CHAPTER 11. DECEPTION JAMMING - 3부

[모노펄스 기만 재밍(Monopulse Deception Jamming)]

모노펄스 추적 레이다는 각 펄스 단위로(pulse-by-pulse) 표적의 방위와 거리, 고도 정보를 획득하기 때문에 재밍을 하기가 매우 어렵다.

(모노펄스 레이다 수신기)

 

Inverse 스캔이나 swept square wave와 같이 코니컬 스캔 레이다나 TWS 레이다에 대해 재밍을 하는 세기 변조 재밍 기법은 오히려 표적을 더욱 부각해 모노펄스 레이다가 표적을 추적하는 것을 쉽게 만든다.

RGPO와 VGPO와 같은 주파수 변조 기법 역시 모노펄스 레이다에 효과적이지 않다.

모노펄스 레이다는 실제 표적에 대한 반사 신호보다 재머를 더욱 정확하게 추적하 수 있는데 그 이유는 재밍 펄스에는 표적에서와 같이 잠깐 반사되고 없어지는 glint 효과가 없기 때문이다.

 

모노펄스 각도 재밍 기법은 크게 두 개의 카테고리로 나눌수 있는데 하나는 system-specific이고 다른 하나는 universal이다.

예를 들면 system-specific 재밍 기법은 skirt 주파수 재밍, image 재밍, 그리고 cross-polarization 재밍 기법을 포함하며 이 기법들은 특별한 모노펄스 레이다 운용을 위해 설계된 레이다의 약점을 이용한다.

Univeral 기법 중 하나인 cross-eye 재밍은 모든 종류의 모노펄스 레이다에 사용될 수 있다.

 

 

(Skirt Frequency Jamming)

Skirt frequency 재밍 또는 filter skirt 재밍은 모노펄스 레이다 수신기를 공략하도록 설계되었다.

Skirt frequency 재밍은 모노펄스 레이다 수신기의 중간 주파수 대역(IF, Intermediate Frequency) 필터가 모노펄스 레이다의 송신 주파수와 반드시 정확하게 조정되어야 한다는 것에 기반을 두고 있다.

즉, 이 두 요소가 정확하게 조정되지 않는다면 표적 신호는 수신기 IF 필터의 가장자리나 skirt 상에 위치할 수 있으며 이것은 재밍 신호가 이 skirt에 침입할 수 있는 기회가 된다.

(Filter Skirt 재밍 펄스)

 

(1) Filter skirt 재밍은 레이다 송신 주파수에서 살짝 벗어나 수신기 IF 필터의 중간쯤에 위치한 재밍 신호를 송신함으로써 발생하는 레이다의 주파수 불균형을 이용한다.

이러한 재밍 펄스는 거짓 오류 신호를 만들어내고 레이다 안테나가 실제 표적으로부터 멀어지게끔 유도한다.

 

(2) 그러나 잘 설계된 모노펄스 레이다 시스템은 이러한 주파수 불균형이 발생하지 않는다.

송신기와 IF 필터 주파수는 서로 동일하여 재밍 신호가 이 좁은 대역의 주파수를 살짝 변경해도 모노펄스 레이다의 추적 기능에는 아무런 영향을 주지 않게 된다.

(효과가 없는 Filter Skirt 재밍)

 

(3) Filter skirt 재밍 기법이 효과적이기 위해서는 레이다의 내부 IF 필터의 동작에 대한 정확한 정보가 필요하다.

이러한 정보는 일반적으로 시스템 연구를 통해서만 확보할 수 있다.

레이다 간에 다양성과 레이다 IF 필터 간에도 주파수 불균형이 존재하며 이러한 것들은 이 기법의 효과도에 대한 아주 높은 불확실성을 만든다. 

 

 

(Image Jamming)

Image 재밍 기법은 모노펄스 레이다 수신기의 또 다른 약점을 이용하는 기법이다. 

(모노펄스 레이다의 image 주파수)

 

몇몇 모노펄스 레이다 수신기는 믹서(mixer) 이전 단계에서의 preselection이 없는 광대역의 초단(front-end)을 갖는다.

