TERCOM
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1. 개요
TERCOM(지형 윤곽 비교)은 미사일의 위치를 파악하기 위한 유도 기술이다. 관성항법으로 미사일 위치를 파악하고, 전파고도계와 사전에 입력된 등고선 정보를 비교하여 정밀한 위치를 결정한다. TERCOM은 정밀도가 높고 적의 방공 무기 체계에 방해받지 않으며, DSMAC, 위성 항법 시스템 등 다른 항법 방식과 비교된다. TERCOM은 비행 거리에 관계없이 정확성을 유지하지만, 초기에는 데이터 저장 및 컴퓨팅 시스템의 제약으로 발사 지점과 경로가 제한적이었다. 현재는 컴퓨팅 및 메모리 기술 발전으로 이러한 문제가 줄어들었으며, AGM-86B, BGM-109 토마호크 등 다양한 미사일에 사용된다.
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2. 설명
TERCOM은 관성항법과 전파고도계를 이용하여 미사일의 위치를 파악하고 오차를 수정하는 시스템이다. 전파고도계로 측정한 고도와 사전에 입력된 등고선 정보를 비교하여 관성항법에서 발생하는 오차를 보정한다.
TERCOM은 정밀도가 높고 적의 방공망에 영향을 받지 않는다는 장점이 있다. CEP는 30m 이내로 높은 정확도를 보인다.[2]
2. 1. 작동 원리
1차적으로 관성항법에 의해 미사일의 위치를 판단한다. 2차적으로 미사일에 탑재된 전파고도계를 이용, 전파로 측정한 고도와 사전에 미사일에 입력한 등고선 정보를 비교한다. 관성항법에 의한 고도의 차이를 수정하여, 정밀한 위치판단을 한다.[2]최신 TERCOM 시스템은 미사일이 비행하는 지면의 고도를 레이더 고도계로 측정하고, 이를 미사일 항공전자 메모리에 저장된 지형 고도 지도와 비교하는 방식으로 작동한다. TERCOM 지도는 일정 크기의 사각형 격자로 구성되며, 위성 데이터를 기반으로 작성된다. 물 위를 비행할 때는 등고선 지도 대신 자기장 지도가 사용된다.
레이더 고도계는 해수면 기준 절대 고도가 아닌 미사일과 지형 사이의 거리를 측정한다. 따라서 중요한 측정값은 사각형 격자 간 고도 변화이다. 미사일의 레이더 고도계는 일정 기간 동안 주기적으로 측정값을 평균내어 단일 측정값을 생성하고, 이 값들을 버퍼에 저장한다. 버퍼에 저장된 일련의 값들은 지도에 저장된 값과 비교되어 고도 변화가 동일한 영역을 찾는다. 이를 통해 위치와 방향을 파악하고, 유도 시스템은 이 정보를 사용하여 미사일의 비행 경로를 수정한다.
표적까지 비행하는 순항 부분에서는 지형 지물을 피할 수 있을 정도의 정확도만 요구되므로, 지도의 해상도는 비교적 낮아도 된다. 그러나 최종 접근 단계에서는 더 높은 해상도의 지도가 필요하며, 일반적으로 위성 매핑 시스템에서 제공하는 최고 해상도로 작성된다.
2. 2. 초기 시스템 (ATRAN)
굿이어 항공기 회사의 MGM-13 메이스용 ATRAN(''자동 지형 인식 및 항법'', Automatic Terrain Recognition and Navigation) 시스템은 초기 TERCOM 시스템의 대표적인 예시이다. 1952년 8월, 공군 군수 사령부는 굿이어 ATRAN과 MGM-1 마타도어의 결합을 시작했고, 1954년 6월 생산 계약으로 이어졌다. ATRAN은 재밍(전파 방해)이 어렵고 시야 거리에 의해 사거리가 제한되지 않았지만, 레이더 지도 가용성에 의해 사거리가 제한되었다. 시간이 지남에 따라 지형도에서 레이더 지도를 구성하는 것이 가능해졌다.ATRAN 시스템에서 지도 준비는 항공기가 비행할 경로를 필요로 했다. 항공기에 장착된 레이더는 고정된 각도로 설정되어 전방의 지형을 수평으로 스캔했다. 반사 신호의 타이밍은 지형까지의 거리를 나타내고 진폭 변조(AM) 신호를 생성했다. 이 신호는 광원에 전송되어 35mm 필름에 기록되었으며, 지정된 시간에 필름을 전진시키고 사진을 찍었다. 그런 다음 필름을 처리하고 여러 미사일에 사용하기 위해 복사할 수 있었다.
