CHAPTER 16. RADAR ELECTRONIC PROTECTION (EP) TECHNIQUES (1)

이번 챕터에서는 레이다 전자기 보호 기법들에 대해 알아본다.

1부에서는 레이다 전자기 보호 기법들 중 수신기를 보호하고 재밍 신호를 회피하는 기법들에 알아본다.

 

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개 요

전자전(EW, Electronic Warfare)은 전자기나 직접 에너지를 사용하여 전자기 스펙트럼을 제어하거나 적을 공격하는 것을 포함하는 군사적인 행동으로 정의된다.

전 통합 방공 시스템(IADA, Integrated Air Defense System)의 지휘 통제부터  각 무기의 정밀 유도까지 거의 모든 군사 행동은 전자기 스펙트럼의 효과적인 운영으로 이루어진다.

여기서 레이다 시스템은 모든 군사 작전에서 가장 중요한 요소이다.

이러한 시스템은 전 전자기 스펙트럼 영역에 걸쳐 동작되기 때문에 전자전은 이러한 레이다 시스템을 대응하기 위해 집중한다. 

 

[ 전자기 보호의 정의 ]

전자전은 전자기 스펙트럼 내에서 움직임과 이에 대응하는 움직임이 연속적으로 이뤄지는 마치 체스 게임과도 같다.

우리가 레이다 시스템을 공격하기 위한 재밍 기법을 개발한다면 우리의 적은 이러한 재밍 기법을 무력화하기위한 대응-대응(counter-countermeasures) 기법을 개발한다.

그 결과로, 우리는 더욱 새로운 기법을 개발하고 우리의 적은 그들의 레이다를 새롭게 변경한다.

이러한 움직임과 대응 움직임은 수 십년동안 계속되어 왔다.

전자전에서 이러한 레이다의 counter-countermeasures 개발과 활용은 전자기 보호 즉, EP(Electronic Protection)으로 분류된다.

 

[ 일반적인 EP 기법 ]

레이다의 사용을 위해 계속되어온 전자기 스펙트럼 제어 전쟁은 150개가 넘는 레이다 EP 기법을 개발하는 결과를 낳았다.

이러한 기법들은 레이다 시스템이 전자기 재밍이나 Chaff 등으로부터 그 효과를 무시하도록 설계되었다.

이러한 레이다 EP 기법들은 레이다 시스템을 설계할 때부터 적용되거나 또는 재밍 기법에 대응하기 위해 기존의 레이다 시스템에 더해지기도 한다.

여기서는 오늘날의 모든 EP 기법들에 대해서 다루지는 않으며 가장 공통적으로 많이 사용되는 EP에 대해 알아본다.

이것들은 레이다 내에서 기법의 기능에 의해 구성된다.

이러한 기능에는 수신기 보호, 재밍 신호 회피, 재밍 신호 착취, 재밍 신호 압도, 펄스 지속구간 차별, 각도 차별, 밴드폭 차별, 도플러 차별, 그리고 시간 차별이 포함된다.

 

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레이다 수신기 보호

다음은 가장 흔한 레이다 counter-countermeasures 설계 중 하나로서 수신기가 포화되는 것을 막는 것이다. 

 

[ 감도 시간 조절 (STC, Sensitive Time Control) ]

STC는 근접하는 Chaff나 클러터에 대응할 때 사용된다.

수신기 이득은 먼 거리에서는 일반적인 값으로 세팅되어 있다가 거리가 가까워질수록 이득을 줄인다.

STC의 한가지 문제는 STC 값이 적절하지 않을 때에는 근접하는 표적 정보를 잃어버릴 수 있다는 것이다.

 

[ 자동 이득 조절 (AGC, Automatic Gain Control) ]

AGC는 Chaff나 클러터, 그리고 대부분의 송신 재밍에 대하여 사용된다.

