지상감시정찰기
대응 핵심 체계
지상감시정찰기 사업이 중시되는 가장 큰 이유는 해당 체계가 킬 체인의 핵심적인 감시 정찰 체계이기 때문이다.
북한의 9K720 이스칸데르(Iskander)급 단거리 지대지 미사일을 발사하면서 킬 체인 구축에서 지상감시정찰기 프로그램의 중요성이 더욱 커졌다.
기존의 북한군 탄도 미사일은 사거리가 매우 짧은 전술 탄도 미사일인 KN-02을 제외하면 대부분 미사일을 발사하기 위해 필요한 준비 시간이 길었지만 9K720의 영향을 받은 새로운 탄도 미사일은 KN-02보다 사거리가 더욱 길고, 기동과 배치, 발사 준비에 필요한 시간이 더욱 짧기 때문이다.
이에 대응하기 위해 광역을 감시하면서 신속하게 탄도 미사일 발사대를 탐지, 식별, 추적할 수 있는 지상감시정찰기가 대응력 구성 요소에 들어가고 있다.
지상감시정찰기는 탄도 미사일 발사 전후의 발생 신호(발사 전의 공역 확보를 위한 레이더 사용, 발사 지령 전송 신호, 텔레메트리 신호 등)를 탐지, 식별하여 지대지 미사일 발사 징후를 파악하기 위한 신호정보수집 정찰기(백두-2 정찰기)와 함께 탄도 미사일 발사 징후 탐지와 발사 원점 추적을 하기 위한 체계로 운용될 예정이다.
지상감시정찰기의 핵심 체계인 합성개구레이더
이 체계가 사용하는 핵심 임무 장비인 지상스캔레이더를 이해하기 위한 기본 이론이다.
지상감시정찰기에 통합된 X 밴드 지상스캔레이더의 SAR(Synthetic Aperture Radar) 모드의 하부 모드인 strip SAR 모드로 지상을 스캔하여 생성한 영상에서 지대지 미사일 발사 원점을 탐지하고,
지정된 구역(구역 규모 선택 가능)을 집중 스캔하는 spot SAR 모드로 strip SAR 영상에서 탐지한 발사 원점을 선택하여 확대함으로써 발사 원점의 정밀 식별과 좌표를 획득할 수 있다.
반사되는 신호를 항공기가 여러 위치에서 수신하여 디지털 신호 처리하여 생성한 데이터를 통합함으로써 개구면이 큰 가상의 대형 위상배열레이더가 다수의 채널에서 동조 수신되는 신호를서로 다른 위상으로 수신하는 것과 같은 효과를 통해 수신되는 빔을 날카롭게 성형함으로써 스캔 대상을 미세한 픽셀(pixel)로 나누어서 각 픽셀의 반사 특성을 조합, 지상 스캔 영상을 생성하는 것이 곧 합성개구레이더(SAR) 기법이다.
이는 레이더의 빔폭 이내의 일정한 거리 셀들의 구별되는 반사 신호 도플러 차이를 식별하는 DBS(Doppler Beam Sharpening)을 사용한 DBS 지상 매핑과 다른 방법이다.
여기서 유의할 점은 SAR 기법이 가상의 대형 위상배열레이더를 구현한다고 해서 실제 레이더도 반드시 위상배열레이더인 것은 아니라는 것이다(예 : 한국군이 도입하는 RQ-4B Block 30과 NCUAV의 합성개구레이더는 모두 기계주사식 레이더).
그리고 이와 같은 SAR 기본 원리에서 알 수 있듯이 정밀한 SAR 스캔 영상을 생성하기 위해서는 기법이 구현하는 가상의 대형 레이더(실제로는 플랫폼이 여러 위치에서 반사 신호 수신)의 개구비와 신호 처리 알고리즘과 프로세서 성능이 중요하다.
SAR 기법으로 수신되는 반사 신호를 디지털 처리하여 확보한 위상 데이터를 수신 시점과 수신 신호 도래각(AoA : Angle of Arrival)과 수신하는 순간의 항공기의 3차원 헤딩과 속도 데이터 등을 바탕으로 도플러 정보를 산출하고, 이를 통해 지상 이동 표적의 도플러 편이를 식별하는 것이 GMTI(Ground Moving Target Indicator)의 기본 원리이다.
SAR 기법으로 생성한 디지털 도플러 주파수 스펙트럼에서 이동 표적의 도플러 편이를 추출하는 것이 GMTI의 핵심이며, 이렇게 탐지한 지상이동표적을 추작하는 것이 GMTT(Ground Moving Targeting Tracking) 또는 GMTI tracking이라고 한다.
이 때 중요한 것은 정밀한 속도 분해능이다.
고속으로 비행하는 항공기의 시점에서 지상의 이동 표적은 사실 정지된 것과 다름없을 정도로 느리다. 특히 지대지 미사일을 운반하고 발사하는 이동식 발사대 차량은 지상이동표적 중에서도 가장 느린 표적이다.
그러므로 GMTI 모드를 사용한 탄도 미사일 이동 발사대 식별에 있어서 미세한 속도로 인해 발생하는 미세한 도플러 편이를 식별할 수 있는 능력은 가장 중요한 것이라고 할 수 있다.
[디펜스투데이]