미사일에서 유사한 레이더가 동일한 신호를 생성했다. 두 번째 시스템은 광전관에 대해 필름 프레임을 스캔하여 유사한 AM 신호를 생성했다. 밝기가 빠르게 변하는 스캔 지점(간단한 전자 장치로 쉽게 찾아낼 수 있음)을 비교하여 시스템은 미사일의 좌우 경로를 경로 탐색 항공기의 경로와 비교할 수 있었다. 두 신호 간의 오류는 미사일을 프로그래밍된 비행 경로로 되돌리기 위해 필요한 자동 조종 장치의 보정을 유발했다.
3. 다른 항법 방식과의 비교
TERCOM은 비행 거리에 상관없이 정확도를 유지하는 장점이 있다. 그러나 초기에는 데이터 저장 및 컴퓨팅 성능이 제한되어 전체 비행 경로를 사전에 계획해야 했다. 미사일이 예상치 못한 위치에서 발사되거나 경로를 벗어나면 지도에 포함된 지형을 지나가지 못해 길을 잃을 수 있었다. 관성 항법 시스템(INS)은 초기 비행을 도울 수 있지만, 큰 오류는 수정할 수 없었다.
초기 TERCOM 기반 시스템은 발사 직전에 목표를 지정할 수 있는 GPS와 같은 최신 시스템에 비해 유연성이 떨어졌다. TERCOM은 사전에 정보를 입력해야 했기 때문이다. 그러나 컴퓨팅 및 메모리 기술이 발전하고 전 세계 수치 고도 모델을 사용할 수 있게 되면서 이러한 문제는 줄어들었다. 또한, 측면 감시 레이더를 통해 더 넓은 지역의 지형 등고선 데이터를 획득하여 저장된 데이터와 비교할 수 있게 되었다.
3. 1. DSMAC (디지털 영상 대조 항법)
디지털 영상 대조 항법(DSMAC)은 카메라로 촬영한 영상과 사전에 저장된 디지털 영상을 비교하는 방식이다. 초기에는 처리 속도가 느려 TERCOM이 주로 사용되었으나, 컴퓨터 기술 발전에 힘입어 1980년대부터 CCD 카메라와 결합된 DSMAC이 채택되었다.[1] 현대 순항 미사일은 TERCOM과 DSMAC을 함께 사용하여 종말 유도 정밀도를 높인다.1950년대에 개발된 초기 영상 대조 방식은 미사일 하부에 돌출된 카메라가 촬영하는 영상과 정찰기가 촬영한 사진을 비교하는 방식이었다. 그러나 비교 속도가 매우 느려 실전에 사용되지 못하고 TERCOM이 대신 사용되었다. 이후 컴퓨터 메모리와 CPU의 발전으로 1980년대부터 CCD 카메라로 찍은 디지털 영상을 활용하는 DSMAC 방식이 채택되었다.
DSMAC는 일종의 초기 인공지능(AI)으로, 카메라 입력을 통해 실시간으로 위치를 결정하여 미사일을 유도한다. 토마호크 블록 II 미사일부터 사용되었으며, 걸프 전쟁에서 그 성능을 입증했다. DSMAC 시스템은 비행 중 카메라 입력 영상을 정찰 위성 이미지에서 계산된 지도와 비교한다. 이때 이미지의 대비 지도를 계산하고 평균을 내어, 사전에 메인프레임 컴퓨터로 계산하여 저장된 지도와 비교한다. 계절 변화나 예상치 못한 시각적 효과에도 불구하고, DSMAC 시스템은 지도의 동일성을 판단하고 차이점을 걸러내어 위치를 결정할 수 있었다. 이러한 시각적 목표 식별 능력은 당시 GPS 유도 무기의 정확도를 능가했다.[1]
MGM-31B 퍼싱 II, SS-12, SS-23과 같은 미사일은 DSMAC의 액티브 레이다 유도 버전(digital correlator unit, DCU)을 사용한다. 정찰 위성이나 정찰기가 촬영한 레이다 지형 지도를 미사일에 장착된 액티브 레이다가 촬영한 지형 지도와 비교하여 종말 유도를 수행한다.
