전자전의 측면에서 바라 본 SAAB의 글로벌아이(GlobalEye) 조기경보통제기

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스웨덴의 독특한 전자전 여건과 에리아이 레이더

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SAAB의 글로벌아이(Globaleye) 조기경보통제기는 2차 E-X 사업에 참여하려는 경쟁 기종들과 비교하면 몇 가지 독특한 요소들을 갖추고 있다.

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우선 익히 알려진 것과 같이 글로벌아이 조기경보통제기는 여타 조기경보기들과 달리 항공 트랙을 생성하여 조기경보와 지휘 통제 임무를 수행하기 위한 핵심 임무장비인 공중조기경보레이더(에리아이-ER)와 별도로 해상 표적을 탐지, 식별하여 추적하고 SAR(Synthetic Aperture Radar) 스캔으로 지상 표적을 식별할 수 있는 해상 스캔 레이더(시스프레이 7500E)도 별도로 보유함으로써 공중과 해상, 지상을 아우르는 통합적인 지휘통제 중추라는 점이다.

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그리고 E-X 2차 사업 경쟁 기종들이 L 밴드 AESA 레이더만 보유하거나 혹은 L 밴드 AESA 레이더를 핵심 시스템으로 운용하고 S 밴드 AESA 레이더를 보조적으로 운용하는 것과 달리 글로벌아이 조기경보통제기는 S 밴드 GaN 소자 AESA 레이더인 에리아이-ER을 공중 조기경보레이더로 운용한다는 점이다.

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L 밴드(1GHz ~ 2GHz)가 아닌 S 밴드(2GHz ~ 4GHz)가 에리아이(Erieye) 계열 레이더의 작동 대역으로 선택한 것은 스웨덴 공군이 축적한 경험에서 우러나온 것이다. S 밴드가 공중 조기경보레이더가 사용할 수 있는 작동 대역 중 EP(Electronic Protection) 성능, 즉 ECCM에 가장 적합한 대역이라는 것을 스웨덴 공군이 강력한 전자전 능력을 보유한 러시아를 상대로 상시 조기경보체계를 운용함으로써 확인하였기 때문에 S 밴드가 SAAB의 에리아이 계열 레이더들의 작동 대역으로 선택된 것이다.

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냉전 시대에 스웨덴은 서방 국가라고 하지만 소련의 강력한 영향력 하에 있던 핀란드와 국경을 마주하고 있었으며, 동남쪽으로는 소련의 발트 연안 공화국들(현재의 에스토니아, 라트비아, 리투아니아)와 발트해를 사이에 두고 마주보고 있었다. 그리고 남쪽으로는 유력한 바르샤바 조약국이었던 폴란드와 동독을 마주보고 있었다.

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그러므로 스웨덴은 상시 동남쪽의 소련 발트 연안과 남쪽의 바르샤바 조약국의 소련 항공기들을 장거리 감시하고 동쪽의 핀란드 공역도 상시 감시해야 했다. 소련 역시 발트해 일대에서 자신들의 군사 활동이 노출되는 것을 막기 위해 스웨덴의 조기경보를 무력화할 목적으로 자주 스웨덴의 조기경보레이더에 강력한 전자 교란을 시행하였다.

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1981년에 소련 해군 발트 함대 소속 잠수함 S-363(Whiskey급 잠수함)이 스웨덴 영해에 좌초했을 때 이를 구조하기 위해 스웨덴으로 접근한 소련 해군 발트 함대 분견대 역시 스웨덴을 상대로 전자 교란을 시도한 바 있다.

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이처럼 냉전이 한창일 때 스웨덴과 소련의 상호 전자전이 치열하게 전개되었다. 그리고 냉전이 종식되고 20여년이 지난 현재에도 이는 아직 현재 진행형이다. 스웨덴의 조기경보에 대한 러시아의 전자 교란이 자주 시행되고 있기 때문이다.

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상시 러시아의 전자전 위협 하에서 조기경보체계를 운용해야 하기 때문에 스웨덴군은 주요 레이더의 ECCM 성능을 중시하고 최적의 ECCM 솔루션을 위한 요구 성능을 도출하기 위해 많은 노력을 하고 있다. SAAB의 에리아이 레이더는 스웨덴군의 경험을 바탕으로 도출된 ECCM 요구 성능이 반영된 시스템이며, 글로벌아이 조기경보통제기의 에리아이-ER 레이더는 그 개량형이다.

