3부에서는 IR 미사일이 Flare를 탐지하는 원리와 어떻게 Flare의 효과를 낮추거나 제거하는지에 대해 알아본다.
IR 미사일의 Flare Rejection
Flare는 IR 미사일을 무력화시키는 대표적인 대응책이다.
발전된 형태의 IR 미사일들은 자체보호용 Flare를 극복하기 위해 다양한 기법들을 사용한다.
IR 미사일은 Flare의 효과도에 영향을 주는 두 가지의 특징이 있다.
첫 번째는 IR 미사일이 항공기의 IR 특성과 구름과 같은 IR 백그라운드 특성을 구분할 수 있는 능력이고 두 번째는 미사일의 seeker와 미사일의 유도 부분에 포함되는 Flare 제거 기능이다.
IR 백그라운드의 주요 간섭 원은 햇빛에 비친 구름이다.
앞의 2부에서 알아본 spinning reticle을 사용한 공간 필터링은 이러한 백그라운드 간섭을 제거하고 구분능력을 향상시키는 가장 흔한 방법이라 할 수 있다.
광학시스템에 의해 모아진 표적 IR 에너지는 spinning reticle에 집중된다.
이 reticle은 펄스의 형태로 신호를 잘게 자르고 IR 탐지기에 집중 시킨다.
표적 항공기와 같은 점 표적 IR 에너지 소스원의 출력 신호는 펄스열이 된다.
반면에 구름과 같이 여러 reticle에 걸쳐져 있는 IR 에너지 소스원의 출력 신호는 하나의 긴 펄스가 된다.
전기적 필터는 이런 하나의 긴 펄스를 제거하고 표적에 의해 생성된 다중 펄스를 미사일의 유도 시스템에 보낸다.
[Spin-scan seeker에서의 Flare 효과]
Spin-scan seeker를 사용하는 IR 미사일은 Flare 영향을 제거하는 기능이 충분하지 않다.
Flare는 항공기보다 더 뜨거운 정보를 미사일의 seeker로 보내기 때문에 spin-scan seeker는 이런 Flare를 추적하게 된다.
일반적으로 Flare는 2 마이크론 범위에서 최대 에너지를 방출한다.
Flare의 에너지가 표적 항공기의 에너지보다 높기 때문에 미사일의 seeker는 시선을 항공기에서 Flare 쪽으로 옮기게 된다.
[Con-scan seeker에서의 Flare 효과]
Con-scan은 scan의 패턴 특성으로 인해 Flare에 대해 더욱 강하다.
2부에서 알아본 바와 같이 con-scan seeker는 회전하지 않고 고정되어 있다.
대신에 이차적인 거울이 기울어져서 회전한다.
이는 표적 이미지가 reticle의 바깥쪽 주변을 원형으로 회전하면서 스캔된다.
Flare는 표적 항공기로부터 떨어져 나가기 때문에 spinning-scan reticle 보다 con-scan reticle에서 훨씬 빠르게 떨어지게 된다.
그러므로 Flare에 대해 더욱 강하다.
[IR 미사일 FOV와 Flare 효과]
미사일의 FOV를 줄이는 것은 IR 미사일이 백그라운드 IR로부터 표적 IR을 구분하는데 도움을 주는 또 하나의 방법이 된다.
또한, 미사일의 FOV를 줄이는 것은 Flare로부터의 영향성을 줄이는 효과도 있다.
Flare는 IR 미사일 seeker를 유인하기 위해 FOV 내에서 항공기보다 더욱 뜨거운 소스를 제공한다.
좁아진 FOV의 IR 미사일을 유인하려면 Flare는 최대 IR 강도에 빠르게 도달해야 하고 이는 Flare가 발사와 거의 동시에 IR 최대 강도에 도달해야 함을 의미한다.
[냉각된 seeker에서의 Flare 효과]
탐지기 또한 IR 미사일이 백그라운드 IR로부터 표적을 구분하는 기능에 영향을 준다.
새로운 IR seeker는 더욱 긴 IR 파장 소스를 추적할 수 있다.
이러한 seeker의 더욱 넓어진 주파수 범위에서의 표적 추적 능력은 Flare로 하여금 효과를 갖기 위해 넓은 주파수 범위를 갖도록 만든다.
게다가 모든 각도에서 추적을 할 수 있는 냉각된 seeker는 기하학적인 문제를 만들어 이러한 seeker는 항공기 후방 하방에서 방출되는 Flare를 보지 않을 것이다.
IR 미사일 Flare 제거를 위한 “trigger”와 “response”
IR 미사일 설계는 컴퓨터 신호 처리와 Flare의 존재를 알고 이를 제거하는 최신의 IR 미사일 seeker를 조합한다.
IRCCM(IR Counter-Countermeasure)이라 불리는 Flare 제거 기능은 IR 미사일이 다중의 Flare 속에서 표적 항공기를 추적할 수 있게 해 준다.
Flare 제거는 두 가지의 컴퓨터 기능을 기반으로 한다.
첫 번째는 “trigger”라 불리며 이는 seeker의 FOV 내에서 Flare를 탐지하는 것이다.
