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피아식별장치

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목차

1. 개요

피아식별장치(IFF)는 군사용 및 민간 항공 분야에서 아군과 적군을 식별하기 위해 사용되는 시스템이다. 제2차 세계 대전 중 영국에서 처음 개발되었으며, 레이더를 이용하여 아군 항공기를 식별하는 데 어려움을 겪으면서 개발이 시작되었다. IFF는 초기에는 단순한 신호 반사 방식에서 시작하여, 현재는 암호화된 질의응답 방식을 통해 보안을 강화하고 있다. 군사적으로는 전투기, 폭격기, 지상 방공 시스템 등에 탑재되어 오인 사격을 방지하고, 민간 항공에서는 항공 교통 관제 시스템의 핵심 요소로 활용된다. 하지만, 적에게 노획되거나 해킹될 경우 아군으로 위장한 적기의 침투를 허용할 수 있으며, 전파 방해나 기만 공격에 취약하다는 한계가 있다.

2. 역사

피아식별장치(IFF, Identification Friend or Foe)는 전파를 이용하여 대상에게 응답을 요구하거나, 그 요구에 응답하는 장치이다. 명칭과는 달리, 응답이 있을 때 아군임을 확인할 수 있을 뿐, 적이라는 확실한 정보까지 제공하지는 못한다. 그 기원은 영국 공군이 방공 레이더망 건설을 시작한 1935년까지 거슬러 올라간다. 초기에는 레이더파 자체를 이용하거나 항공기 무선기를 활용하는 방식 등이 시도되었으며, 이후 2차 감시 레이더(SSR) 개념이 도입되면서 발전했다.

현대의 피아식별장치는 식별 신호가 적에게 위장되는 것을 방지하기 위해 고도로 암호화된 방식으로 신호를 주고받는다. 또한 암호화 키 유출이나 아군의 배신 가능성에 대비하여, 암호화 키를 변경해 이전의 아군을 적으로 식별하는 기능도 갖추고 있다.

평시 훈련 비행이나 요인 호위, 구조 임무 등에서는 민간 항공 관제용과 동일한 식별 신호를 발신하여 최고 비행 고도, 국적 코드, 군용기 여부 등을 알린다. 그러나 군사 행동 중에는 이러한 관제용 신호를 정지하는 것이 일반적이다. 만약 전투 지역 주변에서 군용기가 식별 신호를 계속 발신한다면 이는 중립 상태임을 의미할 수 있다.

2015년 기준으로 미국을 중심으로 한 북대서양 조약 기구(NATO) 회원국, 일본, 대한민국 등 서방 국가들의 군함이나 군용기는 주로 "모드 4" 장비를 탑재하고 있다. 모드 4 IFF는 육안 식별이 불가능한 수백 킬로미터 밖의 목표물까지 식별할 수 있다. 식별 결과는 레이더 화면상에 아군기는 파란색, 불명확한 기체는 빨간색 삼각형 등으로 표시되어 상황 판단을 돕는다.

더욱 향상된 데이터 보호 기능을 갖춘 차세대 시스템인 "모드 5" 장비로 2020년까지 전환될 계획이 세워진 바 있다.

2. 1. 초기 발전 (영국)

영국은 자국 영토인 브리튼 제도를 방어하기 위해 레이더를 성공적으로 도입했지만, 곧 아군기와 적기를 구별하는 데 어려움을 겪었다. 당시 전투기는 속도가 빠르고 고도가 높아 육안 식별이 어려웠으며, 레이더 화면에는 단순히 깜빡이는 점으로만 나타났다. 레이더 도입 이전에도 영국 공군(RAF)은 자체적인 추적 시스템을 사용했다. 사전 설정된 신호(일종의 암구호)를 주고받거나 미리 정해둔 비행 대열을 이용하는 방식이었다.

로버트 왓슨-와트는 이미 1935년과 1936년에 각각 고정형 및 이동형 레이더 피아식별 시스템에 대한 특허를 출원했다. 1938년, 보드지 매너(Bawdsey Manor)의 연구원들은 체인 홈(Chain Home, CH) 레이더의 기본 주파수(20–30 MHz)에 공진하는 다이폴 안테나를 항공기에 부착하는 실험을 진행했다. 이 안테나는 주기적으로 작동을 멈추는 전동 스위치에 연결되어, 레이더 반사 신호의 길이를 변화시켜 식별을 시도했다. 그러나 이 방식은 항공기의 비행 방향에 따라 수신 감도가 크게 달라지고 추가 신호가 미약한 경우가 많아 비실용적이었다.[12]

1939~1940년 체인 홈 시스템의 레이더 탐지 범위


이러한 문제 때문에 영국 공군은 '핍-스퀵'(Pip-Squeak)이라는 다른 시스템도 운용했다. 이는 항공기의 무전기가 매분 14초 동안 특정 신호(1 kHz 톤)를 보내면, 지상의 HF/DF(고주파 방향 탐지기) 기지국 여러 곳에서 이 신호의 방향을 측정하여 삼각 측량으로 항공기 위치를 파악하는 방식이었다. 이 시스템은 작동했지만, 많은 인력이 필요했고 레이더 화면에 직접 피아 정보가 표시되지 않는 단점이 있었다.[13]

