더미:레이다

1. 개요2. 주파수 밴드3. 레이다의 문제점4. 기타5. 위상배열 레이다

6. 3차원 레이다7. 2차원 레이다8. 대상별 레이다9. 관련 문서

RAdio Detection And Ranging; Radar

1. 개요

허공에다 전자파를 쏜 다음, 어떤 물체에 부딪혀 돌아오는 반사파를 측정하여 탐지된 물체의 방향, 거리, 속도 등을 파악하는 시스템이다. 본래 Radio Detection and Ranging (전파를 이용한 탐지 및 거리측정)의 약자이므로 대문자로 RADAR라 쓰는 것이 맞지만, 현재는 그 자체로 별도의 단어로 인정받는 경우도 많다보니 Radar라 쓰기도 한다.

Radar란 이름은 1941년 영국에서 시작되었다. 그 이전에는 RDF(Radio Direction Finder) 등으로 불렸다.[1]

제2차 세계대전 당시 영국이 최초로 사용했으며, 레이다의 존재 덕분에 영국은 물량의 열세에도 불구하고 독일을 상대로 영국 본토 항공전에서 승리를 거둘 수 있었고 U보트와의 전쟁에서 수송선단에 레이다를 배치하자 언제나 먼저 U보트를 탐지해내고 능동적으로 대응할 수 있었다. 그 외에도 태평양 전쟁 당시 우수한 레이다를 장비한 미국 전함들에 비해 일본해군은 레이다 장비가 없거나 엉망이었던 탓에 눈 뜬 장님마냥 두들겨 맞았다. 그 대표적인 예가 바로 미드웨이 해전이다. 미국, 일본 양쪽다 기습적인 공격을 당했으나 일본은 그야말로 앉은 채로 당했지만 미국은 레이다 덕분에 어느정도 대비를 할 수 있어서 결과적으로 요크타운은 1차 공격 당시 침몰을 피할 수 있었다.[2]

덧붙여 일본군이 이렇게 얻어터진 이유는 일본군 자신의 병크 때문이기도 하다. 도호쿠 대학의 공학자들이 개발한 획기적인 지향성 안테나인 야기-우다 안테나를 미군, 영국군, 독일군은 2차대전 내내 엄청나게 써먹었으나 정작 일본군은 무시해버렸다. 자세한 건 일본군의 무기체계를 참조하자.

그 이전까지는 비슷한 장비체계조차 없었기 때문에 여러모로 전쟁의 형태 자체를 바꾼 의미있는 발명품이기도 하다.[3] 그 이전까지는 적의 이동이나 탐지를 전적으로 사람의 감각(시각은 망원경, 소리는 청음기)에 의존해야 했으며 당연히 한계가 있었지만, 레이다 개발 이후로는 적이 언제 어디로 어떻게 오는지를 수십~수백키로미터 밖에서 알 수 있게 됨에 따라 그에 대한 군의 대처속도도 대폭 올라갔고 공격자와 방어자의 전술도 더욱 다양해졌으며 전쟁의 양상도 더욱 복잡하게 변해갔다.

기본적 원리는 말 그대로 반사되는 시간을 측정하여 레이다와의 거리, 속도, 방향, 속력 등을 구분할 수 있으며, 비유해서 설명하자면, 태양빛이 물체에 쬐어 반사광이 사람의 눈을 통해 들어와 신경을 거쳐 뇌에서 판독하는 경우와 거의 동일하다.[4]

레이다 안테나에서 출력시 빵 하고 쏜 RF를 해당 물체가 부딪쳐 반사되어 다시 돌아오는 시간차를 계산하여 해당물체와의 거리를 계산하고, 반사되어 돌아온 RF의 세기와 크기, 모양을 판독하여 고정된 물체인지 움직이는 물체인지, 움직인다면 이동속도는 어떻게 되는지 등을 알 수 있다.

F-22에 탑재된 레이다의 경우는 상세한 형체를 구분할 수 있을 정도로 해상도가 높으며 이러한 기술은 하드웨어적인 게 아닌 소프트웨어적인 것으로, 현재 대한민국과 미국의 차이는 20년 이상의 넘사벽이 가로막고 있다. 그리고 유럽 및 기타 선진국들에서도 도저히 미국을 따라올 수 없는 게 레이다이다. 그리고 그런 소프트웨어는 당연히 군사기밀이다. ~~20년 후에는 따라잡을지도 모르겠지만 그만큼 앞서나가겠지~~

스카이라이프 접시모양처럼 생긴 파라볼릭 안테나에서부터, 넓덕하게 생긴 평면주사안테나가 있고, 산꼭대기에서 해당범위지역을 커버하는 장거리 레이다에서부터 방공포 및 유도미사일을 위한 사격통제레이다, 전투기 및 항공기 코앞에 붙어 불가시거리의 상황을 알아보는 탑재레이다도 있다.