이 “trigger” 기능은 “response”라는 컴퓨터 처리를 동작시키게 된다.
“trigger”와 “response”는 모두 Flare를 성공적으로 제거하기 위해 동작한다.
최신의 IR 미사일은 이 “trigger”와 “response”를 위해 서로 다른 컴퓨터 기법을 적용하고 있다.
즉, 어떤 한 IR 미사일을 기만하기 위해 개발된 Flare의 특정 기법은 다른 Flare 제거 기법을 사용하고 있는 IR 미사일에는 효과가 없을 수 있다.
“trigger” 기법
IR 미사일이 Flare를 탐지하기 위해 사용하는 “trigger” 기법은 여러 가지가 있다.
최신의 IR 미사일은 seeker의 FOV 내에서 Flare를 탐지하기 위해 하나 또는 여러 개의 기법을 적용한다.
이러한 “trigger” 기법에는 상승 시간(rise time), 이중칼라(two-color), 운동학적(kinematic), 그리고 공간적(spatial) 기법등이 포함된다.
[상승 시간(rise time) 기법]
상승 시간 “trigger” 기법을 사용하는 IR 미사일은 표적의 IR 에너지 레벨을 모니터링한다.
특정 제한된 시간 내에서 예리하게 상승하는 IR 수신 에너지는 IR seeker의 FOV 내에 Flare가 있음을 나타낸다.
미사일이 이러한 가파른 IR 에너지의 상승을 탐지하게 되면 상승 시간 “trigger”는 Flare “response”를 시작한다.
이 “response”는 수신되는 IR 에너지가 정상적인 수준으로 떨어질 때에 오프 된다.
IR 에너지 상승의 문턱치와 응답 시간은 표적 항공기가 afterburner를 사용할 때에는 상승 시간 “trigger” 가 동작되지 않도록 설정된다.
그러나 이러한 상승 시간 “trigger”를 사용하는 IR 미사일은 느린 상승 시간을 갖는 다중의 Flare에 의해서는 기만될 수 있다.
[이중 칼라(two-color) 기법]
이중 칼라 “trigger” 기법을 사용하는 IR 미사일은 두 개의 서로 다른 파장 대역에서 Flare 에너지 샘플을 탐지한다.
다음의 그림과 같이 afterburner를 사용하지 않는 표적은 A 대역보다 B 대역에서 더 강한 IR을 갖는다.
반면에 일반적인 Flare는 B 대역 보다 A 대역에서 더 높은 IR 강도를 갖는다.
그래서 B대역과 비교하여 A 대역에서 갑자기 높은 IR 강도가 탐지되면 이는 seeker의 FOV 내에 Flare가 있음을 나타낸다.
이중 칼라 “trigger” 는 Flare “response”를 시작한다.
이중 칼라 “trigger”를 사용하는 IR 미사일은 두 가지의 대역에서 IR 강도를 탐지하기 위해 다른 재질로 구성된 서로 다른 탐지기를 적용한다.
황화납(lead sulfide) 탐지기는 A 대역을 위해 그리고 인듐 안티몬화(indium antimonide) 탐지기는 B 대역을 위해 사용될 수 있다.
한편 하나의 탐지기를 갖는 IR 미사일은 서로 다른 대역 통과 필터의 reticle을 적용하여 두 대역에서의 IR 강도를 탐지할 수 있다.
표적 추적을 위해 이중 칼라 “trigger”를 적용한 IR 미사일은 둘 중 한 대역에서의 데이터를 사용할 수 있고 또는 이중 채널 추적기를 통해 두 대역으로부터의 데이터를 사용할 수 도 있다.
그러나 이러한 이중 칼라 “trigger”의 IR 미사일은 각 대역에서 동일한 IR 강도를 갖는 Flare를 다중으로 사용할 때에 기만될 수 있다.
[운동학적(kinematic) 기법]
운동학적 “trigger” 기법은 항공기에 발사된 Flare는 공기역학적 저항으로 인해 항공기로부터 빠르게 분리된다는 사실을 이용한다.
빔 각도 교전(beam aspect engagement)에서 항공기로부터 Flare는 빠르게 분리되기 때문에 IR seeker는 표적에서 Flare로 추적이 변화될 때에 시선각 변화율에 큰 차이가 발생한다.
운동학적 “trigger”를 적용한 IR 미사일은 이러한 차이를 탐지하고 “response”를 시작한다.
그러나 이런 운동학적 “trigger”를 적용한 IR 미사일은 헤드온(head-on) 교전이나 후미(stern) 교전 시에 Flare 제거에 어려움이 있으며 이는 표적 항공기와 Flare 간 시선각의 변화가 작기 때문이다.
또한, 매우 짧은 간격으로 여러 발의 Flare를 발사하면 이 역시도 운동학적 “trigger”를 적용한 IR 미사일을 기만할 수 있을 것이다.
[공간적(spatial) “trigger”]
공간적 “trigger”를 적용한 IR 미사일은 운동학적 “trigger”를 적용한 것과 마찬가지로 항공기로부터 빠르게 분리되는 Flare를 탐지하여 “response”를 시작한다.
