한국군에 제안한 사브 아서 대포병 레이더 개량형
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한국군에 제안한 사브 아서 대포병 레이더 개량형
  • 신선규 기자
  • 승인 2020.05.15 16:54
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SAAB 한국군 ARTHUR-K 레이더 성능개량

 ARTHUR 대포병 레이더 종류

 SAAB는 S밴드를 사용하는 GIRAFFE 계열 AESA 레이더와 G/H 밴드를 사용하는 PESA인 GIRAFFE AMB 레이더를 포함한 다양한 지상배치 / 해상배치 위상배열레이더를 실용화 중이다.

ARTHUR 대포병 레이더 종류 (사진: 디펜스 투데이)
ARTHUR 대포병 레이더 종류 (사진: 디펜스 투데이)

ARTHUR(ARTillery HUnting Radar) 레이더는 SAAB의 지상배치 위상배열레이더(정확히는PESA) 중 하나로서 G밴드와 H밴드를 사용하는 대포병레이더로 기본형인 Mod A 기준으로 40Km의 탐지거리를 기록한다.

ARTHUR 대포병 레이더 종류 (사진: 디펜스 투데이)
ARTHUR 대포병 레이더 종류 (사진: 디펜스 투데이)

S밴드 AESA 레이더인 GIRAFFE 8A 레이더는 야전에 배치되는 장거리 조기경보레이더로 전술탄도미사일(SSM)과 UAV등에 대한 조기경보를 제공하며,

G밴드 / H밴드 PESA 레이더인 ARTHUR 레이더와 S밴드 AESA 레이더인 GIRAFFE 4A 레이더는 대포병레이더로서 적 포병 세력이 사격한 각종 탄을 추적하여 적 포병세력의 위치를 역추적하는 시스템이다.

 GIRAFFE 4A는 S 밴드를 사용하는 AESA 레이더이기 때문에 G/H 밴드를 사용하는 ARTHUR 레이더보다 탐지거리가 더욱 길다.

이는 같은 대포병레이더라도 GIRAFFE 4A 레이더는 러시아의 9K58 체계에서 발사되는 9M528 로켓이나 활공포탄과 같은 장사정탄의 탐지와 추적에 특화된 대포병레이더이기 때문이다.

특히 활공포탄의 탐지와 추적을 위해 탄도 궤도를 비행하는 탄뿐만 아니라 비탄도 궤도(활강궤도 등)를 비행하는 탄을 추적하기 위한 알고리즘도 개발되어 적용될 예정이다.

 한국이 당면한 위협에는 사거리 100Km가 넘는 로켓을 발사하는 KN-09 방사포가 포함되어 있기 때문에 ARTHUR-K 레이더 성능개량 방안과 별개로 추후 GIRAFFE 4A 장거리 대포병레이더의 도입 또는 그에 상응하는 시스템 개발을 검토할 필요가 있다.

 
 

한국 육군의 ARTHUR K 대포병 레이더 (사진: 디펜스 투데이)
한국 육군의 ARTHUR K 대포병 레이더 (사진: 디펜스 투데이)
국내에 파견된 스웨덴 사브사 엔지니어 (사진: 디펜스 투데이)
국내에 파견된 스웨덴 사브사 엔지니어 (사진: 디펜스 투데이)

ARTHUR 대포병 레이더는 현재 한국과 영국, 스웨덴, 싱가포르를 포함하여 총 12개국에서 운용되고 있는 대포병 AESA 레이더이다.

스웨덴과 노르웨이는 ARTHUR 레이더의 초기형인 Mod A를 운용 중이며, Mod A보다 탐지거리가 증가한 Mod B는 영국과 스페인을 포함한 4개국에서 운용 중이다.

Mod B는 영국 육군의 요구 성능에 부합하기 위해 Mod A의 성능을 개선한 시스템으로서, Mod A의 그것보다 탐지 / 추적거리가 더욱 증가하였다.