미국에는 OTH(Over The Horizon)라고 불리는 ICBM 및 전략핵병기 탐지용 초장거리 레이다가 있다. 해당 레이다의 경우는 방향이 고정되어있고 엄청난 출력으로 항시 감시가 가능하다.

참고로 이렇게 좋은 레이다지만 기본적으로 레이다로 알 수 있는 정보는 어디에 뭔가 있다 뿐이다. 즉 뭔지는 안 가르쳐 주고 당연히 적군, 아군을 구분할 순 없다. 아군인지 적군인지는 IFF를 통해 알아내고 민항기의 정보는 트랜스폰더 (X-Ponder 라고도 불림)를 통해 알아낸다. 사실 IFF의 민항기 탑재형이 트랜스폰더라고 볼수있다.

1950년대 말부터 미국에서 레이다에 잘 잡히지 않도록 하는 스텔스 비행기에 대한 연구가 시작되어 1970년대 말 이후로는 레이다의 RCS(Radar Cross Section : 레이다 반사 면적)의 값을 낮추기 위해 스텔스 비행기/선박 기술이 발달하기 시작했다.

2. 주파수 밴드

주파수 대역 참조.

3. 레이다의 문제점

레이다는 자경단원의 횃불과도 같습니다. 어두운 밤중 주위를 밝게 비추지만 상대는 더 멀리서도 자경단원을 볼 수 있습니다.

ㅡ 팰콘4.0 얼라이드 포스의 메뉴얼 레이다 개념 설명 中

레이다는 '전파를 쏜다 -> 반사된 전파를 분석한다.'가 기본 원리이다. 즉 제아무리 좋은 레이다라도 전파를 일단은 쏘아야 하는데 적이 이 전파를 수집하는데 성공한다면 적에게 아군의 레이다가 작동 중이라는 것을 알리는 꼴이다. 그리고 적이 그 전파의 특성을 분석하여 '구체적으로 어떤 레이다에서 나오는 전파인지'까지 식별할 능력을 갖췄다면 아군레이다는 적에게 아군의 행동을 완전히 까발리는 역할을 한다. 간단히 말하자면 적이 쓰는 레이다신호만 잘 수집해도 적국의 전술기 활동사항, 미사일 기지 활동사항, 전함들의 활동사항 등등을 모조리 파악할 수 있다는 것이다.[5] 해군의 경우 함대에서 함정 한척을 차출하여 레이다를 켜고 통신기로 자신의 상태를 송신을 하면서 적이 있으리라 예상되는 곳으로 접근을 하고 다른 함정들은 뒤에서 무선침묵상태(레이다 Off,각종 통신기 only 수신모드)로 접근하는 전술도 있다. 이런 선두 함정을 보통 레이다 피켓이라고 한다. 심지어 먼저 공격받으면 제대로 방어하지 못할 위험을 무릅쓰더라도 전 함대가 완전한 전자방사통제(EMCON A) 상태에서 ESM/소나 수신만으로 정보를 수집하고 발광신호와 헬기 전령만으로 지휘통제를 유지하면서 목표에 은밀히 접근, 기습공격하는 전술도 있다. 보통 위치를 빤히 알고 있고 움직이기도 어려운 비행장 같은 지상 목표를 기습할 때 쓰는 전술이다.

현대에는 이를 막기 위해 주파수 도약 방식의 레이다가 일반화 되어있다. 초당 수십~수백번 이상 주파수를 왔다갔다 널뛰기 시키면서 상대방의 전파 수신기가 아군 레이다의 전파를 제대로 탐지하지 못하게 하는 방식. 하지만 그만큼 짧게 끊어지는 신호를 탐지하는 수신기들도 발전하고 있다. 창과 방패의 싸움은 끝이 없다.

또한 '전파쏜다 -> 반사된 전파를 분석한다.'가 기본 원리이기 때문에 하늘에서 반사되는 것은 모조리 관측 가능하다. 따라서 항공기에서 채프만 뿌려도 관측이 난해해진다. 심지어 철새 시즌에 철새들이 떼지어 몰려가도 이게 관측돼서 애를 먹인다. 특히나 하늘에는 작은 얼음알갱이나 물방울이 잔뜩 몰려 있곤 하기 때문에, 이를 역으로 이용해서 이미 1950년대부터 기상 관측에 레이다를 이용 중이다. 요즘은 도플러 효과를 이용해 물체의 속력을 같이 분석해서 이를 피하는 방법 등을 통해 개선하려는 노력을 하고 있다. 일정 속도 이상, 예를 들어 새가 절대 낼 수 없는 속도를 내는 접촉물만 유효한 항적으로 분류하고 나머지는 표시하지 않는 것이다. 물론 여기에 대응해서 또 항공기들은 탐지 됐다 싶으면 레이다에 90도 각을 준 비행코스를 그림으로써 레이다가 접근속도 0인 허위표적으로 인지하게 만드는 빔 기동(혹은 Doppler notch 기동)이란 전술을 개발해 펄스 도플러 레이다의 허점을 찔렀다. 일반적인 항공기라면 무조건 실속에 빠지는 저속으로도 비행할 수 있는 저속기, 예를 들어 AN-2를 이용한 침투전술 역시 동일한 취약점을 노리고 개발된 것이다.[6]