Flare가 항공기의 후방에서 분리되면 seeker는 표적 움직임의 방향에 따라 FOV의 끝쪽에서 표적을 보게 된다.
한편 Flare는 FOV의 반대쪽 끝에 있게 된다.
이 두 개의 뜨거운 목표물은 FOV의 서로 반대쪽 끝에 있기 때문에 구분이 되며 공간적인 “trigger”는 Flare “response”를 시작한다.
그러나 매우 짧은 간격으로 다중의 Flare를 발사함으로써 이러한 IR 미사일을 기만할 수 있다.
“response” 기법
Seeker의 “trigger”에 대한 “response”는 Flare를 제거하거나 표적 추적에서 Flare의 효과를 제한하는 것이다. Seeker의 FOV 내에 Flare가 존재하는 동안 미사일은 표적을 성능 저하된 모드로 추적한다.
대부분의 IR seeker는 2.5° 보다 작은 FOV를 갖는다.
먼 거리에서 Flare는 FOV에 비교적 오래 머무르며 가까운 거리에서는 Flare가 FOV 내에 머무르는 시간이 비교적 짧아진다.
몇몇의 서로 다른 “response” 기법의 사용은 단독으로 또는 조합하여 사용된다.
이러한 “response” 기법에는 단순 메모리와 seeker push-ahead, seeker push-pull, 그리고 부분 감쇄 기법등을 포함한다.
[단순 메모리(simple memory) “response”]
단순 메모리 “response”의 동작이 시작되면 미사일은 “trigger” 이전처럼 비행을 수행한다.
이 “response”는 Flare가 표적의 후방에서 분리될 것이라는 사실을 가정한다.
미사일은 seeker의 추적 데이터를 제거하고 표적으로 향하던 본래의 움직임을 유지하며 Flare가 FOV를 벗어나기를 기다린다.
미사일은 Flare가 FOV를 벗어날 때까지 추적 데이터를 무시하거나 또는 “trigger”가 타임 아웃될 때까지 추적 데이터를 무시한다.
“Trigger”가 타임 아웃되면 “response”는 멈추고 seeker는 정상 추적 모드로 동작하게 된다.
만약 “trigger” 타임 아웃이 Flare가 아직 FOV 내에 있을 때에 발생하면 seeker는 Flare를 추적하게 된다.
[Seeker push-ahead “response”]
Push-ahead “response” 기법은 seeker 짐발(gimbal)을 움직여 seeker가 표적이 움직이고 있는 앞을 강제로 향하도록 한다.
Seeker를 앞을 보도록 밀면 Flare가 FOV를 벗어나는 시간이 단순 메모리보다 빨라져 미사일이 표적을 추적하지 않는 시간을 줄일 수 있다.
Seeker를 앞으로 미는 양(bias)을 키우면, Flare가 FOV를 벗어나는 것을 더욱 빠르게 할 수 있다.
그러나 만약 Seeker를 앞으로 미는 양을 너무 크게 하면 Seeker가 표적보다 앞으로 갈 수 있고 이는 FOV 내에 표적과 Flare 둘 다 없는 상황을 초래하며 미사일은 표적을 다시 획득해야 한다.
[Seeker push-pull “response” 기법]
Seeker push-pull “response” 기법은 Flare의 IR 강도가 표적보다 높다는 것을 전제로 한다.
“Response”는 표적과 Flare가 FOV 내에서 서로 반대쪽 끝에 있을 때 시작되며 이는 공간적 “trigger” 조건에서 응답한다.
표적과 Flare을 스캔함에 따라 수신되는 IR 에너지는 올라갔다가 내려간다.
Flare의 IR 에너지가 최대치가 될 때에 seeker 짐발은 seeker가 Flare로부터 멀어지는 방향으로 돌린다.
표적으로부터 낮은 IR 에너지가 탐지되면 seeker의 짐발은 표적 방향으로 seeker를 당긴다.
그 결과 seeker는 Flare로부터 멀어지는 방향으로 움직이고 FOV의 가장 차가운 영역으로 움직인다.
[부분 감쇄(sector attenuation) “response” 기법]
부분 감쇄 “response” 기법은 감쇄 필터를 seeker FOV의 한 부분에 위치시키면서 동작한다.
이 필터는 FOV의 한 부분의 seeker 감도를 줄인다.
만약 표적이 FOV의 중앙에서 추적되고 있다면 이 감쇄 필터를 항공기의 뒤쪽인 ¼ 아래에 위치시키고 Flare로부터 수신되는 에너지를 줄인다.
만약 감쇄된 Flare의 IR 에너지가 표적 에너지보다 낮으면 seeker는 표적 추적을 계속한다.
여기까지 3부에 걸쳐서 IR seeker의 기본 원리와 종류별 특성, 그리고 IR seeker 미사일이 어떻게 Flare를 탐지하고 제거하는지에 대해 알아봤다.
다음에는 반대로 IR seeker를 기만하는 Flare의 특성과 사용 기법에 대해 알아보겠다.
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