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[Re]천해역 ASW-2
작성자 :
78FA A\\\\\\\\\\\\\\\'(218.37.xxx.xxx)
입력 2015-03-11 00:43:02
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천해역 ASW에 적용하는 기술
천해역 ASW가 어렵다고 하는 이유는 한마디로 말하면 해저지형 등에 기인하는 노이즈의 처리와 해저에 쉽게 침좌하는 잠수함의 탐지문제이다. 그리고 천해역에서 충분히 쓸 수 있는 소나라면 Blue Water에서도 고성능을 발휘할 수 있다는 것은 실증되었다.
*노이즈 제거
소나의 주파수에 저주파가 유리하다는 것은 이미 언급했으나, 천해역에선 저주파라면 노이즈가 증가하여 최첨단기술을 구사해도 그 제거는 쉽지 않다. 종래의 아날로그시대에는 완전히 화이트노이즈 범벅으로, 사용할 물건이 아니라는 것이 일반적인 인식이었다.
아무리 DR이 큰 소나라 해도 노이즈가 극히 큰 천해역에선 노이즈 중에 반향음이 묻힐 위험성이 크다. 그 점에서 최근 디지탈화된 소나는 펄스압축기술을 이용하여 펄스폭의 길게 하는 경향이 있다. 긴 펄스폭이라면 비교적 적은 출력으로 송신해도, 그것을 분할하여 적분하면 보다 큰 Gain을 얻을 수 있다. 펄스압축기술은 원리적으로 레이다와 같다. 펄스폭을 무한히 늘린 것이 연속파소나이다. 연속파소나의 경우, 적분연산 송신출력은 대출력이 되지만 단위시간당 송신출력은 적음에도 DR을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 해양생물 보호를 위해 소나 사용 제한을 주장하는 환경보호단체의 요구에도 합치된다.
디지탈화 음향처리 기술은 우선 자함의 운동에 따른 자함 도플러(On-도플러)를 완전히 제거하는 데서 시작한다. On-도플러는 침로방향에선 큰 +, 침로 반대방향에선 큰 -가 된다. 정횡방향은 발생하지 않는다. 방위에 따라 다른 온 도플러를 소거(보정)한 뒤 반향흠의 트랙 성분을 정밀하게 측정하여 해저 등 고정목표의 도플러 성분이 없는 것을 노이즈로 식별하여 제거한다.
다음에는 CFAR(Constant False Alarm Rate)에 의해 항상 일정한 목표수가 되도록 Gain을 조정한다. 클러스터링 같은 계층적 분석방법을 사용하여 목표와 노이즈의 분리를 시도한다. 그 때 중요한 것이 현장해역에 가장 최적화한 클러스터링 분석수법을 적용하는 것과 함수(關數) 선택이다. 이는 클러스터링 파라미터를 취득하기 위해 필요한 해양조사와 탐지실적 등의 실전 데이타에 기초해 결정하여, 필요한 정보가 데이타베이스로 연동하여 처리하지 않으면 안된다. 해양관측 데이타는 해저지형, 해저지질, 암초, 침몰선, 파이프라인 등의 고정 데이타에 덧붙여 당일의 조류, 해수온도경도(BT정보. ?度傾度: 임의 2지점의 온도변화율), 염분농도, 해상상태, 주변잡음 등을 의미한다.
미 해군은 일찍이 ASW에 OR을 도입하여 잠수함의 존재권 분석, 수색이론, 탐지거리예측 등에 광범위하게 적용하여 해자대도 그 일부를 활용하고 있다. 그러나 최근에는 OR의 적용이 음향처리에도 미치고 있다. 앞서 말한 클러스터링도 OR을 적용하는 것에 의해 한층 노이즈 감소를 실현한다.
*식별(오퍼레이터 노하우의 S/W화)
아날로그시대의 목표탐지와 식별에는 오퍼레이터(음탐사)의 기량이 크게 좌우했다. 베테랑은 노이즈 중에서도 목표반향음의 영상과 음질의 차이를 드러낼 수가 있었다. 디지탈화 음향처리는 오퍼레이터의 노하우를 S/W화한다. 예를 들면 음질이 날카로운 것은 반향음 표시의 윤곽이 또렷함을 의미하는데, 해석 S/W에서 반향음의 형상을 분석하여 오퍼레이터가 지닌 노하우와 동등한 식별을 가능케 한다. 이 분야에서도 OR의 적용이 극히 중요하여, 인간이 가진 시각/청작에 의한 패턴 식별에 기초한 식별을 S/W에서 구현할 수 있는가의 승부처이다.
디지탈화의 우수한 점은 각종해석을 수만 목표(신호와 소이즈를 구별하기 이전의 에코)에 동시에 실시할 수 있다는 것이다. 앞서 서술한 각종 수법에 의해 가능한 한 노이즈를 제거하고 또한 오퍼레이터의 노하우가 담긴 S/W에 의해 목표를 구체적으로 한정할 수 있지만, 마지막에는 오퍼레이터의 판단이 중요하다. 어떤 S/W가 진화해도, 인간의 감각을 뛰어넘기는 어렵고, 특히 인간의 능력을 S/W로 구체화하기는 곤란하다.