최초의 능동형 피아식별장치(Transponder)는 1939년 실험적으로 사용된 IFF Mark I이었다. 이는 재생 수신기를 사용했는데, 증폭된 출력의 일부를 입력으로 되돌려 특정 주파수의 약한 신호도 강하게 증폭하는 방식이었다. 이 장치는 체인 홈 레이더(20–30 MHz) 신호에 맞춰 조정되어, 수신된 신호를 증폭하여 항공기 안테나를 통해 다시 방송했다. 이론적으로는 원래 레이더 반사 신호와 동시에 수신되어 레이더 화면에 더 길어진 점멸 신호("blip")를 표시하여 아군임을 나타냈지만, 실제 테스트 결과 신호가 너무 강해 레이더를 압도하거나 너무 약해 보이지 않는 경우가 많았다. 또한 새로운 주파수를 사용하는 레이더들이 도입되면서 한계를 보였다.

Mark I을 생산하는 대신, 1940년 초 새로운 IFF Mark II가 도입되었다. Mark II는 여러 개의 분리된 튜너를 모터 구동 스위치로 단계별 조정하여 다양한 레이더 주파수에 대응할 수 있었고, 자동 이득 제어(AGC) 회로를 통해 신호 강도 문제를 해결했다. Mark II는 전쟁 시작 시 기술적으로 완성되었지만, 생산 부족으로 영국 본토 항공전 당시에는 소수의 영국 공군 항공기만 탑재했다. 전투가 끝난 후 IFF Mark II가 본격적으로 보급되었지만, 여전히 다양한 레이더 주파수에 완벽히 대응하기는 어려워 여러 하위 모델이 파생되었다.[14] 핍-스퀵 시스템은 체인 홈 레이더의 탐지 범위 밖 육상 지역이나 비상 유도 시스템으로 계속 사용되었다.[14]

1940년, 프레더릭 캘런드 윌리엄스(Frederic Calland Williams)는 연합군의 표준 피아식별장치가 될 IFF Mark III 개발에 착수했다. 이 시스템은 기존 방식과 달리, 레이더 측에서 특정 질문 신호(interrogation)를 보내면 항공기의 응답기(transponder)가 응답하는 방식을 채택했다. 이는 현대 2차 감시 레이더(SSR) 개념의 시초가 되었으며, 항공기 탑재 장치를 더 단순화하고 경량화할 수 있었다. 또한 암호화된 메이데이(Mayday) 조난 신호를 포함한 제한적인 통신 기능도 갖추도록 설계되었다.

2. 2. 제2차 세계 대전

영국은 자국 영토 방어를 위해 레이더를 성공적으로 도입했지만, 곧 아군기와 적기를 구별하는 데 어려움을 겪었다. 당시 전투기는 너무 빠르고 높이 날아 육안 식별이 불가능했고, 레이더 화면에는 점으로만 표시되어 피아 구분이 어려웠다. 레이더 도입 이전부터 영국 공군(RAF)은 자체적인 추적 시스템을 사용하고 있었는데, 사전 설정된 신호를 주고받거나 정해진 비행 대열을 이용하는 방식이었다. 레이더 개발자들은 기존 피아식별 신호와 레이더 시스템을 통합하려 노력했고, 로버트 왓슨-왓은 1935년과 1936년에 고정형 및 이동형 피아식별 시스템 특허를 출원했다. 1938년에는 전투기에 반사판을 달아 Chain Home 레이더 신호를 식별 가능한 정보로 변환하려는 시도가 있었으나, 전투기 방향에 따라 신호 수신이 어렵고 흩어진 신호가 오히려 피아 구분을 방해하는 등 비실용적이었다.

최초의 능동형 피아식별장치인 '''IFF Mark I'''은 1939년에 실험적으로 사용되었다. 이는 재생 수신기를 사용하여 CH 레이더(20–30 MHz) 신호를 증폭시켜 레이더 화면에 더 큰 점멸(blip)로 표시하는 방식이었다. 하지만 비행 중 지속적인 조정이 필요했고, 때로는 레이더 신호를 압도하거나 너무 약한 신호를 보내는 문제가 있었다. 또한 새로운 주파수를 사용하는 레이더들이 도입되면서 한계를 보였다.[14]

이러한 문제점을 개선한 '''IFF Mark II'''가 1940년 초 도입되었다. Mark II는 여러 개의 튜너와 자동 이득 제어 기능을 갖춰 신호 강도 문제를 해결했다. 기술적으로는 전쟁 시작 시점에 완성되었으나 생산 부족으로 영국 본토 항공전 당시에는 소수의 영국 공군 항공기만이 탑재할 수 있었다. 전투가 끝난 후 Mark II가 본격적으로 보급되기 시작했다.[14]

