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반능동 레이더 유도

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목차

1. 개요

반능동 레이더 유도(SARH)는 미사일이 목표물에 반사된 레이더 신호를 수신하여 유도되는 방식이다. 지상 또는 항공기에 탑재된 레이더가 표적을 조명하고, 미사일은 이 신호를 감지하여 비행 경로를 수정한다. 빔 라이딩 방식과 비교하여 SARH는 더 넓은 범위에서 정확한 유도를 제공하며, 미사일의 정확도는 표적에 접근할수록 더욱 향상된다. SARH는 액티브 레이더 호밍(ARH)과 유사하게 반사된 레이더 에너지를 사용하지만, 미사일에 송신기를 탑재하지 않아 무게와 크기 제약에서 자유롭다. SARH 미사일은 중간 유도 단계에서 관성 항법 장치나 지령 유도를 병용하여 탐지 거리를 늘리고, 전자전 대응(ECCM) 기술과 데이터 링크를 통해 성능을 향상시킨다. SARH는 AIM-7 스패로우, RIM-66 스탠다드 등 다양한 미사일 시스템에 사용되며, 현대 미사일 유도 방식 중 하나로 널리 활용된다.

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반능동 레이더 유도
개요
유형미사일 유도 방식
종류전파 호밍 유도
특징목표물을 향해 전파를 방사하는 레이더를 사용
작동 원리
기본 원리미사일 자체는 전파를 방사하지 않고, 발사 플랫폼 (예: 전투기, 지상 레이더 기지)이 목표물을 향해 전파를 방사한다. 미사일은 목표물에서 반사된 전파를 추적하여 목표물을 향해 날아간다.
장점미사일 자체의 레이더 장비가 필요 없으므로 미사일의 크기와 무게를 줄일 수 있다.
발사 플랫폼은 미사일이 목표물에 도달할 때까지 계속해서 목표물을 조준해야 한다.
단점발사 플랫폼이 계속해서 목표물을 조준해야 하므로, 발사 플랫폼이 공격에 취약해질 수 있다.
발사 플랫폼이 목표물을 조준하는 동안 다른 목표물을 공격할 수 없다.
사용 예시
공대공 미사일AIM-7 스패로우, AIM-9 사이드와인더 (초기형)
레이더 기술
Bistatic 레이더송신기와 수신기가 분리되어 있는 레이더 시스템. SARH는 Bistatic 레이더의 한 형태로 볼 수 있다.

2. 원리

반능동 레이더 유도(SARH)는 미사일 자체에 레이더 송신기 대신, 발사 플랫폼(항공기, 지상 레이더 등)의 레이더 신호를 이용하는 방식이다. 미사일에 레이더 송신 장비를 탑재할 필요가 없으므로, 미사일의 무게를 줄여 사거리를 늘릴 수 있다. 또한, 레이더의 각도 분해능은 안테나 크기와 관련이 있는데, 미사일 노즈 콘의 작은 공간에는 정밀 유도에 필요한 크기의 안테나를 탑재하기 어렵다.[3]

대신 지상 또는 발사 항공기의 더 큰 레이더가 신호와 추적 로직을 제공하고, 미사일은 표적에서 반사된 신호를 수신하여 방향을 조정한다. 미사일은 발사 플랫폼의 전송 신호를 후방에서 참조하여 표적의 레이더 재밍을 피할 수 있다.

SARH는 빔 라이딩과 유사하게 미사일 외부 추적 레이더의 전파를 이용하지만, 목표에 전파를 조사하기만 하면 되므로 빔 라이딩처럼 레이더 빔이 고정밀도로 목표를 추적할 필요가 없다. 반사파를 수신할 수 있다면 거리에 관계없이 높은 명중 정밀도를 얻을 수 있고, 비례 항법을 기본으로 하여 빔 라이딩보다 더 직선적인 경로로 비행할 수 있다.

액티브 레이더 호밍(ARH)과 비교하면, SARH는 송신기를 항공기나 지상에 설치하여 형상과 중량에 여유가 있어 큰 출력을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

최대 사거리는 터미널 유도에 안테나 추적이 필요하기 전에 비행 거리를 늘리기 위해 호밍 차량의 항법 데이터를 사용하는 SARH 시스템에서 증가한다. 항법은 가속도계, 광섬유 자이로스코프, GPS 데이터를 사용한다. 이는 비행 에너지를 낭비하는 수정 기동을 최소화하여 거리를 최대화한다.

