지난번 ECM 기법 중 잡음 재밍에 대해 알아봤고 이번에는 기만 재밍에 대한 일반적인 내용에 대해 알아보겠다.
ECM(Electronic Countermeasure) 기법 - 잡음 재밍
일반적인 재밍 기법에 대해 알아보고 각 기법에 대응하는 대응책은 어떠한 것이 있는지 알아본다. 다음의 글은 “Aircraft 101”을 참고하였다. 레이다에 대한 대응책(Countermeasures)은 전자적인 방식
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다음의 내용은 EW101을 참고하였다.
기만 재밍 (Deception Jamming)
기만 재머는 적의 레이다 신호를 분석하기 위해 레이다 신호 수신 장치를 탑재하고 있으며 적 레이다를 혼란스럽게 만들기 위해 실제 레이다 신호와 유사한 가짜 표적 신호를 레이다로 보내게 된다.
이는 재밍의 대상이 되는 시스템에 잡음과 같은 간섭 신호를 주입하여 실제 신호를 가리는 목적의 잡음 형식의 재밍과는 반대라고 할 수 있다.
잡음 재밍 기법은 레이다 임무를 중지시키는 데에 유효하다면 더욱 정교한 방식의 기만 재밍은 적이 여전히 정상적으로 동작하고 있다고 생각하게 만들며 잘못된 표적 거리와 속도 정보를 획득하게 만든다.
이러한 기만 재밍을 위해서는 정확한 적 레이다의 주파수 정보뿐만 아니라 모든 송신 파라미터를 알고 있어야 한다.
기만 재밍은 방법 상 더욱 지능적인 스팟(spot) 재밍 또는 포인트(point) 재밍이라고 할 수 있다.
그러나 기만 재밍은 미사일의 HOJ(Home-On-Jam) 모드에는 경우에 따라 효과가 적을 수 있는데 그 이유는 미사일은 기만을 당하고 있다고 인지하지 못하기 때문이다.
이는 매우 중요한 사항일 수 있으며 만약 재밍이 탐지되어도 HOJ는 여전히 유효할 수 있다는 것이다.
최근의 레이다 기만 재밍 능력은 DRFM(Digital RF Memory)의 개발과 함께 많은 향상이 있었다.
이러한 DRFM 기술을 적용하고 있는 재머에는 ALQ-187(V)2나 ALQ-131, Falcon edge, ALQ-211(V)9, ALQ-214(V)3, Spectra, ASQ-239등이 있다.
DRFM은 신호의 저장을 위해 고속 샘플링의 디지털 메모리가 사용되며 RF 신호를 재생시키는 기술이다. DRFM의 가장 중요한 특징은 수신된 적 신호를 디지털 적으로 복제할 수 있다는 것이며 이것은 처음 수신된 신호 소스와 동기화가 가능하다.
과거 아날로그 방식의 memory loop는 계속해서 사이클을 도는 동안 에너지의 감소로 인해 신호의 저하가 발생하였고 이는 재밍에 있어서 큰 거리 오차를 발생하는 요인이었는데 DRFM에서는 이러한 신호의 저하가 발생하지 않는다.
큰 틀에서의 기만 재밍 부류에 있어서 다음의 몇몇 다른 기법들이 존재한다.
(1) 거리 기만 (Range Deception)
거리 기만 재밍 또는 Range-Gate Stealer 는 가장 대표적인 기만 재머의 기법이다.
거리 기만 재밍은 레이다의 거리 추적 회로내에 가짜 표적을 생성시켜 레이다의 추적 게이트를 실제 표적 위치에서부터 멀어지게 한다.
처음에 재머는 수신한 레이다 신호를 증폭하여 다시 레이다 쪽으로 보낸다.
일반적으로 기만 재머의 신호는 레이다의 반사 신호보다 세기가 크며 이 센 신호가 레이다의 거리 추적 회로에 의해 탐지된다.
이후 기만 신호는 재머의 RF 메모리를 이용하여 점진적으로 지연시킨다.
따라서 레이다의 거리 게이트가 실제 표적의 위치에서부터 멀어지게 되며 이 기법을 RGPO(Rage Gate Pull-Off)라 한다.
레이다의 거리 게이트가 실제 표적으로부터 충분히 떨어져 있을 때 기만 재머는 재밍을 종료함으로써 추적 레이다는 표적을 잃고 표적 획득 모드로 바뀌게 된다.
재머는 레이다 거리 게이트를 끌어오기도 하며 이는 RGPI(Range Gate Pull-In)라 부른다.
