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밀리터리Rep 2008.01.17 21:03
재밍기술의 발전방향

RF 재밍기술의 발전 방향

새로운 시대를 맞이하여 전자방해책(ECM)분야는 21세기의 도전과 대응을 준비하고 있다. 1901년 아메리칸 컵 요트경기에서 계획적인 초고주파(RF) 재밍(Jamming)을 사용한 때부터 재밍 기술은 지속적으로 발전되어 왔다. 초기의 RF 재밍은 주로 송신 출력을 높이는데 있었다. 최고 출력의 송신기를 장착한 레이더나 ECM재머가 일반적으로 우세하였다. 그 이후 재밍 개념은 단순히 레이더를 최고의 출력으로 재밍하는 방법에서 효율적으로 재밍하는 방법으로 바뀌었다. 그 일례로서 1901년 당시 요트경기에서 인가된 통신 중계 회사가 신문사로 경기 상황과 결과를 전송하는 것을 방해하기 위해 비인가된 통신 중계 회사는 간단한 전송 코드와 함께 내장된 고출력 재밍 코드를 사용하였다. 레이더가 유용한 수단으로 사용되던 1940년 무렵에 영국 런던에서 최초로 레이더에 대한 항공 재밍 사건이 발생하였다.

오늘날의 차세대 ECM장비들은 적이 모르게 은밀히 작동하도록 설계된 최첨단 디지털 시스템들이며, 적의 위협레이더를 통제하고 반응을 관리하는 능력을 갖추고 있다. 더욱 중요한 것은 위협체계의 성능 개선 사항을 분석하고 대응할 수 있는 종합적인 대응 능력을 갖고 있다는 점이다. 이러한 기술적 접근 방식은 적이 감지하는 방해 기술에서 은밀한 기만과 유인 기술로 발전하게 된다. 저피탐지(LO : Low-Observable)기술을 적용한 차세대 재밍 기술이야말로 각기 다른 나라들과 설계 개념에서 개발되는 다양한 플랫폼들인 소위 '무지개 위협'이라는 새로운 차원의 위협을 무력화할 수 있는 유일한 첨단 기술로 부상되고 있다.

재밍의 목적
ECM의 초기 당시 재밍의 목적은 적이 아군 항공기를 피격시키는데 필요한 일련의 절차들인 피격과정(kill-chain)을 방해, 약화, 기만하는 것으로서 피격과정 요소들을 식별한 다음 그 취약점을 이용하는 것이다. 피격과정의 가장 취약한 부분은 보통 위협체계에 따라 다르다. 피격과정 중 한 개의 요소만을 방해하는 것보다는 오히려 다수의 요소들을 방해하거나 약화시킴으로써 그 목적이 달성될 수 있다. 또한 정보전 혹은 정보 제압이라는 관점에서 볼 때 위협의 피격과정에 관한 정보 수집은 전투임무를 수행하기 오래 전부터 준비되어야 한다.

전자대응책(ECM)의 발전
레이더가 적 선박과 항공기를 탐지하고 표적의 위치를 파악하는데 중요한 수단으로 대두되자 곧 누군가가 레이더에 대한 재밍을 착안하였다. 최초로 시험 개발된 레이더의 운용시기와 거의 동시에 레이더를 무력화시키는 재밍 시스템이 개발되었다. 만약 레이더 설계기술이 지속적으로 변하지 않는다면 레이더를 무력화시키는 방법은 단순할지도 모른다. 그러나 불행히도 적 레이더의 성능 개선에 대응하는 전자방해책의 연구는 끊임없이 반복 순환하는 창과 방패의 싸움과도 같다. 적의 위협레이더 체계의 성능이 향상되면 아군 플렛폼의 생존성과 전투임무 성공률이 낮아지게 되고, 결국 적 레이더에 대한 방해책 대응능력이 필연적으로 향상되어야 한다. 과거에는 ECM대응은 주로 재밍과 연관되어 왔으나, 최근에는 걸프전에서 알 수 있듯이 재밍 뿐만이 아니라 방어 제압(defence suppression), 희석(dilution) 및 반사신호 감소(signature reduction)등을 포함한다. 위협의 기본 설계개념 및 기술 분야에서의 변화를 수반하는 고비용의 위협을 저비용의 ECM대응으로 해결하는데 그 목적이 있다.

