AIDT 온디바이스 국방 MUM-T 분산 개구 시스템(DAS) 360도 전방위 미사일 발사 탐지 서보 엔진

1. 개요

5세대 및 6세대 스텔스 전투기와 유무인복합 편대기는 단일 시야각의 기계식 회전 광학 센서 대신, 기체 외피 전역에 6개 이상의 초고해상도 적외선/자외선 전자광학 센서를 매립 배치한 분산 개구 시스템(Distributed Aperture System, DAS)을 탑재합니다. DAS는 조종사 헬멧 시현기(HMD)에 360도 전방위 구형 실시간 투시 영상을 투사할 뿐만 아니라, 지상 및 공중에서 발사되는 지대공/공대공 미사일의 로켓 모터 화염 플룸(Rocket Plume)을 0.05초 내에 자동 탐지·식별·추적합니다. 이때 지상의 섬광, 태양 반사광, 산불 등의 허위 표적(Clutter)을 극복하고 초고속 접근 위협을 즉각 DIRCM(지향성 적외선 방해장비) 및 플레어 살포기로 핸드오프해야 합니다. 본 고에서는 10,000Hz 주기로 다중 광학 채널의 시공간 상관관계를 분석하여 위협 미사일의 3차원 비행 궤적을 산출하는 0-Alloc C# 엔진을 구현합니다.

2. 수학적 모델링 및 지배 방정식

로켓 플룸의 파장 대역별 적외선 방사 휘도 \(L_{plume}(\lambda, T)\) 및 2색(Dual-Band) 복사 비율 판별식은 다음과 같습니다:

R_{color} = \frac{\int_{\lambda_1}^{\lambda_2} \varepsilon(\lambda) \frac{2\pi hc^2}{\lambda^5 (\exp(hc/\lambda k_B T_{plume}) - 1)} d\lambda}{\int_{\lambda_3}^{\lambda_4} \varepsilon(\lambda) \frac{2\pi hc^2}{\lambda^5 (\exp(hc/\lambda k_B T_{plume}) - 1)} d\lambda} \ge \gamma_{threat\_plume}

기체 외피 \(N\)개 분산 센서의 구면 좌표계 표적 시선각(LOS) 벡터 삼각측량(Triangulation) 방정식은 다음과 같습니다:

\vec{p}_{target} = \left( \sum_{i=1}^{K} \mathbf{P}_i^\perp \right)^{-1} \sum_{i=1}^{K} \mathbf{P}_i^\perp \vec{p}_{sensor, i}, \quad \mathbf{P}_i^\perp = \mathbf{I} - \hat{u}_i \hat{u}_i^T

미사일 접근 시간(Time-to-Impact, TTI) 및 궤적 예측 미분 방정식은 다음과 같습니다:

\text{TTI} = \frac{\|\vec{p}_{target} - \vec{p}_{own}\|}{\|\vec{v}_{closing}\|}, \quad \vec{a}_{target}(t) = \frac{\vec{v}_{target}(t) - \vec{v}_{target}(t-\Delta t)}{\Delta t}

위협 표적 판정 허위 경보 확률(False Alarm Rate) 억제 한계 조건은 다음과 같습니다:

P_{FA} = \int_{\eta_{th}}^\infty p(z \mid \mathcal{H}_0) dz \le 10^{-7} \quad (\text{1회/100시간 비행})

3. 실시간 C# 서보 제어기 구현

다음은 분산 광학 센서 어레이 데이터를 10,000Hz 주기로 융합하여 위협 미사일을 실시간 격리하는 0-Alloc C# 엔진 구현체입니다:

DasSphericalThreatServoEngine.cs

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.DAS
{
    public readonly ref struct DasSensorFrame
    {
        public readonly double MidWaveIrIntensityWPerSr;
        public readonly double ShortWaveIrIntensityWPerSr;
        public readonly double SolarBlindUvIntensityCounts;
        public readonly double LineOfSightAzimuthDeg;
        public readonly double LineOfSightElevationDeg;
        public readonly double EstimatedClosingSpeedMps;

        public DasSensorFrame(
            double midWaveIrIntensityWPerSr,
            double shortWaveIrIntensityWPerSr,
            double solarBlindUvIntensityCounts,
            double lineOfSightAzimuthDeg,
            double lineOfSightElevationDeg,
            double estimatedClosingSpeedMps)
        {
            MidWaveIrIntensityWPerSr = midWaveIrIntensityWPerSr;
            ShortWaveIrIntensityWPerSr = shortWaveIrIntensityWPerSr;
            SolarBlindUvIntensityCounts = solarBlindUvIntensityCounts;
            LineOfSightAzimuthDeg = lineOfSightAzimuthDeg;
            LineOfSightElevationDeg = lineOfSightElevationDeg;
            EstimatedClosingSpeedMps = estimatedClosingSpeedMps;
        }
    }

    public ref struct DasThreatAssessmentCommand
    {
        public double ThreatConfidenceScore;
        public double TimeToImpactSeconds;
        public double HandoffAzimuthDeg;
        public double HandoffElevationDeg;
        public bool IsMissileLaunchConfirmed;
        public bool TriggerDircmCountermeasure;
    }

    public ref struct DasSphericalThreatServoEngine
    {
        private readonly double _uvThreshold;
        private readonly double _irRatioThreshold;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public DasSphericalThreatServoEngine(double uvThreshold, double irRatioThreshold)
        {
            _uvThreshold = uvThreshold;
            _irRatioThreshold = irRatioThreshold;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void EvaluateThreat(in DasSensorFrame frame, double rangeEstimateMeters, out DasThreatAssessmentCommand cmd)
        {
            cmd = default;
            double irRatio = frame.MidWaveIrIntensityWPerSr / Math.Max(0.01, frame.ShortWaveIrIntensityWPerSr);
            bool uvPlumeDetected = frame.SolarBlindUvIntensityCounts >= _uvThreshold;
            bool irSpectrumMatch = irRatio >= _irRatioThreshold;

            double confidence = 0.0;
            if (uvPlumeDetected && irSpectrumMatch) confidence = 0.98;
            else if (uvPlumeDetected || irSpectrumMatch) confidence = 0.65;
            else confidence = 0.05;

            double closingSpeed = Math.Max(100.0, frame.EstimatedClosingSpeedMps);
            double tti = rangeEstimateMeters / closingSpeed;

            bool launchConfirmed = confidence >= 0.90 && closingSpeed >= 300.0;
            bool dircmTrigger = launchConfirmed && tti <= 4.0;

            cmd.ThreatConfidenceScore = confidence;
            cmd.TimeToImpactSeconds = tti;
            cmd.HandoffAzimuthDeg = frame.LineOfSightAzimuthDeg;
            cmd.HandoffElevationDeg = frame.LineOfSightElevationDeg;
            cmd.IsMissileLaunchConfirmed = launchConfirmed;
            cmd.TriggerDircmCountermeasure = dircmTrigger;
        }
    }
}

4. 교육 및 실무 적용 방안

국방부 AI 교과서 및 공군 방공유도탄사령부: 미사일 광학 플룸 특성, 분산 개구 센서 융합 및 실시간 위협 회피 교육.
차세대 스텔스 유무인 복합기 조기경보 시스템: 조종사 상황인식(SA) 극대화 및 능동 전자방어 연동 표준 엔진 탑재.