이는 앞의 RGPO와 유사하지만 차이점은 거리 게이트를 표적으로부터 멀어지게 하는 대신 더 가까이 오도록 만드는 것이다.
Counter-countermeasures:
* PRF Jitter : 레이다가 거리를 측정하는 방법은 펄스를 보낸 시간과 표적에 맞고 되돌아온 시간 간의 차이를 기반으로 한다.
그러므러 기본적인 레이다의 최대 탐지거리는 레이다의 최대 펄스 반복 주파수에 의해 결정된다.
Jitter 모드에서는 최대 탐지 거리가 만족할 때까지의 간격 안에서 펄스의 주기는 랜덤으로 변화한다.
그렇기때문에 재머 입장에서는 언제 레이다의 다음 펄스가 수신될지 예측이 불가하게 된다.
* 주파수 호핑 : 재머 입장에서 신호를 분석하고 전환하는데 특정 시간이 소요되므로 그 사이의 레이다의 주파수가 변경되면 이전 신호를 바탕으로 한 기만 신호는 효과가 떨어진다.
* Leading Edge 추적 : RGPO나 RGPI 커버 펄스 재밍은 실제 표적 신호보다 어느 정도의 시간 지연이 발생하는 경향이 있다.
그러므로 레이다가 반사 신호의 중심을 기준으로 신호 탐지를 하는 대신에 반사 신호의 앞부분을 중심으로 탐지를 함으로써 기만으로부터 회피할 수 있다.
이것을 Early Gate에 의한 탐지라고 하면 신호의 뒷부분을 중심으로 탐지할 수도 있는데 이는 Late Gate에 의한 탐지라고 한다.
* 항상 신호 세기를 모니터링함으로써 갑자기 세게 들어오는 신호를 인지한다.
* 이중 추적(Double Tracking) : 일반적으로 전투기 탑재 레이다는 신호처리에 있어서 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용하며 이는 신호를 분석할 때에 거리 축(시간축)과 속도 축(주파 수축)의 두 축을 동시에 이용한다.
그렇기 때문에 레이다는 반사된 표적 신호를 거리와 속도(도플러)의 두 가지 추적을 동시에 할 수 있다.
만약 재머가 이 중 한축의 추적 게이트에만 동기화 되어 있고 다른 한 축에는 그렇지 못하다면 기만 신호는 레이다에게 무시될 수 있다.
(2) 속도 기만 (Velocity Deception)
속도 기만 재밍은 도플러 편이를 이용한다.
재머 동작은 재머가 레이다 신호를 탐지하면서 시작하며 강하면서 도플러 편이가 가짜로 틀어진 신호를 레이다 방향으로 보낸다.
그러면 레이다는 잘못된 도플러 신호를 추적하게 되고 재머는 천천히 가짜 신호의 주파수를 실제 표적의 도플러 주파수에서 멀어지게 동작한다.
레이다의 속도 추적 게이트가 충분히 멀리 떨어졌을 때에 재머는 재밍을 중지한다.
그러면 레이다는 표적이 없는 위치를 바라보게 된다.
속도 기만의 기본원리는 거리 기만과 유사하여 VGPO(Velocity Gate Pull-Off)라 부른다.
Counter-countermeasures:
* PRF Jitter
* 주파수 호핑
* Leading-edge tracking
* Double tracking
* Guard gate : 이것은 레이다 추적이 수행될 때에 추적 게이트 주변을 센싱 하여 추가적인 신호가 탐지되는 즉시 추적 시스템은 짧은 시간 동안 메모리 추적 상태로 전환되었다가 다시 이전의 표적을 계속 추적하는 기법이다.
따라서 기만 재머가 가짜 표적으로 추적 게이트를 유인하려고 시도하고 실제 표적 반사 신호와 기만 신호가 서로 분리되자마자 실제 표적 반사 신호는 guard 게이트로 들어가고 추적 게이트가 보호된다.
기만 신호가 사라졌다고 센싱되면 레이다 추적 게이트는 다시 정상적인 위치로 간다.
(3) Cover Pulse
이 기법은 spot 또는 barrage 잡음 재밍과 기만 재밍의 특징이 서로 합쳐져 있다고 볼 수 있다.
이 재머는 표적에 맞고 반사된 레이다 표적 신호에 맞춰 noise burst로 덮는 형태이다.
저출력의 리피터를 이용하고 시분할에 의해 여러 레이다에 대응할 수 있다는 특징이 있다.
