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OPS02 실습가이드 - 다중 센서 경보 중복 항적 통합 시뮬레이터

구 분 실습가이드 [교육용가상자료]

1. 실습 개요

본 실습은 가상 방어 지역의 가상 센서 4기(레이더 2, EO/IR 1, 음향 1)가 내는 교육용 경보 데이터로 다중 센서 중복 항적 통합 시뮬레이터를 미션 단위로 구현하는 과정이다. 미션마다 정답 코드(OPS02_정답코드.md)의 해당 코드를 웹 파이썬 실행기에 붙여 넣어 실행하고, 출력된 수치가 평가 기준을 충족하는지 확인한 뒤 파라미터를 바꿔 보는 도전 과제를 수행한다. 미션별 코드는 서로 독립적이어서 어느 미션부터 실행해도 동작한다.

과제	OPS02 다중 센서 경보 중복 항적 통합 시뮬레이터

난이도·유형	고급 / 코딩형

예상 소요시간	미션 10개, 총 27.5시간

준비물	OPS02_정답코드.md, 웹 파이썬 실행기(numpy·pandas·scipy·scikit-learn·matplotlib 사용 가능), 결과 기록용 문서

2. 진행 방법

• 정답코드 md에서 해당 미션의 코드 블록 전체를 복사해 실행기에 붙여 넣고 실행한다(부분 복사 시 가상 경보 생성·추적기 함수가 빠져 오류가 난다).

• 실행 결과를 md의 '실행 결과 예시'와 비교한다. 난수 시드가 고정되어 있어 정확도·건수는 같게 나오며, 처리 속도·지연(ms)과 기능 축소 스캔 수만 실행기 성능에 따라 달라진다.

• 미션 5·6·8·9는 실행에 10~30초가 걸린다. 실행 중 다시 누르지 않는다.

• 도전 과제는 코드의 파라미터(게이트, 가중치, 시나리오 조건 등)를 바꿔 다시 실행하고 변화와 이유를 기록한다.

• 그래프 글자는 영문, 표·출력은 한글이다. 좌표는 원점 기준 동·북 km의 가상 좌표다.

• 실제 부대 위치·센서 제원·배치 정보는 입력하지 않는다. 항적 통합·분리는 조작관이 확정하며 실제 교전 판단은 교전수칙·지휘계통에 따른다.

3. 미션 진행 요약

미션	난이도·시간	핵심 확인 결과
M1. 다종 센서(레이더·EO/IR·음향) 연동 규격 분석 및 중복 항적 데이터셋 스키마 설계	초급
1.5시간	샘플 검증 오류 0건, 주입 오류 6종 모두 검출, 필드 17개 정의
M2. 이종 센서 시각 동기화(Time-sync) 및 공간 좌표계(ENU/ECEF) 변환 전처리 구현	초급~중급
2시간	처리 속도 수만 건/초(목표 1,000건/초 달성), 단위 시험 6/6 통과
M3. 최단거리 매칭 기반 단일 항적-센서 경보 1차 융합(Fusion) 알고리즘 구현	중급
2.5시간	마할라노비스 3.0 통합 정확도 94.1%(목표 75% 달성), 유클리드 1.0km 89.3%
M4. 칼만 필터(Kalman Filter) 기반 다중 센서 경보 중복 항적 추적 및 궤적 통합 고도화	중급
3시간	평균 재현율 100%, 시나리오 10/10 통과, 스캔당 지연 최대 약 13ms(목표 200ms 이하)
M5. 센서별 오탐 가중치 반영 및 항적 통합 신뢰도 지수 산출 엔진 개발	중급~고급
3시간	경보 중 거짓 항적 56.7% -> 2.6%(감축 95%, 목표 40% 달성)
M6. 다중 센서 융합 항적 및 센서별 원시 경보 비교 전술 상황판(COP) 대시보드 구현	중급
2.5시간	패널 4종 40회 갱신, 갱신 최대 1초 이내, 선택 응답 1ms 미만
M7. 중복 항적 강제 분리 및 통합 확정을 위한 조작관 HITL 검토/승인 체계 구축	고급
3시간	자동 적용 0건, 규칙 위반 차단 5건, 로깅 성공률 100%
M8. 다수 센서 통신 단절 및 전자전 재밍 환경 모의 항적 융합 한계치 스트레스 테스트	고급
3.5시간	융합 한계: 레이더 2대 재밍 x6(0.675), RDR-A 단절+RDR-B 재밍 x6(0.634)
M9. AAR 일지 기반 항적 왜곡/분할(Track Split) 오류 분석 및 융합 임계값 최적화	고급
3시간	초기 평균 항적 정확도 33.8%, 오류 47건, 주원인은 확정 규칙(+52.8%p)
M10. 다중 센서 중복 항적 통합 시뮬레이터 최종 빌드 및 통합 방공망 브리핑 패키지 완성	최고급
3.5시간	자체 점검 10/10 통과, E2E 성공률 100%, 함수 커버리지 100%