독일 제2차 세계 대전 IFF-무전기 FuG 25a 'Erstling'의 코드 생성기


1940년, 독일은 '''FuG 25a 'Erstling''''(Firstborn, Debut|퍼스트본, 데뷔영어)을 개발하여 Freya 레이더(125 MHz, VHF)와 Würzburg 레이더(550–580 MHz, UHF)에 사용했다. 이 시스템은 비행 전 설정된 10비트의 일일 코드를 사용했다. 지상 레이더 운영자가 펄스 주파수를 변경하면, 항공기의 FuG 25a는 해당 코드를 전송하여 레이더 화면에 식별 가능한 신호를 표시했다. 그러나 이 시스템은 적의 신호까지 응답하는 취약점이 있었다. 영국은 이 약점을 파고들어 '''Perfectos'''라는 IFF 송신기를 개발했다. Perfectos는 주변의 모든 FuG 25a가 응답하도록 유도했고, 이 응답 신호(168 MHz)를 AI Mk. IV 레이더(원래 212 MHz 작동)로 수신하여 독일 항공기의 방향을 탐지했다. 모스키토 야간 전투기에 탑재된 Perfectos는 독일의 FuG 25a 사용을 크게 위축시켰다.

한편, 영국에서는 Mark II의 복잡성과 새로운 마이크로파 레이더 등장으로 인해 새로운 시스템 개발이 필요해졌다. 1940년 프레디 윌리엄스는 모든 IFF 신호에 단일 주파수를 사용할 것을 제안했고, 이는 통신 연구소(TRE)에서 '''IFF Mark III''' 개발로 이어졌다. Mark III는 특정 '질의기'에만 응답하도록 설계되었으며, 암호화된 조난 신호(메이데이) 전송 기능도 포함했다. 이 시스템은 전쟁 기간 동안 서방 연합국의 표준 IFF가 되었다. 맨체스터의 페란티사에서 설계 및 제작되었고, 미국에서도 동일한 장비를 생산하여 연합군 항공기 간 상호 식별이 가능해졌다.[14] IFF 장비는 기밀이었기에, 적에게 노획될 경우를 대비해 자폭 장치가 설치되기도 했다. 조종사가 실수로 이 자폭 스위치를 작동시켜 IFF 장치를 파괴하는 경우도 잦았다고 보고된다.[15]

미국 해군 연구소는 독자적인 IFF 시스템을 개발하고 있었다. 이 시스템은 Mark III처럼 단일 질의 주파수를 사용했지만, 응답 주파수는 별도로 사용하는 방식(현재의 '''크로스 밴드 트랜스폰더''')을 채택했다. 이는 응답 신호가 다른 아군기를 자극하지 않는 장점이 있었다. 1941년 티자드 미션을 통해 영국의 Mark II 기술이 공유되면서, 미국은 영국과 협력하여 '''IFF Mark IV'''를 개발했다. Mark IV는 약 600 MHz의 더 높은 주파수를 사용하여 안테나 크기를 줄였으나, 독일의 Würzburg 레이더 주파수와 가까워 적에게 탐지될 우려가 제기되었다. 이에 따라 미국과 영국은 약 1 GHz 주파수를 사용하는 더욱 개선된 '''Mark V'''(UNB) 개발에 착수했지만, 전쟁이 끝날 때까지 테스트가 완료되지 못했고 결국 폐기되었다.

2. 3. 전후 발전과 냉전 시대

제2차 세계 대전 이후, 피아식별장치(IFF) 기술은 새로운 단계로 발전했다. 실험 장치로 시작된 Mark X는 1GHz 이상의 주파수에서 작동했으며, 이름의 'X'는 실험적(eXperimental)이라는 의미를 가졌다. 개발 과정에서 "선택적 식별 기능"(SIF, Selective Identification Feature)이라는 인코딩 시스템이 도입되었다. SIF는 응답 신호에 최대 12개의 펄스를 포함하여 각각 3비트의 8진법 숫자 4개를 나타낼 수 있게 했다. 질의 신호의 타이밍에 따라 SIF는 여러 방식으로 응답했는데, 모드 1은 항공기의 유형이나 임무(예: 수송기 또는 폭격기)를 나타냈고, 모드 2는 항공기의 고유한 꼬리 코드를 반환했다.

1950년대 초 Mark X 시스템이 도입되기 시작하던 시기는 민간 항공 운송 시스템이 크게 확장되던 때였고, 이들 민간 항공기에도 약간 수정된 Mark X 장비가 사용되었다. 여기에는 새로운 군용 모드 3이 포함되었는데, 이는 모드 2와 유사하게 4자리 코드를 반환했지만, 다른 질의 펄스를 사용하여 항공기가 군용 레이더의 질의인지 민간 레이더의 질의인지 구별할 수 있도록 했다. 민간 항공에서는 이와 동일한 시스템을 모드 A라고 불렀으며, 두 모드가 동일하기 때문에 일반적으로 모드 3/A로 통칭된다.