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주파수 할당과 효율

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L 밴드보다 S 밴드 레이더가 밀도 높은 전자전 환경에서 공중 조기경보기에 더 적합한 이유 중 하나는 S 밴드가 주파수 할당 면에서 더욱 여유롭고 주파수 효율이 더 크다는 점이다.

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L 밴드는 최저 주파수에서 최대 주파수 사이의 간격이 1GHz인 반면, S 밴드는 E 밴드와 F 밴드가 통합되어 있기 때문에 최저 주파수와 최대 주파수 간격이 더욱 크다.

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무엇보다 S 밴드보다 협소한 L 밴드는 군용과 민간용으로 많이 쓰이는 대역이기 때문에 S 밴드보다 레이더에 할당 가능한 주파수 범주가 더욱 좁다. 핸드폰 주파수로 UHF 밴드와 L 밴드에 포함되는 주파수가 많이 사용되며 군용 항공기와 민간 항공기 모두 항공 관제를 위해 L 밴드가 사용된다(예 : Mode-C, Mode-S 등). GPS 주파수도 L 밴드에 포함되며 IFF 주파수 역시 L 밴드에 포함된다(심문 주파수는 1.03GHz, 응답 주파수는 1.09GHz). 이 외에도 각종 통신 체계와 대부분의 TDMA(Time Division Multiple Access) 네트워크 구성 데이터 링크가 L 밴드가 포함된 UHF 밴드 주파수를 주로 사용한다.

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이 때문에 L 밴드 레이더에 할당할 수 있는 주파수 옵션은 상대적으로 S 밴드 레이더의 그것보다 적다 . 그러므로 L 밴드 레이더의 주파수 호핑 채널 옵션은 S 밴드 레이더의 그것보다 적으며, 이는 에리아이-ER과 같은 S 밴드 레이더가 주파수 호핑을 사용한 ECCM 성능이 더욱 우수하다는 것을 의미한다.

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에리아이-ER 레이더의 ECCM 성능은 폭넓은 주파수 범위에서 중심 주파수를 도약하며 교란하는 전자 노이즈 공격 기법인 swept-spot noise 기법과 강력한 출력으로 중심 주파수와 비슷한 주파수의 노이즈를 동시 다발적으로 송출하여 교란하는 barrage 교란 기법에 대해서 특히 강력할 것으로 짐작된다.

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에너지 효율에 기인하는 ECCM 성능

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S 밴드 레이더인 에리아이-ER 레이더가 L 밴드 레이더보다 안테나 이득(antenna gain)이 크다는 것도 L 밴드 레이더들보다 ECCM 성능 면에서 유리한 점이다.

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이는 S 밴드 AESA 레이더인 에리아이-ER 레이더가 비슷한 안테나 면적의 L 밴드 레이더보다 개구비(aperture rate)가 크기 때문에 빔폭(beamwidth)이 좁고, 송출 에너지에서 신호 지향 방향으로 지향되지 못하는 손실 비중이 적기 때문이다.

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즉 에리아이-ER 레이더는 지향성이 우수하여 송출 에너지 대부분이 지향 방향으로 집중되기 때문에 적대적인 전자 공격(EA) 대응 능력이 우수하다는 것이다.

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에리아이-ER 레이더는 지향성이 우수하기 때문에 전자 공격 기법 중 특히 사이드 로브를 통해서 전자 공격 에너지를 표적 레이더에 넣는 기법에 대한 ECCM 성능이 우수하다. 즉 가드 채널을 사용하여 전자 공격에 대응하는 능력이 우수하다는 것을 의미한다.

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안테나 지향성이 높기 때문에 동일한 전자 교란 장비에 대한 이격 거리가 동일한 상태에서 SNR(Signal to Noise Ratio)가 더욱 크다. 레이더에서 송출된 신호 중 표적에서 반사되는 신호의 출력 밀도(power density)와 레이더로 들어오는 적대 전자 공격 신호의 출력 밀도가 SNR에 직접 관여하는 요소들이며, 신호 송출 안테나 이득과 신호를 수신할 때의 안테나 이득이 클 수록 레이더로 수신하는 신호의 출력 밀도가 커지게 된다.

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그러므로 에리아이-ER 레이더는 S 밴드에서 작동함으로써 동일한 전자전 조건에서 동일한 표적에 대한 SNR 값이 더욱 크기 때문에 전자 교란 상황에서 실질적인 탐지 거리가 더욱 길다.