만약 재머가 위상이 틀어진 중간 주파수 대역 또는 image의 펄스를 송신하면 표적 추적 신호의 위상은 뒤집어지고 안테나는 표적으로부터 먼 방향으로 유도된다. 

(모노펄스 image 재밍)

 

그러나 image 재밍이 효과가 있으려면 모노펄스 레이다 수신기 동작에 대한 정확한 정보가 필요하다.

특히 중요한 것은 image 또는 중간 주파수와 국부 발진 주파수가 송신 주파수보다 높은지 아니면 낮은지에 대한 정보이다.

이러한 정보는 모노펄스 위협 시스템에 대한 연구가 필요하다.

게다가 잘 설계된 모노펄스 시스템은 초단에 preselection을 갖추고 있어서 레이다 송신 주파수와 위상이 다른 신호를 제거할 수 있고 이는 image 재밍의 효과를 떨어뜨린다. 

 

 

(Cross-polarization Jamming)

Cross-polarization 재밍은 레이다에서 설계된 편파와 직각의 편파를 이루는 재밍 펄스에 대한 모노펄스 안테나 패턴 상에서의 차이를 이용한다.

sigma와 delta 빔을 이용하는 2 채널 모노펄스 레이다의 안테나 패턴은 이 두 빔의 사이가 추적 위치가 된다.

(Cross-Polarization 안테나 패턴)

 

이는 레이다가 편파를 설계하였기 때문에 가능하다.

그러나 레이다 안테나는 설계된 주파수에 대해서도 교차 편파하는 신호를 위한 수신 패턴을 갖는다.

교차 편파 신호에 대해서, 레이다의 추적 위치는 오른쪽으로 한 빔폭만큼 이동한다.

추적 지점의 이러한 이동으로 인해 실제 신호에서 180° 위상이 틀어진 표적 추적 신호가 생성된다.

레이다에서 설계된 주파수에 대해서 수직 편파를 이루는 재밍 신호가 효과를 얻으려면 레이다 신호보다 25 ~ 30 dB 또는 1000배 정도 더 강한 신호가 필요하다.

 

(1) Cross-polarized 재머는 상대 모노펄스 레이다의 편파를 수신하여 측정해야만 한다.

이후 재머는 상대 레이다와 주파수가 동일하고 수직 편파를 가지면서 매우 큰 출력의 재밍 신호를 송신한다.

Cross-polarized 안테나 패턴에 추적 에러를 만들어내기 위해서 재밍 신호는 레이다 표적 반사 신호보다 25 ~ 30 dB 정도 강한 신호여야 한다.

게다가 레이다 편파에 가능한 완벽한 직교를 이루어야 한다.

그렇지 못한 재밍 신호는 반대로 표적을 더 노출시키며 이런 표적 반사 신호를 감추기 위해 더욱 큰 재밍 출력이 필요하게 된다.

Cross-polarized 재머가 모도 펄스 레이다의 각도 추적 기만을 위해 만들어내야 하는 높은 출력과 완벽한 직교를 이루는 편파 신호는 기술적으로 매우 어려운 부분이다.

 

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(Cross-eye Jamming)

Cross-eye 재밍은 모노펄스 레이다 빔의 파면(wavefront)을 왜곡하여 각도 추적 에러를 만들려고 시도하는 매우 복잡한 기법이다.

이 기법은 각 펄스 단위로 표적 반사 신호를 비교하는 모노펄스 레이다에 대한 두 가지 기본 가정을 이용한다.

첫 번째는 표적 반사가 항상 정상적인 레이다 펄스 에코라는 것이며 두 번째 가정은 표전 반사 신호의 크기 변화나 위상 변화는 추적 안테나가 표적을 정확하게 지시하지 못하기 때문이라는 것이다. 

 

(1) Cross-eye 재밍은 가능한 멀리 분리되어 있는 안테나로부터 재밍 펄스를 송신하고 수신하는 과정을 통해 위의 두 가정을 공격하는 것이다.

다음의 그림처럼 1번 수신 안테나에서 수신한 모노펄스 레이다 신호의 위상면은 리피터에 의해 증폭되어 2번 송신 안테나를 통해 방사된다.

