세계적으로 해군 함정들의 전투체계 및 탑재무장들의 다양화에 따라 함정 전투체계들의 범용화 개발^[1]이 이루어지고 있고, 전투체계와 무장 간의 연동 프로토 콜도 표준화^[2]하고 있으며, 순양함과 구축함용 이지스 전투체계(미국)는 현대화 계획에 따라 호환성을 위한 Baseline 개념^[3,4]으로 개발되고 있다. 전투체계와 연동하여 운용되어야 하는 국내 개발 대함, 대공 및 대지 무장체계의 경우에도 무장 간의 호환성을 고려한 개발이 필수적으로 요구되며, 따라서 무장 호환 운용을 위한 하드웨어 및 소프트웨어 아키텍처 설계가 필수적이다.

함정에 기존에 개발된 다수의 무장체계를 탑재할경우, Fig. 1과 같이 각 무장체계는 개별적으로 탑재될 수밖에 없다. 이 구조에서는 무장체계 발사제어기(Launch Control Unit)에서 수직발사대(Vertical Launching System, 이하 발사대라고 함) 및 유도탄의 혼합 운용이 불가하므로 전투체계 WCS(Weapon Control System)에서 무장체계 개별로 교전 명령을 송신하고, 무장체계는 각각의 발사제어기에서 유도탄을 발사하게 된다. 이런 구성은 무장체계 탑재 간에 호환 및 확장이 불가하며, 무장 수에 대비 장비 수량이 증가하여 장비공간이 늘어나고, 운용 및 비용 측면에서도 비효율적이다. 그러므로 향후 개발 함정 무장체계는 무장 상호간에 호환성과 확장 유연성이 필수적으로 요구된다.

다수 무장을 제어할 수 있는 호환성과 확장성을 가진 발사제어기를 적용한 함정 무장체계의 구성은 Fig. 2와 같으며, 발사제어기를 중심으로 발사대 및 유도탄의 다양한 무장 혼합 운용이 가능하다. 발사제어기는 유도탄 종별 인벤토리를 함정 전투체계 WCS에 보고하고, WCS는 무장(유도탄)별 교전 명령을 발사제어기로 송신하며, 발사제어기는 무장별 발사절차를 수행하여 유도탄을 발사할 수 있다. 이런 구성은 무장 간 변경 및 확장 시에도 큰 변경 없이 적용 가능하다는 큰 장점이 있다. 이질적인 함정용 대공, 대함 및 대지 무장체계 간의 혼합 운용을 위해서는 무장 이더넷 네트워크 구성과 무장 연동 메시지 및 발사제어기 소프트웨어의 표준화 기준이 필요하다. 소프트웨어의 경우 안정성을 위한 모델 기반 객체 구조^[5,6] 설계와 객체 컴포넌트들의 연동 호환성^[7,8] 설계가 요구되며, 최종적으로 소프트웨어의 안정성 검증^[9]이 요구된다.

다수 무장의 혼합 운용이 가능한 발사제어기를 포함한 무장체계 기본 아키텍처는 Fig. 3과 같으며, 발 사제어기에는 혼합 운용 소프트웨어가 탑재된다. 발사제어기는 이더넷 기반으로 함정 플랫폼 및 무장체계 장비들과 메시지를 송수신한다. 함정 레이더를 통한 업링크가 요구되는 대공 무장의 경우 발사제어기에서 함정 연동단을 통하여 레이더로 업링크 정보를 전송한다. 본 논문은 대함, 대공 및 대지 무장체계의 호환 운용을 위한 아키텍처를 제안하고, 무장체계 네트워크 구성안과 무장 연동 메시지들의 표준안 및 발사제어기 소프트웨어의 표준안을 제시한다. 또한 제안된 혼합 무장 발사제어기 소프트웨어가 제시된 기법대로 동작하는 지에 대한 시뮬레이션 결과를 제시한다.

혼합 무장 운용을 위하여 발사제어기에서 외부 연동 메시지를 처리하고 송수신하는 LCM 내부 Controller 간의 Data(정보) 흐름은 Fig. 9와 같으며, 점선은 링크 연동과 체계장비상태, 무장상태 및 주기성 교환 정보들의 흐름을 나타내며, 실선은 교전/발사 정보들의 흐름을 나타낸다. Controller 간에는 연동 관련 Data가 송수신되며(Data Container로 교환), Controller는 연동 Data 로부터 메시지 Payload를 생성하여 외부 연동 proxy에 전달하며, 각 연동 proxy는 Payload(연동 메시지)가 포함된 이더넷 패킷을 연동 장비로 송수신한다.

LCM의 핵심 소프트웨어 모듈인 Module Controller는 무장체계의 링크 연동 관리, 연동장비 상태관리 및 무장 상태정보를 관리한다. 또한 전투체계 WCS에서 수신된 교전명령에 대한 발사채널을 생성하고, 발사 이벤트 시각에 발사제어 명령 Data를 해당 Controller로 전송하며, 발사 Safety Check와 함께 발사상태를 감시한다.

