무기 토론방
[Re]천해역 ASW-1
작성자 :
78FA A\\\\\\\\\\\\\\\'(218.37.xxx.xxx)
입력 2015-03-11 00:40:42
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NCW와 천해역ASW
by 토고 유키노리(東鄕行紀) 소장(해장보海將補), 전 일본국 방위성 해상자위대 개발대군 제 4대 사령(2006.08.04~2008.03.25)
번역 : 윤민혁(ssn688)
posted at 2012.10.16.01:33. KST
세계의 함선 2012년 5월 특집이 "새로운 시대의 ASW"인데, 토고 유키노리 제독(예비역)이 기고한 '네트워크중심전과 천해역 ASW'(pp.77-83)는 제목과 달리 천해역에 맞는 센서 기술 동향과 그에 따른 운용법을 주로 다루고 있다. 대잠전 입장에선 NCW 컨섭 자체는 새로운 얘기도 아니라면서 별로 언급이 없고, 오히려 개별 플랫폼 내에서의 자동화/데이타 공유/분배가 시급하다고 지적한다. 강조처리는 본햏 취향대로 제멋대로.
네트워크중심전과 천해역 ASW
사진이 없습니다.
최근 일본 내 보안 관리가 상당히 잘되고 있는 듯.
토고 유키노리(東鄕行紀) 제독(해장보海將補)
국내에도 다른 사연을 통해 잘 알려진 인물일 겁니다. 아마 이사람이 해자대 사령으로 재직할 동안 야동보다가 공고급 이지스 시스템 보안 사고 나고, 규격 외 전열기 쓰다가 화재로 역시 시라네급 하나 해 먹은 그 당시 해자대의 해장보였습니다. 재밌는 이력으로 기억합니다.
소나의 기초
잠수함을 탐지하는 방법은 음원이 음파를 발신하고 목표 잠수함의 반향음을 수신하여 위치를 파악하는 액티브와 잠수함이 내는 소리를 수신하여 위치를 파악하는 패시브로 나눌 수 있다. 호위함의 소나는 음원音源이면서 반향음의 수신기이기도 하다. 그러나 선체에 붙은 소나는 기관 등의 선체가 발생하는 각종 노이즈와 항해잡음 등의 노이즈가 있어 수신기로서 사용하는 경우 충분한 S/N비를 얻을 수 없다. 예인식 패시브소나(TASS)는 수신기(하이드로폰)을 구슬 꿰듯이 길다란 예항체로서, 이것을 선체 뒤에 떨어져서 예항하는 것에 의해 선체 노이즈와 항주잡음을 최소화할 수가 있다.
제2차대전중 발달한 소나는 수색에선 액티브가 주체였다. 그러나 음파는 수중에서 굴절하기 때문에 탐지거리가 크게 변화하여, 잠수함은 호위함의 소나 음파가 굴절되어 닿지 않는 이른바 사각지대에 쉽게 들어갈 수가 있었다. 한편 초기의 잠수함은 소음이 커서 패시브 기술의 진화에 의해 비교적 원거리탐지가 가능하기에 한때 패시브가 주류였다. 패시브의 경우 목표 잠수함 모르게 수색탐지가 가능하다는 메리트도 있었다. 그러나 잠수함의 정숙화에 따라 패시브의 탐지거리가 점점 축소되었다.
그 점에서, 호위함 선체에 붙인 소나를 음원으로 하지 않고, 수중음파전달 특성상, 최적의 심도에서 음원을 집어넣고 마찬가지로 최적 심도에서 수신하는 방법이 주류가 되었다. 이렇게 하면 음파의 굴절에 의한 사각을 가능한 한 최소화하여 보다 원거리에서 탐지할 수 있게 된다. 이 경우 음원은 호위함이 예항하는 VDS이고 수신은 TASS가 된다. 또한 TASS에 발음체와 수신기 양쪽을 구비하거나 소노부이형 가변심도음원도 여럿이 나왔지만, 음원TASS와 소노부이음원의 경우 그 크기와 형상 때문에 송신출력에 한계가 있다.