그리고 동시에 같은 위상면이 수신된 2번 수신 안테나는 180° 위상을 변경하고 리피터로 증폭한 후 1번 송신 안테나를 통해 방사된다.

이러한 두 개의 위상이 다른 신호는 크기가 동일해야 하며 표전 반사 신호보다는 세기가 커야 한다.

(Cross-eye 재밍)

 

(2) 이러한 재밍 신호가 상대 레이다에 도착했을 때, 레이다의 추적 루프는 신호의 크기와 위상 차이를 무효화하려고 시도한다.

그러나 서로 다른 위상으로 넓게 분리되어있는 재밍 소스로 인해 안테나는 표적 추적을 성공하지 못한다.

안테나 간의 이격 거리는 cross-eye 재밍의 효과도를 결정짓는 매우 중요한 인자이다.

안테나간 이격이 멀 수록 상대 레이다의 파면에 더 큰 왜곡을 줄 수 있다.

그러나 대부분의 전투기에서는 최대 효과를 낼 수 있을 만큼 충분한 안테나간 이격을 줄 수 없다.

또한 항공기가 레이다로부터 멀어지면 효과도 떨어진다.

더욱 복잡한 문제는 레이다가 항공기의 정면에 있을 때에는 재밍 펄스의 출력이 최소 20dB 이상 표적 반사 신호보다 강해야 한다는 것이다.

Cross-eye 재밍은 표적 반사 신호 이후에 안테나에 수신되는 재밍 신호를 제거하는 leading-edge 추적기를 무력화시킬 수 있다. 

 

(3) 모노펄스 각도 추적 레이다를 재밍하는 것은 자체 보호 재밍 시스템에 있어서 가장 어려운 문제이다.

Skirt 재밍과 image 재밍은 성공률이 낮고 cross-polarization 재밍과 cross-eye 재밍 기법은 복잡한 설계와 큰 출력을 요구한다.

 

 

[지형 반사 기법 (Terrain Bounce Technique)]

지형 반사는 주로 낮은 고도에서 사용되는 재밍 기법이다.

이 기법은 반능동 미사일과 공대공 미사일, 그리고 모노펄스 추적 레이다를 기만할 때 주로 사용된다.

이 기법은 레이다 신호나 미사일 유도 신호를 수신하는 리피터 재머를 포함한다.

재머는 신호를 증폭하여 항공기 정면에 있는 지형을 향해 방사한다.

미사일이나 레이다는 항공기 대신에 지형의 한 지점으로부터 반사되는 에너지를 추적한다.

(지형 반사 재밍 기법)

 

(1) 이 기법이 효과적이기 위해서는 재밍 안테나가 고각의 빔폭은 좁고 방위 방향의 빔폭은 넓어야 한다.

또한 방사 패턴은 지형을 향해 최대의 에너지가 방사되고 미사일이나 레이다 방향으로의 에너지 방사는 최소가 되어야 한다.

지형의 불특정 한 전파로 인한 신호의 손실을 극복하기 위해서는 높은 출력의 재밍이 요구되며 이를 통해 항공기에 반사된 에너지보다 지상에 반사된 에너지가 더 커지도록 한다.

지형 반사 재밍의 안테나는 HOJ(Home-on-Jam) 미사일을 피하기 위해서 매우 작은 사이드로브를 가져야 한다.

공대공 미사일에 대해서, 지형 반사 기법은 아주 먼 거리에서 시작되어야 한다.

그래서 처음에는 레이다의 해상도 셀 안에 항공기와 재밍 지점이 같이 포함되어 있다가 거리가 가까워짐에 따라 미사일은 재밍 지점으로부터의 높은 에너지에 기만당하게 된다.

 

(2) 지형 반사 재밍 기법의 몇 가지 문제점이 있는데, 하나는 다양한 지형의 특성으로 인한 불특정 한 신호의 산란 파라미터이고 다른 하나는 지형 전파에 의해 신호 편파가 변화하는 것이다.

게다가 지형 반사 재밍은 항공기의 기동과 최대 고도에 제한을 준다.

 

다음 12장에서는 다양한 종류의 디코이에 대해서 알아보겠다.