미션 1. 다종 센서(레이더·EO/IR·음향) 연동 규격 분석 및 중복 항적 데이터셋 스키마 설계

난이도·시간	초급 · 1.5시간

| 진행 순서 | 1) M1 코드를 실행해 경보·전술 파라미터·통합 항적 샘플 검증 결과를 확인한다. 2) 오류 주입 6건이 어떤 규칙에 걸렸는지 표로 정리한다.

3) 가상 센서 등록부와 '비행체 1개당 동시 경보 수'를 보고 통합 스키마가 필요한 이유를 적는다.

| 확인할 결과 | 샘플 검증 오류 0건, 주입 오류 6종 모두 검출, 필드 17개 정의

비행체 1개당 같은 초에 평균 2.9개 센서 경보

도전 과제	통합 항적 스키마에 위협 등급(threat_level, enum: LOW/MID/HIGH) 필드를 추가하고 허용되지 않은 값을 넣어 검출되는지 확인한다.

제출물	스키마 정의 코드, 데이터 명세서(필드·규칙·센서 등록부)

미션 2. 이종 센서 시각 동기화(Time-sync) 및 공간 좌표계(ENU/ECEF) 변환 전처리 구현

난이도·시간	초급~중급 · 2시간

| 진행 순서 | 1) M2 코드를 실행해 처리 속도와 센서별 시계 오차 추정값을 확인한다. 2) 고속 표적의 동기화 전후 위치 편향 표를 보고 시계 오차가 위치 오차로 바뀌는 이유를 설명한다.

3) 단위 시험 6종의 PASS 여부를 기록한다.

| 확인할 결과 | 처리 속도 수만 건/초(목표 1,000건/초 달성), 단위 시험 6/6 통과

시계 오차 추정 오차 0.01초 이하, ACU-D 편향 -179m -> -33m

도전 과제	heartbeat 주기를 10초에서 30초로 늘리면(코드의 t % 10) 시계 오차 추정 정확도가 어떻게 바뀌는지 확인한다.

제출물	전처리 코드, 동기화 전후 비교표, 단위 시험 결과

미션 3. 최단거리 매칭 기반 단일 항적-센서 경보 1차 융합(Fusion) 알고리즘 구현

난이도·시간	중급 · 2.5시간

| 진행 순서 | 1) M3 코드를 실행해 유클리드·마할라노비스 방식의 통합 정확도를 비교한다. 2) 게이트 민감도 결과로 게이트가 작을 때와 클 때의 문제를 정리한다.

3) 스캔 25초 융합 결과 예시에서 묶음 근거(결합 거리)를 확인한다.

| 확인할 결과 | 마할라노비스 3.0 통합 정확도 94.1%(목표 75% 달성), 유클리드 1.0km 89.3%

동기화 생략 0.881 -> 적용 0.947

도전 과제	유클리드 게이트를 0.6km와 2.5km로 바꿔 분할·혼합이 어떻게 달라지는지 결과 예시로 확인한다.