유감스럽지만 해자대가 뒤처진 점이 이런 형태(VDS+TASS)의 소나-포미더블 급에 적용되어 대만, 싱가폴 등이 현재 운용중인 대잠 체계, 물론 대한민국 해군은 뛰어난 어군탐지기가 대신하고 있다-이다. 한때 해자대는 호위함 탑재 저주파 대출력 소나에 많은 투자를 했지만, 기술적으로 1세대 뒤진 것이 되었다. 그러나 새로운 형태의 소나 연구개발이 올해부터 드디어 개시되었다.
잠수함을 수색탐지하는 최적의 주파수는, 원거리에선 저주파, 근접대잠전에서는 중주파가 좋다. 저주파의 활용에는 다수의 전제조건이 있어 일률적으로 좋다고 단정할 수 없지만, 각종기술의 진보에 의해 저주파대역의 장비 개발이 진행중인 것도 사실이다. 주파수가 낮게 되면, 천해역을 포함해서, 원거리 음파전달에는 유리하다. 한대의 잠수함은 선체에 특수한 타일을 붙여 소나음을 될 수 있는 대로 흡수하는 스텔스를 시도하고 있다. 그러나 주파수가 낮으면 타일의 두께를 늘리지 않으면 음파가 흡수되지 않아서, 이런 점에서 저주파가 유리하다.
한편 주파수가 낮게 되면, 잔향 등의 노이즈가 크게 되어 식별이 곤란해진다. 저주파는 지향성이 둔감하여 방위정밀도가 떨어진다. 또한 주파수가 낮아지려면 송수신기가 커질 필요가 있다. 휴가급 DDH 탑재의 OQQ-21 측면 어레이의 길이는, 저주파 때문에 50m에 가깝게 되었다. 어째서 이런 크기의 어레이가 필요한가 하면, 송수신 효율과 수신 방위정밀도를 올리기 위해서이므로, 이런 점에선 TASS는 수백m에 달하는 길이이므로 정횡방향의 방위정밀도가 극도로 좋다(함수/함미방향에선 정밀도가 감소한다).
음파를 원거리까지 전달하려면 송신출력의 증대가 필요하다. 일반적으로 송신출력을 늘리면, 송신기 주변에 캐비테이션이 발생하여 송신효율이 현저하게 감소한다. 캐비테이션을 억제하려면 송신기를 대형화하여 송신기에 대한 수압을 늘릴 필요가 있다. 종래 호위함의 소나는 송수신기 일체형이고, 전술한 바와 같이 대형이므로, 대출력화 해도 캐비테이션 문제가 거의 일어나지 않는다.
한편 음원만 생각하면, 저주파라도 극히 작은 발신기에 큰 수압을 가한다면 캐비테이션을 걱정하지 않고 대출력을 송신할 수 있다. 최근에는 소나가 송수신기를 겸하지 않고, 별개의 형태로 하는 것이 주류가 되고 있다. 예를 들면 SH-60K의 HQS-104 디핑 소나는 음원과 수신기를 별도로 하여 그 크기에 저주파이다. VDS+TASS 형태는, 휴가급의 OQQ-21보다 더욱 저주파이면서 소형함에도 탑재가 가능하다.
접기
소나의 기술적 조류
*디지탈화
현재 각국에서 신규개발하는 소나는 완전디지탈화가 진전되었다. 수신파는 수신기 소자 단위로 AD컨버터에 의해 디지탈화되었는데, 현재 주류는 24bit로 96K Hz 이상의 샘플 rate로 변환한다. AD컨버터는 32bit까지 민수용으로도 있지만, 청음기(아날로그)의 다이나믹레인지DR로는 현재의 24bit로 충분하다. 샘플링 rate가 192K Hz 이상의 컨버터도 있어, 데이타 처리속도와 연계되어 bit수와 최적 샘플링 rate가 결정된다.
AD컨버터로 변환된 디지탈신호는 음향프로세서까지 전달되는 동안 광섬유 등의 네트워크로 연결되어, 감쇠나 노이즈 혼입을 극소화하여 조금이라도 높은 S/N비를 얻게 된다. 그 결과 DR 140Db 이상을 달성할 수 있게 되었다. DR 140Db이란 숫자를 쉽게 설명하면, 소나 능동탐신 중에도 미소한 반향음을 수신할 수 있다.