재밍 대응 기술 발전
지난 50년 동안 재밍 성능과 재밍 체계 구조에 있어서 획기적인 변화가 있었다. 대부분의 경우 전자전(EW)장비 구조는 각각의 해당 위협체계들을 무력화하는 데에 효과적으로 설계되었다. 앞에서 밝혔듯이, 적 위협의 성능 개선으로 인해 EW 생존성이 감소됨에 따라 구조변화의 필요성이 대두되었다. 이러한 변화들 중 많은 부분은 아군 항공기 재밍 체계에서 지상 레이더 시스템을 제압할 정도로 충분한 고출력을 발생시키지 못하기 때문이었다. 적의 지상 위협은 단지 물리적인 법칙과 군수지원 조건에만 제약을 받을 뿐이고 아군의 항공 재밍 체계는 항공기 전력 공급량, 설치 및 통합 손실, 크기 및 무게, 냉각능력 및 극한 환경조건들의 제약을 받는다.

1945년부터 1960년 사이, 감시 및 탐지 레이더들은 항공기와 탄도 무기들을 포착하기 위해 사용되었다. 항공기 탑재 재밍에서는 광대역 잡음(barrage noise)을 사용하여 탐지 및 감시 레이더를 방해하였다. 채프는 레이더의 전시 스코프상에 구름형상과 같은 흐린 영상을 나타내는데 사용되었다. 높은 이득의 부엽과 후엽을 갖고 있었던 초창기의 위협레이더는 잡음재밍에 특히 취약하였다. 부엽과 후엽의 높은 이득으로 인하여 주사 주기동안에 잡음으로 하여금 위협레이더를 방해하도록 하였다. 결과적으로 위협레이더들은 완벽한 방해를 받아 표적의 거리 혹은 각도를 잃게되었다. 이에 대응하기 위해 위협레이더는 송신 출력을 증가시켰고, 부엽 반사신호를 감소시키거나 제거하였다. 또한 위협 시스템은 장거리 유도 미사일을 구비하여 대응하였다. 잡음재밍 체계의 효과는 운용 측면에서 볼 때 원거리 때문에 감소되었고, 성능 측면에서 볼 때 고출력 요구사항과 제한된 재밍 영역 때문에 역시 감소되었다.

1960년 후반 중엽에 레이더 유도 미사일이 출현하면서 감시, 탐지, 사격통제/유도 등을 지원하기 위한 레이더의 역할과 사용 빈도는 확대되었다. 재밍은 피격과정의 하나인 유도 및 종말(endgame)단계에서의 가장 취약한 부분에 가하여졌다. 재밍 초기단계에서 탑재형 자체보호 펄스 반복기(pulse repeater), 잡음재밍, 미사일 유도 링크(missile-guidance-link)재밍이 수행되었다. 이와 같은 탑재형(onboard)재밍을 수행함으로써 각도와 거리 오차를 유발시켜 미사일 유도와 고착(lock-on)능력을 저하시켰다. 이에 대응하기 위해 위협체계는 성능 개선된 레이더와 미사일 유도제어 분야에서의 진보된 전자대응방해책(ECCM)기술을 활용하였다. 채프와 잡음재밍 효과를 더욱 감쇄시키기 위해 레이더 성능개선 기술은 펄스 도플러 신호처리, 펄스 반복 주파수 변경, 주파수 급속변경 등과 같은 기술을 사용하였다. 펄스 도플러 신호처리기에 의해 항공기와 채프의 도플러 효과를 처리함으로써 채프와 항공기를 식별하게 된다. 펄스 반복 주파수와 주파수 급속변경은 잡음 재머로 하여금 출력을 다중 주파수 스펙트럼 대역으로 확산시키게 한다. 이것을 구현하기 위해서는 성능 개선된 재머 수신기 설계기술과 보다 효과적인 재밍 출력이 요구된다. 미사일 전자방해방어책에는 대방사(antiradiation), 재머 공격(home-on-jam)모드 등과 같은 기술들을 사용하였다. 이와 같은 ECCM기술로 인하여 현재 재밍 배치(jamming-employment)개념과 재밍 설계 변경이 요구된다. 위협이 재머 공격 모드로 전환되지 않도록 하기 위해 탑재형 재머는 유도 기만을 수행해야 한다.