2. 1. 작동 방식

SARH 시스템은 목표물에 반사된 레이더 신호를 듣고 스스로를 올바른 방향으로 유도하는 방식으로 작동한다. 지상 또는 미사일을 발사한 항공기의 레이더가 신호와 추적 로직을 제공하고, 미사일은 표적에서 반사된 신호를 수신한다.[3]

반능동 레이더 유도 비행 경로 기하학


SARH 시스템은 위 그림에 나타난 비행 경로 기하학을 사용하여 접근 속도를 결정한다. 접근 속도는 CW(Continuous Wave, 연속파) 수신 신호(스펙트럼)의 주파수 위치를 설정하는 데 사용된다. 미사일 탐색기에 의해 표적이 획득된 후, 접근 속도를 통해 설정된 스펙트럼 위치를 사용하여 미사일 안테나의 오프셋 각도가 결정된다. 미사일 탐색기 안테나는 모노펄스 레이더 수신기로, 고정된 위치에서 각도 오차 측정을 생성한다. 비행 경로는 안테나에서 생성된 각도 오차를 사용하여 조종 시스템(꼬리 날개 또는 짐벌 로켓)에 대한 항법 입력을 생성하여 제어된다.[4] 이를 통해 미사일은 안테나가 고정된 위치에 있는 동안 안테나 중심선 근처에 표적을 유지하도록 기동한다. 오프셋 각도 기하학은 미사일 속도, 표적 속도 및 분리 거리를 사용하여 비행 역학에 의해 결정된다.[4]

2. 2. 장점

빔 라이딩 방식은 레이더 신호가 부채꼴 모양으로 퍼져 거리가 멀어질수록 정확도가 떨어지지만, 반능동 레이더 유도(SARH)는 거리에 크게 영향을 받지 않고 표적에 접근할수록 더 정확해진다. 빔 라이딩은 장거리에서 정확하지 않아 큰 탄두를 사용해야 하는 반면(예: 핵), SARH는 이러한 단점이 없다.[3] 또한 빔 라이딩은 표적 추적용 레이더와 유도용 레이더, 즉 두 개의 레이더가 필요한 반면, SARH는 하나의 레이더 세트만 필요하다.

SARH는 미사일 외부의 추적 레이더로부터 전파를 받아 유도된다는 점은 빔 라이딩과 유사하지만, 목표에 전파를 조사하기만 하면 되므로 빔 라이딩처럼 레이더 빔이 고정밀도로 목표를 추적할 필요가 없다. 또한 반사파를 미사일로 수신할 수 있다면 거리에 관계없이 항상 높은 명중 정밀도를 얻을 수 있다. 빔 라이딩은 명중 직전 미사일 비행 경로가 크게 휘어져 이상적인 직선 경로에서 벗어나지만, SARH는 비례 항법을 기본으로 하여 더 직선적인 경로로 비행할 수 있다는 장점도 있다.

액티브 레이더 호밍(ARH) 방식은 송신기를 미사일에 탑재해야 하므로 제약이 있고 큰 출력을 얻기 어렵지만, SARH는 송신기가 항공기나 지상에 설치되므로 형상과 중량에 여유가 있어 큰 출력을 얻을 수 있다.

2. 3. 단점

반능동 레이더 유도(SARH) 방식은 미사일 자체에 레이더 송신기를 탑재하는 대신, 발사 플랫폼(항공기, 지상 레이더 등)의 레이더 신호를 이용한다. 따라서 미사일은 가벼워지고 더 멀리 날아갈 수 있지만, 몇 가지 단점이 있다.

가장 큰 단점은 미사일이 목표물에 명중할 때까지 발사 플랫폼이 계속해서 레이더 신호를 방사해야 한다는 것이다.[3] 이는 발사 플랫폼의 위치를 적에게 노출시켜 공격에 취약하게 만들 수 있다.[3] 즉, 발사 플랫폼은 미사일을 유도하는 동안 회피 기동을 하거나 다른 행동을 하는 데 제약이 생긴다.

또한, 구형 레이더는 한 번에 하나의 표적만 유도할 수 있다. 이는 동시에 여러 목표물을 공격해야 하는 현대 전장 환경에서 큰 제약이다.