Fig. 9에서 VLS Controller와 MIU Controller 및 Cell Controller가 두 개씩 생성된 것은 무장1과 무장2의 유도탄과 발사대 및 탄연동기와의 연동 Data 흐름을 보여주는 것이다. 이 아키텍처는 본 논문에서 제안하는 핵심으로 복잡 무장의 호환 무장 운용을 가능하게 하며, 발사제어기의 설계 유연성 및 향후 확장성을 제공한다.

Table 7은 제안된 LCM 소프트웨어의 Controller 및 Proxy 간에 연동 메시지 정보의 송수신 경로 흐름을 보여주는 시뮬레이션 결과이며, 정보의 흐름이 제안된 기법으로 처리되는 것을 보여준다. Table 7에서 무장 연동 메시지 번호에 대하여 경유하는 Controller 번호와 출력 Proxy 번호가 제안된 기법과 일치하는 것을 보여준다. 운용 초기에 발사제어기에서 탄연동기로 연동 시작을 요청하는 101번 메시지(Table 4의 1xx 메시지)는 Module Controller(102)에서 생성되며, MIU Controller (104-1)와 MIU Proxy(204)를 거쳐서 탄연동기(MIU)로 전송되는 것을 보여준다. 전투체계 WCS에서 교전을 지시하는 교전할당 21번 메시지는 WCS Controller(101)를 거쳐서 Module Controller(102)로 전달되며, 역으로 확인 응답을 전투체계 WCS로 송신한 후에 발사채널을 생성하여 일련의 유도탄 발사절차를 시작하도록 한다. 유도탄 발사절차는 유도탄 전원을 인가하고, 유도탄 BIT(Built In Test)를 확인하고, 항법정보 및 표적정보를 장입하고, 최종적으로 발사시작을 탄연동기로 전송한다. 201번 유도탄 전원인가는 Module Controller (102)와 MIU Controller(104-1, 무장1)를 통하여 출력 MIU Proxy(204)로 전송되어 탄연동기로 전송되며, 탄연동기는 해당 유도탄에 전원을 공급한 후에 응답을 역으로 전송되게 한다. 201번 메시지는 탄연동기에서 유도탄 전원을 출력하고 종료되는 메시지이다. 계속하여 LCM은 유도탄 BIT를 요청하는 303번 메시지를 탄연동기로 송신하며, 3xx번 메시지는 탄연동기에서 유도탄으로 포워딩하는 메시지이므로 유도탄으로 송신된다. 유도탄은 BIT 결과를 응답하며, 탄연동기는 303번 응답 메시지로 LCM에 응답한다. 303번 응답 메시지는 시뮬레이션에 포함하지 않았다. 이후 301번 표적정보 장입 메시지와 302번 항법정보 장입 메시지가 유도탄으로 동일한 메카니즘으로 유도탄으로 송신 및 응답되고, 최종적으로 204번 발사시작 메시지가 Module Controller(102) 및 MIU Controller(104-1)를 거쳐서 MIU Proxy(204)를 통하여 탄연동기로 전송된다. 탄 연동기는 하드웨어 유도탄 점화회로를 순차적으로 제어하여 유도탄을 발사하게 된다.

무장1, 무장2 및 무장3에 대한 혼합 연동 시의 연동 메시지들의 송수신 시뮬레이션은 하지 않았지만 무장1 연동 메시지의 시뮬레이션 결과와 동일할 것으로 판단된다. 그러므로 제안된 아키텍처는 혼합 무장 탑재 시에도 표준화 발사제어기를 공용 하나로 사용하거나 앞의 Fig. 2에 도시된 것처럼 혼합 운용이 가능함을 보여주는 것으로, 제안된 발사제어기 아키텍처는 이기종 발사대 및 유도탄의 혼합 운용이 가능하게 된다.

시뮬레이션에 적용된 연동 메시지는 송수신 흐름 검증을 위한 ID 만을 적용하였고, 메시지의 기능적 내용은 포함하지 않았다. 이런 내용들을 향후 무장체계 개발 시에 구현되어야 하며, 개발 시에 추가적인 안정성 시험이 필요할 것으로 사료된다.

제안된 함정 대함, 대공 및 대지 무장 발사제어기의 하드웨어 및 소프트웨어 아키텍처는 시뮬레이션을 통하여 무장 연동 메시지 정보들이 발사제어기의 LCM 내에서 잘 동작하는 것을 입증하였다. 제안된 발사제어기는 함정에 탑재되는 다수 무장 간의 호환성과 확장성을 제공하여 이기종 발사대 및 유도탄의 혼합 운용이 가능할 것으로 사료된다. 기존 무장체계는 무장별 발사제어기와 개별 할당된 발사대 및 유도탄을 사용해야 하므로 무장간의 변경이나 확장이 불가능하지만, 제안된 방법은 무장 구성 변경이나 확장성에 매우 유리하며, 하나의 발사제어기가 다수의 무장을 혼합 운용하는 것도 가능하다. 따라서 향후 함정 탑재용 무장체계에 제안된 기법을 적극적으로 적용이 필요하다고 사료되며, 표준화로 제시된 네트워크와 연동 메시지 설계 및 LCM 소프트웨어의 활용이 필수적이라고 사료된다. 향후 함정 탑재 무장체계의 개발 시에 제안된 기법을 적용한 발사제어기의 전체 소프트웨어를 개발하여 추가적인 소프트웨어의 안정성과 신뢰성에 대한 검증이 요구된다.