Pod의 출현
1970년 말부터 1980년 중엽까지 탑재형 재머 구조는 펄스 반복기(pulse repeater)에서 펄스 응답기(pulse transponder)구조로 바뀌었다. 탑재형 재머는 인입하는 레이더 신호를 수집하여 처리함으로써 기 프로그램화 된 파형을 발생시킬 수 있다. 부피가 크고, 비효율적이며, 신뢰성이 낮은 송신기와 송신 유효출력을 70∼80 퍼센트 정도 감소시키는 설치문제로 인하여 탑재형 재밍 출력은 계속적으로 불충분하고 제약을 받았다.
탑재형 재밍 효력을 개선하고 통합 비용을 감소시키기 위해서 Pod 구조가 개발되었다. Pod 구조는 재밍 송신기 전용 냉각 능력을 제공하였고, 역시 통합 및 설치 손실을 감소시킴으로써 재밍 출력을 증대시켰다. Pod 개념에 의해 전투기는 내부에 ECM체계의 설치 필요성을 경감시킴으로써 다중플렛폼(multiplatform)능력을 갖출 수 있게 되었다. 그러나 이 개념은 댓가 없이 이루어질 수 없다. 즉, ECM Pod를 장착하는 전투기는 하나 혹은 그 이상의 연료 탱크들을 장착할 수 없고, 체공시간 및 탑재할 무장의 개수가 제한된다. 또한 항공기 날개 밑과 동체 밑에 Pod를 장착할 경우 상방향 및 측방향의 ECM 대응 범위가 축소된다.

모노펄스(Monopulse)재밍 기술
1980년대 중엽, 가장 중요한 위협레이더의 기술은 코히어런트(coherent)모노펄스 추적 기술의 출현이었다. 위협레이더는 모노펄스 신호처리 기술을 사용하여 정확한 각도 정보를 획득할 수 있었다. 미사일은 정확한 각도 정보와 비례 항법을 이용하여 표적을 요격할 수 있었다. 모노펄스 레이더는 추적 각도를 제공하는 반면 비례항법 장치는 미사일과 표적사이의 일정한 추적 각도를 유지한다. 교차 편향(cross-polarization)과 지면 반사(terrain bounce)와 같은 모노펄스 재밍기법은 모노펄스 각도 추적을 차단하기 위하여 일반적으로 고출력과 성능 향상된 실시간 신호처리를 요구한다. 재머 송신기의 효율과 송신기 설치 개선방향으로 고출력 신호발생 기술이 지속적으로 추진되고 있다.
모노펄스 위협에 대응하기 위한 저비용의 유인방법으로서 자유 낙하식 1회용 반복기(repeater)가 개발되었다. 탑재형 고출력 기만보다는 반복기를 통하여 송신된 유인 기법은 고출력 기만에서 요구한 전력의 소량분만을 사용하여도 미사일을 항공기로부터 멀리 유인할 수 있었다. 반복기는 항공기로부터 자유 낙하하여 멀어짐에 따른 도플러 변화를 조정 혹은 보상할 수 있어야 한다. 반복기와 항공기의 분리 속도가 빠르기 때문에 미사일 포착 혹은 유인 속도는 중요하다. 설계 관점에서 볼 때 반복기는 자체 전력과 기법 생성 능력을 자체적으로 갖춰야만 하고, 비용 대 효과가 우수해야 하며, 항공기의 분리체계와 호환성이 있어야만 한다. 비록 가능한 일이지만, 이러한 반복기는 제한된 설계와 비용 조건내에서 높은 성능이 요구되었다.

재밍기법의 최근 발전 추세
1980년대 후반과 1990년대 초반에 디지털 고주파 기억장치(DRFM : Digital Radio-Frequency Memory)를 갖춘 재머가 출현하였다. DRFM기능을 갖춘 탑재형 재머는 위협에 대응하기 위해 코히어런트 기법을 디지털 방식으로 기록, 처리 및 전송할 수 있었다. 모노펄스 추적기는 여전히 주요 위협이었으나, DRFM기술을 사용함으로써 모노펄스 추적기의 시동을 지연시키거나 작동시키지 못하게 하는 복합기법들이 만들어졌다. 만약 모노펄스 추적이 작동되면 비교적 높은 출력의 탑재형 재머 혹은 1회용 반복기를 사용함으로써 추적을 차단시킬 수 있다.

1990년대에 소개된 고효율, 소형의 진행파관(TWT)기술은 재머 구조와 통합에 영향을 끼칠 정도로 송신기 크기를 축소시켰으며 송신기 효율을 높였다. 무게가 100파운드나 되고 액체 냉각을 요하는 전형적인 송신기들은 공냉식 소형 TWT기술을 활용하여 레이저 지시기와 유사한 크기와 무게를 갖춘 송신기로 지금은 대체되고 있다. 이와 같은 개선을 통하여 항공기 후방에 송신기를 견인하거나 송신 안테나와 송신기를 함께 배치하는 등 새로운 설계 및 구조를 위한 다양한 선택 사양들을 제공하였다. 자체 완비형 견인식 반복기 구조들은 소형 TWT기술을 이용한 첫 케이스였다. 견인식 반복기는 항공기내의 다른 EW장비와는 독립적으로 작동하도록 설계되었다. 이 방법에서 디코이(decoy)는 표적 신호가 되고 견인선에 의해 항공기로부터 디코이 까지의 길이만큼 모노펄스 각도 오차를 유발시킨다. 이 개념은 반복 신호가 항공기 반사신호보다 크고 위협이 도플러 영역내에서 동작하는 한 적용된다. 수신 안테나, 반복 변조기법, 소형 TWT 및 송신 안테나들이 항공역학적으로 설계된 자체 완비형 견인식 반복기의 동체에 통합되도록 설계되며, 이 동체는 전선이 내장된 견인선에 의해 항공기에 연결된다. TWT를 구동시키는 고전압은 전선을 통하여 디코이에 공급된다.

