CHAPTER 11. DECEPTION JAMMING - 1부

기만 재밍(Deception Jamming) 시스템은 상대 레이다의 표적 방위 정보나 거리, 속도 또는 이러한 파라미터들을 동시에 부정하기 위해 거짓 정보를 보내도록 설계된다.

기만 재밍이 효율적이기 위해서 상대 레이다 신호를 수신하고 이 신호를 변경하여 상대 레이다에 재송신하게 된다.

이러한 시스템은 상대 레이다 신호를 복제하여 재송신을 하거나 반복시키기 때문에 기만 재머는 리피터 재머(Repeater Jammer)로 알려져 있기도 하다.

재송신된 신호는 반드시 상대 레이다의 주파수나 PRF, PRI, 펄스폭, 그리고 스캔 속도와 같은 특성이 동일해야 한다.

그러나 기만 재머는 상대 레이다 시스템의 전력은 동일하게 복제하지 못한다. 

 

(잡음 재머 대비 기만 재머의 전력 측면에서의 장점)

기만 재머는 잡음 재머에 비해 훨씬 작은 전력을 요구한다.

기만 재머는 레이다 수신기가 처리하기 위해 특별히 설계한 파형과 동일한 파형을 사용함으로써 장점을 취할 수 있다.

그렇기 때문에 기만 재머는 잡음 재머가 100%의 듀티 사이클을 사용하는 것과는 다르게 상대 레이다의 운용 사이클과 일치하는 듀티 사이클을 운용할 수 있다.

잡음 재머가 최대 전력을 요구도로 하는 반면에 기만 재머는 효과적이기 위한 요구를 레이다의 평균 파워로 기술한다.

게다가 기만 재머의 파형은 레이다의 파형과 동일하기 때문에 실제 표적 반사 신호처럼 처리된다.

즉, 재밍 신호는 레이다의 수신기에 의해 증폭되며 이는 효과도를 증가시킨다.

효과적인 기만 재밍을 위해 줄어든 전력 요구는 특히 위협이 밀집한 환경을 뚫고 지나가야 하는 전술 항공기의 자체 보호 재밍 시스템(Self-Protectoin System)을 설계하는 데 있어서 매우 중요한 요소가 된다.

기만 재밍 시스템은 작고 가벼우며 두 개 이상의 위협에 동시에 재밍할 수 있으며 이러한 특징은 기만 재머가 잡음 재머 시스템보다 더 많은 장점을 갖게 한다.

 

(잡음 재머 대비 기만 재머의 시스템 복잡도 측면에서의 단점)

비록 기만 재머가 더 작은 전력을 요구하지만, 시스템은 잡음 재머에 비해 훨씬 복잡하다.

기만 재머의 가장 중요한 부분은 메모리이다.

메모리는 상대 레이다의 신호 특성을 저장하고 신호 처리를 위한 제어 회로에 보내는 역할을 한다.

이러한 처리는 거의 동시에 재밍을 하고자 하는 모든 신호에 대해 수행 해야한다.

메모리 루프 상에서 약간의 지연은 기만 기법의 효과도를 떨어뜨리게 된다.

 

디지털 RF 메모리(DRFM)는 이러한 지연을 줄이고 기만 재머의 효과도를 증가시킨다.

자체 보호 역할을 위한 기만 재밍 시스템은 치명적인 레이다 시스템에 대응하기 위해 설계되며 이러한 기만 재밍 시스템이 효과적이기 위해서는 반드시 각 치명 위협의 정확하고 상세한 신호 파라미터에 맞춰 프로그램되어야 한다.

(기만 재밍 시스템 구조)

 

(일반적인 DRFM 구조와 회로카드)

 

(기만 재머를 위한 신호 인텔리전스)

정확한 신호 파라미터에 대한 요구는 위협의 주파수와 PRF, PRI, 펄스폭, 스캔 속도, 그리고 다른 특유한 신호 특성들을 제공하고 업데이트하는 전자전 지원(ES) 시스템에 부담을 증가시킨다.

ELINT(Electronic Intelligence) 구조는 신호의 수집과 업데이트, 그리고 기만 재밍 시스템에 대한 변경을 제공할 수 있도록 구성된다.

