming protocol
③ Propose on the improved anhysteretic deperming protocol

2. Deperming method on vessel loaded without degaussing coil
① Analysis on Flash-D deperming protocol
② Propose on investigation standard of flash-D deperming protocol

In this paper, magnetization characteristic on deperming method, one of magnetic silence techniques in vessel was analyzed and protocol suited to domestic vessel was proposed. Furthermore, by proposing the improved deperming protocol, improved protocol superior to the existing deperming performance was suggested. These consequence, as the basic study on achieving exclusive deperming technology of domestic vessel, is expected to contribute to improving magnetic silence technology performance of vessel in the future.

국문초록 xvi
영문초록 xix
제 1 장 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 선진국 기술 동향 5
1.3 연구 내용 및 논문의 구성 7
제 2 장 강자성체의 자화 특성 8
2.1 원자의 자기 모멘트 8
2.1.1 궤도에 의한 자기 모멘트 9
2.1.2 스핀에 의한 자기 모멘트 9
2.2 강자성체 10
2.2.1 자발자화(Spontaneous Magnetization) 10
2.2.2 자구(Magnetic Domain) 12
2.2.3 자기 이방성 14
2.2.4 교환력(Exchange Force) 17
2.2.5 자구벽(Magnetic Domain Wall) 18
2.2.6 자구벽의 가역/비가역 이동 20
2.2.7 자기 점성 효과(Magnetic Viscosity Effect) 21
제 3 장 함정의 자기 정숙화 23
3.1 스텔스 기술의 종류 23
3.1.1 전자파 반사 감소 기술 23
3.1.2 적외선 신호 감소 기술 24
3.1.3 수중방사소음 감소 기술 25
3.2 함정의 자기장 25
3.2.1 함정의 자기장 발생 요인 25
3.2.2 방향에 따른 함정의 자기장 26
3.3 자기 정숙화 27
3.3.1 소자(Degaussing) 27
3.3.2 탈자(Deperming) 29
제 4 장 시스템 구성 36
4.1 소형 시편 및 탈자 코일 36
4.1.1 소형 시편 36
4.1.2 소형 시편 탈자 코일 37
4.2 축소 함정 및 탈자 코일 39
4.2.1 축소 함정 39
4.2.2 축소 함정 탈자 코일 43
4.3 자기장 측정 시스템 44
4.3.1 지구자기장 보상 코일 44
4.3.2 자기 센서(Magnetic Sensor) 46
4.3.3 자기장 측정 시스템 47
4.4 신호 분리 기법 50
4.4.1 Inter Cardinal-run 50
4.4.2 PM 신호 분리 기법 52
제 5 장 Anhysteretic 탈자 프로토콜 54
5.1 소형 시편 Anhysteretic 탈자 프로토콜 실험 54
5.1.1 Anhysteretic 탈자 프로토콜의 파라미터 54
5.1.2 샷 수와 종료 자기장에 따른 Anhysteretic 탈자 프로토콜 57
5.1.3 샷 수와 종료 자기장에 따른 Anhysteretic 탈자 프로토콜 결과 60
5.1.4 Anhysteretic 탈자 프로토콜 탐색 기법 67
5.1.5 지구자기장 노출 순서에 따른 소형 시편의 자화 특성 70
5.1.6 지구자기장 노출에 따른 소형 시편의 자화 특성 73
5.1.7 개선된 Anhysteretic 탈자 프로토콜 81
5.2 축소 함정 Anhysteretic 탈자 프로토콜 실험 89
5.2.1 축소 함정 실험 조건 89
5.2.2 Anhysteretic 탈자 프로토콜 탐색 기법 적용 92
5.2.3 Offset 지구자기장에 따른 Anhysteretic 탈자 프로토콜 93
5.2.4 Offset H Field = 0 A/m 일 경우 탈자 실험 결과 96
5.2.5 Offset H Field = +10 A/m 일 경우 탈자 실험 결과 103
5.2.6 Offset H Field = -10 A/m 일 경우 탈자 실험 결과 109
5.2.7 Offset H Field에 따른 Anhysteretic 탈자 실험 결과 115
제 6 장 Flash-D 탈자 프로토콜 116
6.1 축소 함정 Flash-D 탈자 프로토콜 실험 116
6.1.1 Flash-D 탈자 프로토콜 116
6.1.2 Flash-D 탈자 프로토콜에 따른 자화 특성 분석 117
6.1.3 지구자기장 노출에 따른 Flash-D 탈자 프로토콜의 자화 특성 124
6.1.4 Flash-D 탈자 프로토콜 탐색 알고리즘 130
제 7 장 결론 133
참고문헌 136

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