1990년대 중반이후에 탑재(onboard)기술과 비탑재(offboard)기술과의 통합이 이루어졌다. 이것은 새로운 밀레니엄 시대에 완성되어지고 실전 배치되어질 차세대 ECM기술들의 시작이다. 견인식 반복기는 광섬유 견인식 디코이로 대체될 것이다. 이 구조는 탑재형 초고주파 신호 수신기 및 기법발생 기술과 비탑재형의 견인식 송신기를 통합한 구조이다. 이 구조에서는 실시간적으로 위협에 대응하기 위해 체널화된 수신기, DRFM등을 이용한 재밍 기법들이 탑재체에서 만들어지고, 비탑재체인 디코이에 전달되어 RF위협에 정확하게 대응한다. 탑재형 재밍기법 발생기와 디코이 사이의 데이터 교환은 광섬유를 통하여 이루어진다. 이때 디코이는 빛의 신호를 고주파 신호로 변환하여 기법을 방사한다. 이 구조는 과거 50년 동안 각각 독립적으로 존재하였던 두 재밍 구조 즉, 기만 재밍과 모노펄스 유인 재밍을 혼합한 것이다.

차세대 ECM 기술
차세대 ECM체계는 '무지개 위협'에 직면하고 있다. 이러한 위협에 대응하기 위한 차세대 전자방해책은 기존의 전자방해책 방안들을 균형있게 통합 발전시키고, 적이 감지하는 방해 개념에서 은밀하고 기만적인 유인 개념으로 발전하는 것이다. 즉, 스텔스 기술을 적용한 전자방해책은 보다 탄력적이고, 신뢰성이 있으며, 비용 대 효과가 우수한 ECM 해결책을 제공할 수 있다. 동질적이며 단순한 위협의 시대는 지나갔으며 새로운 밀레니엄 시대의 위협은 동적이며, 광대역적(multispectral)이며, 재빠른 대응 능력을 가질 것이다. 또한, 위협은 피격과정 중 한 개 요소의 실패로 인한 전과정에 미치는 영향을 최소화하면서 초고주파에서 적외선까지 전대역을 지속적으로 사용하게 될 것이다.

저비용 고효율의 체계통합
저비용, 고효율의 체계통합은 '무지개 위협'을 무력화시키는 핵심요소이다. 1990년대 말에 탑재형과 비탑재형 방해책의 통합이 이루어졌으며, 2000년대에 완성될 초고주파 대역과 적외선 대역의 상황 인지 및 방해책 분야의 통합으로 광대역 위협에 대항하는 방어책이 제공될 뿐만 아니라 초고주파 재밍 효력이 더욱 향상된다. 종래의 상황 인지, 레이더 경보 및 재밍의 기능적인 한계를 극복하기 위해 디지털 수신기, 첨단 신호처리 구조 및 다기능 안테나 설계 등의 기술을 이용하며, 이와 같은 기술을 적용함으로써 전자전 체계의 통합이 가능해진다. 전자전 체계의 통합기술은 디지털 및 반도체(solid-state) 첨단기술과 더불어 항공기체 설계 및 비용 측면에서 크게 기여할 것이다. 전력 증폭기들과 디지털 수신기들은 부피, 전력, 냉각, 체계 전순기 비용을 상당히 감소시켜줄 것이다. LO와 EW기술을 혼합함으로써 아군 항공기에 대한 적 위협의 피격 능력을 저하시킬 수 있다. LO의 개념이란 탐색과 추적 과정에서 플렛폼이 공격당할 확률을 낮추는 기술이며, 반면에 종래의 전자방해책은 대부분의 경우 위협을 공격하기 위해 고출력의 재밍을 사용한다. 근본적으로 두 기술의 운용개념은 서로 상반적이기 때문에 두 기술을 혼합하기 위해서는 양쪽을 고려한 설계 변경이 요구된다. EW 영역은 LO기술과 조화롭게 동작하는 방해책을 개발하는 통합 방향과 은밀하고 복합적이고 기만적인 유인 개념으로 발전되어야 할 것이다.

출처: Journal of Electronic Defense, 1999. 2, p.45∼51

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posted by 지나가다가