제출물	Baseline 코드, 추론 결과 보고서(방식·게이트 비교, 한계)

미션 4. 칼만 필터(Kalman Filter) 기반 다중 센서 경보 중복 항적 추적 및 궤적 통합 고도화

난이도·시간	중급 · 3시간

| 진행 순서 | 1) M4 코드를 실행해 복합 위협 시나리오 10종 결과표를 확인한다. 2) 재현율·분할·거짓 항적·위치 오차·지연을 시나리오별로 기록한다.

3) 거짓 항적과 실제 항적의 수명·스캔당 보고·센서 수를 비교해 오경보 유발 패턴을 정리한다.

| 확인할 결과 | 평균 재현율 100%, 시나리오 10/10 통과, 스캔당 지연 최대 약 13ms(목표 200ms 이하)

거짓 항적 12개: 평균 수명 10s·스캔당 보고 1.0건(실제 60s·3.1건)

도전 과제	run_tracker에 confirm=(4, 6)을 넘겨 실행하고 거짓 항적 수와 재현율 변화를 기록한다.

제출물	고도화 추적 코드, 복합 위협 시나리오 결과표, 거짓 항적 패턴 분석

미션 5. 센서별 오탐 가중치 반영 및 항적 통합 신뢰도 지수 산출 엔진 개발

난이도·시간	중급~고급 · 3시간

| 진행 순서 | 1) M5 코드를 실행해 기상별 센서 신뢰도 가중치 매트릭스를 확인한다. 2) 모든 확정 항적 경보 방식과 High 경보 방식의 오경보율을 비교한다.

3) 등급별 항적 수, 특징 가중치, 임계값 민감도, 등급 일관성을 기록한다.

| 확인할 결과 | 경보 중 거짓 항적 56.7% -> 2.6%(감축 95%, 목표 40% 달성)

실제 항적 High 97.4%, ROC-AUC 0.998, 등급 일관성 99.8%

도전 과제	BASE_W의 EO/IR 가중치를 0.8에서 0.4로 낮춰 기만 항적 등급과 오경보율이 어떻게 바뀌는지 확인한다.

제출물	신뢰도 엔진 코드, 가중치 매트릭스, 오경보 필터링 전후 비교표

미션 6. 다중 센서 융합 항적 및 센서별 원시 경보 비교 전술 상황판(COP) 대시보드 구현

난이도·시간	중급 · 2.5시간

| 진행 순서 | 1) M6 코드를 실행해 상황판 4개 패널을 확인한다. 2) 화면 갱신 시간, 항적 선택 응답 시간, 표시 항목 감소율을 기록한다.

3) 방어 지역 접근 긴급 강조가 처음 발생한 시각과 Med로 표시된 거짓 항적을 확인한다.

| 확인할 결과 | 패널 4종 40회 갱신, 갱신 최대 1초 이내, 선택 응답 1ms 미만

표시 항목 23.9개 -> 7.2개(인지 부하 70% 감소), 긴급 강조 첫 발생 t=27s

도전 과제	ALERT_R을 4km에서 6km로 늘려 긴급 강조 스캔 수가 어떻게 바뀌는지 보고, 적정 강조 반경을 토의한다.

제출물	상황판 코드, 상황판 화면 캡처, 응답성·인지 부하 측정 결과

미션 7. 중복 항적 강제 분리 및 통합 확정을 위한 조작관 HITL 검토/승인 체계 구축

난이도·시간	고급 · 3시간

| 진행 순서 | 1) M7 코드를 실행해 검토 순서와 자동 적용 0건을 확인한다. 2) 차단된 규칙 위반 5건(ID 누락, 허용되지 않은 조치, 단일 센서 분리, 근거 부족 통합, 근거 부족)을 표로 정리한다.