이지스 시스템은 대공전투의 목표는 극히 높은 효율로 자동탐지/자동추적이 가능하지만, ASW에선 일부를 자동탐지/자동추적할 뿐이며 오퍼레이터에 의한 감시가 불가결하다.
*소나 오퍼레이터의 작전환경인식
종래 소나 오퍼레이터(음탐사)는 Blue Water에서 작전할 기회가 많았지만, 작전환경의 인식은 탐지거리예측 등 해양환경과 목표에 관한 약간의 데이타를 빼면 극히 빈곤했다. 아마 요즘도, 소나에서 목표(식별 이전의 에코 단계)가 탐지되면, 항해지휘관이 탐지방향을 파악하고 목표의 여부를 확인, CIC에서도 동일한 일이 행해진다. 이것은 음탐사가 자함 주변의 수상목표 유무를 파악하지 못하고 있기 때문이다. 또한 음탐사는 자함 위치를 차트상에서 상시 확인하지 못하고, 수심 등도 CIC에서 알려주지 않으면 모른다. OQQ-21에서야 일부가 실시되고 있지만, 아직 불충분하다.
천해역 대잠전은 작전환경이 수색/탐지/식별 등에 결정적 영향을 끼친다.
음탐사는 작전환경을 충분히 인식하지 않으면 안된다. 그를 위해선 소나기 화면뿐만 아니라, 해저지형도 같은 임무수행에 필요한 정보가 표시되는 차트화면상에서 모든 트랙이 표시되지 않으면 안된다. 더 필요한 추가정보는, 극히 쉽게 데이타 베이스에서 화면상에 그래픽/도표로 쉽게 가시화하지 않으면 안된다.
종래의 음탐사에게 중요한 기량은 탐지거리예측에 기초한 소나의 최적탐색모드 선택과 영상과 소리에서 목표를 식별하는 것이었다. 그러나 디지탈시대의 소나맨은 TASS와 음원인 VDS 최적심도를 결정(속도에 따른 예항 케이블 길이 결정)과 수색모드 선택, 잡음감소알고리듬 선택, 최적함수 선택 등이 보다 중요해진다. 물론 디지탈화 소나에는 이런 것을 최적으로 추천하는 기능이 있지만, 경험이 축적된 음탐사가 적절하게 오버라이드하지 않으면 안된다.
현재로선 ASW 수행에 충분치 못하며, 작전환경정보는 C2T(MTA. C2T: 지휘통제터미널. 해상지휘시스템MOF 내에서 함상용 단말기. MTA가 C2T 이후의 신형)에 의해 CIC에는 도달하지만 음탐사가 직접 볼 수 없다. -중략- 극단적으로 말하면, 소나 콘솔은 C2T(MTA)의 ASW관련작전환경상에서 소나 기기 조작화면이 표시되어야 한다는 느낌이다.
*침좌 잠수함의 탐지
아무리 우수한 소나기술을 사용해도, 침좌한 잠수함을 저주파소나로 탐지하는 것은 곤란하다. 현재로선 침좌 잠수함의 탐지에 위력을 발휘하는 것은 멀티빔 측심기이다. 멀티빔 측심기는 분해능이 수cm짜리도 있어, 물체의 이미징이 가능하다. 소해정의 소나도 고주파로 이미징에 의해 기뢰탐지가 가능하지만, 멀티빔 측심기와 큰 차이점은, 멀티빔 측심기는 수직방향으로 빔을 송신한다는 것과 사용주파수이다. 소해정의 경우 멀티빔 측심기로는 기뢰 바로 위를 통과해야 하므로, 측심기가 아닌 전방감시 소나가 필요하다.
어째서 소해정의 소나보다 멀티빔 측심기가 필요한가는 그 탐지거리와 수색폭과 형상에 관련이 있다.
현재 멀티빔 측심기는 가장 고성능인 것은 최대탐지거리 2,000m 이상, 빔폭이 140도이다(음향 스텔스성이 높은 작은 기뢰를 탐지하는 소해정 소나와 달리, 대상이 큰 잠수함이라면 해상도보다 탐지거리와 빔폭이 중요하다). 빔폭이 140도라면 수심 200m을 수색할 경우 각 현마다 540m, 양현으로 1,080m가 된다. 멀티빔 측심기는 플랫 어레이 형상으로, 선체에 매입설치가 가능하다. 호위함 양현에 멀티빔 측심기를 최적 각도로 장착하면, 각 현에서 1500m 이상, 양현에서 3,000m 이상의 수색이 가능하다. 멀티빔 측심기를 기울여 설치할 경우 위치결정 알고리듬에 약간 수정이 필요하지만, 민수용품이라 비용도 극히 싸다.
유감이지만 멀티빔 측심기는 빔을 수직방향으로만 송실할 수 있어서, 잠수함을 탐지해내도 그것을 지속적으로 탐지하기는 물리적으로 어렵다. 그러나 우수한 이미징 기능으로 잠수함 정도의 큰 물체라면 1번 통과하는 것으로 확실하게 탐지할 수 있다. 위치가 일단 판명된 침좌 잠수함은, 함정에 탑재된 중주파대역 소나로 지속적인 탐지가 가능하다. 이후 저주파는 VDS+TASS에, 중주파 선체소나는 어뢰방어/부유물/부유기뢰탐지, 근접대잠전과 침좌 잠수함 탐지에 이용될 듯하다.