이 과정에서 새로운 민간 모드인 모드 B와 D도 정의되었으나 실제로는 거의 사용되지 않았다. 반면, 모드 C는 항공기의 고도를 전송하는 중요한 기능을 제공했다. 모드 C는 길럼 코드를 사용하여 인코딩된 12비트 숫자로 응답하며, 이 숫자는 `(수신된 숫자) x 100 피트 - 1200` 공식을 통해 고도로 변환된다. 당시 레이더 시스템은 항공기의 2차원 위치는 쉽게 파악할 수 있었지만, 고도 측정은 복잡하고 비용이 많이 드는 문제였다. IFF에 고도 전송 기능을 통합함으로써, 항공기의 고도계에 디지털 변환기를 추가하는 것만으로 추가 비용 없이 중요한 고도 정보를 얻을 수 있게 되었다. 현대의 인터로게이터(질문기)는 일반적으로 모드 3/A와 모드 C로 연속적인 질의를 보내 항공기의 신원과 고도, 위치 정보를 종합적으로 파악한다.

IFF 모드별 기능 (Mark X 기반)
모드주요 기능비고
모드 1항공기 유형 또는 임무 표시군용
모드 2꼬리 코드 전송군용
모드 3/A4자리 식별 코드 전송군용(모드 3) 및 민간(모드 A) 공용
모드 C길럼 코드 이용 고도 정보 전송민간 및 군용



현재 사용되는 IFF 시스템은 Mark XII이다. 이 시스템은 Mark X와 동일한 주파수 대역에서 작동하며, 기존의 모든 군용 및 민간 모드를 지원한다. 하지만 이전 시스템들은 적절하게 구성된 어떤 질문 신호에도 응답한다는 취약점을 가지고 있었다. 응답 신호 자체가 단순한 펄스였기 때문에, 적군이 간단한 송신기로 아군 항공기의 응답을 유도하고 삼각 측량을 통해 위치를 파악할 위험이 있었다. 실제로 영국 공군은 제2차 세계 대전 중 독일군을 상대로, 미군은 베트남 전쟁 중 베트남 인민 공군을 상대로 이 기술을 역이용한 바 있다.

Mark XII는 이러한 보안 문제를 해결하기 위해 새로운 군용 모드 4를 도입했다. 모드 4는 기본적으로 모드 3/A와 유사하게 질문 신호에 대해 응답하는 방식이지만, 두 가지 중요한 차이점이 있다. 첫째, 질문 펄스에 매일 변경되는 12비트 암호화 코드가 포함된다. 항공기의 트랜스폰더는 이 코드를 수신하여 해독하고, 추가적인 암호화 연산을 수행한다. 이 결과값이 사전에 항공기 IFF에 입력된 값과 일치할 경우에만 모드 3 방식으로 응답하고, 일치하지 않으면 응답하지 않는다. 이를 통해 적의 허위 질문에 응답하는 것을 방지한다. 둘째, 삼각 측량을 통한 위치 노출 위험을 줄이기 위해 응답 신호에 가변적인 지연 시간을 추가한다. 이 지연 시간은 질문 신호의 암호화 코드에 따라 달라지므로, 일반적으로 레이더 지평선 아래에 있어 질문 신호를 직접 수신할 수 없는 원거리의 적에게는 응답 신호의 도착 시간이 불규칙하게 보여 위치 추적을 어렵게 만든다.

현대의 피아식별장치는 이처럼 고도로 암호화된 방식으로 식별 신호를 주고받아 적에게 아군 정보가 노출되거나 위장되는 것을 방지한다. 또한, 암호화 키 유출이나 아군의 배신 등 만일의 사태에 대비하여 암호화 키를 변경함으로써 이전까지 아군으로 식별되던 대상을 적으로 간주할 수도 있다.

평시 훈련이나 요인 호송, 구조 임무 등에서는 민간 항공 관제용과 유사한 식별 신호(모드 3/A, 모드 C 등)를 발신하여 최고 비행 고도, 국적 코드, 군용기 여부 등을 알린다. 그러나 군사 작전 중에는 이러한 민간 관제용 신호를 중단하는 것이 일반적이다. 만약 전투 지역 주변에서 군용기가 민간 식별 신호를 계속 발신하고 있다면, 이는 해당 군용기가 중립 상태임을 나타내는 신호로 해석될 수 있다.

2015년 기준으로 미국 중심의 북대서양 조약 기구(NATO) 회원국과 일본, 대한민국 등 서방 국가들의 군용 항공기 및 함정은 주로 모드 4 장비를 탑재하고 있다. 모드 4 IFF는 육안 식별이 불가능한 수백 km 거리의 목표물까지 식별할 수 있다. 식별 결과는 레이더 화면에 아군기는 파란색, 식별 불가능한 미확인 기체는 빨간색 삼각형 등으로 표시되어 조종사나 관제사가 전장 상황을 쉽게 파악하도록 돕는다.

더욱 향상된 데이터 보안 기능을 갖춘 차세대 시스템인 모드 5로의 전환이 2020년을 목표로 계획되었다.