Counter-countermeasures:
* 고출력, 고이득 레이다에 취약
* HOJ 미사일에 취약
(4) Inverse Gain(Conical Scan) Jamming
Inverse gain 재밍은 conical scan 추적 레이다의 각도 추적 회로에 기만을 주는 방식이다.
이 기법은 수신된 레이다 신호에 amplitude 변조를 주어 다시 레이다 쪽으로 보내는데 이때의 변조 신호는 레이다의 안테나 송수신 스캔 패턴의 반대가 되도록 한다.
그렇기 때문에 conical 스캔을 하는 추적 레이다에 대해 inverse gain 기법은 실제 표적으로부터 안테나를 멀어지게 만든다.
또한 conical scan 추적 레이다를 기만하기 위해 Inverse gain 재밍은 RGPO 기법과 서로 합쳐져서 사용되기도 한다.
Counter-countermeasures:
* 모노펄스 레이다
* 안테나 스캔 속도를 랜덤 하게 바꾸는 Random conical scan frequency
* 수신 전용의 Lobe on receive only (LORO)
* 수신 전용의 Conical Scan on Receive Only(COSRO)
* 주파수 호핑
* PRF Jitter
(5) Cross Eye Jamming
Cross-eye 재밍은 공간적으로 분리된 두 개의 재밍 소스를 이용하는 기만 재밍 기법이다.
각 재밍 소스는 동시에 같은 신호를 발생시키는 리피터 재머로서 동작한다.
만약 두 신호가 180도의 위상차이를 가지고 미사일의 모노펄스 안테나에서 수신되면 전파면에 왜곡이 발생한다.
미사일의 시커는 전파면의 수직 방향으로 신호 소스가 존재한다고 생각하므로 왜곡된 전파면에 대해 다시 정렬을 수행하게 된다.
결국 이러한 안테나의 재정렬은 잘못된 미사일 추적을 일으키고 미사일의 자동비행 로직에 잘못된 정보를 제공하게 만든다.
이것은 잠재적으로 미사일의 mis distance를 유발할 수 있게 한다.
Cross-eye 재밍 시스템에서 두 재밍 소스 간 180도의 위상차는 역반사 송신 시스템에 의해 유지된다.
이러한 형태의 시스템은 각 재밍 안테나가 재밍 신호의 소스 역할을 할 수 있고 한 안테나가 신호를 수신하면 다른 안테나를 통해 송신을 할 수 있고 그 반대로도 가능하다.
미사일 시커로부터 수신 안테나까지 그리고 송신 안테나에서 다시 시커까지 되돌아가는 전체 경로에서의 시간 지연이 두 신호에서 모두 동일하다면 미사일 시커에서의 이 두 신호 위상은 동일하다.
여기에 180도 위상 변위기를 둘 중에 하나의 경로에 더하여 전파면 왜곡을 만든다.
재밍 신호는 레이다의 각도 추적기가 탐지한 실제 반사 신호를 이길 수 있어야 한다.
이를 위해서는 충분한 크기의 재밍 대 신호 비가 필요하다.
따라서 성공적인 cross-eye 재밍을 위해서는 최소한 레이다 표적 반사 신호보다 20 dBsm 이상의 센 재밍 신호가 요구된다.
Counter-countermesures:
* PRF Jitter
* 주파수 호핑
* 고출력, 고익득의 레이다
* 레이다 듀티 사이클의 증가
(6) Cross-Polarized Jamming
Reflector 형태의 안테나는 수직 편파 신호에 대한 응답과 아주 다른 cross-polarized 신호에 대한 응답 특성을 갖는다.
Cross-polarized 재밍은 이러한 특성을 이용하는 기법이다.
재머는 2개의 송신 안테나를 가지고 있으며 이 둘은 90˚의 편파 차를 갖는다.
즉, 하나는 수직 편파이고 다른 하나는 수평편파이다.
이 편파의 차가 레이다로 하여금 심각한 추적 에러를 일으키게 만든다.
Counter-countermeasures:
* Polarization Filter
* AESA나 PESA 레이다와 같은 평판 안테나에 대해서는 Cross-polarized 재밍의 효과가 없다.
* Cross-polarized 재밍은 매우 높은 재밍 대 신호 비를 요구하기 때문에 고출력 및 고 이득의 레이다에 효과가 적다
(7) Skirt Jamming
Skirt 재밍은 레이다 필터 주파수의 바로 위와 아래에 강한 재밍 신호를 주입함으로써 생기는 레이다 수신기 필터의 위상 응답을 이용하는 기법이다.
