실제적인 야외 전자전 훈련을 위한 지상 에미터 구성 프로젝트 - 2024.11

다음은 벨기에 국방부가 추진 중인 야외 전자전 훈련장 프로젝트에 대한 내용으로서 현재 전장에서의 복잡한 전자기 스펙트럼을 어떻게 실질적으로 재생성할 수 있는지 알 수 있다.

 

 

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EMOE에서의 훈련

전자기 스펙트럼(EMS, Electromagnetic Spectrum)이 지배적인 전자기 전쟁터에서의 진화를 겪고 있는 현대의 전장은 전략적으로 중요해지고 있다.

군사 분야와 민간 분야에서 모두 다양한 활용을 위해 이 스펙트럼을 집중적으로 개발하고 있다. 

군사적인 측면에서 보면, EMS는 통신과 항법, 정밀 위치, 동기와, 전기적 감시, 정찰, 그리고 지휘통제(C², Command and Control) 분야에서 사용된다.

또한 무기 시스템에서는 유도와 탐지, 재밍에서 활용된다.

민간 분야에서 보면, EMS는 유비쿼터스, 통신, 방송, 텔레비전, 기상 레이다, 그리고 민간 항법 시스템에서 사용된다.

이러한 다양한 분야에서의 동시 사용은 EMS의 집중도를 높이게 된다.

게다가 특히 A2AD(Anti-Access/Area Denial zone)에서의 EMS 집중도는 높아지고 있다.

이러한 지역에는 적의 침투와 움직임으로부터 보호를 위해 계층적인 방어 시스템과 재머등을 이용한 대공 버블을 형성하게 된다.  

 

이러한 밀집되고 복잡한 EMOE(Electromagnetic Operational Environment)에서 효율적인 작전을 수행하기 위해서 항공기들은 포괄적인 그림과 자체 보호, 그리고 군사적 효과를 생성할 수 있는 전자전 시스템을 탑재하게 된다.

이러한 시스템들은 위협 레이다와 다른 에미터들에 대한 임무데이터파일을 사용하는 것이 특징이며 임무에 따라 특별히 수정되기도 한다. 

EW 시스템에 대한 운영자 훈련은 작전 준비 절차에 있어서 매우 중요한 요소이다.

여기에는 실제와 유사한 복잡하고 다이내믹한 전자기 환경을 모의하기 위한 복잡한 전자기 신호 생성기를 개발하는 것이 필요하다. 

 

이러한 요구는 적의 통합 방공 시스템(IADS)을 통과해야하는 임무를 부여받은 공중 플랫폼에도 적용된다.

현대의 전투기들에 EW 센서와 효과체(effectors)는 임무 효율성과 플랫폼 보호, 그리고 생명 보호를 위해 필수적인 장비가 되었다.

그렇기 때문에 임무 대기와 조종사 그리고 운용자들에게 훈련은 매우 중요하다. 

지대공 시스템 모의기를 통한 훈련은 실제적인 조건이 요구되며 이는 작전 지역에서의 전자기 환경의 실제적인 재생성을 요구한다.

어떤 대규모의 작전 시나리오도 특정 수준 이상의 공중 우세를 획득하고 A2AD 지역을 침투하고 효과체를 발생하는 것에서부터 시작된다.

비록 이러한 훈련의 많은 부분이 비행 시뮬레이터 프로그램을 통해 이뤄질 수 있지만, 실제의 비행 훈련의 필요성은 여전히 남아있다. 

 

우리의 공중 유닛들을 전 EM 스펙트럼 영역에 걸쳐 훈련이 가능하도록 해주는 OTI(Operational Training Infrastructure)를 이용함으로써 훈련의 질을 상당히 높여줄 수 있다.

최신의 EW 센서들을 자극하기 위해 적절한 수준의 위협과 환경 재생성이 필수적이다.

과거에 유럽에서의 이러한 종류의 훈련은 독일이나 프랑스에 있는 AEWTFP(Aircrew Electronic Warfare Tactics Facility Polygone)와 같은 EW 시험장에서 수 십 년 동안 의지해왔다.

여기에는 몇몇의 구 소련 시스템들과 서방의 SAM, 그리고 시뮬레이터가 섞여 있다.

그러나 이러한 종류의 훈련의 효과는 일대일 교전에서 살아남는 것에만 제한된다.

지나치게 단순한 환경에서의 훈련은 과도한 자만심만 가져올 수 있으며 부정적인 훈련 효과가 될 수 있다.

실제로 한 대의 항공기는 하나의 위협을 만나지 않는다.

한 대는 다층의 방어 구조에 직면하게 된다.

따라서 우리는 우리의 조종사들에게 이러한 훈련을 시켜야만 한다.  