AGC는 수신기 출력의 레벨을 감지하여 back-bias를 만들어내며 이를 통해 일정한 출력 수준을 유지할 수 있게 해 준다.

그러나 이것은 bias 전압의 축적과 감쇠 시간이 길기 때문에 가까운 거리에 있는 서로 다른 세기의 신호에 대해서는 정확한 IF 출력을 유지할 수 없다는 단점이 있다.

 

[ 고속 자동 이득 조절절(FAGC, Fast Automatic Gain Control) ]

FAGC 또한 Chaff나 클러터, 그리고 대부분의 송신 재밍에 대하여 사용된다.

그리고 FAGC는 수신기 출력의 신호 레벨을 감지하고 back-bias를 만들며 수신기 출력을 일정하게 유지한다.

FAGC의 응답 시간은 밀리초 이내이기 때문에 레이다 안테나가 재머의 방향을 지나갈 때에 빠른 응답과 복구가 가능하다.

FAGC를 사용할 때에는 몇 가지 주의해할 유의사항들이 있다.

우선 운용자가 재밍이 존재하고 있음을 알지 못한채 표적 정보가 억제되거나 없어질 수 있다.

두 번째는 강한 펄스나 반사 신호는 약한 표적 신호를 잃어버리게 만든다.

마지막은 재밍 송출원의 정확한 방향을 얻기 어렵다는 것이다. 

 

[ 동시 자동 이득 조절 (IAGC, Instantaneous Automatic Gain Control) ]

IAGC도 Chaff나 클러터 그리고 대부분의 재밍 송신에 대하여 사용되는 기법 중에 하나이다.

IAGC는 반사 신호나 재밍 펄스의 신호 레벨을 감지하고 back-bias를 만들어 출력 레벨을 일정하게 유지한다.

이득 제어 응답 시간은 밀리초 이내이며 수신기의 동적 범위를 증가시킨다.

이 IAGC를 사용하는데에는 몇 가지 유의할 점들이 있다.

첫 번째로 IAGC 응답 시간보다 짧은 “in band” 시간을 갖는 신호에 대해서는 효과가 떨어진다.

또한 연속 duty cycle의 재머가 있으면 표적은 운영자가 재밍의 존재를 알지 못한 채 잃어버릴 수 있다.

마지막은 재밍 송출원의 정확한 방향을 얻기 어렵다는 것이다.

 

[ 자동 잡음 레벨링 (ANL, Automatic Noise Leveling) ]

ANL은 잡음 재밍과 변조 또는 변조되지 않은 연속파 재밍에 대응한다.

ANL은 각 PRF의 끝에서 수신기 잡음 정도를 샘플링하고 이에 따라서 다음 펄스 구간을 위한 이득을 세팅한다.

연속 재밍은 원래의 잡음 레벨과 같은 출력을 유지하기 위해서 이득을 줄인다.

ANL 또한 안테나의 회전 속도를 따른다.

그래서 수신기 잡음 출력은 안테나 회전에 따라 일정하다.

ANL을 사용할 때 표적은 운영자가 재밍의 존재를 알아채지 못하고 표적을 잃어버릴 수 있다.

또한 펄스나 swept 재밍이 샘플링 게이트에 껴들어오면 수신기의 이득이 불안정해진다.

 

[ 대수 수신기 (LOG, Logarithmic Receiver) ]

LOG는 logarithmic 증폭기에서 큰 동적 범위의 신호를 증폭하고 복조함으로써 대부분의 송신 재밍에 대응한다.

이것은 강한 신호의 “세기 압축”을 생성한다.

그러나 LOG를 사용할 때 출력은 거의 일정하기 때문에 운영자가 재밍의 여부를 파악하기가 쉽지 않다.

 

[ 빠른 시간 상수의 대수 수신기 (LOG-FTC, Logarithmic Receiver with Fast Time Constant) ]

LOG-FTC는 협대역 재밍과 Chaff, 그리고 클러터에 대하여 사용된다.

