전투기 전자전 시스템 분석 - EA-18G Growler (2)

2부에서는 EA-18G의 ALQ-218 시스템에 대해 알아보겠다.

먼저 ALQ-218 시스템의 수신부와 신호처리 부는 아래의 cutaway에서 E85 “ALQ-218(V)2 processor”와 E86 “ALQ-218(V)2 channeliser receiver”, E87 “ALQ-218(V)2 power supply”, E89 “ALQ-218(V)2 digital measurement receiver”이다.

 

 

일단 ALQ-218(V)2 수신 시스템은 구성품 이름에서 알 수 있듯이 디지털 수신기이며 넓은 수신 주파수 대역폭을 작은 대역(채널)으로 나누어 신호를 잡음으로부터 분리하는 방식을 적용하고 있다. 아날로그 수신기는 대표적으로 crystal video, superheterodyne, IFM(Instanteneous Frequency Measurement), channelized, compressive, Bragg cell 수신기가 있다. 디지털 수신기는 일반적으로 안테나로부터 수신된 신호를 IF(Intermediate Frequency) 대역으로 변경하고 고속의 ADC(Analog to Digital)를 이용하여 디지타이징 한다. 이렇게 만든 디지털 신호는 디지털 신호처리 과정을 거쳐 원하는 PDW(Pulse Description Word)를 만들게 된다. 디지털 수신기는 아날로그 수신기에 비해 처리 과정에 있어 좀 더 신뢰성 높은 처리가 가능한데 그 이유는 아날로그 회로에서 발생하는 temperature drifting이나 gain variation 또는 dc level shifting이 없기 때문이다. 또한, 주파수 해상도에 있어서도 월등한 성능을 낼 수 있다.

이러한 디지털 수신기는 가능한 넓은 순시 대역폭(Instanteneous Bandwidth)을 가지며 실시간 신호처리를 하는 기술이 중요하다. 이를 구현하기 위한 방법 중 하나가 협대역(narrowband) 디지털 수신기를 여러 개 만들고 이를 통합시킴으로써 광대역 순시 대역폭을 구현하는 것이며 이 역할을 하는 것이 E86 “channeliser receiver”일 것으로 생각된다.

 

전자전 수신기의 수신 성능은 모두 군사 비밀로 취급된다. 그 이유는 특정 전자전 장비의 수신기 특성을 알면 적국에서 그 수신기가 탐지하지 못하는 신호를 만들기 때문이다. 위에서 언급한 순시 대역폭을 예를 들면, 상대 레이다의 주파수 호핑 특성이 1GHz 이내라면 순시 대역폭 1GHz를 갖는 전자전 수신기는 레이다의 주파수 특성을 모두 수신할 수 있게 되고 이를 분석하여 특정 레이다로 식별할 수 있다. 그러나 상대 레이다가 1GHz 대역을 넘게 호핑 한다면 전자전 수신기는 레이다 주파수 특성의 일부를 확인할 수 없게 되므로 레이다 식별이 불가하게 된다. 그러므로 수신기의 순시 대역폭도 군사 기밀 중 하나가 된다.

 

디지털 수신기의 특성은 이 외에도 같은 플랫폼에 장착되어 있는 다른 RF 장비와의 주파수 간섭 완화 설계에도 장점이 있다. 특히 AESA 레이다와의 주파수 호환성 설계에는 디지털 수신기가 필수적이라고 할 수 있다. 그러나 이는 다음에 살펴보기로 하겠다.

 

다음은 안테나 구성이다. Cutaway 상에서는 E84 “ALQ-218(V)2 forward high-band LBI antenna”와 E91 “ALQ-218(V)2 forward mid-band LBI antenna”, E97 “ALQ-218(V)2 aft high-band LBI antenna”, E96 “ALQ-218(V)2 aft mid-band LBI antenna”이며 실제 항공기에서의 형상이나 위치는 아래의 그림과 같다.

 

 

붉은색은 high-band이고 파란색은 mid-band를 나타낸다.

먼저 안테나는 수신 주파수 대역에 따라 고대역과 중대역으로 구분되어 있으며 전방과 후방에 각각 있다.