2. 4. 현대 (1990년대 이후)

현대의 피아식별장치(IFF) 시스템은 주로 Mark XII 시스템을 기반으로 한다. 이 시스템은 제2차 세계 대전 이후 사용된 Mark X와 동일한 주파수에서 작동하며, 군용 및 민간 모드를 모두 지원한다. 20세기 후반, 미국과 다른 NATO 국가들은 Mark XII 시스템을 도입하기 시작했다.[20]

기존 IFF 시스템은 적의 송신기에 의해 쉽게 응답이 유도되고, 삼각 측량을 통해 위치가 노출될 수 있다는 문제가 있었다. Mark XII 시스템은 새로운 군용 모드인 Mode 4를 추가하여 이 문제를 해결하고자 했다. Mode 4는 암호화된 질의응답 방식을 사용한다. 질문자는 특정 코드가 포함된 신호를 보내고, 항공기의 트랜스폰더는 이 코드를 수신하여 내부적으로 설정된 값과 비교한다. 암호화된 연산 결과가 일치할 경우에만 유효한 응답 신호를 보내고, 일치하지 않으면 응답하지 않는다. 이를 통해 적의 기만적인 질문에 응답하는 것을 방지한다. 또한, 삼각 측량을 어렵게 만들기 위해 질문 코드에 따라 응답 신호에 의도적인 지연을 추가하는 기능도 포함되었다.

1980년대에는 새로운 민간 항공용 모드인 Mode S가 추가되었다. Mode S는 훨씬 더 많은 양의 데이터를 전송할 수 있어, 항공기의 위치 정보 등을 포함시킬 수 있게 되었다. 이는 현대 항공 교통 충돌 방지 시스템(TCAS)의 핵심 기술로 활용되어, 항공기들이 지상 관제 없이도 서로의 위치를 파악하고 충돌을 피할 수 있도록 돕는다.

Mode S의 개념은 군사용으로 발전하여 Mode 5가 되었다. Mode 5는 기본적으로 Mode S의 데이터를 암호화하여 사용하는 방식으로, 더욱 향상된 데이터 보호 기능을 제공한다. 2015년 시점에서 NATO 회원국, 일본, 대한민국 등 여러 국가의 군용 항공기와 함선은 Mode 4 장비를 탑재하고 있었으며[20], 2020년을 목표로 Mode 5 장비로의 전환이 추진되었다. Mode 5는 수백 km 밖의 목표물까지 식별할 수 있는 능력을 갖추고 있다.

현대의 IFF 시스템은 식별 신호가 적에게 노출되거나 위장되는 것을 막기 위해 고도로 암호화된 통신 방식을 사용한다. 또한, 암호화 키 유출이나 내부 위협에 대비하여 키를 변경할 수 있는 기능을 갖추고 있어, 필요시 특정 대상을 적으로 재분류할 수 있다. 평시 훈련이나 임무 중에는 민간 항공 관제 시스템과 호환되는 식별 신호(고도, 국적, 군용기 표시 등)를 발신하지만, 군사 작전 중에는 이러한 신호를 중단한다. 전투 지역 인근에서 군용기가 식별 신호를 계속 발신하는 경우는 중립 상태임을 의미하기도 한다. 식별 결과는 레이더 화면에 아군기(예: 파란색 표시)와 미식별기(예: 빨간색 삼각형 표시) 등으로 시각화된다.

한편, 지상 부대 간의 오인 사격을 방지하기 위한 노력도 이루어졌다. 1991년 걸프 전쟁 당시 미국군 지상 부대는 사막의 모래 먼지로 인해 야시경의 성능이 저하되어 아군을 오인 사격하는 문제가 발생했다.[28] 이를 교훈 삼아 미군은 전투 식별 패널(Combat Identification Panel, CIP)을 도입했다. CIP는 특수 테이프가 부착된 패널로, 차량의 외부(차체 상면, 측면, 포탑 등)에 장착된다. 이 패널은 주변보다 낮은 온도를 유지하도록 설계되어 열상 장비로 관측 시 어둡게 표시되므로, 아군 차량을 쉽게 식별할 수 있게 돕는다. CIP는 2003년 이라크 전쟁에서 처음 실전에 사용되었으며, 미국군을 포함한 다국적군의 다양한 차량(험비 등)에 장착되었다.

3. 대한민국

2015년 기준으로 대한민국의 군함이나 항공기는 미국을 중심으로 하는 북대서양 조약 기구(NATO) 가맹국, 일본 등 다른 서방 국가들과 마찬가지로 "모드 4" 피아식별장치(IFF)를 탑재하여 운용하고 있다. "모드 4" IFF는 육안 식별 거리를 넘어서는 수백 km 밖의 대상까지 식별할 수 있으며, 식별 결과는 레이더 화면에 아군기와 불명확한 기체를 구분하여 표시해 준다. 2020년을 목표로 데이터 보호 기능이 더욱 강화된 "모드 5" 장비로의 전환이 계획되었다.

4. 기술적 원리

피아식별장치(IFF, Identification Friend or Foe)는 전파를 이용하여 대상에게 응답 신호를 요청하고, 그 응답을 통해 아군 여부를 확인하는 시스템이다. 명칭과 달리, 응답이 있을 때 아군임을 확인하는 데 중점을 두며, 응답 부재가 곧 적임을 의미하지는 않는다. 이 기술은 영국 공군이 레이더 기반 방공망을 구축하던 1935년경에 시작되었다.