게다가 위협 시스템이 표적을 어떻게 획득하고 추적하며 교전하는지에 대한 상세한 정보 획득은 시스템의 약점을 파악하는데 아주 중요하다.

이렇게 시스템의 약점이 파악되면 효과적인 재밍 기법이 개발되고 기만 재머에 프로그램된다.

예를 들면, 만약 도플러 추적을 위주로 하는 레이다 시스템이 있다고 가정할 때, 도플러 기만 기법은 이 레이다의 성능을 크게 떨어뜨릴 수 있다.

효과적인 기만 재머 시스템은 잡음 재머 시스템보다 더 많은 인텔리전스 지원을 필요로 한다.

 

대부분의 자체 보호 재밍 기법들은 표적 추적 레이다(TTR)에 대항한 특정 형태의 기법을 적용하고 있다.

TTR의 목적은 연속적으로 표적의 거리와 방위, 그리고 속도 정보를 업데이트하는 것이다.

이러한 표적 파라미터들은 화력제어 컴퓨터에 보내지고 여기서는 이러한 파라미터와 무장의 특성을 기반으로 한 앞으로의 격추 위치를 계산한다.

화력제어 컴퓨터는 변화하는 표적 파라미터를 기반으로 계속해서 격추 위치를 예측하고 업데이트한다.

여기서 기만 재밍은 레이다의 표적 추적 또는 격추 위치 계산 부분에 있어서 약점을 이용하여 무기의 오차 거리(miss distance)를 최대화하거나 자동 추적을 못하도록 설계된다.

이번 챕터에서는 거짓 표적 재밍과 거리 기만 재밍, 각도 기만 재밍, 속도 기만 재밍, 그리고 모노펄스 재밍 등의 공통적인 기만 재밍 기법에 대해 알아본다.

 

[거짓 표적 재밍(False Target Jamming)]

거짓 표적 재밍은 acquisition 레이다나 early warning 레이다, 그리고 CGI(Ground Control Interceptor) 레이다에 대항하여 많이 적용되는 기법이다.

이러한 형태의 재밍 기법은 상대 레이다 스코프에 많은 거짓 표적을 시현시킴으로써 레이다 운용자를 혼란하게 만드는 것이 목적이다.

거짓 표적 기만 재밍이 성공적이라면 레이다 운용자는 실제 표적과 거짓 표적을 구분할 수 없게 된다. 

(거짓 표적 생성)

 

(거리상에 거짓 표적 생성)

기만 재머는 거짓 표적을 만들어내기 위해서 주파수와 PRF 그리고 스캔 속도를 상대 레이다에 맞춘다.

재밍 펄스는 반드시 상대 레이다에서 표적에 대한 반사 신호처럼 보여야 한다.

재머의 위치보다 더 먼 거리에 있는 거짓 표적들을 다수 만들어내기 위해서는 상대 레이다 펄스가 재머 시스템에 수신된 이후까지 재밍 펄스의 송신을 지연시킨다.

반면에 가까운 위치에 거짓 표적들을 만들어내려면 재밍 펄스 송신을 상대 레이다 펄스가 수신되기 이전에 수행한다.

만약 상대 레이다가 지터(Jittered) PRF를 적용하고 있다면 먼 거리에 있는 거짓 표적들 밖에 만들어내지 못한다.

 

(방위 방향으로의 거짓 표적 생성)

방위가 다른 거짓 표적을 만들어내기 위해서 기만 재머는 송신되는 펄스를 상대 레이다의 부엽과 동기화시킨다.

그러나 주 빔에 비교해서 전력이 낮은 부엽의 전력은 탐지나 분석이 어렵다.

그렇기 때문에 기만 재머의 수신기는 이러한 낮은 전력의 부엽을 탐지할 수 있을 정도로 감도가 좋아야 하며 또한 레이다의 주 빔에 포화되지 않아야 한다.

거짓 표적 기만 재머는 표적 반사 신호처럼 보이는 재밍 펄스를 이러한 부엽에 주입해야 한다.

레이다 부엽으로 수신되기 위해서 큰 전력이 필요하게 된다.

그러나 전력은 신중하게 사용되어야 한다.

만약 큰 전력의 재밍 펄스가 주빔으로 수신되면 거짓 표적들은 쉽게 탐지된다.