종래의 소나는 발신중에는 수신이 되지 않아서, 원거리 수색에선 발진 간격을 크게 비워둘 필요가 있었다. 이것은 Data rate를 크게 저하시켜 Realtime성 손상에 직결된다. 또한 호위함이 복수로 동시에 소나를 사용하는 경우 간섭이 일어난다. 그러나 최신의 디지털 소나에선 이런 문제도 해결되었고 연속파 소나도 가능해진다. 연속파의 경우, 어떻게 거리를 측정할 것인가는 발신파에 변조를 걸어서 반향음의 변조 성분을 분석함에 의해 언제 발신했던 음파인지를 알 수 있게 된다.
이런 점에 의해 종래의 소나에 비하면 훨씬 Data rate가 향상되어, 아날로그시대에는 전혀 다른 음향처리가 가능해진다. 예를 들어 Data rate가 올라가면, 탐지한 수백 개의 목표(노이즈가 아닌 탐지로 판정되고 전투체계 디스플레이에서 하나의 심볼Single Integrated Picture로 표시되기 이전의 단계)의 상관성을 처리하여, 상관성이 없는 것은 노이즈로 간주한다. 이것은 디지탈화에 의해 처음으로 가능해진 처리법이다.
발신도 완전히 디지탈화 되어 주파수제어와 변조 등을 S/W로 제어할 수 있다. 이것에 의해 랜덤한 발신주파수와 변조뿐만 아니라 어떠한 변조라도 S/W 업그레이드로 쉽게 실시할 수 있다. 또한 디지탈 앰프는 효율이 좋고 아날로그에 비할 수 없을 정도로 소형화/저전력화되었다.
디지탈화에 의해 음향프로세서는 그 자체가 컴퓨터가 되었고, S/W에 의해 어떠한 처리든 가능해졌다. 이것은 음향처리S/W의 진화가 소나의 진화로 직결된다는 것을 의미한다. 디지탈화에서 가장 절실한 것은 종래의 아날로그처리를 단순히 디지탈화하는 것이 아니다. 디지탈화에 의해 아날로그와 전혀 다른 발상에 의한 음향처리를 하지 않으면 아무런 의미가 없다.
*TASS
종래의 TASS는 구조상, 예를 들어 우현에서 신호를 수신해도 좌우 동시에 방위선이 표시되었다(=좌우를 구별 못한다). 할 수 없이 탐지시점에선 목표가 좌우 어느 쪽에 있는지를 알 수가 없어서, 함을 좌우 어느 쪽이든 변침하여 수신방위의 변화를 보고서 진짜 방위를 판정했다. 이것을 방위 Ambiguity라 부른다. 일반적으로 TASS 예항은 항주잡음 감소를 위해 저속에서 행하고, TASS의 케이블은 선체 노이즈 등의 영향을 피하기 위해 장대해진다. 그런 탓에 함이 변침해도 기다란 TASS가 새로운 침로에 정착하기까지 제법 시간을 요한다. 최근의 TASS는 수신기를 3중/4중으로 다국(多局)화하여, 방위 Ambiguity없이 진짜 방위를 알 수 있게 되었다.
다국多局TASS의 효과는 단순히 방위 Ambiguity가 없어서 리얼타임성이 향상되는 것에 그치지 않는 그 이상의 것이다. 예를 들어 우현에 소음이 있는 아군 함성이 있는 경우, 종래의 TASS에선 좌현의 목표 잠수함이 후현의 노이즈 속에 숨어서 탐지되지 않는 경우가 있었다. 그러나 다국TASS라면 좌현에는 아군 함성의 노이즈가 나타나지 않아서, 탐지효율이 올라간다.
*바이/멀티 스태틱 소나
종래 함정의 소나, 헬기 디핑 소나, 능동 소노부이는 송수신 일체형으로서 이런 형태는 모노 스태틱 소나라 부른다. 한편 바이 스태틱은 하나의 플랫폼(vehicle)에서 음원과 별도의 수신기가 하나씩, 멀티 스태틱은 복수의 음원과 복수의 수신기 형태의 소나이다.
