국내 첫 선체 부착 센서 기반 수중방사소음 예측 기술 개발

한국기계연구원이 국내 최초로 선체 부착 가속도센서를 이용해 함정의 수중방사소음을 예측하는 기술을 개발했다. 이 알고리즘은 실시간 진동 계측과 이상 진단을 가능하게 해, 해군 전력 강화와 유지관리 효율성을 높일 것으로 기대된다.

국가과학기술연구회 산하 한국기계연구원 가상공학플랫폼연구본부 가상공학연구센터 이성현 책임연구원 연구팀은 다수 함정의 실측 데이터를 바탕으로, 선체 진동과 수중방사소음을 정량 예측·모니터링할 수 있는 알고리즘과 센서 배치 설계 기술을 개발했다. 제한된 센서 수에서도 예측 정밀도를 유지하는 최적화 설계를 통해 실선 시험에서 최대 4dB 이내의 오차율을 기록했다.


연구팀은 함정 선체 부착 가속도센서로 접수판 진동 정보를 실시간 계측해, 방사효율과 주파수 특성을 결합하는 방식으로 수중방사소음을 정량 예측하는 알고리즘을 개발했다. 신호처리와 진동 해석 기법을 활용해 주요 진동 특징을 추출하고, 최소 센서 수로 최대 정확도를 내는 최적 배치 방법도 도출했다. 또한 통계 기반 이상 탐지 알고리즘과 운항 조건별 임계치 설정 기법을 더해 다양한 운용 환경에서 적용 가능하도록 했다.

기존 수중방사소음 계측은 외부 해양 측정 장비로 조용한 해역, 무선박 조건에서만 가능해, 해양 환경 변화나 따개비 등 생물 부착물 영향으로 데이터 신뢰성이 떨어지는 문제가 있었다. 개발된 기술은 함정 내부 센서만으로 실시간 예측과 진단이 가능해 조건 제약이 적고 이상 대응 속도도 빠르다. 특히 공동현상(캐비테이션) 발생 여부나 추진 모드 전환 시 소음 변화를 실시간 반영해, 작전 중 함정 상태 변화 파악에도 유리하다.

이 기술은 이상 진동 감지부터 수중방사소음 예측, 임계치 기반 경고 기능까지 통합 수행하며, 함정 설계·운용 환경별 유연한 적용이 가능하다. 최적화된 센서 배치와 적응형 알고리즘 구조로 장비 설치·운용 비용을 줄이고, 유지관리와 소음 통제의 효율성도 높였다.

연구팀은 함정 접수판과 주요 추진 장비에 센서를 부착해 다양한 운항 조건에서 진동 데이터를 계측, 알고리즘 성능을 검증했다. 국제 표준(ISO 17208-1:2016 등) 적용 통합 성능 시험 결과, 예측 알고리즘과 실측 결과 간 최대 오차는 4dB 이내로 나타났다.


이성현 책임연구원은 “이번에 개발된 기술은 수중방사소음이라는 전략적 정보를 실시간 예측·모니터링할 수 있는 세계적 수준의 시스템”이라며, “군사적 은밀성 확보뿐 아니라 운용 장비 이상 진단과 유지관리 효율화 측면에서도 활용 가치가 크다”고 말했다.

연구는 방위사업청과 국방신속획득기술연구원의 지원(사업명: 선체 부착 센서를 이용한 함정추진기 CIS 모니터링 기술)으로, LIG넥스원과 공동으로 수행됐다.