현대의 군용 피아식별장치는 적의 신호 위장을 막기 위해 고도로 암호화된 신호를 주고받는다. 또한, 암호 키 유출이나 내부 위협에 대비해 암호 키를 변경하여 보안을 강화할 수 있다.

평시에는 훈련, 요인 호송, 구조 임무 등에서 민간 항공 관제 시스템과 호환되는 식별 신호(최고 비행 고도, 국적 코드, 군용기 여부 등 포함)를 사용하지만, 군사 작전 중에는 이를 중단한다. 전투 지역 인근에서 민간용 식별 신호를 계속 사용하는 군용기는 중립 상태임을 나타낼 수 있다.

과거 미국을 중심으로 한 북대서양 조약 기구(NATO) 회원국들과 일본, 대한민국 등 여러 국가에서는 '모드 4'(Mode 4) 시스템을 주로 사용했으며, 이는 수백 킬로미터 떨어진 원거리 대상 식별을 가능하게 했다. 2020년부터는 데이터 보안 기능이 더욱 강화된 '모드 5'(Mode 5)로의 전환이 추진되고 있다.

4. 1. 작동 방식

피아식별장치(IFF)는 기본적으로 전파를 이용하여 상대방에게 응답을 요청하고, 그 응답을 통해 아군인지 여부를 확인하는 방식으로 작동한다.[1] 응답이 오면 아군으로 식별할 수 있지만, 응답이 없다고 해서 반드시 적으로 단정할 수는 없다.[1]

초기 피아식별장치는 제2차 세계 대전 이전에 영국 공군 주도로 개발되었다.[1] 최초의 IFF 마크 I은 기존 레이더의 전파를 이용해, 아군 항공기가 레이더 신호를 받으면 레이더 화면에 나타나는 신호(브립)를 의도적으로 왜곡시키는 방식을 시도했으나, 신호 강도 조절 문제로 성공적이지 못했다.[1] 대신 '핍스키크'라는 시스템이 일시적으로 사용되었는데, 이는 항공기의 무선기에서 특정 신호를 보내면 지상에서 HF/DF로 위치를 파악하는 방식이었다.[1] 이후 자동 이득 제어 기술이 도입되면서 신호 강도 문제가 해결된 IFF 마크 II가 개발되었지만, 다양한 종류의 레이더에 대응해야 했고 새로 등장한 마그네트론 기반 마이크로파 레이더에는 작동하지 않는 한계가 있었다.[1]

이러한 문제를 해결하기 위해 1940년대에 IFF 마크 III가 등장하면서 현대적인 작동 방식의 기초가 마련되었다.[1] 이는 특정 대역의 질문파(interrogation signal)를 보내고, 항공기에 탑재된 트랜스폰더(transponder)가 이에 응답하는 방식이다. 이로 인해 항공기 탑재 장치는 단순화되었고, 지상 레이더 측에는 별도의 송신기가 필요하게 되었다.[1] 이때부터 레이더 시스템을 1차 레이더(반사파 감지)와 2차 레이더(응답파 수신)로 구분하게 되었으며, 2차 감시 레이더(SSR)라는 용어가 생겨났다.[1] 현대의 피아식별장치는 대부분 이 SSR 기술을 기반으로 작동한다.

현대의 군용 피아식별장치는 적에게 식별 신호가 노출되거나 위장되는 것을 막기 위해 고도로 암호화된 신호를 사용한다.[1] 또한, 암호 키 유출이나 아군의 이탈 가능성에 대비하여 주기적으로 암호 키를 변경하여, 이전까지 아군으로 식별되던 대상도 적으로 간주할 수 있도록 보안을 강화했다.[1] 예를 들어, 북대서양 조약 기구(NATO) 회원국과 일본, 대한민국 등은 '모드 4'라는 암호화된 시스템을 사용해왔으며,[1] 이는 수백 킬로미터 떨어진 거리에서도 육안 확인 없이 피아 식별을 가능하게 한다.[1] 식별 결과는 레이더 화면에 아군기는 특정 색상(예: 파란색)으로, 식별되지 않은 기체는 다른 표시(예: 빨간색 삼각형)로 나타난다.[1] 2020년부터는 보안 기능이 더욱 강화된 '모드 5'로 전환이 추진되고 있다.[1]

시간이 지나면서 트랜스폰더가 보내는 응답 신호에는 더 많은 정보가 포함되게 되었다.[1] 예를 들어, 1980년대에는 항공기의 항법 장치 정보를 전송하여 지상 관제 없이 항공기 간 상호 위치를 확인하는 항공 교통 감시 시스템(TCAS)으로 발전하기도 했다.[1]

평시 훈련이나 특정 임무 수행 시에는 민간 항공 관제 시스템과 호환되는 식별 신호를 사용하며, 여기에는 최고 비행 고도, 국적 코드, 군용기 여부 등의 정보가 포함된다. 군사 작전 중에는 이러한 민간용 신호 발신을 중단하며, 전투 지역 인근에서 민간용 식별 신호를 계속 발신하는 군용기는 중립 상태임을 나타낸다.[1]

4. 2. 구성 요소

피아식별장치는 일반적으로 다음과 같은 주요 구성 요소로 이루어진다.