LBI는 Long Baseline Interferometry의 약자이며 이전 F-16 Block60의 전자전 시스템에 대해 얘기했을 때 언급된 적이 있다. 수신 안테나가 특정 간격을 둔 어레이로 구성되어 있으며 특정 위치에서 방사된 신호는 각 수신 어레이 안테나에 각기 다른 시간으로 수신된다. 이 시간차는 곧 위상차이며 이 위상의 차이를 측정하면 어느 방향에서 신호가 들어오는지 알아낼 수 있다.

EA-18G에서는 다음의 그림에서와 같이 전방 동체와 후방동체에 각각 있는 안테나 간의 이격이 Long Baseline 을 구성하는 것으로 보인다.

 

 

Interferomety 방식은 ALR-67에서 적용하고 있는 Amplitude Comparison 방식보다 수신 신호의 방향을 더욱 정밀하게 탐지가 가능하다는 장점이 있지만 안테나 구성이 복잡하고 안테나와 수신기까지 연결하는 RF Network에 있어서도 위상을 측정할 수 있는 고가의 시스템을 구축해야 하는 단점이 있다.

 

Long Baseline이 있으면 Short Baseline이 있다는 얘기인데, cutaway 상에서 E98 “ALQ-218(V)2 SBI arrays – fore and aft”와 E101 “ALQ-218(V)2 mid-band SBI array”이다. 그림은 아래와 같다.

 

 

Long Baseline은 안테나 간 이격이 크며 이로 인해 grating lobes가 발생하고 결과적으로 수신 신호의 AOA(Angle of Arrival), 즉, 방향 탐지에 있어서 모호성이 발생한다. 이를 해결하는 방법 중 하나가 Short Baseline을 활용하여 이 모호성을 제거하는 것이다. 이를 Multiple Baseline Interferometry라고 하며 EA-18G는 이 방식을 적용하고 있는 것으로 추측된다.

 

2부 마지막으로 살펴볼 것은 E104 “ALQ-218(V)2 forward antenna preselector”와 E105 “ALQ-218(V)2 aft antenna preselector”, E100 “Low-band antenna-two off”이다.

 

Antenna preselecotr의 역할은 특정 안테나를 수신기와 연결하는 역할을 한다. 예를 들면 E104번은 전방 좌우에 각각 있는 high-band, mid-band LBI 안테나 중에서 어느 한쪽을 수신기와 연결하는 역할을 할 것이며 E105번은 후방 안테나에 대해서 동일한 역할을 할 것으로 예상된다.

위의 그림에서 Wing Tip Pod의 mid-band SBI 양옆에 있는 Low-band antenna는 이름 그대로 저대역 신호를 수신하는 안테나이다. EA-18G cutaway 상에서는 ALQ-218(V)2의 수신 대역이 Low/Mid/High로만 언급하고 있으므로 정확한 주파수 대역은 알 수 없다. 다만 Low-band 안테나는 Interferometry 방식은 아닌 것으로 생각된다.

 

위에서 얘기한 EA-18G의 ALQ-218(V)2의 안테나 어레이는 전방 동체와 후방동체 그리고 주익 끝에 Wing Tip Pod 형식으로 장착되어 있다. 이렇게 Wing Tip Pod 형상으로 전자전 수신 시스템이 구현되어 있는 전투기는 Eurofighter와 Gripen 항공기 등이 있다. Wing Tip Pod 형상은 안테나가 동체 blockage로부터 가장 자유로울 수 있는 위치이며 안테나와 근접하여 초단 수신부나 증폭부를 배치할 수 있으므로 전자전 성능을 극대화할 수 있는 형상일 것이다. 그러나 전투기 자체의 비행 성능에 있어서 Wing Tip Pod는 drag나 RCS를 크게 하므로 좋지 않은 형상이기도 하다. 안테나 어레이를 적용하면서 drag나 RCS에 영향을 주지 않게 구현한 비행기가 있는데 바로 F-35이다. F-35의 전자전 시스템은 다음에 살펴볼 계획이다.

 

다음 3부에서는 EA-18G 재머 시스템에 대해 알아보겠다.