하지만, 기술 발전으로 송신기가 소형화, 경량화되면서 이러한 단점을 극복한 액티브 레이더 유도(ARH) 방식이 널리 사용되고 있다.

3. 기술적 특징

반능동 레이더 유도(SARH)는 현대 미사일 유도 시스템에서 중요한 기술적 특징을 갖는다.

최신 SARH 무기는 전자전 대응(ECCM) 능력이 뛰어나지만, 기본적인 한계는 여전하다.[6] 일부 최신 미사일은 종말 반능동 레이더 유도(TSARH)를 통해 비행 대부분은 관성 유도로, 마지막 공격에만 SARH 시스템을 작동시켜 표적이 미사일 공격을 인지하는 시점을 늦춘다.[6] 미사일은 종말 단계에서만 유도가 필요하므로, 레이더 발사기는 더 많은 표적을 공격 가능하다.[6] SM-2 등은 발사 플랫폼에서 데이터 링크를 통해 중간 경로 갱신 정보를 미사일에 제공한다.[6]

SARH 시스템은 미사일 자체 항법 데이터를 활용, 최대 사거리를 늘리기도 한다. 미사일이 표적에 최종 유도되기 전까지 비행 거리를 늘려 비행 중 에너지 소모를 줄이는 기동을 최소화하여 사거리를 최대화한다.[3] 항법에는 가속도계, 광섬유 자이로스코프, GPS 데이터 등이 활용된다.[3]

3. 1. 연속파 레이더 (Continuous-Wave Radar)

현대 SARH 시스템은 유도를 위해 연속파 레이더를 사용한다. 대부분의 현대 전투기 레이더는 펄스 도플러 방식이지만, 레이더 미사일 유도를 위한 CW 기능을 갖추고 있다. 일부 소련 항공기, 예를 들어 MiG-23 및 MiG-27의 일부 버전은 CW 신호를 제공하기 위해 보조 유도 포드 또는 안테나를 사용했다. MiG-31 요격기에 사용되는 빔펠 R-33 AA 미사일은 SARH를 주 유도 방식으로 사용하며, 초기 단계에서는 관성 유도로 보충한다.

3. 2. 전자전 대응 (ECCM)

최신 SARH 무기는 우수한 전자전 대응(ECCM, Electronic counter-countermeasure) 능력을 갖추고 있지만, 근본적인 한계는 여전하다.[6] 일부 최신 미사일은 종말 반능동 레이더 유도(TSARH)를 통합하여, 비행 대부분은 관성 유도를 사용하고 최종 공격에만 SARH 시스템을 활성화한다.[6] 이를 통해 미사일이 공격받는다는 사실을 표적이 인지하는 시점을 늦출 수 있다.[6] 미사일은 종말 단계에서만 유도가 필요하므로, 레이더 발사기는 더 많은 표적을 공격하는 데 사용될 수 있다.[6] SM-2와 같은 일부 무기는 발사 플랫폼이 데이터 링크를 통해 미사일에 중간 경로 갱신을 제공할 수 있다.[6]

3. 3. 항법 데이터 활용

SARH영어 시스템은 최대 사거리를 늘리기 위해 미사일 자체의 항법 데이터를 활용하기도 한다. 미사일이 표적에 최종 유도되기 전까지 비행 거리를 늘려, 비행 에너지를 소모하는 수정 기동을 최소화하여 사거리를 최대화한다.[3] 항법에는 가속도계, 광섬유 자이로스코프, GPS 데이터 등이 활용된다.[3]

4. 한계 및 발전 방향

반능동 레이더 유도(SARH) 시스템은 발사 플랫폼(주로 항공기)이 목표물을 레이더로 계속 조준해야 하므로, 발사 플랫폼의 생존성이 저해될 수 있다는 단점이 있다. 미사일 유도를 위해 목표를 계속 레이더로 추적해야 하므로, 적에게 발각되어 반격당할 위험이 커진다. 또한, SARH 시스템은 전파 방해에 취약할 수 있다. 미사일은 목표물에서 반사된 레이더 신호를 추적하는데, 적이 이 신호를 교란하는 전파 방해를 가하면 미사일의 유도 능력이 저하될 수 있다.[3][5]