  • 질의기 (Interrogator): 레이더 등과 연동하여 식별 대상에게 특정 전파 신호(질의 신호)를 송신하는 장치이다.[1][2] 초기 영국 공군의 IFF 마크 III 개발 과정에서 레이더 외에 별도의 발신기가 필요하게 된 것에서 유래했다.[2]
  • 트랜스폰더 (Transponder): 항공기나 함선 등 식별 대상에 탑재되어 질의기의 신호를 수신하고, 미리 정해진 응답 신호를 송신하는 장치이다.[1][2]
  • 안테나: 질의 신호와 응답 신호를 효과적으로 송수신하기 위한 장치이다.[1]
  • 암호화/복호화 장치: 적이 아군 신호를 위장하거나 해독하는 것을 막기 위해 질의 및 응답 신호를 암호화하고 해독하는 장치이다.[1][3] 현대의 피아식별장치는 고도로 암호화된 방식을 사용하며, 암호 키 유출이나 아군의 배신 등 내부 위협에 대비하여 암호 키를 주기적으로 변경하여 보안을 유지한다.[3] 대표적인 암호화 방식으로는 '모드 4'(Mode 4)가 있으며, 대한민국을 포함한 북대서양 조약 기구(NATO) 회원국 등에서 사용되어 왔다.[4] 2020년부터는 보안 기능이 더욱 강화된 '모드 5'(Mode 5)로의 전환이 추진되고 있다.[5]

5. 군사적 활용

현대의 피아식별장치(IFF)는 식별 신호가 적에게 위장되는 것을 방지하기 위해 고도로 암호화된 방식으로 신호를 주고받는다. 또한, 암호화 키의 누설이나 아군의 반란 등에 대비하여 암호화 키를 변경함으로써 이전까지 아군으로 식별되던 대상을 적으로 간주할 수 있는 기능도 갖추고 있다.

평시의 훈련 비행, 요인 호위, 구조 임무 등에서는 민간 항공 관제용과 동일한 식별 신호를 발신하며, 여기에는 최고 비행 고도, 국적 코드, 그리고 군용기임을 나타내는 코드가 포함된다. 군사 작전 중에는 이러한 민간 관제용 신호 발신을 중단한다. 만약 전투 지역 주변에서 군용기가 민간 항공기 식별 신호를 발신하고 있다면 이는 중립 상태임을 의미한다.

2015년 기준으로 미국을 중심으로 하는 북대서양 조약 기구(NATO) 회원국, 일본, 대한민국 등 서방 국가의 군함이나 군용기는 "모드 4(Mode 4)" 규격의 IFF 장비를 탑재하고 있다. "모드 4" IFF는 육안 식별이 불가능한 수백 km 밖의 원거리 대상까지 식별할 수 있다. 식별 신호 송수신 결과는 레이더 화면에 아군기는 파란색, 식별 불가능한 기체는 빨간색 삼각형 등으로 표시된다. 2020년부터는 데이터 보호 기능이 더욱 강화된 "모드 5(Mode 5)" 장비로 전환될 계획이 있었다.

지상전에서는 항공기뿐만 아니라 지상군 간의 오인 사격 방지를 위한 식별 수단도 중요하다. 1991년 걸프 전쟁 당시 미국군 지상 부대는 중동 사막의 모래 먼지로 인해 야시경 성능이 저하되어 아군을 오인 사격하는 문제가 발생했다.[28] 이러한 문제를 해결하기 위해 전투 식별 패널(Combat Identification Panel, CIP)이라는 장비가 도입되었다. CIP는 복사열을 줄이는 특수 테이프를 부착한 패널을 차량의 상면이나 측면에 부착하는 방식이다. 열상 장비로 관측 시, CIP가 부착된 부분은 주변보다 온도가 낮아 어둡게 표시되므로 아군 차량임을 쉽게 식별할 수 있게 해준다.

CIP는 2003년 이라크 전쟁에서 처음 실전에 사용되었으며, 다국적군의 거의 모든 차량 후면이나 포탑 측면에 장착되었다. 험비와 같은 일부 차량은 운전석과 조수석 문을 개조하여 CIP를 장착하기도 했다.

6. 민간 활용

피아식별장치 기술은 민간 항공 분야에서도 중요한 역할을 한다. IFF 마크 III 개발 과정에서 항공기에 탑재하는 응답 장치인 트랜스폰더가 단순화, 경량화되었으며, 이 시기에 현대 민간 항공 관제에서도 사용되는 2차 감시 레이더(SSR) 개념이 등장했다. 시간이 흐르면서 트랜스폰더는 더 많은 정보를 담아 응답하게 되었고, 1980년대에는 이 기술이 발전하여 항공기 자체의 항법 장치 정보를 이용하여 지상 관제 시스템에 의존하지 않고 항공기 간 상호 위치를 확인하는 항공 교통 감시 시스템(TCAS)으로 응용되었다.