대부분의 거짓 표적 재머는 수신되는 신호의 펄스 단위 전력에 반비례로 재밍 펄스의 전력을 조절한다.

즉, repeater 재밍 신호는 상대 레이다의 주빔이 수신될 때 최소 전력이 되고 부엽을 재밍하려 할 때 최대 전력이 된다.

기만 재머가 방위 방향으로 효과적인 거짓 표적을 생성하기 위해서는 주빔과 부엽을 모두 탐지할 수 있는 넓은 동적 범위(dynamic range)를 갖는 수신기를 반드시 장착하고 있어야 한다.

게다가 재밍 시스템은 수신기에 의해 효과적으로 고출력을 제어할 수 있어야 한다.

 

(움직이는 거짓 표적 생성)

움직이는 거짓 표적을 만들기 위해서 기만 재머는 주파수와 펄스폭 그리고 PRF를 주빔 및 부엽과 동기 시켜야 한다.

신호의 크기가 변조된 재밍 신호는 다양한 시간 지연 변화와 함께 상대 레이다의 부엽을 향해 송신된다.

시간 지연의 변화는 레이다로 접근하는 또는 멀어지는 방향으로 거리의 변화를 가져온다.

신호 크기 변조는 움직이는 것으로 보이는 방위 방향의 거짓 표적을 만든다.

 

(거짓 표적 재밍 신호의 효과도)

거짓 표적의 효과도는 생성된 거짓 레이다 반사 신호의 신뢰도를 기반으로 한다.

만약 상대 레이다가 쉽게 거짓 신호와 실제 반사 신호를 구분할 수 있다면 이 기법은 실패한 것이다.

거짓 신호는 반드시 실제 항공기에서의 반사 신호와 동일해야 한다.

즉, 상대 레이다 스코프 상에서 실제 표적 반사 신호와 동일한 강도와 깊이, 폭을 가져야 한다.

 

(1) 신호 전력은 상대 레이다 스코프에 시현될 때 거짓 표적 신호의 강도를 결정하게 된다.

재머가 수신한 신호 전력에 반비례하여 재머의 출력 전력을 변화하면 각 거짓 표적 신호는 실제 표적 반사 신호와 거의 동일한 세기를 만들어 낼 수 있다.

거짓 표적의 깊이 또는 두께는 상대 레이다의 펄스폭에 의존한다.

재밍 펄스의 펄스폭을 상대 레이다의 펄스폭과 일치시키면 재머는 실제 표적 반사 신호와 동일한 거짓 표적 깊이를 만들어 낼 수 있다. 

 

(2) 거짓 표적의 폭은 상대 레이다의 안테나 패턴에 의존한다.

그러나 이는 거짓 표적 기만 재머의 문제점이기도 하다.

재밍 펄스는 레이다 빔이 재머에 머무르는 전 시간 동안 송신되기 때문에 거짓 표적의 폭은 실제 표적 반사 보다 더 커지는 경향이 있다.

항공기 표적에 반사된 신호는 주빔의 폭(cross section)에 따라 변화한다.

이러한 문제를 극복하기 위해서 대부분의 거짓 표적 기만 재머는 송신 펄스 전력에 랜덤 변조를 적용한다.

이는 거짓 표적의 폭을 변화시키며 실제 표적에 의해 신호가 변화하는 것처럼 보이게 만들 수 있다.

 

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[거리 기만 재밍(Range Deception Jamming)]

특정 표적 추적 레이다(TTR)는 다중 표적을 추적할 수 있다.

하지만 레이다의 추적 회로는 반드시 하나의 표적 반사 신호를 선택하고 추적하며 다른 반사 신호는 무시한다.

이러한 표적의 선택은 게이트 빈(gare bin)에 의해 수행되며 거리 게이트(Range Gate)는 표적 선택을 하는 주요 게이트로 사용된다.

거리 게이트는 레이다 펄스가 송신된 이후에 특정 거리나 시간 지연을 기반으로 수 마이크로세컨드 기간 동안 ON이 되는 전기적인 스위치이다.

(거리 게이트 추적)

 

(거리 게이트 캡처)

거리 기만 재밍은 TTR 레이다의 자동 거리 게이트 추적 회로의 태생적인 약점을 이용한다.