4. 기타

레이다는 현대전에 있어서 눈 그 이상의 의미를 가지는 아주 중요한 장비이다. 아무리 강력한 힘이 있어도 발휘하기 이전에 파악해버리면 당연히 가만히 있을리 없으니..

외계인이 나오는 영화에서는 이것만 보다가 죽는 사람이 많은 것 같다. 농담이 아닌 게 현대전에 있어서 레이다는 눈 [7] 그 자체이기 때문이다.

소위 레이다에서 나오는 RF를 맞으면 새나 작은 동물, 사람은 엄청난 전자파에 익어버린다거나, 남성의 경우 y 염색체가 죽어서 딸만 내리 낳는다거나 하는 이야기가 있지만, 이런 이야기는 주로 대형 대출력 레이다에만 해당되는 것이고, 애초에 이런 레이다는 대개 사람이 빔에 맞을 만한 위치에 설치되어 있지도 않다. 참고로 Mythbusters에서 레이다로 칠면조 구이를 할 수 있을까 해서 위성 송신차량과, 배 레이다에 칠면조를 묶어놓은 적이 있었는데, 둘다 구워지지 않았다.[8] 사실 레이다에서 나오는 빔 자체보다는 빔을 생산하면서 형성되는 X선 같은 방사선의 잠재적 위험성이 더 큰데, 이건 진공관 쓰던 시절에나 해당되는 이야기.

또한 레이다는 군용 뿐 아니라 민간용으로도 이용 중이다. 위에서 언급한 이유때문에 기상대에서는 기상관측에 레이다를 이용한다. 특히나 레이다에 반사될 정도면 물방울이나 얼음알갱이가 제법 커야 되고, 그럴수록 그 녀석은 비나 눈으로 내릴 가능성이 크다는 뜻이므로 눈, 비를 예측하는데 가장 정확한 관측자료가 된다.[9] 2015년 12월 현재 대한민국 기상청에서는 관악산 등 11개의 기상 레이다를 운영 중이다. 이곳에서 관측해서 분석한 영상을 볼 수 있다.[10][11] 이와 별도로 대한민국 공군에서도 각 공군 비행장의 기상대에서 기상 레이다를 별도로 운영하고 있다. 군공항에 보면 엄폐물로 잘 안 보이게 해놔야 될 것 같은 레이다 돔이 주기장 근처에서 눈에 확 띄게 서 있는 경우가 있는데 그게 바로 기상 레이다다.

참고로 웬만한 가정에도 한대씩은 있는 전자레인지가 바로 이 초창기의 레이다 주사 방식을 응용한 것이다. 레이시온에 근무하던 퍼시 스펜서라는 사람이 전자기파를 방출하는 마그네트론 옆에 알짱이고 있다가 주머니에 있던 초콜릿이 녹아버린 걸 발견한 것에서 비롯되었다.

상대방을 파악하는 눈 속성에는 레이다 이상을 따를자가 없으나 현대에 있어서 초월한 것이 바로 인공위성.[12]

이를 다루는 군사특기를 육 해군과 해병대, 육경과 해경은 전탐이라 하며, 공군은 방공관제와 항공관제 특기가 비슷한 역할을 수행한다. 단, 해군의 레이다 중 탐색이 아닌 표적을 함포와 유도탄 등으로 조준하기 위한 사격통제레이다는 사격통제(사통) 직별이 맡는다. 또한 공군의 경우 위에서 언급한 기상 레이다를 각 공군 기지에서 운영중이기 때문에 항공기상장비정비특기에서도 레이다를 다룬다.

해군의 전탐직별 부사관의 경우 레이다의 전자파때문에 아들을 못낳는다는 풍문이있다.[13] 타군도 마찬가지로 비슷한 소문이 있다. 육군의 해상 감시 레이다 기지나 공군 방공 레이다 사이트에서도 아들 못낳는다는 소문이 퍼져있다.