3. 2. 위성 항법 시스템 (GPS, GLONASS 등)
위성 항법 시스템은 정밀하고 저렴하게 항해할 수 있는 방법이다. 그러나 이 방식은 위성에 의존하기 때문에 위성이 파괴되거나 위성 신호에 재밍 등의 간섭이 발생하면 작동 불능 상태가 된다. 따라서 GPS, GLONASS, 베이더우, 갈릴레오 기반 항법은 기술적으로 덜 발달한 적과의 분쟁에서는 유용하지만, 기술적으로 발전된 적과의 분쟁에 대비하기 위해서는 TERCOM이나 DSMAC를 갖춘 미사일이 필요하다.[1]3. 3. TAINS (TERCOM 보조 관성 항법 시스템)
TAINS(TERCOM 보조 관성 항법 시스템)는 TERCOM과 관성 항법 장치를 결합한 시스템이다. 1960년대와 70년대의 대용량 저장 장치는 제한된 메모리 용량과 느린 접근 시간을 가졌기 때문에, 미사일 크기의 패키지에 저장할 수 있는 지형 데이터의 양은 전체 비행 경로를 포함하기에는 너무 적었다. 대신, 작은 지형 정보 조각을 저장하고 주기적으로 사용하여 기존의 관성 항법 장치를 업데이트했다.4. 장점 및 단점
TERCOM은 정밀도가 높고 적의 방공 무기에 방해받지 않는다는 특징이 있다. CEP는 30m 이내로 정확하다.[2] 비행 거리에 관계없이 정확성을 유지하며, 관성 항법 시스템과 달리 비행 중 지속적으로 위치를 수정하므로 오차가 발생하지 않는다.
하지만 초기 TERCOM 시스템은 데이터 저장 용량 및 컴퓨팅 성능의 한계로 인해 유연성이 부족했다. 미사일 발사 위치나 비행 경로가 예상과 다를 경우, 지도에 포함된 지형을 지나가지 못해 길을 잃을 수 있었다. 관성 항법 시스템(INS)이 첫 번째 패치 영역까지 비행하는 데 도움을 줄 수는 있지만, 큰 오류는 수정하기 어려웠다. 이는 GPS와 같은 최신 시스템에 비해 유연성이 떨어지는 문제점으로 지적되었다.
최근 컴퓨팅 및 메모리 기술 발전과 전 세계 수치 고도 모델의 활용으로 이러한 문제는 개선되었다. TERCOM 데이터가 더 이상 작은 영역에 국한되지 않고, 측면 감시 레이더를 통해 더 넓은 지역의 지형 등고선 데이터를 획득하여 저장된 등고선 데이터와 비교할 수 있게 되었다.
5. TERCOM 사용 미사일
| 미사일 | 국가 | 비고 |
|---|---|---|
| 초음속 저고도 미사일 프로젝트 | TERCOM의 초기 버전 사용 예정이었으나 제작되지 않음 | |
| AGM-86B | 미국 | |
| AGM-129 ACM | 미국 | |
| BGM-109 토마호크 | 미국 | 일부 버전 |
| C-602 | 중국 | 대함 및 지상 공격 순항 미사일 |
| Kh-55 | 소련 | 나토 보고명 AS-15 켄트 |
| Kh-101, Kh-555 | 러시아 | TERCOM 항법 사용 가능성, 정보 부족 |
| C-802 (YJ-82) | 중국 | 나토 보고명 CSS-N-8 사케이드, TERCOM 항법 사용 여부 불분명 |
| 현무-3 | 대한민국 | |
| DH-10 | 중국 | |
| 바부르 | 파키스탄 | 지상 공격 순항 미사일 |
| Raad | 파키스탄 | 공중 발사 순항 미사일 |
| 해군 타격 미사일 | 노르웨이 | 대함 및 지상 공격 미사일 |
| SOM (미사일) | 터키 | 공중 발사 순항 미사일 |
| 훙냐오 1/2/3 | 중국 | 순항 미사일 |
| 9K720 이스칸데르 | 러시아 | 단거리 탄도 미사일 및 순항 미사일 변형 |
| 스톰 섀도 | 영국/프랑스 | 순항 미사일 |
참조
[1]
간행물
Image Processing For Tomahawk Scene Matching
Johns Hopkins APL Technical Digest, Volume 15, Number 3
[2]
웹인용
보관된 사본
http://www.newshanku[...]
2011-11-29
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