이를 통해 특정 대역 내에서 비선형적인 위상 응답 특성을 갖도록 만들어 내며 결국 레이다의 추적 회로에 영향을 주도록 한다.
Counter-countermeasures:
* Skirt 주파수 재밍의 효과는 주파수의 위상이 급변하는 레이다의 sum 채널과 difference 채널 간의 불균형에 따라 달라진다.
그러므로 이러한 부분의 레이다 설계가 정교한 만큼 재밍의 효과는 적어진다.
(8) Active Cancellation
Active cancellation은 수신되는 레이다 신호를 샘플링하고 분석하여 위상을 바꾼 신호로 되돌림으로써 간섭을 제거하듯이 신호를 지우는 아직은 이론적인 기법이다.
이 기법을 공식적으로 운용하고 있다는 재머 시스템은 아직 없다고 알고 있으나, Rafale 전투기에 적용된 전자전 시스템인 SPECTRA가 이 방식을 적용하고 있다는 소문이 있다.
Counter-countermeasures:
* active cancellation은 펄스에 대한 정확한 정보가 있어야 cancellation 펄스를 만들어 낼 수 있으므로 주파수 agile 레이다에는 효과가 적을 수 있다.
* cancellation 펄스를 만들기 위해서는 정확한 타이밍을 알아야 하므로 랜덤으로 PRF를 바꾸면 재머는 다음 펄스의 수신 시점을 예측하기 어려우므로 PRF Jitter에 효과가 적을 수 있다.
* 다중 PRF 레이다
기타 - 재밍 전략(Jamming Tactics)
다음은 추가적으로 재밍 전략에 대해 몇 가지를 정리한 것이다.
(1) Blinking Jamming
Blinking 재밍은 모노펄스 레이다와 HOJ 미사일을 기만하는데 효과적이라고 알려져 있다.
순차적으로 재밍 신호를 내보내는 2개의 재밍 자산을 통해 레이다의 시선 각도가 계속해서 두 각도의 위치를 왔다 갔다 하게 만든다.
이 두 재밍 자산은 레이다의 센서 회전 속도와 거의 유사한 속도(일반적으로 수 Hz)로 신호를 보낼 수 있으며 이는 레이다에 공진을 일으키고 결국 큰 오버슛을 만들어 낼 수 있다.
만약 HOJ 미사일에 적용된다면 미사일을 좌우로 크게 요동치게 만들 수 있고 두 표적을 모두 잃게 만들 수 있다.
(2) Stand-off Jamming
한 플랫폼에서 지원 재밍 신호를 방사하여 다른 우군의 플랫폼을 보호한다.
Stand-Off Jamming(SOJ)에서 지원 재밍 플랫폼은 적 레이다로부터 멀리 떨어져 있으며 보통 적 무기체계의 사정거리 밖이 된다.
이 방법의 장점은 플랫폼이 HOJ 미사일로부터 안전하다는 것이며 단점은 충분히 큰 재밍 대 신호 비를 유지하기가 어렵다는 것이다.
(3) Stand- In Jamming
역시 한 플랫폼에서 지원 재밍 신호를 방사하여 다른 우군의 플랫폼을 보호한다.
Stand-In-Jamming(SIJ)는 적 레이다와 매우 근접한 거리에 플랫폼이 있으며 따라서 SOJ에 비해 요구되는 재밍 출력이 적다는 장점이 있다.
(4) Terrain Bounce Jamming
지형 반사 재밍은 HOJ 미사일을 처리하기 위해 만들어진 독특한 재밍 방법이다.
일반적으로 재밍 신호는 직접적으로 레이다를 향한다.
그렇기 때문에 HOJ 미사일이 재머 신호의 방향을 추적하여 재머의 방향으로 비행할 수 있다.
지형 반사 재밍은 땅이나 바다가 전파를 반사한다는 특징을 이용한다.
재머는 레이다를 바로 지향하지 않고 대신 이러한 표면을 지향하여 방사하며 HOJ 미사일이 재머의 위치가 지상 어딘가로 잘못 알게 만든다.
지형 반사 재밍 방법은 항공기가 저고도로 비행하거나 바다와 같은 평평한 지형을 비행할 때에 유효하며 가장 큰 단점은 재머의 유효 방사 출력이 줄어든다는 것이다.
여기까지 재밍 기법과 전략에 대해 개략적으로 알아봤다.
사실 재밍 기법은 더 세분화하여 들어가면 훨씬 많고 내용도 복잡하다.
다음에는 좀 더 상세한 내용에 대해 알아보고자 한다.
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