 

이러한 부분들을 바탕으로 벨기에 국방부는 항공기의 EM 센서를 자극할 수 있는 배치가능한 훈련 장비들을 획득하는 프로젝트를 시작했다.

중앙 스테이션에서 제어되는 장비들의 네트워킹은 EMOE의 대표적인 시뮬레이션을 구성한다. 

이 장비는 다음의 지역에서의 조종사 훈련을 가능하게 한다. 

• 상황감시 훈련 : 군사와 민간, 그리고 중립적인 에미터들을 포함한 EMOE에서의 가장 유사한 재생성. 여기서의 목표는 EMOE의 복잡함을 조종사가 경험하는 것으로서 디스플레이를 가득채우고, 센서를 자극하며, 가짜 알람을 생성시키고, 임무데이터에 도전적이며 가상의 위협 울림을 만들고 EMS를 복잡하게 만드는 것이다.
• 자체보호 훈련 “위협 대처” : 설정된 전술과 기법, 그리고 절차에 따른 적과의 교전에서의 반응 훈련을 위해 지대공 무기에 의한 완벽한 교전을 시뮬레이션 한다.
• 적 대공방어 억압(SEAD) : 장비들은 “Find/Fix/Track/Target/(Engage)/(Assess)” 또는 F2T2(EA) 절차를 훈련할 수 있어야 한다. 장비는 이러한 환경에서의 특정 레이다를 모의하며 군사적 효과도 생성되어야 한다.

이러한 목적들의 조합은 발전된 훈련의 개념을 형성한다.

이러한 목적들은 현재 개발되고 있는 시스템들의 주요 사양을 결정하기도 한다.

 

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훈련 시나리오

이제 이러한 요구사항들을 하나의 단순한 훈련 시나리오에 적용해 보자.

시나리오는 민간 공항과 같이 위치에 있는 적 공항으로 구성되고 여기에 전투 폭격기 유닛이 전개되는 것이다.

이 사례 연구를 위해서 가상의 laydown을 생성하고 송신 구성요소를 식별하여 실제 전투 공간과 유사한 열려있는 공중 상태를 만들어낸다.

공항을 보호하는 것은 장거리 시스템의 IADS와 단거리 대공방어의 혼합과 대공포 배터리로 구성된다.

MANDPAD 시스템과 지상 기반 재머도 있을 수 있으나 여기서의 모델링에서는 제외한다.

모든 자산의 네트워킹은 IADS 동작을 위한 통신과 데이터링크, VHF, UHF, 그리고 SATCOM이다.

지역 공항 시설에는 VHF, UHF 통신과 항법 보조 시스템이 공항 내부와 주변에 설치되어 있다.

마지막으로 기상 레이다와 교통 통제 레이다(Primary and Secondary), 그리고 잠재적인 공항 지상 탐지 장비들이 컨트롤 타워에 있다.

도신 환경에서 가장 중요한 구성은 수많은 셀 폰 장치들과 텔레비전, 라디오 방송, 그리고 마이크로파 링크들이며 이러한 에미터들은 지역 곳곳에 배치한다.

명확하게 하기 위해, 우리는 이러한 에미터들의 계층들을 구현하도록 하며 군사적인 환경을 시작으로 민간 공항 환경, 도심 환경 그리고 공항 내와 주변에 있는 IADS 구성품들을 포함한다.

우리의 시나리오에서 총 36개의 에미터들이 EMOE 생성을 위해 필요하다.

신호 생성과 위치 파라미터를 위해 3개의 신뢰성 있는 계층 구조를 정의한다. (Mil > Civ > Urb)

 

 

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위협의 개념

위협의 개념은 아래에 설명한 요구사항들을 구현하기 위해 설계된다. 

• TH는 “무대(theater)”를 말한다. 목적은 적의 무기 시스템뿐만 아니라 높은 신뢰도를 위해 연합군과 중립의 emitter를 포함한 “무대”의 전체 EM 환경에 초점을 두고 있다. 
• RE는 “복제(Replication)”을 말한다. 이는 무선 주파수와 적외선, 그리고 가시광선 대역을 포함한 전체 EM 스펙트럼의 재생성을 포함한다. 시스템은 잠재적인 위협의 포괄적인 시뮬레이션을 나타낼 수 있도록 장비들을 통합해야 한다.
• AT는 “발전된 훈련(Advanced Training)”을 말한다. 시스템은 자체 보호뿐만 아니라 A2AD 환경을 뚫고 표적화하는 것에 대한 조종사 훈련이 가능해야 한다.

완전한 해상도의 복제를 위해서는 36개의 에미터들이 요구된다.