바이/멀티 스태틱 소나의 경우, 각 플랫폼(vehicle)와 각 센서는 적어도 아래와 같은 사항을 공유해야 한다.
음원의 위치(수중 3차원 위치정밀도가 극히 중요)음원의 발신시각음원의 발신 파라미터(주파수, 펄스폭, 변조 등)목표 트랙(false 신호까지 포함한, 최종적인 목표 식별 프로세싱을 거치기 이전의 것)
멀티 스태틱의 경우 위와 같이, ASW 코디네이터(대잠조정관)가 각 Vehicle의 발신조정을 행할 필요가 있다. 이런 정보를 다른 플랫폼(Vehicle)과 리얼타임으로 공유하려면 무선 네트워크가 필요하다.
유감이지만 Link11과 16은 이런 정보를 전송할 수 없다. 링크에 새로운 포맷이 추가되어도, 멀티 스태틱 관련의 데이타를 송수신하려면 현재의 Data rate로는 압도적으로 부족하다. 그래서 새로운 리얼타임 무선네트워크가 불가결하다.
각국에선 멀티 스태틱의 각종 시험이 행해지고 있다. 저자는 일부 결과를 접할 기회가 있었는데, 유감이지만 저주파를 이용한 멀티 스태틱의 탐지-추적 상황은 아직 연구개발의 여지가 있는 모습이다. 특히 음원의 위치정밀도와 발신시각정밀도가 목표위치산출에 결정적인 영향을 준다는 것을 알 수 있었다. 역으로 리얼타임 네트워크가 발전하고 음원의 위치정밀도 등이 올라가면 기술적으로 해결해야 할 문제는 적어진다.
한편 바이 스태틱은 원양에선 상상을 초월하는 탐지거리를 얻고, 천해역에서도 안정된 탐지/추적이 달성되었다. 필자가 접한 것은 메이커의 선전용 데이타(Champion Data)였지만, 그 점을 감안해도 천해역에서 충분히 실용적인 소나임을 인식했다.
이후로는 동일 플랫폼에서 바이 스태틱, 이를 테면 VDS+TASS 같은 형태의 소나가 주력이 되고, 차례로 멀티 스태틱으로 이행된다고 생각한다.
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- 78FA A\\\\\\\\\\\\\\\' (218.145.xxx.xxx)
- 2015-03-11 12:37:23
- 헛!
그럼 백선호님이셨나요? 이 글을 찾은 곳은 윤민혁님 언제 폭파될 지 모르는 이글루와 백선호님 다음 카페뿐이였습니다. 백선호님께선 윤민혁님의 번역이라고 소개하신 것 같은데요. 하아~참, 좀 글을 옮기셨으면 출처라도 좀 표기해 주시면 얼마나 좋을까요....이런이런...
개발대군 해장보였던 게 맞습니다. 당시 해자대 간부들 통째로 욕하는 거였군요. 저도 몇 군데 둘러보고 말씀드린다고 한 거였는데 제대로 전달해 드리지 못한 것 같네요.
코다 요지란 분은 국내에서도 구설이 많으신 분 같네요.
http://doorstep10.egloos.com/3919051 식빵스러움님께서 기뢰전 관련 내용 정리해 주셨는데요...원출처는 잘.모.르.겠.습.니.다.
청년학파의 임종인스러움을 드러낸다고 또 야단하실 듯.
제 개인 소견과는 아무 관계없으니 그저 참고만 해 주십시요.
그리고 윤민혁님께선 건강하셔서 참 다행입니다. 종종 자주 게시판에서 뵙길 바랍니다.
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- ssn688 (218.145.xxx.xxx)
- 2015-03-11 12:23:10
- 1. 윤민혁님 포스팅이 아닙니다만... 2. 토고 제독은 개발업무통이니 함대사령관으로서 지휘책임으로 구설수 오를 처지는 아니겠죠. 세계의 함선지에 자주 기고하는 예비역으로 전 자위함대 사령관 코다 요지 제독이 있는데, 이 양반 자위함대사령관 시절에 아타고 어선 격침(!)사건/이지스함 정보유출/시라네 화재가 3단 콤보로 벌어졌던 걸로 압니다.