이 기법은 logarithmic 증폭기 내에서 큰 동적 범위의 신호를 증폭하고 복조 하며 강한 신호의 “세기 압축”을 생성한다. 

비디오는 FTC 회로를 통해 결합되어 정류된 반송파와 저주파수의 부엽 부산물을 제거한다.

LOG-FTC를 사용에는 몇 가지 문제점이 있다.

첫 번째는 수신기 출력이 거의 일정하여 운영자가 재밍의 여부를 파악하기 어렵다.

두 번째는 LOG-FTC는 광대역 또는 빠른 swept, 짧은 펄스 재밍에 대해서는 효과가 떨어진다.

마지막은 LOG-FTC는 화면상에서 재밍 영역을 넓히는 효과가 있어서 정확한 재밍 송출원의 방향을 알기 어렵다.

 

[ Dicke-Fix(DF) ]

DF는 광대역과 빠른 swept 재밍에 대응하며 WBL과 유사하다.

DF는 모든 펄스들을 ringing 없이 증폭하고 동일한 레벨로 clips down 하고 난 후 광대역의 재밍신호 보다 협대역의 반사 신호를 증폭한다.

재밍의 세기와 무관하게 잡음 수준은 일정하게 유지된다.

DF를 사용할 때에 유의할 점들이 있다.

광대역 리미터에 들어오는 재밍은 리미터를 capture 할 수 있어서 결과적으로 수신기의 감도가 떨어진다.

운영자는 재밍의 존재를 모른 체 표적을 잃어버릴 수 있다.

또한, 재밍이 없는 환경에서도 레이다 해상도와 표적 탐지 거리가 줄어든다.

마지막으로 DF는 극도로 빠른 swept spot 재밍에 대해서는 효과가 떨어진다.

 

[ 광대역 리미팅 (WBL, Wideband Limiting) ]

WBL은 광대역 재밍과 빠른 swept 재밍에 대응하며 앞의 Dicke-Fix와 동작 및 단점이 거의 동일하다.

 

[ 적응 비디오 처리 (AVP, Adaptive Video Processing) ]    

AVP는 Chaff 회랑(Corridor)과 weather 클러터, sea 클러터, 그리고 대부분의 송신 재밍에 대응한다.

AVP는 주파수 스캐닝 3차원 레이다에서 적응형 문턱치와 빔 간 correlation, 그리고 넓은 펄스 블랭킹을 결합하여 PPI 디스플레이에 원치 않는 반사 신호가 무너지는 것을 피한다.

그러나 AVP를 사용할 때에는 다중 표적 상황에서 탐지 확률이 감소된다.

또한, 운영자가 재밍의 존재를 알아채기 전에 표적을 잃어버릴 수 있다.

마지막으로 AVP는 모든 점 표적들을 통과시킨다.

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반응형

 

재밍 신호 회피

다음은 재밍 신호를 회피하는 데 사용하는 EP 기법들이다.

 

[ 주파수 민첩성 (FA, Frequency Agility) ] 

FA는 협대역 재밍과 몇몇 형태의 리피터 재밍 그리고 기만 재밍에 대응한다.

FA는 레이다가 송신과 수신 운용 주파수를 때로는 매 펄스 간 기준으로 빠르게 바꾸게 만든다.

그러나 수동의 주파수 변경은 다른 레이다와의 상호 간섭을 일으킬 수 있다.

 

[ 주파수 다양성 (Frequency Diversity) ]

주파수 다양성은 협대역 재밍과 몇몇 형태의 리피터 재밍 그리고 트랜스폰더에 대응한다.

이는 상호 간섭과 단일 재머로부터의 영향성을 줄이기 위해 각기 분리된 주파수를 할당받은 레이다들의 다중 운영 절차이다.

레이다들 중 같은 운용 주파수를 할당받은 레이다가 있을 수 있다는 것에 주의를 해야 하는 것이 중요하다.