한국 육군의 ARTHUR K 대포병 레이더 (사진: 디펜스 투데이)
한국 육군의 ARTHUR K 대포병 레이더 (사진: 디펜스 투데이)

한국군이 운용중인 ARTHUR-K 대포병 레이더

한국 육군이 운용하는 ARTHUR-K 레이더는 ARTHUR 레이더 중 최신형인 Mod C이다.

ARTHUR 레이더를 운용하는 12개국 중 현재 한국과 이탈리아 두 나라만 최신형인 Mod C를 보유하고 있다. 

 Mod C는 Mod A와 Mod C보다 레이더 안테나 크기가 더욱 크고, 능동주사 어레이의 면적이 더욱 확대되었다. Mod A와 Mod B와 비교하면 동일 주파수에서 빔폭이 더 좁고, 주파수와 수평 주사각 / 수직 주사각이 동일한 상태에서의 위상차가 더욱 크다.

이에 안테나 이득(Antenna Gain)이 Mod A와 Mod B보다 더욱 크고 Threshold level은 더욱 감소하여 탐지거리(50% 가량 증가)와 각도 분해능이 더욱 향상되었다.

 ARTHUR-K 레이더 성능 개량

SAAB에서 한국에 ARTHUR-K 레이더 성능개량 프로그램 홍보사진 (사진: 디펜스 투데이)
SAAB에서 한국에 ARTHUR-K 레이더 성능개량 프로그램 홍보사진 (사진: 디펜스 투데이)

SAAB에서 개발한 성능개량프로그램의 핵심 내용은 탐지거리증가와 센서 융합, RAP(Rocket Assisted Projectile)탄 탐지 / 추적 능력 부여, 새로운 레이더 관리체계, RAPID 3차원 매핑 기술, 비탄도 공중표적 필터링을 통한 레이더 추적자원의 효율 향상, 감지 및 경고 패키지, 원격통제장비개량 등이다.

 탐지거리 증가

 ARTHUR-K 레이더는 ARTHUR 레이더의 최신형인 Mod C 형식으로서, Mod B보다 탐지거리가 더욱 증가하여 최대 60Km의 탐지거리를 기록하고 있다.

그러나 북한이 사거리 100Km 이상의 유도로켓(GLONASS 시스템에 의한 유도)을 발사하는 KN-09 방사포를 전력화함에 따라 대포병레이더의 탐지 / 추적 거리 증대가 요구되고 있다.

 SAAB에서는 100Km 이상의 장거리에서 탄을 추적하여 발사 포대의 위치를 역추적할 수 있는 GIRAFFE 4A AESA 레이더를 개발하고 있다. 이와는 별개로 ARTHUR Mod C 레이더에도 100Km 이상의 탐지거리를 부여하기 위한 업그레이드 프로그램이 있다.

ARTHUR-K 레이더 탐지거리 증가 방안

 ARTHUR-K 레이더를 위한 탐지거리 증가 방안은 두 가지가 있다.

1) 안테나에서 TWT 송신기를 제거하고 분산된 반도체 송신기를 설치하는 방안이다.

이는 최소한의 하드웨어 개량으로 탐지거리를 증가시키며, 추후 필요에 따라 추가적인 탐지거리 증대가 가능하다는 점이 장점이다.


 이같이 TWT를 GaN 반도체형 송수신기로 대체하면 송출 Gain의 증대 등으로 탐지거리가 현재의 60Km에서 100Km ~ 105Km까지 증가한다는 것이 SAAB사의 테스트를 통해 확인된 바 있다.

또한 거리 정확도 역시 향상되어 100Km로 증가한 탐지거리에서 오차가 0.25%로 기록되었다.

 부수적으로는 레이더의 구성 부품 수가 줄어들면서 고장의 여지가 감소하고, 시스템 중량이 감소하여 신속한 야전 전개와 이동성이 더욱 향상된다는 것 역시 TWT를 GaN 송수신 모듈로 교체하는 방안의 장점이다.

 2) ARTHUR-K 레이더의 탐지거리 증가를 위해 제안되는 또 다른 솔루션은 100Km 장거리 탐지모드를 새로 통합하는 것이다.