대략적인 해상도의 복제를 위해서는 에미터를 공통된 위치에 집계할 수 있다.

이러한 접근법의 장점은 더 높은 해상도의 복제보다 시설 비용과 사이트의 수를 줄일 수 있다.

에뮬레이션 되는 신호의 신뢰도는 변화가 없으나 관찰자가 에미터의 위치를 파악하는 기능은 일반화된다.

더 많은 해상도의 감소를 위해서는 낮은 우선순위의 신호를 선택하는 방법이 있다. 

 

모든 계층은 비용과 실제적인 수준을 관리할 수 있도록 자체 해상도를 가지고 있다.

에미터 위치를 위한 격자 사격형의 해상도는 이 지역을 관찰할 센서와 그들의 임무에 영향을 받는다.

SAM 배터리의 지리적인 위치와 저고도 감시 레이다를 표적화하는 것 간의 위치 정확도 차이를 고려해 보자.

전자는 배터리를 단일 에미터 클러스터에 그룹화할 수 있는 반면에 후자는 저고도 탐지 레이다를 위해 분산된 에미터 사이트가 필요하게 된다. 

 

다음의 그림은 우리의 시나리오를 바탕으로 표시한 위협원 구성을 나타낸다.

(위협 clusters)

 

7개의 트레일러로 구성된 위협 시험장과 함께 시나리오를 위해 필요한 스펙트럼을 생성할 수 있다.

각 트레일러는 모의하는 에미터의 클러스터를 대표한다. 

위협 시스템의 기본적인 블록은 이동이 가능한 트레일러에 증폭기와 안테나를 갖는 여러 개의 에미터들로 구성되며 각각은 EM 스펙트럼의 특별한 한 부분을 대표하게 된다.

훈련 시나리오는 조정된 RF 송신 이벤트를 생성하는 것으로 구성된다.

각 사이트는 재구성이 가능하며 항공기의 비행 동안 동작한다.

게다가 원거리 제어를 위해 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.  

 

기본적인 구성요소는 원하는 해상도를 기반으로 더해지거나 분산시킬 수 있다.

이 사이트의 크기나 숫자는 해상도를 결정한다.

완전한 스케일의 위협 시스템은 각 개별의 사이트가 네트워크화되어 하나의 위치에서 전체를 제어할 수 있다.

각 사이트는 서버로부터의 데이터 스트림에 응답을 하며 제어 소프트웨어는 동기화되고 반복되는 시나리오를 제공하며 공통 GPS에 동기화된 신호 또는 전 훈련 영역에 걸쳐 공유되고 있는 외부 트리거 신호에 의해 동기화된다.

모든 구성 요소들은 각각 독립적으로도 동작할 수 있으며 서브 그룹을 형성할 수도 있다.

여기서 “형상 재형성(reconfigurable)”의 의미는 구성 요소들이 위치나 대역폭, 신호 또는 기능에 있어서 고정되지 않는다는 의미이다.

 

위협 시스템은 깨끗한 환경에서 EMOE를 생성하도록 설계된다.

훈련 환경은 전혀 깨끗한 환경이 아니기 때문에 시나리오는 지역적인 제한에 적응할 수 있어야 한다.

여기에는 주파수의 격리도, 비밀은 아니지만 실제적인 파형, 훈련장과 공중 공간의 크기, 교전 거리등이 포함된다.

위협 시스템은 EW 데이터베이스와 연동되어 있어 훈련 파라미터의 저장과 관리가 가능하고 훈련 시나리오 설계에 유연성을 갖게 한다.

 

다중 신호 시뮬레이션 동시 생성에 대한 요구도는 복잡한 환경을 만들어내는데 반드시 필요하다.

벨기에 국방부는 캐나다 회사인 D-TA의 I/Q 데이터 스트리밍 기술을 채택하였다.

이것은 다채널 레이다 신호 에뮬레이터(MRSE. Multichannel Radar Signal Emulator)를 통해 물리적인 물류와 크기를 줄이면서 이러한 기술 솔류션을 제공한다.

MRSE는 메모리부터 조정가능한 RF 송신 유닛까지 I/Q 데이터를 생성, 저장 및 스트리밍 한다.

이것은 PDW(Pulse Description Word)를 사용하는 기존의 DDS(Direct Digital Synthesis)에 대한 대안이다. DDS를 사용하는 방법은 시뮬레이션되는 에미터의 숫자가 증가할수록 신호의 품질이 크게 떨어지며 그 이유는 펄스의 충돌 효과와 많은 펄스들을 떨어뜨려야 하는 의무 때문이다.

결과적으로 실제 시뮬레이션되는 에미터 신호는 원래 기대했던 파형과 다르게 되며 EW 수신기 내부의 디인터리빙 처리에서 저하되거나 잘못된 인지를 생성할 수 있다.