3) 처리 결과표, 항적 상태 변화, 감사 로그 검증·변조 검출 결과를 기록한다.

| 확인할 결과 | 자동 적용 0건, 규칙 위반 차단 5건, 로깅 성공률 100%

보류 기한 초과 C03 상신, 7번째 기록 변조 검출(False, 7)

도전 과제	방어 지역 3km 이내 충돌은 2인 확인을 요구하도록 decide 규칙을 추가하고 차단 결과를 확인한다.

제출물	HITL 체계 코드, HITL 가이드(충돌 유형·결정 기준·상신·책임 분계)

미션 8. 다수 센서 통신 단절 및 전자전 재밍 환경 모의 항적 융합 한계치 스트레스 테스트

난이도·시간	고급 · 3.5시간

| 진행 순서 | 1) M8 코드를 실행해 단절·재밍 조건별 융합 성능 표를 확인한다. 2) 항적 정확도 80% 미만 조건을 융합 한계로 정한다.

3) 부하 시험 표의 유실·다운·기능 축소 스캔과 병목 프로파일을 기록한다.

| 확인할 결과 | 융합 한계: 레이더 2대 재밍 x6(0.675), RDR-A 단절+RDR-B 재밍 x6(0.634)

트래픽 4.9배: 다운 0건·유실 0%, 병목은 _merge

도전 과제	run_load의 degrade_ms를 50으로 낮춰 기능 축소 스캔 수와 재현율 변화를 보고 기능 축소의 득실을 토의한다.

제출물	스트레스 시험 코드, 분석 보고서(한계 표·부하 결과·병목·Fail-safe 동작)

미션 9. AAR 일지 기반 항적 왜곡/분할(Track Split) 오류 분석 및 융합 임계값 최적화

난이도·시간	고급 · 3시간

| 진행 순서 | 1) M9 코드를 실행해 AAR 일지 4건의 오류(분할·거짓 항적·병합 오류) 집계를 확인한다. 2) 파라미터 하나씩 바꾼 원인 검증 결과에서 주원인과 기각된 가설을 구분한다.

3) 재보정 파라미터(yaml)와 회귀 시험 결과를 AAR 보고서 표로 정리한다.

| 확인할 결과 | 초기 평균 항적 정확도 33.8%, 오류 47건, 주원인은 확정 규칙(+52.8%p)

새 시나리오 29.7% -> 92.1%(+62.4%p), 재발 0건, 거짓 항적 23 -> 1건

도전 과제	격자에 gate 5.99를 다시 넣어 탐색하고 최종 파라미터와 회귀 결과가 달라지는지 확인한다.

제출물	AAR 보고서, 재보정 파라미터 yaml, 회귀 시험 결과

미션 10. 다중 센서 중복 항적 통합 시뮬레이터 최종 빌드 및 통합 방공망 브리핑 패키지 완성

난이도·시간	최고급 · 3.5시간

| 진행 순서 | 1) M10 코드를 실행해 자체 점검 10항목과 함수 커버리지를 확인한다. 2) 차단 메시지 4건의 사유와 통합 항적 표를 확인한다.

3) 브리핑 요약 5줄의 수치가 위 결과와 일치하는지 대조한다.

| 확인할 결과 | 자체 점검 10/10 통과, E2E 성공률 100%, 함수 커버리지 100%

경보 1,655건 -> 통합 항적 10개(High 8 / Med 2), 재현율 100%, 분할 0건

도전 과제	CONFIG의 high min_rps를 1.5에서 2.5로 올려 실행하고 Med 검토 대기 건수 변화를 브리핑에 반영한다.

제출물	통합 실행 코드, README(실행 방법), 최종 보고서와 브리핑 요약

4. 최종 점검표

점검 항목	확인
미션 1~10 코드가 모두 오류 없이 실행되었다	( )
각 미션의 확인할 결과를 기록했다	( )
도전 과제 결과와 이유를 기록했다	( )
브리핑 수치가 실행 결과와 일치한다	( )
실제 부대 위치·센서 제원·배치 정보를 사용하지 않았다	( )
항적 통합·분리는 조작관 확정, 교전 판단은 교전수칙·지휘계통에 따름을 명시했다	( )