이는 하드웨어적 개량하는 방안과 반대로  하드웨어는 변경없이 그대로 두면서 소프트웨어만을 개선하는 방식으로 탐지거리를 증대하는 방안이다.

 이 방법은 현재의 ARTHUR-K 레이더의 하드웨어로도 더욱 긴 탐지거리가 구현되도록 신호 제어를 개선하는 것이 요체이다.
 
이같이 신호제어특성이 장거리 탐지에 맞게 설계된 모드를  소프트웨어 모듈로 통합하고, 새롭게 통합된 모드를 운용하고, 새롭게 구현되는 신호제어특성대로 신호처리장치등이 작동할 수 있도록 구동하기 위해 펌웨어(Firmware) 등도 변경, 개선하는 것이 이 업그레이드의 핵심 이다.

  통합된 장거리 모드(100Km 모드)는 현재의 ARTHUR-K 레이더의 최대 스캔 각도보다 더욱 확장된 스캔 각도를 갖는다.

현재의 ARTHUR-K 레이더는 -60° ~ +60° 도합 120도의 스캔 커버리지를 갖고 있다.

새로운 100Km 탐지모드는 -90° ~ +90°에 가깝게 스캔 영역이 확장된다.

탐지거리 확장을 위한 모드에서 스캔 각도 증가가 포함되는 것은, 이를 통해 위상배열레이더의 이득(Gain)을 증가시켜 탐지거리를 100Km 근처까지 확대하기 위함이다.

 ARTHUR-K와 같은 위상배열레이더의 Gain은 안테나에 배열된 소자들의 성능과도 밀접한 관계가 있지만, 그와 동시에 신호를 지향하는 각도와 전체 위상차이와도 직접적인 관계가 있다.

 이같이 SAAB 측에서 제시하는 ARTHUR-K 레이더의 장거리 탐지모드(고주사각 + PRF 최적화)가 통합되면 최대탐지거리가 현재의 60Km에서 85Km ~ 90Km까지 확대된다고 한다. 해당 모드는 정확도(CEP 50m, 45도 사격각도 기준)면에서는 85Km 탐지거리 기준으로 오차 0.25% 수준이라고 한다.

 다수의 ARTHUR-K 레이더, 또는 ARTHUR-K 레이더와 다른 종류의 센서에서 획득한 정보를 융합하는 센서 융합 기능 역시 SAAB가 제안하는 ARTHUR-K 성능 개선 프로그램에 포함되어 있다.

 ARTHUR-K 성능개량 프로그램의 센서 융합에서 중요한 것은 다수의 트랙에서 중첩된 트랙을 찾아내는 것이다. 동일한 표적에 대한 트랙을 찾아내는 알고리즘은 각 트랙의 예상되는 무기의 종류  / 추적 과정에서 산출한 발사에 탄착까지 소요 시간 / 사격지점(POO) 정확도 포위선 / 낙하지점(POI) 정확도 포위선 등을 확인하여 중첩되는 트랙을 식별한다.   

 RAP(Rocket Assisted Projectile)탄 탐지능력

 SAAB에서 시행한 테스트에서 ARTHUR 레이더의 RAP탄에 대한 추적 상실 현상이 발견되었다. 이는 현재 한국군이 보유한 ARTHUR-K 레이더 또한 RAP탄 추적에 취약할 수 있음을 의미한다.

  비탄도 공중표적 필터

 표준적인 탄도 궤도와 크게 불일치하는 RAP탄의 경우에는 이를 식별하기 위한 알고리즘을 도입하여 RAP탄의 트랙 플롯을 걸러내지 않고 유지할 수 있지만, 그 외 UAV, 헬기, 각종 고정익기, 소형 유도탄 등은 ARTHUR 레이더의 운용목적에 부합하는 표적이 아니기 때문에 모두 필터링되어 소실되는 것이다.

 이 외에도 ECCM 성능 개선도 업그레이드 패키지에 포함되어 있다.

[디펜스 투데이]


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