 

[ 편파 다양성 (Polarization Diversity) ]

편파 다양성은 채프와 weather 클러터, 그리고 송신 재밍에 대응한다.

편파 다양성은 레이다 안테나의 편파가 재머의 편파와 다르다는 것을 이용하여 레이다 수신기로 들어가는 재밍 입력을 감소시킨다.

편파 다양성을 사용할 때에 두 가지의 유의할 점들이 있다.

(1) 지상 클러터는 수직 편파에서 더 안 좋으며 (2) 분리된 레이다를 이용하려면 긴밀한 조정이 필요하다.

예를 들면, 하나의 수평 편파 탐지 레이다와 하나의 수직 편파 레이다간에서 긴밀한 조정이 필요하다.

 

[ 원형 편파 (CP, Circular Polarization) ]

CP는 채프와 weather 클러터, 그리고 송신 재밍에 대응한다.

CP는 레이다 안테나의 편파가 재머의 편파와 다르다는 것을 이용하여 레이다 수신기로 들어가는 재밍 입력을 감소시킨다.

또한 CP는 rain 클러터 상황에서 표적 탐지 성능을 향상시킨다.

 

[ COSRO (Conical-Scan-On-Receiver-Only) ]

COSRO는 inverse conical scan 재밍에 대응하여 사용되며 재머가 스캔 각도를 탐지하고 뒤집는 기능을 못하게 만든다.

일정하게 송신되는 조향 빔은 표적 각도 정보를 도출하기 위해서 스캔하면서 수신된다.

그러나 만약 재머가 수신되는 신호의 스캔 속도를 추정할 수 있다면 재머는 레이다의 각도 추적 성능을 감소시킬 수 있다.

 

[ Speedgate Tracking ]

Speedgate tracking은 모든 형태의 송신 재밍에 대응한다.

이 기법은 도플러 편이의 중심 주파수와 연관된 매우 좁은 대역통과를 제공한다.

오직 제한된 대역 내의 재밍만 효과가 있다.

이것은 정확한 표적 도플러 차별과 낮은 표적 레벨에서도 우수한 표적 추적 성능을 갖는다.

그러나 speedgate는 gate stealer 재밍과 몇몇 형태의 swept 재밍에 의해 영향을 받는다.

 

[ LET ( Leading-Edge Track) ]

LET는 표적의 leading edge를 통해 표적을 추적하게 함으로써 접근하는 표적이 Chaff를 떨어뜨리는 상황에 대응한다.

TET(Trailing-Edge Track)은 멀어져가는 표적에서 Chaff를 떨어뜨리는 상황에서 대응할 수 있다.

 

[ Track Coast ]

Track coast는 추적 레이다를 속도 보조의 coast 조건에 위치시킴으로써 Chaff와 클러터, 다중 표적, range gate stealer, jam fades, 그리고 blinking 재밍에 대응한다.

레이다는 화력제어 동작을 방해하지 않기 위해 표적의 위치를 “예측”하게 된다.

조준이나 획득 모드로 돌아가면 track coast는 종료된다.

이 Track coast는 적절한 속도 보조 정보의 저장을 요구하며 이 모드에서는 실제 추적 정보는 없다.

 

[ Guard Gates ]

Guard gate는  Chaff와 클러터, 다중 표적, range gate stealer, jam fades, 그리고 blinking 재밍에 대응한다.

Guard gate는 외부 신호의 자동 탐지를 수행하고 화력제어 동작을 방해하지 않기 위해 표적 위치를 “예측”한다.

Track coast와 동일하게 guard gate는 적절한  속도 보조 정보의 저장을 요구하며 이 모드에서는 실제 추적 정보는 없다.

 

여기까지 레이다 시스템의 EP 기법 중  수신기 보호와 재밍 신호 회피를 위한 여러 가지 기법들에 대해 알아봤다.

다음에는 남은 EP 기법들에 대해 알아보겠다.

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