TTR의 거리 게이트가 항공기 표적을 물었을 때, 거리 기만 재머는 이 레이다 신호를 탐지한다.

이후 거리 기만 재머는 신호를 증폭하여 레이다 반사 신호보다 훨씬 강한 신호를 송신하다.

이렇게 재송신된 신호는 커버 펄스(Cover Pulse)라 부르며 상대 레이다의 거리 게이트에 표적 신호와 함께 나타난다.

(거리 게이트 재밍 커버 펄스)

 

자동으로 이득을 제어하는 AGC(Automatic Gain Control) 회로는 커버 펄스의 크기를 제어하기 위해 거리 추적 게이트 상에서의 이득을 낮추게 되며 줄어든 이득은 실제 표적 반사 신호를 잃어버리게 만든다.

그리고 거리 게이트는 재밍 신호만을 추적하게 된다.

이것이 거리 게이트 캡처라고 알려진 것이다.

 

(RGPO)

커버 펄스에 의해 잡힌 거리 게이트는 RGPO(Range Gate Pull-Off)라 불리는 기법이 적용된다.

기만 재머는 레이다 신호를 기억하고 있다가 시간이 연속적으로 지연된 일련의 신호들을 만들어 낸다.

이렇게 해서 시간 지연이 증가되는 신호에 의해 거리 게이트는 점점 거리가 증가한 것처럼 이동하여 잘못된 거리까지 움직이게 된다.

거리 게이트가 실제 표적 대비 충분히 멀리 떨어지게 되었을 때 거리 기만 재머는 송신을 중지하며 레이다의 거리 게이트는 추적할 신호가 없이 남게 된다.

결국 거리 게이트는 lock이 깨지고 TTR은 표적 추적을 위한 탐색과 획득의 과정을 다시 거치게 된다.

(Range Gate Pull-Off)

 

(거리 기만 재밍의 장점)

거리 기만 재밍은 특히 자체 보호를 위한 기법으로 활용될 때에 몇 가지 장점이 있다.

이 재밍 기법은 레이다의 거리 정보에 충분한 오류 값을 만들어 낼 수 있으며 대부분의 자동 거리 추적 시스템에 효과적이다.

이 기법은 큰 전력을 요구하지 않으며 항공기 표적 반사 신호를 커버할 만큼의 전력이면 충분하다.

만약 시간 지연이 과장되지만 않는다면 레이다 운용자는 미사일이 발사되기 전까지도 레이다의 거리 추적 손실을 알아채지 못할 수 있다.

거리 기만 재밍의 태생적인 교활함은 항공기나 조종사를 구할 수 있을 만큼의 충분한 거리 오차 (miss distance)를 만들어낼 수 있다.

 

(거리 기만 재밍의 단점)
거리 기만 재밍 기법의 단점은 다음과 같다.

우선 잘 훈련된 레이다 운용자에게는 간파당할 수 있다.

만약 운용자가 자동 거리 추적 회로에 문제가 있음을 알게 되면 시스템은 수동 거리 추적 모드로 전환할 수 있고 RGPO가 무력화될 수 있다.

또한, 레이다 시스템이 항공기의 방위나 고도를 계속해서 추적하고 있다면 거리 정보는 불필요할 수 있다.

따라서 거리 기만 재밍의 효과를 극대화하기 위해서는 방위와 고도 재밍도 함께 이루어져야 한다.

마지막으로 이러한 거리 기만 재밍은 선행 에지(Leading Edge) 거리 추적 시스템에 대해서는 효과가 없을 수 있다.

선행 에지 추적기는 지연되는 커버 펄스를 볼 수 없다.

따라서 커버 펄스가 신호를 끌더라도 AGC 회로는 이득 값을 다시 리셋하고 실제 표적 추적을 계속 수행하게 된다.

이러한 선행 에지 거리 추적기를 기만하기 위한 유일한 방법은 레이다의 다음 펄스를 예측하고 항공기에 펄스가 닿기 이전에 재밍 커버 펄스를 보내는 것이다.

그러나 이 재밍 기법도 레이다가 PRF를 랜덤하게 변화하면 그 효과가 떨어진다. 

 

 

기만 재밍의 1부는 여기서 마치고 2부에서는 각도 기만 재밍과 속도 기만 재밍에 대해 알아보겠다.