승용차의 고급 옵션 중 레이다를 활용한 것이 있다. 긴급제동장치, 세팅한 속도로 정속주행하다가 앞차가 정차하면 따라서 정차하고 앞차가 다시 출발하면 자동으로 출발해서 최대 세팅한 속도까지 가속하는 고급형 크루즈 컨트롤, 백미러 사각에 들어온 차량을 감지하는 후측방 감지장치 등. 레이다를 이용해 앞차와의 거리를 실시간으로 측정하여 활용한다. 보쉬의 레이다 솔루션을 사용하는데 이전엔 싱글체널이었지만 요즘은 AESA 방식으로 작동하게 되었으며,이전 모델들이 8도 16도 30도 정도의 측정 범위를 가졌다가 AESA때려넣고 한방에 150도 와이드센서로 변신한 걸 보면 민수용 부분도 기술개발을 참 잘 하고 있음을 알 수 있다. ~~아들을 낳고 싶다면 시동 건 승용차 앞/뒤에는 접근하지 말자.~~

또한 자동문 중에 적외선 송수신 창 없이 매끈한 회색 유닛만 달린 것들도 있는데 이 역시 밀리미터파 레이다를 사용한 것이다. 사람과 같이 큰 형상일때만 문을 열어주게 되므로 보안 측면에서 훨씬 우수하다.

5. 위상배열 레이다

5.1. PESA

5.2. AESA

6. 3차원 레이다

MW-08	광개토대왕급, 충무공 이순신급, 시그마급 9113
Pozitiv-ME1.2	Project 21630; 부얀급 [14] 고속함(550톤), 초계함(949톤), 함상용 능동 위상배열 공중/수상 레이다

7. 2차원 레이다

LW-08

8. 대상별 레이다

9. 관련 문서

[1] 현재 RDF라는 단어는 레이다가 아니라 전파발신원을 찾는 장비의 명칭으로 쓰이고 있다.[2] 미드웨이 해전 당시 요크타운은 이후 2차 공격에 회복 불가 판정을 받고 예인중에 일본 잠수함의 공격으로 침몰했다.[3] 폭격기무적론의 숨통을 끊은것이 이 장비이기도 하다.[4] 여러 가지를 감안하자면 사람이 물체를 인식하는 방법과 동일하다.[5] 오늘날 전자전의 한 분야가 이렇게 적국의 전자신호를 수집해서 분석하는 것이다. 이 분야의 본좌는 당연히 미국. 굳이 레이다가 아니더라도 전파를 보내는 형태의 전자장비를 쓰는 무기들은 비슷한 방식으로 적에게 아군정보를 제공할 수 있다.[6] 6.25때 공산군의 인천 야간공습을 레이다로 탐지하지 못했다는 전설이 있는데, 그 비행기는 An-2는 아니고 같은 복엽기인 Po-2였다. 당시 연합군이 레이다 방공망을 운용했는 지 여부는 확인바람.[7] 세세하게 따지자면 눈(시각)보다는 손으로 대상을 확인하는(촉각)에 가깝다.[8] 애초에 이런 이야기는 옛날 구형 레이다에 속한다.[9] 기상 위성의 경우 영상을 받아서 분석하는데 최소한의 시간이 필요하고, 그래서 간격도 벌어지는데 비해, 레이다의 경우 실시간으로 영상을 받을 수 있고, 특히 설치된 곳을 기준으로 영상을 받을 수 있어서 정확성이 훨씬 높다. 거기에 요즘은 도플러 레이다를 이용하기 때문에 구름의 이동 속도까지 분석해서 정확성을 높인다.[10] 관측된 원본에는 항공기나 채프 등등까지 나오는데 이건 당연히 일반에 공개할 필요도 없고, 사실 공개하면 안되니까 영상을 전파잡음으로 처리해서 내보낸다. 특히 그런 이유 때문에 홈페이지에 제공되는 영상은 20~30분 전 것이 제공된다. 통합 영상의 경우 공군과 국토부 홍수통제소에서 운영하는 레이다 데이터까지 다 모으기 때문에 시간이 더 걸린다.[11] 단, 원본공개를 해주는 API 및 페이지가 있으며 이걸 사용할 경우 슈퍼컴퓨터의 합성 이전에 각 레이다부터 받은 RAW 데이터를 그대로 받을 수 있다! 심지어 지형에 따른 고정반사 매핑조차 되어있지 않은 완벽한 날것의 데이터다![12] 아예 인공위성에 레이다를 탑재해서 더 넒은 영역을 감시하게 한 물건도 있다. 대표적인게 소설 붉은 폭풍에 나오는 소련의 RORSAT.[13] 이거랑은 별개로 전탐 부사관은 어두운 곳에서 레이다 보는 일이 많다보니 포갑부에 비해 상대적으로 피부가 희고 덜 까칠한 편이다. 그리고 30대 중반을 넘어서면 스트레스성 탈모가 오는 경우가 많다.[14] Buyan class corvette