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첨단 레이더

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요약하자면 에리아이-ER 레이더는 S 밴드에서 작동하도록 설계됨으로써 주파수 도약 채널 옵션을 좀 더 많이 보유할 수 있으며, 안테나 이득이 더욱 크기 때문에 SLS(Side-Lobe Suppression) 성능이 우수하고 전자 교란 시의 SNR값이 높아서 L 밴드 레이더보다 ECCM 성능이 더욱 우수하다는 것이다.

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동일한 안테나 크기에서 S 밴드보다 더욱 안테나 이득이 우수한 G 밴드 이상의 대역에서는 (특히 X 밴드 레이더의 경우) 구름과 난기류, 태풍 등으로 인한 노이즈 발생, 높은 감쇄율로 인한 탐지거리 감소 등의 문제 때문에 공중조기경보기의 레이더 작동 대역으로는 거의 사용되지 않고 있다.

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과거 이란-이라크 전쟁과 걸프 전쟁에서 이라크 공군이 운용하던 조기경보통제기(Adnan-1/2)에 G/H 밴드 레이더인 TRS-2105 레이더(Tiger-G)가 통합된 적이 있다(IL-76MD 수송기를 기반으로 Adnan-1에는 후방에 Tiger-G 레이더 통합, 그리고 Adnan-2 조기경보통제기에는 IL-76MD 항공기 동체 상부에 rotodome 내부에 통합). 그러나 그 후에는 G/H 밴드 또는 그 이상의 대역에서 작동하는 공중 조기경보레이더는 개발, 사용되지 않고 있다.

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즉, 현재 공중 조기경보레이더의 작동 대역으로 사용되는 것은 UHF, L 밴드, S 밴드 3 가지이다. 그러므로 S 밴드가 현존하는 공중 조기경보레이더 작동 대역 중 가장 높은 수준의 ECCM 성능 구현에 적합한 대역이라고 할 수 있다.

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에리아이-ER 레이더의 ECCM 성능에 대해서 이야기를 할 때 작동 대역(S 밴드)뿐만 아니라 해당 레이더가 AESA 레이더라는 점도 간과할 수 없다.

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물론 예상되는 2차 E-X 사업 후보 기종들 모두 공중 조기경보레이더로 AESA 레이더를 보유하고 있다. 이 중 일부는 Ga-As TRM(Transmit-Receive Module)이 배열된 AESA 레이더이지만 에리아이-ER 레이더는 최근의 AESA 레이더 트렌드에 맞는 GaN TRM이 배열된 현대적인 AESA 레이더이다.

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위상배열레이더의 안테나 이득은 TRM의 배열 간격과 파장, 배열 소자의 숫자, 그리고 빔 조향각과 수학적인 관계가 있다. 우선 S 밴드 GaN TRM은 L 밴드 GaN 보다 더욱 크기가 작다. L 밴드 Ga-As TRM은 동일 밴드의 GaN TRM보다 크기 때문에 L 밴드 Ga-As TRM이 배열된 AESA 레이더보다 에리아이-ER과 같이 S 밴드 GaN AESA 레이더가 TRM 배열 간격이 동일하면 필연적으로 TRM 배열 집적도가 더욱 높다.

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그러므로 에리아이-ER 레이더가 사용 파장이 더 짧다는 것(파장과 안테나 이득은 반비례)이 이와 같은 안테나의 하드웨어적인 요소들과 결부되어 해당 레이더가 ECCM 성능면에서 경쟁 시스템보다 우수한 시스템이 된 것이다.

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AESA 레이더 안테나 전체의 안테나 이득은 개별 TRM의 안테나 이득과도 직접적인 관련이 있다는 점을 감안하면 최신 기술 트랜드에 맞는 GaN 소자의 효율이 구형 Ga-As 소자보다 높아서 에리아이-ER 레이더의 안테나에 배열된 소자들의 개별 안테나 이득이 경쟁 시스템의 L 밴드 Ga-As 소자의 그것보다 더욱 높다는 것도 에리아이-ER 레이더가 전자전 측면에서 더욱 우수하다고 평가받을 수 있는 근거가 된다.

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이처럼 안테나 이득이 크다는 것은 전자전 측면에서 또 다른 이점이 있다. 그것은 적대적인 ESM에 에리아이-ER 레이더가 송출한 신호가 노출될 가능성이 낮다는 것이다.

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레이더와 마찬가지로 RWR과 ESM 역시 수신 에너지 중 잡음을 걸러냄으로써 오경보(false alarm)을 방지하도록 설계되어 있다. 이에 필요한 다양한 알고리즘을 CFAR(Constant False Alarm Rate) 알고리즘이라고 하며, CFAR에서 잡음의 에너지 레벨로 결정한 에너지 레벨

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