데이터 링크를 통한 중간 경로 갱신은 SARH|반능동 레이더 유도영어 시스템의 정확도를 향상시키는 중요한 발전 방향이다. SM-2와 같은 일부 최신 미사일은 발사 플랫폼이 미사일에 중간 경로 갱신을 제공하여, 미사일이 목표에 더 정확하게 접근할 수 있도록 돕는다. 종말 단계에서의 복합 유도 방식 또한 SARH영어 시스템의 한계를 극복하는 데 기여한다. 예를 들어, TSARH|종말 반능동 레이더 호밍영어 미사일은 비행 대부분에 관성 유도를 사용하고, 최종 공격 시에만 SARH영어 시스템을 활성화하여 표적이 공격을 인지하는 시간을 최소화한다. 여기에 적외선 유도와 같은 다른 유도 방식을 결합하면, 미사일은 더욱 다양한 환경에서 목표를 효과적으로 타격할 수 있다.[7]

4. 1. 한계

SARH 시스템은 발사 플랫폼(주로 항공기)이 지속적으로 목표물을 레이더로 조준해야 하므로, 발사 플랫폼의 생존성이 저해될 수 있다는 단점이 있다.[5] 즉, 미사일 유도를 위해 목표를 계속 레이더로 추적해야 하므로, 적에게 발각되어 반격당할 위험이 커진다.

또한, SARH 시스템은 전파 방해(Jamming)에 취약할 수 있다.[3] 미사일은 목표물에서 반사된 레이더 신호를 추적하는데, 만약 적이 이 신호를 교란하는 전파 방해를 가하면 미사일의 유도 능력이 저하될 수 있다.

4. 2. 발전 방향

데이터 링크를 통한 중간 경로 갱신은 SARH|반능동 레이더 유도영어 시스템의 정확도를 향상시키는 중요한 발전 방향이다. SM-2와 같은 일부 최신 미사일은 발사 플랫폼이 미사일에 중간 경로 갱신을 제공하여, 미사일이 목표에 더 정확하게 접근할 수 있도록 돕는다.[7]

종말 단계에서의 복합 유도 방식 또한 SARH영어 시스템의 한계를 극복하는 데 기여한다. 예를 들어, TSARH|종말 반능동 레이더 호밍영어 미사일은 비행 대부분에 관성 유도를 사용하고, 최종 공격 시에만 SARH영어 시스템을 활성화하여 표적이 공격을 인지하는 시간을 최소화한다. 여기에 적외선 유도와 같은 다른 유도 방식을 결합하면, 미사일은 더욱 다양한 환경에서 목표를 효과적으로 타격할 수 있다.

SARH영어 방식은 발사 모체가 미사일 명중 때까지 송신을 계속해야 한다는 제약이 있었으나, 기술 발전으로 중간 경로 갱신 및 복합 유도 방식을 통해 이러한 단점을 보완하고 있다.

5. 관련 미사일 목록

다음은 반능동 레이더 유도(SARH) 방식을 사용하는 대표적인 미사일 목록이다.


  • AIM-4A/E/F 팔콘
  • AIM-7 스패로우
  • AIM-9C 사이드와인더
  • AIM-26 팔콘
  • 아스피데
  • 부크 미사일 시스템
  • MIM-23 호크
  • PL-11
  • R.511
  • R.530
  • R-23
  • R-33
  • R-27R
  • RIM-7 씨 스패로우
  • RIM-8 탈로스
  • RIM-66 스탠다드
  • RIM-162 ESSM
  • RIM-174 스탠다드 ERAM (중간 단계 유도)
  • S-200
  • S-300
  • S-400
  • SA-6 게인풀
  • 9M123 크리산테마 (9M123M/VM 변형)
  • 스카이플래시
  • 슈퍼 530

참조

[1] 간행물 Active and Semiactive Radar Missile Guidance http://www.ausairpow[...] Air Power Australia 1982-06
[2] 웹사이트 Bistatic Radar http://www.radartuto[...] Radartutorial.eu
[3] 서적 A Dictionary of Aviation Osprey 1973
[4] 웹사이트 Chapter 15. Guidance and Control http://www.fas.org/m[...] Federation of American Scientists
[5] 간행물 Active and Semi-Active Radar Missile Guidance http://www.ausairpow[...] 1982-06
[6] 웹사이트 Naval Air Warfare Center, Weapon Division, Point Mugu, China Lake http://www.navair.na[...]
[7] 웹사이트 Atlantic Test Ranges http://www.navair.na[...]
[8] 서적 A Dictionary of Aviation https://archive.org/[...] Osprey


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