독립적인 채널의 수를 늘리지 않고 요구도를 만족하는 것은 기술적으로 불가하며 너무나 큰 크기와 감당할 수 없는 물류적 크기가 된다.

이러한 능력을 원하는 나라들은 이러한 단점을 보상하기 위해서 장비를 더 많이 배치하거나 EMOE의 많은 부분을 포기하기도 한다.

MRSE 솔루션은 이러한 제한으로부터 자유로우며 수학적으로 대표되는 어떠한 파형이나 시나리오도 에뮬레이션이 가능하다. 

 

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위협 프로젝트의 단계

프로젝트의 1단계를 위해 2023년에 계약이 이뤄졌다.

1단계는 개념의 증명과 트레일러 위의 프로토타입 시스템을 개발하고 2025년 중반에 납품하는 것으로 구성된다.

트레일러는 다음의 그림과 같으며 다중 모드의 이동가능한 위협 에미터 시스템이다. 

(세 개의 서브 시스템으로 구성된 위협 트레일러)

 

세 개의 독립적인 에뮬레이션 서브 시스템은 중앙 스테이션에서 제어되며 각각의 서브 시스템은 순시대역폭(IBW, Instantaneous Bandwidth)과 유효방사출력(ERP, Effective Radiated Power), 그리고 안테나의 측면에서의 특별 요구도와 함께 넓은 RF 스펙트럼 범위를 커버할 것이다.

서브 시스템 A는 전체적인 EM 환경을 생성하고 서브 시스템 B는 표적 교전 레이다 신호를 생성하며 서브 시스템 C는 단거리의 SAM 추적 레이다 신호를 시뮬레이션한다.

모든 서브 시스템은 동기화되어 동작되며 또는 독립적으로 또는 하이브리드 방식으로도 동작할 수 있다.

C²신호는 광섬유 또는 4G/5G 연결을 통해 송신할 수 있다.

이것은 원거리에서의 동작을 가능하게 한다.

스케줄 된 또는 반응형 그리고 수동형을 포함하여 다중 모드의 동작이 가능하다.

초기에는 ASTERIX 프로토콜을 사용하여 안테나에 위치 정보를 제공하는 tattletale 시스템이 적용될 것이다.

향후에는 개발을 통해 전술적 데이터링크와 white cell 통합을 통한 다른 동기화 방식을 포함하게 될 것이다.

 물류의 크기와 이동성, 그리고 셋업 시간은 우리의 매우 큰 관심사항들이다.

트레일러는 북미와 유럽 연합 규정에 따라 도로 운송에 적합하다.

20 피트 이내 크기의 컨테이너는 해상 운송이 가능하고 Airbus A400M 또는 이와 유사한 수송기를 통한 공중 수송이 가능하다.

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2단계는 C² 컨테이너를 확보하는 것과 특정 수 이상의 트레일러를 확보하여 완전한 형태의 위협 시스템 구축과 IADS EM 환경을 시뮬레이션을 할 수 있도록 하는 것에 초점을 두고 있다.

이는 벨기에 공군과 그들의 파트너 국가들에게 대형의 훈련장을 통한 EW 훈련 기능을 제공하고 유럽에서의 통합 훈련 시설을 제공함으로써 NATO와 EU 국가들에게 에미터 기능을 지원하고 공유하게 될 것이다.

 

잠재적인 3단계에서는 해군과 육군에서의 활용이 가능하도록 그 범위가 확장되는 개념이 될 것이다.

해군의 요구도는 레이다 기능에 초점을 두고 있는 공군의 요구사항과 동일하다.

그러나 육군은 주로 라디오 통신, VHF, UHF와 같은 낮은 주파수에 대한 요구를 하고 있다.

 

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마무리

지상 에미터들은 가치 있는 자산들이다.

그러나 강력한 공중 시험장을 만드는 데 있어서 다양한 측면에서의 문제점들이 있다.

실질적인 질문들을 해결하고 다양한 솔루션이 개발되어야 한다.

이러한 과제들에는 이러한 타입의 장비에 대한 요구의 증가, 단일의 운영 개념, 규정을 기반으로 한 훈련장 전개에 있어서 숙련된 인력의 보유, 국가 간의 상호운용성, 표준화된 C² 프로토콜, 전 스펙트럼에 걸친 주파수 승인 접속, 그리고 임무데이터의 적응성등이 포함된다.

유럽에서의 통합을 위한 시작으로서 벨기에 국방부는 이에 도움을 줄 수 있는 기회를 찾고 있는 것이다.    

 

 

출처 : The Journal of Electromagnetic Dominance, November 2024

 

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