7. 한계 및 문제점

피아식별장치(IFF)는 근본적으로 응답 신호가 있어야 아군임을 식별할 수 있는 시스템이다. 즉, 응답이 없거나 비정상적일 경우 대상이 적이라고 단정하기보다는 '식별 불가능' 상태로 판단하게 된다.[1]

현대의 피아식별장치는 통신 내용을 암호화하여 적의 도청이나 기만을 방지하려고 하지만, 암호화에 사용되는 키가 적에게 유출되거나 장비가 노획될 경우 심각한 문제가 발생할 수 있다. 또한, 아군 측의 배신 등으로 암호화 키가 적에게 넘어갈 경우, 적군이 아군으로 위장하여 침투하는 상황이 발생할 수 있다. 물론 암호화 키를 주기적으로 변경하여 이러한 위험에 대비하지만, 키 관리의 중요성과 유출 시의 위험성은 여전히 존재한다.[1]

게임 『에이스 컴뱃 7: 스카이즈 언노운』에서는 이러한 IFF의 취약점을 이용한 사례가 등장한다. 작중 엘지아 왕국 군은 벨카 공국으로부터 제공받은 기술을 이용해 자국 군용기를 오시아 연방 소속으로 위장하여 혼란을 야기한다. 이는 IFF 시스템이 해킹되거나 기만당할 경우 아군과 적군을 구별하기 어렵게 만들 수 있음을 보여준다.[2]

또한, 현대의 발전된 IFF 시스템은 군사 위성 네트워크와 연동되어 작동하는 경우가 많다. 『에이스 컴뱃 7』에서는 이러한 위성 네트워크가 케슬러 신드롬으로 인해 파괴되면서 IFF 시스템 전체가 마비되는 상황이 묘사된다. 이는 IFF 시스템이 기반 시설, 특히 위성 통신망과 같은 외부 요인에 크게 의존하고 있으며, 해당 기반 시설이 공격받거나 장애를 일으키면 피아식별 능력 자체가 무력화될 수 있다는 한계를 보여준다.[2]

8. 주요 제작 업체

참조

[1] 웹사이트 Identification Friend or Foe (IFF) Panel with Dynamic Contrast at Long Wave Infrared (LWIR) Wavelengths (Solicitation) https://web.archive.[...] US Department of Defense (Army) 2021-08-22
[2] 웹사이트 Combat Identification IFF Systems https://web.archive.[...] 2020-09-24
[3] 웹사이트 MEADS System Gains Full Certification for Identifying Friend or Foe Aircraft https://web.archive.[...] Lockheed Martin 2015-05-31
[4] 웹사이트 Identification Friend or Foe http://www.globalsec[...] 2015-05-31
[5] 웹사이트 Combat Identification (IFF) http://www.baesystem[...] BAE Systems 2015-05-31
[6] 웹사이트 Joint Publication (JP) 3-09, Joint Fire Support https://web.archive.[...] US DoD 2010-06-30
[7] 서적 Tiger Cub – The Story of John Freeborn DFC* A 74 Squadron Fighter Pilot In WWII Pen and Sword Aviation 2009
[8] 서적 A Tiger's Tale: The Story of Battle of Britain Fighter Ace Wg. Cdr. John Connell Freeborn
[9] 서적 The Battle of Britain: The Greatest Air Battle of World War II WW Norton 1990
[10] 서적 The First and the Last 1954
[11] 서적 Battle Over the Reich 1973
[12] 웹사이트 General IFF principles http://www.maritime.[...] United States Fleet 1945
[13] 웹사이트 The British invention of radar http://www.vectorsit[...]
[14] 간행물 The story of IFF (identification friend or foe) 1985
[15] 웹사이트 IFF System History http://jproc.ca/sari[...] Jerry Proc 2018-11-05
[16] 특허 Recognition System for Pulse Echo Radio Locators 1948-11-16
[17] 특허 Means for Synchronizing Detection and Interrogation Systems 1950-07-18
[18] 특허 Magnetostrictive Time-Delay Device 1950-01-31
[19] 특허 Coded Impulse Responsive Secret Signalling System 1953-08-04
[20] 웹사이트 Nations Seek NATO-Compatible ID Systems https://web.archive.[...] 2012-12-12
[21] 문서 NATO STANAG 4193
[22] 웹사이트 What is IFF (Identification Friend or Foe)? https://www.everythi[...] 2020-11-29
[23] 서적 Fratricide in Battle Bloomsbury Publishing 2012-04-26
[24] 서적 Who Goes There: Friend or Foe? 1993-06
[25] 서적 Airborne Anti-Submarine Warfare 2022-05-30
[26] 웹사이트 【軍事ワールド】韓国軍が米軍の標的になる？主力戦闘機、敵味方識別装置の更新ならず…「韓国イズム」の悪しき弊害 https://www.sankei.c[...] 2015-10-28
[27] 웹사이트 敵味方識別装置(てきみかたしきべつそうち)とは https://kotobank.jp/[...]
[28] 웹사이트 The M1 Abrams: The Army tank that could not be stopped - the 13th paragraph http://investigation[...] NBC NEWS


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